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页岩气开发过程中会诱发微地震,其震源参数(位置与机制)可以反映压裂效果和岩石应力变化,是重要的监测指标。由于页岩地层通常不是各向同性介质中,因此本文针对各向异性介质下的微地震的震源参数(震源位置与震源机制)开展反演研究。 本文首先研究各向异性介质中P波的传播规律。为了建立一种实用的波场模拟算法,本文研究了弹性波场P波分量在倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)介质中的传播过程,并且对比了基于弹性Hooke定律、弹性波投影和运动学色散方程所建立的三种二阶差分伪P波方程的正演特点。目前这些伪P波方程的数值计算主要通过规则网格差分来实现,但是规则网格在TTI模拟中有低效率,低精度以及不稳定的缺点。为了提高计算的精度,本文构建出相应方程的交错网格有限差分格式。通过对比伪P波方程在三维TTI介质中的模拟效果,本文认为基于色散方程所建立的伪P波方程在模拟弹性波P波分量传播的过程中具有最小的噪声。本文同时还分析了不同的各向同性对称轴空间角度所具有的频散特征,引入适当的横波速度维持计算的稳定。 本文随后基于地震波场干涉原理,建立了干涉旅行时微地震震源定位方法。该方法将一个微地震事件相对于两个接收点的旅行时差(称为干涉旅行时)的扰动作为残差函数,通过迭代震源位置求解最小残差,最终获得震源定位结果。干涉旅行时震源定位方法利用两个接收点的到时差消除发震时刻未知和速度模型误差的影响,简化了震源定位算法。数值计算表明,本文提出的干涉旅行时定位方法在速度模型有误差的情况下仍然可以获得准确的微地震震源定位。除了以上的旅行时方法,我们也通过波动方程实现了震源成像。多震源成像的数值模拟表明,干涉法能够对多地震事件同步成像。最小二乘高分辨成像的数值模拟表明,对震源像的迭代,可以极大的提高干涉成像的分辨率,并进一步反演震源振幅。 根据定位结果,我们进一步研究震源的力学特征。震源机制能够表示天然地震或诱发地震的震源破裂特性。为了实现各向异性震源机制反演,本文提出了一种基于各向异性弹性波方程的波场成像匹配方法来分步反演震源参数(震源位置,地震矩张量)。首先通过波场能量叠加的方式对震源成像,其次用重构的震源像生成Green函数,最后通过Green函数与观测记录的波场匹配反演地震矩张量。通过特征值分解,本文将矩张量分解成基本震源类型并得到了震源的断层面解。由于本文采用分步反演震源参数,因此非线性反演变化为线性反演问题,可以不需要迭代计算。这样可以提高三维反演的计算效率。模型数值计算证实了本文方法的可行性。本文利用一套实际微地震观测数据,开展了震源参数反演的研究。本文考虑了不同的子波提取方法获取震源子波,并通过波形拟合反演得到了实际资料的震源机制,验证了方法的准确性。