诱发地震震源矩张量反演研究

Numerous studies have shown that the occurrence of induced seismicity is strongly correlated with the injection of fluids into the underground. Through studying the source mechanism of the induced seismicity, we can uncover the reasons that trigger these seismicity. This is of great significance for guiding both later injection process and rescue mission. The goal of this project focuses on the study of full moment tensor inversion for induced seismicity. In this project, we will develop a new and reliable moment tensor inversion technique based on matching of multiple waveform characteristics, including the P-wave first-motion polarity, S/P amplitude ratio and full waveform. Other innovations of the new method include the use of dynamic time warping (DTW) algorithm to better align the local phases for observed and synthetic data and the use of fault-plane solutions as constraint to recover the actual DC components. In the application, we first use the induced seismic monitoring data in an oilfield from abroad to evaluate the effectiveness of the new method, then apply the new method to retrieve the moment tensors of the induce seismicity in a shale gas field in China, and finally summarize the differences in source characteristics between the seismicity induced by hydraulic fracturing and oil/gas production.

大量研究表明诱发地震的产生与人类向地下注水密切相关。对诱发地震的震源机制开展研究，可以揭示此类地震的产生机理，对于指导后期注水过程及灾后救援工作具有十分重要的作用。本项目将针对诱发地震震源矩张量反演开展研究，拟发展一种基于多种波形属性匹配（包括P波初动极性、纵横波振幅比和全波形信息）的矩张量反演方法，得到更加可靠的矩张量反演结果。另外，新方法采用动态时间归整算法来更好地对齐局部波形，并在反演目标函数中加入断层平面解约束以有效还原剪切成分。本项目采用国外某油田油气开采诱发地震监测数据对新方法的可靠性进行评估，然后采用新方法反演得到国内某页岩气田水力压裂诱发地震的震源矩张量，评价水力压裂与油气开采诱发地震在震源特征方面的异同。

准确确定水力压裂诱发地震的震源机制对于描述裂缝破裂类型以及工区地应力状态十分重要。在本项目中，我们采用全波形匹配的方法确定诱发地震的震源机制，在拟合波形的同时对实际数据P波初动极性和纵横波振幅比也进行匹配，并在此基础上发展了一种基于邻域算法分级优化确定震源矩张量的新方法。新方法的优势在于它对解具有更强的约束，并且能够解决现有方法中存在的权值系数选择问题。合成数据测试结果表明新方法能够得到可靠的震源矩张量。我们将该方法应用于阿曼Yibal油气田诱发地震监测数据，结果表明新方法能够准确确定矩张量中的双力偶和非双力偶成分。. 在中国四川盆地部分地区，近年来地震活动的显著升高被认为与该地区开展大规模水力压裂开采页岩气有关。在本项目中，我们利用四川长宁页岩气开发区内临时地震台阵的监测数据，对整个页岩气开发区及其中两个页岩气生产平台附近的地震活动进行了详细研究。我们先后进行了震源定位，速度成像，震源机制反演和孔隙压力计算。通过对这些结果进行分析表明，长宁页岩气开发区内地震活动主要是由于页岩储层内的高压流体沿先存断层向下迁移，造成断层重新激活产生。通过比较目标页岩气平台附近地震发生时刻与注水时间可知，地震的发生与注水压裂过程存在明显关联，表明这些地震确由平台水力压裂引发。本项目研究成果对于四川盆地页岩气开发诱发地震风险评估及防控具有重要意义。