3 つのコンポーネントの節点地震計を使用して微小地震監視の精度を向上させるにはどうすればよいですか?{0}

最終更新日: 2026 年 3 月 5 日

現場での微小地震モニタリングが簡単であることはほとんどありません。信号は弱く、多くの場合ノイズに埋もれ、アレイの形状の影響を強く受けます。測位精度の向上は、より優れたアルゴリズムを選択することだけではありません。それは、センサーの導入からデータ処理に至る監視システム全体 - をどのように設計するかによって決まります。

当社は 3 つのコンポーネントからなる節点地震計を製造しています。-フィールドエンジニアとの長期的な協力を通じて、機器の設計とアレイのレイアウトが最終結果にどのように直接影響するかを確認してきました。-以下では、同じ構成を保ちながら、技術的なポイントをより実践的かつわかりやすく説明します。この記事では、微小地震監視の精度を向上させるための実践的な経験を共有します。

微小地震イベントは、岩石の破壊や変形によって生成される小規模な地震信号です。{0}非従来型の石油とガスの開発、特に水圧破砕の際、これらの信号により、地下で亀裂がどのように成長するか、刺激が効果的かどうかを確認できます。

濰源などのシェールガス地域では、微小地震モニタリングが重要な評価ツールとなっています。これらの小さなイベントを 3 次元空間で特定することで、破壊の高さ、長さ、方向を推定することができ、完成設計と生産予測を直接サポートします。-

業界では、いくつかの位置決めアプローチが使用されています。 P- 波と S- 波の到達時間差法は、ダウンホールのモニタリングなど、両方の波の位相が明確な場合にうまく機能します。弱い表面信号の場合、ソース-スキャンアルゴリズム (SSA) が広く適用されます。多くのプロジェクトでは、さまざまな方法を組み合わせています。まずソーススキャンを使用してイベントを迅速に検出し、次に相対的な移動時間の計算を使用してイベントの位置を絞り込みます。-この 2 つのステップのプロセスにより、処理の効率を維持しながら安定性が向上します。

当社の 3 つのコンポーネントの節点地震計は、各観測点で 3 つの方向 - X、Y、Z - の動きを記録します。-従来のケーブルアレイと比較して、各ノードは独立して動作し、GPS タイミングを備え、柔軟な展開をサポートします。これにより、現場での設置が迅速化され、監視エリアの拡張が容易になります。

実際の地表プロジェクトでは、P-波エネルギーが S- 波エネルギーよりも強力で明確であることが繰り返し観察されています。 S波は多くの場合弱く、騒がしい地表環境では識別が困難です。積み重ねた後、P-波エネルギーは通常、より集中したエネルギー焦点を形成します。

このため、実際の多くの場合、イベントの検出と測位には主に P 波エネルギーのスタッキングに依存しています。{0} P-S ジョイントの反転は理論的には魅力的ですが、弱い S- 波エネルギーにより、表面アレイの全体的な安定性が低下する可能性があります。現場の現実は、最も信頼できるものを優先するよう私たちを導くことがよくあります。

ノイズ低減も同様に重要です。生の表面データは環境ノイズによって支配される可能性があり、エネルギーの焦点が不明確になります。適切にノイズ除去を行うと、波形の整列が改善され、スタッキングエネルギーが増加し、ソースイメージングがより集中化されます。また、P- 波エネルギーは垂直 (Z) 成分で特に顕著であり、処理中に最も安定した基準チャネルとなることが多いこともわかりました。

Microseismic source imaging map

微小地震源イメージングマップ

ノードを展開する前に、単純化された地質モデルと速度モデルを構築します。フォワードモデリングは、地震波が層状地層をどのように伝わるか、臨界角反射によって使用可能な信号範囲が制限されるかどうかを理解するのに役立ちます。

通常、過度の P 波減衰を避けるために、入射角を妥当な範囲内に制御します。{0}実際には、監視半径がターゲットの深さにほぼ等しくなるように設計することがよくあります。配列が小さすぎると、垂直方向の誤差が増加します。大きすぎると精度が比例して向上せずにコストが上昇します。

配列ジオメトリは常に物理学と経済学のバランスが取れています。

地表微小地震システムは通常、パッチ、グリッド、または放射状のレイアウトで配置されます。各アプローチには、プロジェクトの目的や現場の状況に応じて異なる強みがあります。

パッチレイアウトは特定の領域に集中しますが、多くの場合、方位角が不均一になります。グリッドレイアウトはより均一な分散を提供しますが、通常はより多くの機器とより長い導入時間が必要になります。ノードの数が同じ場合、放射状レイアウトの方がより広い方位角をカバーし、垂直方向のサンプリング効率が向上することがよくわかります。

垂直または偏向坑井破砕プロジェクトでは、坑口の周りに放射状にノードを配置すると、垂直位置の精度が大幅に向上します。いくつかの現場評価では、ラジアルシステムは同等の機器条件下で約 ±9.5 メートルの垂直精度を達成しました。

この改善は主にジオメトリによるものです。放射状アレイは複数の方向からの地震波をより均等にサンプリングするため、エネルギーの集中が強化され、垂直方向の不確実性が軽減されます。指向性カバレッジが向上すると、イベントの場所がより安定して一貫性のあるものになります。

Microseismic signal gather display

微小地震信号収集表示

濰源市のシェールガスプロジェクトでは、深さ1819.5mから1867.5mのLongmaxiシェール層がターゲットの貯留層となった。水平断面の長さは 48 m で、2 つの破砕段階に分割されました。

頁岩では微小地震信号が弱いことが予想されるため、水平断面の真上のノード密度を高めることに焦点を当てました。監視システムは坑口の周りに放射状に配置され、360 度をカバーする 10 個のラインと 1 ラインあたり 6 つのステーションが 300 m の間隔で配置されました。このレイアウトは、指向性カバレッジを最大化し、垂直サンプリングを改善するように設計されました。

システムの性能を評価するために、20、30、40、50、および 60 の受信チャネルのサブセットを使用して、制御された劣化テストを実施しました。結果は明らかな傾向を示しました。有効なチャネルの数が増加するにつれて、イベント位置の安定性が向上しました。 50 を超えるチャネルが使用された場合、位置誤差は比較的安定しました。これは、有効な受信チャネルの割合が正確な微小地震測位にとって重要な要素であることを示しています。

この事例は、微小地震監視における重要な原則を示しています。アレイの形状と密度は、アルゴリズムの選択と同じくらい重要です。慎重なレイアウト計画により、困難な頁岩地層であっても、弱い信号の信頼性の高い検出と正確な位置特定が保証されます。放射状の設計と十分なチャネル範囲を組み合わせることで、破壊の伝播のより完全な全体像を 3 次元で捉えることが可能になりました。

Node Seismograph 2

監視範囲が微小地震測位に大きな影響を与えることがわかっています。妥当な制限内で配列を拡張すると、垂直方向の幾何学的誤差が減り、水平方向の移動時間の不確実性が制御されます。-

この分野で私たちが従う重要なポイントは次のとおりです。

ほとんどの観測点は通常、水平オフセットよりも音源深度に近いため、移動時間の歪みを制御するのに役立ちます。-
配列の半径を大きくすると、水平方向のジオメトリ誤差がわずかに増加する可能性がありますが、通常、不確実性の主な原因である垂直方向の誤差は減少します。{0}}
範囲を広げすぎると、精度は向上せずにコストが増加する可能性があります。

長年にわたる現場プロジェクトと製造経験を経て、当社はアレイ設計のためのいくつかのガイドラインを開発しました。

アレイジオメトリが重要: 機器の数量が固定されている場合、多くの場合、放射状レイアウトの方がグリッドレイアウトよりも安定した位置決めが可能です。
ソース領域に焦点を当てる: イベントが発生する場所が大まかにわかっている場合は、その領域より上のノード密度を高めます。
回線数とカバレッジの最適化: 合理的な間隔内で回線とカバレッジを拡張すると、コストを大幅に増加させることなくパフォーマンスが向上します。
ソースの深さに応じてモニタリング半径を設定する: 半径が小さすぎると垂直誤差が増加し、大きすぎると効率が低下します。
チャネル数と品質: 安定したイベント位置を確保するには、有効な受信チャネルの割合を高く確保することが重要です。

Node Seismograph 3

これらの原則は、理論ではなく、繰り返される現場検証に基づいています。各プロジェクトには独自の課題があるため、地質、深さ、ターゲット信号に応じて設計を調整します。

微小地震による測位精度はアルゴリズムだけでは決まらないことがわかりました。それは以下に依存します:

センサーの品質とタイミングの安定性
配列のジオメトリとノード密度
有効チャネル数と信号品質
騒音制御と導入計画

3 つのコンポーネントの節点システム、慎重なアレイ設計、実用的な処理戦略により、弱いイベントの検出を改善し、安定した 3 次元位置決めを実現できます。{{0}

これらの利点を実際のフィールドパフォーマンスに変えるために、当社はセンサーの一貫性、タイミング精度、導入効率の継続的な向上に取り組んでいます。これにより、現場チームは機器の制限に制約されることなく、信頼できるデータの解釈に集中できるようになります。

[1] 李新京、胡秀雲、程克明。北米の破砕シェールガスの探査と開発からの洞察。石油探査と開発、2007 年。
[2] Zhang Shan、Liu Qinglin、Zhao Qun、他。油田開発における微小地震モニタリングの応用。石油地球物理探査、2002 年。
[3] Yu Yangyang、Liang Chuntao、Kang Liang、他。地表微小地震監視システムの最適化設計。石油地球物理探査、2017 年。
[4] Xu Gang、Li Deqi、Wang Shize、他。統合地震工学における微小地震モニタリングの応用-。石油地球物理探査、2018 年。
[5] Zhao Boxiong、Wang Zhongren、Liu Rui、他。微小地震監視技術のレビュー。地球物理学の進歩、2014 年。
[6] シャオ・シャオグアン、ドン・ホンリー、ダイ・リヤン。微小地震監視技術の概要。吉林大学誌、2018 年。
[7] Song Huijuan、Li Shuo、Li Yundi、他。シェールガス開発における微小地震モニタリングの応用: 四川省蘆州の事例. 2022.
[8] Diao Rui、Wu Guochen、Shang Xinmin、他。表面アレイ微小地震データに対するブラインド音源分離ノイズ除去法。地球物理学的および地球化学的探査、2017 年。
[9] 何科、周立平、余宝利、他。カーブレット変換に基づく地表微小地震の微弱信号検出法。地球物理学的および地球化学的探査、2016 年。
[10] 楊瑞照、李徳偉、パン・ハイリン、他。シェールガス水圧破砕における微小地震モニタリングにおける破壊イメージング法。天然ガス産業、2017 年。