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微地震裂缝监测技术
人工裂缝监测方法
微地震人工国际上的同行广泛使用。
第一章微地震人工裂缝监测原理
摩尔-库伦准则可以写为：
Τ≥ τ0 +(S1+S2-2 P0)/2+(S1–S2)cos(2φ)/2 (1)
τ= (S1–S2)sin(2φ)/2 (2)
(1)式左侧不小于右侧时发生微地震。式中，τ是作用在裂缝面上的剪切应力；τ0 是岩石的固有无法向应力抗剪断强度，数值由几兆帕到几十兆帕，沿已有裂缝面错断，数值为零；S1，S2 分别是最大，最小主应力；P0是地层压力；φ是最大主应力与裂缝面法向的夹角。由式(1)可以看出，微震易于沿已有裂缝面发生。这时τ0为零，左侧易于不小于右侧。P0增大，右侧减小，也会使右侧小于左侧。这为我们观测注水，压裂裂缝提供了依据。
第一章微地震人工裂缝监测原理
该监测系统采用6分站，无线传输，主站分析实时定位系统。监测压裂或高压注水时出现的微震点分布，用微震点分布描述裂缝形态。
微地震震源以走时方法定位，假定自震源发出的微地震信号以直线传入地震检波器，把弧线传播途径拉直为一条直线，以方便油田使用。这一假设是测试误差的主要来源。
由于随深度的减小，波速降低，近地表的地震波传播途径与地面趋于垂直。由于P波的振动方向沿传播途径，S波的振动方向与传播途径垂直。因此，P波的振动方向垂直于地面，S波的振动方向平行于地面。
有的油田地层松软，S波不稳定。本系统检波器垂直放置，对沿传播途径振动的P波敏感；垂直于传播途径振动的S波衰减大，只记录分析P波。
第一章微地震人工裂缝监测原理
震源定位过程如下：
微地震定位采用矩阵分析理论，以下述走时方程为依据去计算微地震震源的空间坐标。
第一章微地震源定位
经变换，(3)式可以改写为：
第一章微地震源定位
式中，T1 -T6是各分站的P波到时，T0是发震时刻；(X1，Y1，0)…(X6，Y6，0)是各分站坐标；VP是P波速度；(X0，Y0，Z0)是微震震源的空间坐标。T0，X0，Y0，Z0是待求的未知数。未知数的个数少于方程个数，方程组是可解的。解出四个未知数的最少方程个数是四个，这要求至少有四个分站，若有四个分站有记录信号，便可以进行震源定位。
(4)式可以写成标准系数矩阵形式,有很多求解矩阵的方法可以解出T0，X0，Y0；再把T0，X0，Y0代入(3)式中就可以得出Z0，Z0就是相对压裂深度的裂缝高度，由于计算过程的累积作用，高度误差较大。
[A]=[K][B] (5)
第一章微地震源定位
矩阵[A]写为：
第一章微地震源定位
矩阵[B]写为：
第一章微地震源定位
矩阵[K]写为：
第一章微地震源定位
5) 式可改写为：
[K]=[A]×[B]-1 (9)
[B]-1是[B]的逆矩阵。矩阵求逆和(9)式计算有很多通用的解法，我们可以取得T0，X0，Y0值。
实际采用确定深度的方法是综合考虑各站走时的方法，即对以下一组数据作为走时的函数进行线性回归，回归常数即为相对观测
段的高度：
第一章微地震源定位
依据上述过程可以确定微地震点的空间位置。
水力压裂裂缝扩展的力学条件可以写为:
第二章裂缝扩展机制
(10)式中R是钻孔半径；a是裂缝半长度；Pf是裂缝中的水压；σn是裂缝面的法向应力；kIC是岩石断裂韧性，是岩石的固有强度。由(10)式可以看出，破裂的临界强度由岩石本身的性质决定，与激励条件无关，只在作用达到破裂条件瞬间才会有微地震发生，因此微地震信号的强度也与激励条件无关。而破裂发生的频度是与激励条件有关的，激励强度越大，单位时间发生的微地震也越