Detection and location of microseismic events induced by hydraulic fracturing

Abstract

In this work I develop and apply a detection and relative location method for microearthquakes induced by hydraulic fracturing. This method is based on cross-correlation stacking for a surface microseismic array and uses both P- and S-wave. I show that similarity of waveforms generated by microearthquakes allows for detection of weak ones (‘slaves’) by cross-correlation with stronger (‘master’). To that end, I stack cross-correlations along moveout of the master event. Further, I show how adjustment of this moveout before stacking by adding differential traveltimes enables location of slave events relative to a master with high precision. I successfully apply described method to real data and find the results of detection and location consistent with migration-based commercial processing. Crosscorrelation stacking improved the results by detecting 20% more events then migration. In the aspect of relative location, application of both P- and S-wave significantly reduced vertical uncertainty of microearthquakes compared to using only P-wave.

W swojej pracy rozwijam i stosuję metodę detekcji i względnej lokalizacji mikrowstrząsów wywołanych szczelinowaniem hydraulicznym. Metoda ta wykorzystuje składanie kroskorelacji fal P i S zarejestrowanych powierzchniowym rozstawem mikrosejsmicznym monitorującym szczelinowanie. Dowodzę, że podobieństwo generowanych przez mikrowstrząsy form falowych może być wykorzystane do detekcji słabych wstrząsów (‘slave’) przy pomocy kroskorelacji z formami falowych silniejszych (‘master’). W tym celu składam kroskorelacje wzdłuż krzywizny kinematycznej wstrząsu silnego. Po dokonaniu detekcji, poprzez dodanie poprawek różnicowych do tej krzywizny, słabsze wstrząsy można zlokalizować względem silniejszych z dużą precyzją. W wyniku zastosowania opisanej metody do danych rzeczywistych, otrzymałem wyniki zgodne z komercyjnymi rezultatami detekcji i lokalizacji opartych na migracji. W aspekcie detekcji, metoda oparta na kroskorelacji wykryła 20% więcej wstrząsów aniżeli migracja. Natomiast zastosowanie jednocześnie fal P i S do względnej lokalizacji znacząco poprawiło pionową rozdzielczość lokalizacji wstrząsów względem lokalizacji tylko z zastosowaniem fali P.