CN103376464A - 一种地层品质因子反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地球物理勘探数据处理技术中利用垂直地震剖面数据的下行波的振幅谱属性，进行层Q因子反演的方法。首先利用F-K(频率-波数)方法对VSP原始数据进行波场分离，得到下行波；然后选取下行子波和监控子波进行傅立叶变换得到振幅谱，对振幅谱进行多项式拟合从而得到等效Q，利用等效Q与层Q之间的公式，反演得到层Q。本发明具有很强抗随机干扰能力，能消除激发子波的差异，不仅算法简单还能大大节约工作量，反演的层Q值具有很好的稳定性、且精度很高。

Description

一种地层品质因子反演方法

技术领域

本发明涉及地震勘探数据处理技术，是一种利用垂直地震剖面(VSP)数据的下行波振幅谱属性，且具有很好的稳定性的地层品质因子反演方法。

背景技术

随着地震勘探精度要求的提高，需要高分辨率的地震资料进行油气储层的详细描述，而地层的吸收衰减作用是影响地震资料分辨率的一个主要因素。地层的吸收衰减主要表现为地震波在传播过程振幅发生衰减、相位发生畸变、频率变低，且高频部分比低频部分衰减更快，在浅层比深层衰减更快，严重降低了地震资料的分辨率。准确地估算地层的品质因子(Q因子)值，然后对叠前或叠后地震记录进行有效的反Q滤波补偿，可以使地震剖面的浅、中、深层反射波波形基本一致，中、深层的高频部分得到加强，频谱被拓宽，使其恢复原来的地震波形态，消除子波时变影响，从而满足反褶积和子波估计要求子波时不变的假设前提，并能有效地提高地震剖面质量，从而更有利于地震资料的处理和解释。

零偏VSP(垂直地震剖面)资料采集中，炮点离井口很近，不同深度接收到的下行直达波具有相同的传播路径，可直接利用不同深度地震记录中下行直达波反演地层品质因子(Q因子)，并进行反Q滤波，从而提高VSP资料的分辨率及驱动地面地震处理提高分辨率；因此如何利用零偏VSP资料进行精确的Q提取，具有很重要的实际应用价值。

地层品质因子Q的反演方法主要对地震子波的振幅谱利用对数谱比法、中心频率偏移法和峰值频率偏移法、扫描分析技术与时频分析结合法、多窗谱分析法等。其中，中心频率偏移法和峰值频率偏移法假设地震波振幅谱可由高斯谱来表示；时频分析法假设地震子波是零相位的。

Mathneey和Nowack提出了瞬时频率匹配法，即采用一个迭代过程修改因果衰减算子，使该算子作用于基准脉冲后的包络峰值处的加权瞬时频率和目标脉冲包络峰值处的加权瞬时频率最接近，由此反演出介质的品质因子，他们用此方法估计了地壳绕射地震资料的衰减；Dasios等用瞬时频率匹配法估计了全波列声波测井记录的衰减.这种方法克服了对数谱比法的一些缺点，比如不需要选择可变的频带范围等.但该方法需要利Hilbert变换法计算瞬时频率，而且还要用复杂的迭代过程来匹配瞬时频率.众所周知，Hilbert变换对噪声敏感，因此瞬时频率匹配法在含噪地震信号中使用受到限制。Barnes假设震源子波为理想的带通子波，给出了一个瞬时频率和Q值以及传输时间的关系，但实际震源子波和理想带通子波差异较大。

以上所有方法对实际资料几乎没有应用，也没有公开如何利用VSP资料的下行波，反演的层Q值与地层的层速度值也几乎没有对应性，无法评价反演的Q值的合理性。另外，以上所有方法都没有考虑采集中激发环境造成的激发子波差异，几乎不具有适用性和推广性，势必将影响品质因子Q的稳定性。

发明内容

本发明目的是提供一种利用垂直地震剖面(VSP)数据的下行波的振幅谱属性，且具有很好的稳定性的地层品质因子反演方法。

本发明具体步骤包括：

1)地面震源激发，井下检波器接收得到垂直地震剖面数据，靠近震源的检波器接收得到每道垂直地震剖面记录对应的监控子波信号；

2)拾取每道垂直地震剖面记录的初至一，以及每道垂直地震剖面记录对应的监控子波信号的初至二；

3)对每道垂直地震剖面记录各个样点的时间都减去该道的初至时间一，从而将下行波拉平得到第一波场；

4)对第一波场先进行时间方向的傅里叶变换，从而变换到频率域，得到整个垂直地震剖面记录的振幅谱；然后对振幅谱在道号方向进行傅里叶变换，从而变换到波数域，得到其频率-波数(F-K)谱；

5)在步骤4)得到的频率-波数(F-K)谱中，将上行波对应的频率-波数(F-K)谱乘以零；然后进行波数方向的反傅里叶变换，得到其振幅谱；再对得到的振幅谱进行频率方向的反傅里叶变换，得到时间域的波场二；

6)在波场二中，在每道的下行波中从第一个样点开始往后开一时窗，对该时窗内的信号进行傅里叶变换，得到每个频率的振幅谱一；并将每个频率对应的振幅谱都除以其对应的频率值的平方，得到指数形式的振幅谱二；

7)重复步骤6)，得到所有道下行波中每个频率的指数形式的振幅谱二；

8)对步骤7)中的振幅谱二取自然对数后，利用最小二乘法进行与频率有关的二次函数拟合，得到该道下行子波对应的一次项系数和二次项系数；

9)重复步骤8)得到垂直地震剖面记录中所有道的下行子波对应的一次项和二次项系数；

10)拾取步骤1)中记录的监控子波的初至二，并对每道垂直地震剖面记录对应的监控子波信号，从初至二开始往后开一个时窗，对该时窗内的信号进行傅里叶变换，得到监控子波每个频率的振幅谱三；并将每个频率对应的振幅谱都除以其对应的频率值的平方，得到所有道监控子波指数形式的振幅谱四；

11)对步骤10)中的振幅谱四取自然对数后，利用最小二乘法进行与频率有关的二次函数拟合，得到该道监控子波频谱的一次项系数和二次项系数；

12)重复步骤11)得到垂直地震剖面记录中所有道对应的监控子波对应的一次项系数和二次项系数；

13)求取步骤12)得到垂直地震剖面记录中所有道的二次项系数和其对应的监控子波二次项系数的平均值；

14)将步骤7)中的振幅谱二取自然对数后，减去步骤13)中得到的该地震道二次项系数的平均值与频率平方的乘积后，利用二乘法进行与频率有关的二次函数拟合，得到一次项系数和二次项系数；

15)利用垂直地震剖面记录中每道的初至时间一除以步骤14)中得到的该道的一次项系数，得到等效Q(地层品质因子)值一；

16)重复步骤15)得到所有垂直地震剖面记录道的等效地层品质因子值一，并对所有道的等效Q(地层品质因子)值一进行统计平滑，得到等效Q(地层品质因子)值二；

17)用垂直地震剖面记录每道的初至时间一除以该道记录对应的等效Q(地层品质因子)值二，得到该道的吸收系数；

18)利用相邻垂直地震剖面记录道的初至一之间的差值除以相邻道的吸收系数之间的差值，得到该道垂直地震剖面记录对应的层Q(地层品质因子)值；

19)重复步骤18)，直到每道垂直地震剖面记录对应的层Q(地层品质因子)值都反演完。

本发明具有很强抗随机干扰能力，能消除激发子波的差异，不仅算法简单还能大大节约工作量，反演的层Q值具有很好的稳定性、且精度很高。

附图说明

图1下行波示意图；

图2截取的下行波示意图；

图3截取的下行波的振幅谱；

图4本发明反演的层Q值。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明。

本发明一种利用垂直地震剖面(VSP)数据的下行波的振幅谱属性，且具有很好的稳定性的地层品质因子反演方法，具体实现步骤如下：

1)地面震源激发，井下检波器接收得到垂直地震剖面数据，靠近震源的检波器接收得到每道垂直地震剖面记录对应的监控子波信号；

2)拾取每道垂直地震剖面记录的初至一，以及每道垂直地震剖面记录对应的监控子波信号的初至二；

3)对每道垂直地震剖面记录各个样点的时间都减去该道的初至时间一，从而将下行波拉平得到第一波场；

4)对第一波场先进行时间方向的傅里叶变换，从而变换到频率域，得到整个垂直地震剖面记录的振幅谱；然后对振幅谱在道号方向进行傅里叶变换，从而变换到波数域，得到其频率-波数(F-K)谱；

5)在步骤4)得到的频率-波数(F-K)谱中，将上行波对应的频率-波数(F-K)谱乘以零；然后进行波数方向的反傅里叶变换，得到其振幅谱；再对得到的振幅谱进行频率方向的反傅里叶变换，得到时间域的波场二；

6)在波场二中，如图1所示，在每道的下行波中从第一个样点开始往后开一时窗，如图2所示，对该时窗内的信号进行傅里叶变换，得到每个频率的振幅谱一，如图3所示；并将每个频率对应的振幅谱都除以其对应的频率值的平方，得到指数形式的振幅谱二；

7)重复步骤6)，得到所有道下行波中每个频率的指数形式的振幅谱二；

8)对步骤7)中的振幅谱二取自然对数后，利用最小二乘法进行与频率有关的二次函数拟合，得到该道下行子波对应的一次项系数和二次项系数；

9)重复步骤8)得到垂直地震剖面记录中所有道的下行子波对应的一次项和二次项系数；

10)拾取步骤1)中记录的监控子波的初至二，并对每道垂直地震剖面记录对应的监控子波信号，从初至二开始往后开一个时窗，对该时窗内的信号进行傅里叶变换，得到监控子波每个频率的振幅谱三；并将每个频率对应的振幅谱都除以其对应的频率值的平方，得到所有道监控子波指数形式的振幅谱四；

11)对步骤10)中的振幅谱四取自然对数后，利用最小二乘法进行与频率有关的二次函数拟合，得到该道监控子波频谱的一次项系数和二次项系数；

12)重复步骤11)得到垂直地震剖面记录中所有道对应的监控子波对应的一次项系数和二次项系数；

13)求取步骤12)得到垂直地震剖面记录中所有道的二次项系数和其对应的监控子波二次项系数的平均值；

14)将步骤7)中的振幅谱二取自然对数后，减去步骤13)中得到的该地震道二次项系数的平均值与频率平方的乘积后，利用二乘法进行与频率有关的二次函数拟合，得到一次项系数和二次项系数；

15)利用垂直地震剖面记录中每道的初至时间一除以步骤14)中得到的该道的一次项系数，得到等效Q(地层品质因子)值一；

16)重复步骤15)得到所有垂直地震剖面记录道的等效地层品质因子值一，并对所有道的等效Q(地层品质因子)值一进行统计平滑，得到等效Q(地层品质因子)值二；

17)用垂直地震剖面记录每道的初至时间一除以该道记录对应的等效Q(地层品质因子)值二，得到该道的吸收系数；

18)利用相邻垂直地震剖面记录道的初至一之间的差值除以相邻道的吸收系数之间的差值，得到该道垂直地震剖面记录对应的层Q(地层品质因子)值；

19)重复步骤18)，直到每道垂直地震剖面记录对应的层Q(地层品质因子)值都反演完。如图4，随着深度的增大，层Q也呈增大的趋势。

Claims (1)

1.一种地层品质因子反演方法，特点是具体步骤包括：

1)地面震源激发，井下检波器接收得到垂直地震剖面数据，靠近震源的检波器接收得到每道垂直地震剖面记录对应的监控子波信号；

2)拾取每道垂直地震剖面记录的初至一，以及每道垂直地震剖面记录对应的监控子波信号的初至二；

3)对每道垂直地震剖面记录各个样点的时间都减去该道的初至时间一，从而将下行波拉平得到第一波场；

4)对第一波场先进行时间方向的傅里叶变换，从而变换到频率域，得到整个垂直地震剖面记录的振幅谱；然后对振幅谱在道号方向进行傅里叶变换，从而变换到波数域，得到其频率-波数(F-K)谱；

5)在步骤4)得到的频率-波数(F-K)谱中，将上行波对应的频率-波数(F-K)谱乘以零；然后进行波数方向的反傅里叶变换，得到其振幅谱；再对得到的振幅谱进行频率方向的反傅里叶变换，得到时间域的波场二；

6)在波场二中，在每道的下行波中从第一个样点开始往后开一时窗，对该时窗内的信号进行傅里叶变换，得到每个频率的振幅谱一；并将每个频率对应的振幅谱都除以其对应的频率值的平方，得到指数形式的振幅谱二；

7)重复步骤6)，得到所有道下行波中每个频率的指数形式的振幅谱二；

8)对步骤7)中的振幅谱二取自然对数后，利用最小二乘法进行与频率有关的二次函数拟合，得到该道下行子波对应的一次项系数和二次项系数；

9)重复步骤8)得到垂直地震剖面记录中所有道的下行子波对应的一次项和二次项系数；

10)拾取步骤1)中记录的监控子波的初至二，并对每道垂直地震剖面记录对应的监控子波信号，从初至二开始往后开一个时窗，对该时窗内的信号进行傅里叶变换，得到监控子波每个频率的振幅谱三；并将每个频率对应的振幅谱都除以其对应的频率值的平方，得到所有道监控子波指数形式的振幅谱四；

11)对步骤10)中的振幅谱四取自然对数后，利用最小二乘法进行与频率有关的二次函数拟合，得到该道监控子波频谱的一次项系数和二次项系数；

12)重复步骤11)得到垂直地震剖面记录中所有道对应的监控子波对应的一次项系数和二次项系数；

13)求取步骤12)得到垂直地震剖面记录中所有道的二次项系数和其对应的监控子波二次项系数的平均值；

14)将步骤7)中的振幅谱二取自然对数后，减去步骤13)中得到的该地震道二次项系数的平均值与频率平方的乘积后，利用二乘法进行与频率有关的二次函数拟合，得到一次项系数和二次项系数；

15)利用垂直地震剖面记录中每道的初至时间一除以步骤14)中得到的该道的一次项系数，得到等效地层品质因子值一；

16)重复步骤15)得到所有垂直地震剖面记录道的等效地层品质因子值一，并对所有道的等效地层品质因子值一进行统计平滑，得到等效地层品质因子值二；

17)用垂直地震剖面记录每道的初至时间一除以该道记录对应的等效地层品质因子值二，得到该道的吸收系数；

18)利用相邻垂直地震剖面记录道的初至一之间的差值除以相邻道的吸收系数之间的差值，得到该道垂直地震剖面记录对应的层地层品质因子值；

19)重复步骤18)，直到每道垂直地震剖面记录对应的层地层品质因子值都反演完。

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