CN103984011A - 一种动态q补偿偏移方法 - Google Patents

Abstract

品质因子Q是描述地震波衰减的一个重要物理参数，它描述了介质非完全弹性特征，是地层内部本质特征。本发明是基于叠前CMP道集利用改进的S变换优越的时频分析特性对其逐道求取频谱比斜率，根据频谱比斜率与炮检距的关系通过线性回归得到零跑检距处的频谱比斜率，从而估算零炮检距处的地层Q值，最后结合动态Q补偿偏移实现对地层吸收衰减的补偿。从模型资料和实际地震资料应用效果均表明，改进的S变换能更有效的改善叠前Q值估算精度，通过对实际资料进行动态Q补偿偏移之后，地震分辨率得到了更大的提高，深部储层能量得到更好的恢复，能为后续的叠前AVO反演及储层综合评价提供可靠的资料。

Description

一种动态Q补偿偏移方法

技术领域

本发明属于石油勘探领域，涉及一种动态Q补偿偏移方法。

背景技术

地震波在地层中传播时，因介质的粘弹性和非均质性，波动能量被地下介质严重的吸收衰减从而导致接收到的地震信号能量损失巨大、频率降低、子波形状严重畸变，降低了地震资料的分辨率和品质，严重制约储层的有效预测和精细识别，因此研究和估算地下介质品质因子对于提高地震分辨率有着重要的意义。

补偿地层吸收衰减造成的低分辨率和能量弱的问题一直是石油工业研究的热门话题。由于石油工业中应用比较广范的常规Kirchhoff偏移没有考虑地层的吸收衰减，很难处理吸收衰减造成的深层信号频率低及能量弱的问题，于是给叠前弹性反演和储层预测带来了很大的困难，因此面向高分辨率勘探的地震偏移技术必须要考虑吸收衰减影响，从传统的Kirchhoff偏移迈入Q补偿偏移。

传统的Kirchhoff积分偏移方法可以用下式来表示：

$u(x_S,x_R,x)=\∫\∫w(x_S,x_R,x){\mathrm{dx}}_R\∫F\left(\mathrm{\ω}\right)D(x_S,x_R,\mathrm{\ω})e^{\mathrm{i\ω\τ}(x_S,x_R,x)}\mathrm{d\ω}---\left(1\right)$

式中x_S是炮点的空间坐标，x_R是检波点的空间坐标，D(x_S,x_R,ω)是频域里的地面记录数据，F(ω)是频域的相移因子，τ(x_S,x_R,x)是从炮点x_S到地下深度点x的单程旅行时与从检波点x_R到地下深度点x的单程旅行时之和，w(x_S,x_R,x)是振幅加权因子。

相对于常规Kirchhoff偏移，Q补偿偏移充分考虑不同绕射路径的吸收衰减，通过在Kirchhoff偏移公式里引入复数旅行时，从而达到恢复振幅能量和提高横向分辨率的目的，其公式为(Bear等，2008；Xie等，2009；Sun等，2012)：

$\begin{array}{c}u(x_S,x_R,x)=\∫\∫w(x_S,x_R,x){\mathrm{dx}}_R\∫F\left(\mathrm{\ω}\right)D(x_S,x_R,\mathrm{\ω})\\ \×e^{\mathrm{i\ωT}(x_S,x_R,x)}{e}^{\frac{1}{2}{\mathrm{\ωT}}^{*}(x_S,x_R,x)}{e}^{-i\frac{1}{\mathrm{\π}}{\mathrm{\ωT}}^{*}(x_S,x_R,x)\ln \frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}}\mathrm{d\ω}\end{array}---\left(2a\right)$

$T_c(x,\mathrm{\ω})=T\left(x\right)-\frac{1}{2}{\mathrm{iT}}^{*}\left(x\right)-\frac{1}{\mathrm{\π}}{T}^{*}\left(x\right)\ln \frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}---\left(2b\right)$

$T^{*}\left(x\right)=\underset{\mathrm{ray}}{\∫}\frac{1}{c_{0}Q}\mathrm{ds}---\left(2c\right)$

其中T_c(x,w)为复数旅行时，T(x)是声波介质中以速度c₀求得的旅行时，T^*(x)为与吸收衰减有关的旅行时(Keers,2001)，为振幅补偿项，为相位校正项。通过Q补偿偏移能够补偿地层吸收衰减造成的振幅损失和相位畸变，为精细的储层评价提供有力的依据。

Q补偿偏移的实现需要精确的Q值模型，对于地下介质品质因子的估算，前人提出了很多方法，比较常用的有谱比法(Sams，1990；Tonn，1991)，质心频移法(Quan等，1997)和峰值频移法(Zhang等，2002)等。而在实际生产中，最常用的品质因子求取方法是谱比法(LSR)，其基本思想是首先用一个时间窗截取地层顶底界面对应的地震记录，然后分别计算其对应的时频谱，再利用振幅谱比值的对数随频率的变化，通过最小二乘拟合斜率，进而估算层Q值。

地震波的振幅，考虑地层的吸收衰减，可以用下面的式子近似表示(Zhang等，2002)：

$B(t,f)=A\left(t\right)B(t_0,f)\exp (-\frac{\mathrm{\πft}}{Q})---\left(3\right)$

其中，B(t,f)为t时刻地震波的瞬时频谱，B(t₀,f)为初始时刻t₀时地震波的振幅，A(t)表示与频率无关的其它方面的影响。对上式取t₁和t₂两时刻振幅谱相除再取对数整理可得：

$\ln \left(\frac{B_{(t_2,f)}}{B_{(t_1,f)}}\right)=C-\frac{\mathrm{\πf}(t_2-t_1)}{Q}=C+\mathrm{Pf}---\left(4\right)$

式中t₂-t₁为地震波在目的层中传播的双程旅行时(t₁为目的层顶界面双程旅行时，t₂为底界面双程旅行时)，P为斜率。通过拟合频谱比对数与频率的关系则可得零炮检距地层Q值计算公式，即：

$Q=-\frac{\mathrm{\π}(t_2-t_1)}{P}---\left(5\right)$

考虑到叠前地震资料比叠后地震资料具有更丰富的振幅和旅行时信息，为地层品质因子的估算提供了有利条件。目前，国内外在利用叠前地震资料提取地层品质因子方面进行了大量的研究，Dasgupta等(1998)借助傅里叶变换提出利用Q值随炮检距的变化（即QVO方法）从叠前CMP道集中提取Q值，Zhang等(2002)提出利用频谱最大峰值变化与主频的关系,通过逐层迭代获取地层Q值，Wang等(2010)借助于S变换对叠前地震数据做时频分析,逐道求取频谱比斜率,经炮检距归零处理得到零炮检距处的地层Q值。由于地震波的衰减是传播路径的累加过程，因此，在CMP道集中，地层Q值随偏移距的变化而变化，假设在一个小排列的情况下，不同炮检距处Q(x_i)变化不大，近似为零炮检距Q(0)值。则可得(Wang等2010)：

$P\left(x_i\right)\≈-\frac{\mathrm{\π}}{Q\left(0\right)}(\mathrm{\Δ}{t}_0+\frac{{x_i}^2}{{2v}^2{t}_0})---\left(6\right)$

式中Δt₀为零炮检距地震波通过目的层顶底界面的旅行时差，由式(8)可看出频谱比斜率值随炮检距的平方近似呈线性变化(Dasgupta等1998)，因此，利用此关系将不同炮检距上的频谱比斜率值做线性回归，可得到零炮检距的频谱比斜率值，进而根据式(4)可求得地层的Q值。然而，叠前地震资料信噪比较低，其时频谱会受到邻近反射层的影响，导致其时频谱在低频时时间分辨率较低，不利瞬时频谱的拾取，虽然Wang等(2010)提出利用S变换计算地震道的时频谱，但是其估算精度还有待提高。因此，如果能用一种高分辨率的时频分析方法来计算地震波入射到地层顶界面和透射出该地层底界面时对应的瞬时频谱，其Q值估算结果会更精确。

发明内容

本发明提出一种基于改进S变换的Q值估算方法，利用所求动态Q值结果结合Q补偿偏移方法对某复杂碳酸盐岩储层进行保幅成像和抽道集，对成像结果进行地质意义分析。通过本发明提供的方法，能够克服常规Kirchhoff偏移存在的缺陷，能够识别出一些精细的薄储层以及一些难以检测的断层，为复杂碳酸盐岩更精细的储层描述提供依据。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种动态Q补偿偏移方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：对地震资料进行去噪和保幅处理得到高信噪比、高保真的叠前CMP道集，然后对其进行动校正；

步骤2：首先用一个时间窗截取地层顶底界面对应的地震记录，然后利用改进的S变换分别对每一CMP的每个地震道进行时频分析；

步骤:3：求取目标层每个地震道的频谱比斜率；

步骤4：根据步骤2得到的频谱比斜率与偏移距的关系拟合零偏移距频谱比斜率，估算地层Q值；

步骤5：按地震道分时窗逐次进行估算Q大小，然后经过剔除野值、插值、平滑得到Q值估算结果；

步骤6：将所得Q值估算结果结合Q补偿偏移对某复杂碳酸盐岩储层进行保幅成像与抽道集，通过振幅补偿和相位校正提高深部储层成像分辨率；

步骤7：对动态Q补偿偏移成像数据体进行均方根属性提取，然后进行地质意义分析。

更进一步，所述的步骤1-5中的动态Q值，是基于改进的S变换得到，其动态体现在Q值在纵向上是随时间变化的。

更进一步，首次将这种改进的S变换估算的动态Q值模型与Q补偿偏移结合对复杂碳酸盐岩储层进行保幅成像与抽道集；另外首次实现Q补偿偏移三维成像数据体平面属性（均方根振幅）的提取，通过对其进行地质意义分析，与常规偏移方法相比，动态Q补偿偏移显著提高复杂碳酸盐岩溶蚀孔洞储层和断层的识别精度，改善了对储层空间分布规律的地质认识。

本发明的有益效果是：利用改进的S变换优越的时频分析特性对叠前道集进行Q值估算，然后充分考虑不同绕射路径的吸收衰减结合Q补偿偏移对某复杂碳酸盐岩储层进行保幅成像与抽道集，从分辨率和保幅性以及三维成像数据体提取的平面属性这三方面阐述动态Q补偿偏移的优势，继而为后续叠前弹性反演及储层预测提供高质量的道集资料。

附图说明

图1是合成楔状记录(a)及其ST和MST的分频剖面对比((b)为10Hz，(c)为20Hz，(d)为70Hz)。

图2是平层Q值正演记录及其ST和MST((a)为cdp200的叠前CMP道集，(b)为其动校正后的道集，(c)为动校正道集中单道记录，(d)、(e)分别对应其ST和MST时频谱)。

图3拟合的频谱比斜率与炮检距关系((a)第二层；(b)第三层)；

图4模型Q值与ST、MST估算的Q值对比。

图5本发明中基于改进S变换Q值估算结合Q补偿偏移在实际资料应用中的流程图：

图6基于叠前资料估算的Q值剖面。

图7常规Kirchhoff偏移(a)与动态Q补偿偏移CRP(b)道集对比。

图8常规Kirchhoff偏移与Q补偿偏移频谱对比((a)为常规Kirchhoff偏移；(b)为Q补偿偏移)。

图9常规Kirchhoff偏移(b)与Q补偿偏移剖面对比。

图10图9中对应框局部放大对比图((a)为常规Kirchhoff偏移；(b)为Q补偿偏移)。

图11理论AVO道集(a)、常规Kirchhoff偏移(b)与Q补偿偏移CRP(c)道集对比。

图12理论AVO道集、常规Kirchhoff偏移与Q补偿偏移AVO曲线对比。

图13常规Kirchhoff偏移(a)与Q补偿偏移(b)沿一间房组顶向下20～100ms均方根振幅属性。

图14常规Kirchhoff偏移(a)与Q补偿偏移(b)沿任意测线①剖面对比。

图15常规Kirchhoff偏移(a)与Q补偿偏移(b)沿任意测线②剖面对比。

具体实施方式

以下结合实例与附图说明本发明具体实施方式。

首先，精确的Q值估算是动态Q补偿偏移实现的前提，而Q值估算的频谱比法较依赖于时频分析方法的分辨率。Reine等(2009)采用四种时频变换方法进行频谱计算，结果表明S变换、连续小波变换等基于时变窗口的时频变换方法可以更有效地估计地层Q值。然而，叠前地震资料信噪比较低，其时频谱会受到邻近反射层的影响，导致其时频谱在低频时时间分辨率较低，不利瞬时频谱的拾取，虽然Wang等(2010)提出利用S变换计算地震道的时频谱，但是其估算精度还有待提高。因此，如果能用一种高分辨率的时频分析方法来计算地震波入射到地层顶界面和透射出该地层底界面时对应的瞬时频谱，其Q值估算结果会更精确。2013年Li等提出在传统S变换的标准高斯窗函数里利用频率线性函数代替其频率，通过选择最佳参数可提高S变换的分辨率，其改进的S变换为：

$\mathrm{MST}(\mathrm{\τ},f)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}h\left(t\right)\frac{|\mathrm{Af}+B|}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}\exp [-\frac{{(\mathrm{Af}+B)}^2{(\mathrm{\τ}-t)}^2}{2}]\×\exp (-i2\mathrm{\πft})\mathrm{dt}---\left(7\right)$

其中h(t)为地震记录，f为频率；τ为时窗函数的中心点，它控制高斯窗函数在时间轴上的位置。A、B为控制高斯窗形状参数。

因此，本发明借助于Li等提出的改进S变换从叠前CMP道集你Q值。

图1～图4用数值模型正演模拟说明改进的S变换估算Q值的有效性。基于本发明实施例中为了验证改进的S变换在低频有更高的时间分辨率，设计了如图1(a)所示的楔状模型，分别对其进行S变换和改进的S变换，分频(10Hz、20Hz、70Hz)剖面结果如图1(b)、(c)、(d)所示，在高频剖面如图1(d)中其S变换和改进的S变换时间分辨率是一样的，而在低频的剖面如图1(b)、(c)中，改进的S变换对调谐效应有所分解，具有较高的时间分辨率，便于拾取反射层的瞬时频谱，更有利于Q值求取。

然后设计一个四层衰减模型，其参数如下表1所示，抽取其中cdp200的叠前道集如图2(a)所示，由于频谱比斜率值的计算是在经过动校正之后的叠前CMP地震道集中进行的，对其进行动校正后如图2(b)所示。利用改进的S变换对于每一个叠前CDP正演道集做时频分析，其中截取一道地震记录图2(c)，其S变换谱与改进的S变换谱分别如图2(d)、(e)所示，在标准S变换中，低频时有畸变现象，而在改进的S变换中无畸变现象。

于是，根据式(4)计算得到的频谱比对数随频率的变化关系，进行线性回归，可得到频谱比斜率值P(i)，然后根据(6)式拟合频谱比斜率与炮检距的关系如图3所示，频谱比斜率与炮检距的平方近似呈线性关系，因此，利用此关系将不同炮检距上的频谱比斜率值做线性回归，可得到零炮检距的频谱比斜率值，进而由(5)式得到零炮检距处不同层Q值。

图4是以第二、第三层做Q值估算精度分析，利用常规S变换估算的Q值为：第二层Q_2nd为70.072，第三层Q_3rd为：27.614；而利用改进的S变换估算的Q值为：第二层Q_2nd为73.895，第三层Q_3rd为：29.043。对比可知，利用改进的S变换估算的Q值与模型吻合较好，因此，基于改进的S变换估算的Q值更准确有效，后续Q值估算均是基于改进的S变换。

表1衰减模型参数

H(m)	Vp(m/s)	Vs(m/s)	Q	Density(g/cm^3)
					1000	2148	798	60	2.0
500	2470	1015	70	2.3
					550	2130	988	34	1.5
1000	2523	1310	115	2.6

图5本发明中基于改进S变换Q值估算结合Q补偿偏移在实际资料应用中的流程图：

步骤1：对地震资料进行去噪和保幅处理得到高信噪比、高保真的叠前CMP道集，然后对其进行动校正；

步骤2：首先用一个时间窗截取地层顶底界面对应的地震记录，然后利用改进的S变换分别对每一CMP的每个地震道进行时频分析；

步骤:3：求取目标层每个地震道的频谱比斜率；

步骤4：根据步骤2得到的频谱比斜率与偏移距的关系拟合零偏移距频谱比斜率，估算地层Q值；

步骤5：按地震道分时窗逐次进行估算Q大小，然后经过剔除野值、插值、平滑得到Q值估算结果；

步骤6：将所得Q值估算结果结合Q补偿偏移对某复杂碳酸盐岩储层进行保幅成像与抽道集，通过振幅补偿和相位校正提高深部储层成像分辨率；

步骤7：对动态Q补偿偏移成像数据体进行均方根属性提取，然后进行地质意义分析。

以下以该方法在新疆某区块实际资料上的应用为例子具体说明该方法的实际应用效果。

图6为本发明基于改进S变换利用叠前CMP道集经过炮检距归零处理后得到的地层Q值剖面。

图7为常规Kirchhoff偏移和动态Q补偿偏移的CRP道集对比(图7(a)为常规Kirchhoff偏移抽取的道集，(b)为动态Q补偿偏移抽取的道集)，由图可知Q补偿偏移的分辨率高于常规Kirchhoff偏移：如A框所示，Q补偿偏移中4000ms处同相轴可分辨出来，而常规Kirchhoff偏移中无法区分；如B框所示，可以看到Q补偿偏移CRP道集上的细小同相轴，而在常规Kirchhoff偏移的CRP道集中该同相轴几乎消失；并且，Q补偿偏移的CRP道集中深层能量更强，同相轴的连续性也好于常规Kirchhoff偏移道集。再比较两种偏移方法的频谱如图8所示((a)为常规Kirchhoff偏移；(b)为Q补偿偏移)，常规Kirchhoff偏移的主频率为18Hz，Q补偿偏移的主频率略高于常规Kirchhoff偏移，达到24Hz；同时，Q补偿偏移的频带宽度也宽于常规Kirchhoff偏移；除此之外，从图8(b)中还可看到Q补偿偏移高频成分的能量更强，这充分体现了该方法对高频成分的补偿作用。

得益于Q补偿偏移的高质量的CRP道集，也可以通过偏移剖面对比(如图9所示)看出Q补偿偏移在提高深部储层分辨率的优势，图10是图9中对应框局部放大图，从剖面上看虽然两种偏移方法都能对储层进行很好的成像，但是对于潜在的薄储层，从常规Kirchhoff偏移剖面上很难进行有效识别，而在Q补偿偏移剖面中可以明显地识别出4650ms处白色箭头所示的薄层，因此对于提高复杂碳酸盐岩储层成像分辨率中Q补偿偏移是不可或缺的。

提高深层地震信号分辨率是储层预测的关键，而保幅的叠前道集是叠前弹性反演的基础数据，直接关系到反演得到的反映储层及流体的纵横波阻抗等叠前信息的有效性和可靠性。因此为了说明动态Q补偿偏移方法在恢复深层地震信号能量的优越性，我们首先由井数据合成理论AVO道集，并将常规Kirchhoff偏移和Q补偿偏移的CRP道集与合成AVO道集进行对比图11(a)、(b)、(c)，抽取A线框里的目的层均方根振幅并对其进行拟合得到的AVO曲线如图12所示，动态Q补偿偏移后的AVO曲线更接近理论AVO曲线，说明Q补偿偏移保幅性优于常规Kirchhoff偏移。

为了充分说明Q补偿偏移提高分辨率在识别复杂碳酸盐岩储层的精确程度、断层发育的认识程度以及储层空间分布规律等的现实意义，对三维成像数据体进行了综合解释评价。根据相关地质资料，新疆某研究区块主要储集层为奥陶系的良里塔格组、一间房组及鹰山组灰岩，盖层为上覆桑塔木组泥岩段，有利储层在剖面上表现为一连串的“串珠状”强反射。分别对Kirchhoff偏移及Q补偿偏移的叠后数据体沿一间房组顶(TO2t)向下20-100毫秒提取均方根(RMS)振幅属性，如图13所示。从中不难发现Q补偿偏移更能突显本区域有利储层的位置，特别是在本区域的四口井周围以及工区西部的近南北向的走滑断裂附近。对应图13中沿有利储层位置①、②的任意线地震剖面分别如图14，15所示，从地震剖面上更能清晰看到Q补偿偏移方法识别出来的“串珠状强反射”的形态，能够有效提高对复杂碳酸盐岩溶蚀孔洞储层和断层的识别精度，改善对储层空间分布规律的地质认识。因此从动态Q偏移抽取的道集、AVO曲线、成像剖面以及均方根振幅属性可知，动态Q补偿偏移不仅提高了深部储层成像分辨率，而且道集保幅性比常规Kirchhoff偏移好，可以在大面积范围内进行推广应用。

参考文献

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Tonn,R.,1991,The determination of the seismic quality factor Q from VSP data:A comparison of differentcomputational methods:Geophysical Prospecting,39(1):1-27.

Quan,Y.,and J.M.Harris,1997,Seismic attenuation tomogophy using the frequency shift method[J]:Geophysics,62(3):895-905.

Zhang,C.J.,and T.J.Ulryeh,2002,Estimation of quality factors from CMP record[J]:Geophysics,67(5):1542-1547.

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Claims (3)

1.一种动态Q补偿偏移方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：对地震资料进行去噪和保幅处理得到高信噪比、高保真的叠前CMP道集，然后对其进行动校正；

步骤2：首先用一个时间窗截取地层顶底界面对应的地震记录，然后利用改进的S变换分别对每一CMP的每个地震道进行时频分析；

步骤:3：求取目标层每个地震道的频谱比斜率；

步骤4：根据步骤2得到的频谱比斜率与偏移距的关系拟合零偏移距频谱比斜率，估算地层Q值；

步骤5：按地震道分时窗逐次进行估算Q大小，然后经过剔除野值、插值、平滑得到Q值估算结果；

步骤6：将所得Q值估算结果结合Q补偿偏移对某复杂碳酸盐岩储层进行保幅成像与抽道集，通过振幅补偿和相位校正提高深部储层成像分辨率；

步骤7：对动态Q补偿偏移成像数据体进行均方根属性提取，然后进行地质意义分析。

2.根据权利要求1所述的一种动态Q补偿偏移方法，其特征在于，所述的步骤1-5中的动态Q值，是基于改进的S变换得到，其动态体现在Q值在纵向上是随时间变化的。

3.根据权利要求1所述的一种动态Q补偿偏移方法，其特征在于，首次将这种改进的S变换估算的动态Q值模型与Q补偿偏移结合对复杂碳酸盐岩储层进行保幅成像与抽道集；另外首次实现Q补偿偏移三维成像数据体平面属性（均方根振幅）的提取，通过对其进行地质意义分析，与常规偏移方法相比，动态Q 补偿偏移显著提高复杂碳酸盐岩溶蚀孔洞储层和断层的识别精度，改善了对储层空间分布规律的地质认识。