CN104502965B - 一种振幅补偿因子的反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种振幅补偿因子的反演方法，包括：获取垂直地震剖面数据、地面地震数据，并获取得到每道垂直地震剖面数据对应的监控子波记录；获取每道垂直地震剖面数据的初至时间一，并根据垂直地震剖面数据、地面地震数据、监控子波记录获取各深度点的第三波场的绝对能量，从而确定振幅补偿因子。本发明能够基于反Q滤波振幅补偿，反演振幅补偿因子，并用于相对保幅处理。

Description

一种振幅补偿因子的反演方法

技术领域

本发明涉及地震勘探数据处理技术领域，特别涉及一种振幅补偿因子的反演方法。

背景技术

当前，在地震勘探数据处理技术中，为了采集垂直地震剖面法的地震资料，可以将检波器放置在井中，直接接收到来自地层的下行波，从而可以得到各深度的检波器接收到的下行初至波的能量，而在这个过程中存在地震波的能量损失。地震波的能量损失包括有透射能量损失、球面扩散能量损失、以及与地层品质因子Q吸收衰减有关的能量损失。其中，透射能量损失和球面扩散能量损失与频率无关。Q吸收衰减造成的能量损失与频率成正比，且高频的能量损失比低频更严重。

随着当前对地震波保持振幅处理需求的越来越迫切，振幅补偿变得尤为重要。目前对地震信号的振幅补偿，主要是利用零偏移距VSP资料的下行初至波，统计其全频带的能量，并进行与时间有关的指数拟合，从而得到振幅补偿因子，并用于地面地震资料振幅补偿。这种振幅补偿因子，其实是透射能量损失，球面扩散能量损失，以及地层品质因子Q对地震波的吸收衰减造成的能量损失的一种综合补偿。从理论上来讲，当不考虑地震资料信噪比和硬件的截断误差时，反Q滤波可完全消除由于地层Q吸收对地震波造成的能量损失。

随着Q提取技术的越来越成熟，反Q滤波技术已经越来越广泛的应用到地面地震资料处理当中。但由于反Q滤波振幅补偿，受地震信号的信噪比和硬件的截断误差影响，会造成很强的不稳定性，为控制反Q滤波的稳定性，当前研究提出了增益控制的反Q滤波补偿函数，即反Q滤波振幅补偿函数的最大值为增益限。在一定的增益限约束的前提下，增益控制的反Q滤波，只能恢复一部分由于Q吸收衰减造成能量损失。此时，如果用零偏移距VSP资料全频信号反演的振幅补偿因子，对反Q滤波后的地面地震资料进行振幅补偿，势必会造成能量补偿过度，达不到地震资料保幅处理的目的。

在当前的技术中，还难以基于反Q滤波振幅补偿，反演振幅补偿因子，并用于相对保幅处理。

发明内容

本发明提供了一种振幅补偿因子的反演方法，能够为了进行地震资料的振幅恢复，优化Q值来提高地震资料的分辨率，而反演出一振幅补偿因子。

为实现上述目的，本发明提供了一种振幅补偿因子的反演方法，该方法包括：

获取垂直地震剖面数据、地面地震数据，并获取每道垂直地震剖面数据对应的监控子波记录；

获取每道垂直地震剖面数据的初至时间一，并通过所述初至时间一反演垂直地震剖面的层速度；

根据所述垂直地震剖面数据生成频率波数谱，并根据所述频率波数谱生成一下行波；

在所述下行波中，根据所述初至时间一设置一时窗，并将所述时窗外的信号清零，生成一第二波场；

根据所述第二波场生成一振幅谱，根据所述振幅谱获取各个深度点和炮点间的平均Q值，根据所述平均Q值确定相邻深度点之间的层Q值；

根据所述垂直地震剖面的层速度和所述层Q值，生成所述垂直地震剖面的层速度和所述层Q值的关系函数；

对所述地面地震数据进行噪音压制，并利用共中心点道集进行速度谱分析，获取一层速度体；

根据所述关系函数和所述层速度体，生成一层Q体；

在经过噪音压制的地面地震数据中，选取目标区域不同信噪比的多个单炮数据或共中心点道集数据；

设置不同的振幅补偿增益限，通过所述层Q体和所述层速度体，对所述单炮数据或共中心点道集数据进行反Q滤波振幅补偿；

根据所述经过噪音压制的地面地震数据，设置一第二时窗，并确定一优化后的振幅补偿增益限；

根据所述层Q体、所述优化后的振幅补偿增益限、所述层速度体对所述多个单炮数据或共中心点道集数据进行反Q滤波振幅补偿；

根据反Q滤波振幅补偿后的多个单炮数据或共中心点道集数据、所述第二时窗，确定一优化后的层Q体；

根据所述优化后的振幅补偿增益限、所述优化后的层Q体、所述层速度体、对所述第二波场进行反Q滤波振幅补偿，生成一第三波场；

在所述第三波场中，获取每个深度点的第三波场的相对能量；

在所述监控子波记录中，获取每道监控子波记录的初至时间二，并根据所述初至时间二设置一第三时窗，根据所述第三时窗确定所述每个深度点的激发子波的能量；

根据各深度点的所述第三波场的相对能量和所述激发子波的能量，获取得到各深度点的第三波场的绝对能量；

根据所述初至时间一、各深度点的第三波场的绝对能量确定振幅补偿因子。

具体的，所述根据所述垂直地震剖面数据生成频率波数谱，并根据所述频率波数谱生成一下行波，包括：

对所述垂直地震剖面数据进行傅里叶变换，生成频率波数谱；

根据所述频率波数谱进行波场分离，生成一下行波。

具体的，所述根据所述第二波场生成一振幅谱，根据所述振幅谱获取各个深度点和炮点间的平均Q值，根据所述平均Q值确定相邻深度点之间的层Q值，包括：

对所述第二波场进行傅里叶变换，生成一振幅谱；

根据所述振幅谱进行谱比法反演，获取得到各个深度点和炮点间的平均Q值；

将所述平均Q值进行平滑处理，反演得到相邻深度点之间的层Q值。

具体的，所述根据所述垂直地震剖面的层速度和所述层Q值，生成所述垂直地震剖面的层速度和所述层Q值的关系函数，包括：

以所述垂直地震剖面层速度为自变量、层Q值为应变量，利用最小二乘法拟合出垂直地震剖面层速度和层Q值之间的关系函数：

其中，Q_i-1,i为所述层Q值，V_i-1,i为垂直地震剖面层速度，G(V_i-1,i)为所述关系函数，a_n为拟合系数，N为自然数。

具体的，所述根据所述关系函数和所述层速度体，生成一层Q体，包括：

将所述关系函数中的垂直地震剖面层速度替换为所述层速度体，生成所述层Q体。

具体的，所述根据所述经过噪音压制的地面地震数据，设置一第二时窗，并确定一优化后的振幅补偿增益限，包括：

将所述第二时窗内的地震信号进行傅里叶变换得到第二振幅谱；

根据所述第二振幅谱，确定所述第二时窗内的地震信号的分辨率；

对比反Q滤波振幅补偿前后地震信号的分辨率，若按一增益限进行反Q滤波振幅补偿后的所述第二时窗内的地震信号的分辨率大于等于反Q滤波振幅补偿之前的地震信号的分辨率，确定该增益限为所述优化后的振幅补偿增益限。

具体的，所述根据所述层Q体、所述优化后的振幅补偿增益限、所述层速度体对所述多个单炮数据或共中心点道集数据进行反Q滤波振幅补偿，包括：

根据所述层Q体和多个不同的比例系数k，确定得到多个不同的层Q体；

根据所述多个不同的层Q体、所述优化后的振幅补偿增益限、所述层速度体对所述多个单炮数据或共中心点道集数据进行反Q滤波振幅补偿。

具体的，所述根据反Q滤波振幅补偿后的多个单炮数据或共中心点道集数据、所述第二时窗，确定一优化后的层Q体，包括：

在第二时窗内的地震信号的分辨率达到最高值时，确定所述第二时窗内的地震信号的分辨率对应的层Q体为所述优化后的层Q体。

具体的，所述在所述第三波场中，获取每个深度点的第三波场的相对能量，包括：

在所述第三波场中，对每个深度点处的垂直地震剖面数据求取地震信号振幅的平方和，再进行开方运算，生成每个深度点的第三波场的相对能量。

具体的，所述在所述监控子波记录中，获取每道监控子波记录的初至时间二，并根据所述初至时间二设置一第三时窗，根据所述第三时窗确定所述每个深度点的激发子波的能量，包括：

求取所述第三时窗的地震信号振幅的平方和，再进行开方操作，生成所述每个深度点的激发子波的能量。

具体的，所述根据各深度点的所述第三波场的相对能量和所述激发子波的能量，获取得到各深度点的第三波场的绝对能量，包括：

将各深度点的所述第三波场的相对能量除以该深度点处激发子波的能量，获取得到各深度点的第三波场的绝对能量。

具体的，所述根据所述初至时间一、各深度点的第三波场的绝对能量确定振幅补偿因子，包括：

将各深度点处的初至时间一进行自然对数运算，将所获得的自然对数设置为自变量；

将各深度点处第三波场的绝对能量进行自然对数运算，将所获得的自然对数设置为应变量；

将所述自变量和应变量通过最小二乘拟合方法进行直线拟合，获取得到拟合后的直线斜率值的绝对值；

确定所述拟合后的直线斜率值的绝对值为所述振幅补偿因子；

其中，进行直线拟合的拟合函数为：

lnA＝A₀-αlnt

t为所述初至时间一，A为所述第三波场的绝对能量，A₀为常数，α为所述振幅补偿因子。

本发明实施例振幅补偿因子的反演方法，能够为了进行地震资料的振幅恢复，而反演出一振幅补偿因子；该反演出的振幅补偿因子与实际的地震资料处理完全结合，能直接用于地面地震资料保幅处理中，反演方法具有很好的稳定性，方便简洁，运算效率较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提出的振幅补偿因子的反演方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种振幅补偿因子的反演方法。如图1所示。该方法包括：

步骤101、获取垂直地震剖面数据、地面地震数据，并获取每道垂直地震剖面数据对应的监控子波记录。

步骤102、获取每道垂直地震剖面数据的初至时间一，并通过所述初至时间一反演垂直地震剖面的层速度。

步骤103、根据垂直地震剖面数据生成频率波数谱，并根据频率波数谱生成一下行波。

步骤104、在下行波中，根据初至时间一设置一时窗，并将时窗外的信号清零，生成一第二波场。

步骤105、根据第二波场生成一振幅谱，根据振幅谱获取各个深度点和炮点间的平均Q值，根据平均Q值确定相邻深度点之间的层Q值。

步骤106、根据垂直地震剖面的层速度和层Q值，生成垂直地震剖面的层速度和层Q值的关系函数。

步骤107、对地面地震数据进行噪音压制，并利用共中心点道集进行速度谱分析，获取一层速度体。

步骤108、根据关系函数和层速度体，生成一层Q体。

步骤109、在经过噪音压制的地面地震数据中，选取目标区域不同信噪比的多个单炮数据或共中心点道集数据。

步骤110、设置不同的振幅补偿增益限，通过层Q体和层速度体，对单炮数据或共中心点道集数据进行反Q滤波振幅补偿。

步骤111、根据经过噪音压制的地面地震数据，设置一第二时窗，并确定一优化后的振幅补偿增益限。

步骤112、根据层Q体、优化后的振幅补偿增益限、层速度体对多个单炮数据或共中心点道集数据进行反Q滤波振幅补偿。

步骤113、根据反Q滤波振幅补偿后的多个单炮数据或共中心点道集数据、第二时窗，确定一优化后的层Q体。

步骤114、根据优化后的振幅补偿增益限、优化后的层Q体、层速度体，对第二波场进行反Q滤波振幅补偿，生成一第三波场。

步骤115、在第三波场中，获取每个深度点的第三波场的相对能量。

步骤116、在监控子波记录中，获取每道监控子波记录的初至时间二，并根据初至时间二设置一第三时窗，根据第三时窗确定每个深度点的激发子波的能量。

步骤117、根据各深度点的第三波场的相对能量和激发子波的能量，获取得到各深度点的第三波场的绝对能量。

步骤118、根据初至时间一、各深度点的第三波场的绝对能量确定振幅补偿因子。

本发明实施例振幅补偿因子的反演方法，能够为了进行地震资料的振幅恢复，而反演出一振幅补偿因子；该反演出的振幅补偿因子与实际的地震资料处理完全结合，能直接用于地面地震资料保幅处理中，反演方法具有很好的稳定性，方便简洁，运算效率较高。

具体的，上述步骤103可以通过如下方式实现：

对垂直地震剖面数据进行傅里叶变换，生成频率波数谱。根据频率波数谱进行波场分离，生成一下行波。

具体的，上述步骤105可以通过如下方式实现：

对第二波场进行傅里叶变换，生成一振幅谱。根据振幅谱进行谱比法反演，获取得到各个深度点和炮点间的平均Q值。将平均Q值进行平滑处理，反演得到相邻深度点之间的层Q值。

具体的，上述步骤106可以通过如下方式实现：

以垂直地震剖面层速度为自变量、层Q值为应变量，利用最小二乘法拟合出垂直地震剖面层速度和层Q值之间的关系函数：

其中，Q_i-1,i为层Q值，V_i-1,i为垂直地震剖面层速度，G(V_i-1,i)为关系函数，a_n为拟合系数，N为自然数。

具体的，上述步骤108可以通过如下方式实现：

将关系函数中的垂直地震剖面层速度替换为层速度体，生成层Q体。

具体的，上述步骤111可以通过如下方式实现：

将第二时窗内的地震信号进行傅里叶变换得到第二振幅谱。根据第二振幅谱，确定第二时窗内的地震信号的分辨率。对比反Q滤波振幅补偿前后地震信号的分辨率，若按一增益限进行反Q滤波振幅补偿后的第二时窗内的地震信号的分辨率大于等于反Q滤波振幅补偿之前的地震信号的分辨率，确定该增益限为优化后的振幅补偿增益限。

该第二时窗长度小于等于100毫秒，且包含主要目的层。

具体的，该第二振幅谱为U(ω)，ω为频率，地震子波u(t)的分辨率R定义为:

在预设条件：U(ω_p)＝max{U(ω)}，ω₁≤ω₂下，则有：

其中，b取不同的值，代表不同的频率范围。

具体的，上述步骤112可以通过如下方式实现：

根据层Q体和多个不同的比例系数k(k≥1)，确定得到多个不同的层Q体。根据多个不同的层Q体、优化后的振幅补偿增益限、层速度体对多个单炮数据或共中心点道集数据进行反Q滤波振幅补偿。

具体的，上述步骤113可以通过如下方式实现：

在第二时窗内的地震信号的分辨率达到最高值时，确定第二时窗内的地震信号的分辨率对应的层Q体为优化后的层Q体。

具体的，上述步骤115可以通过如下方式实现：

在第三波场中，对每个深度点处的垂直地震剖面数据求取地震信号振幅的平方和，再进行开方运算，生成每个深度点的第三波场的相对能量。

具体的，上述步骤116可以通过如下方式实现：

求取第三时窗的地震信号振幅的平方和，再进行开方操作，生成每个深度点的激发子波的能量。

该第三时窗的长度小于200毫秒。

具体的，上述步骤117可以通过如下方式实现：

将各深度点的第三波场的相对能量除以该深度点处激发子波的能量，获取得到各深度点的第三波场的绝对能量。

具体的，上述步骤118可以通过如下方式实现：

将各深度点处的初至时间一进行自然对数运算，将所获得的自然对数设置为自变量。将各深度点处第三波场的绝对能量进行自然对数运算，将所获得的自然对数设置为应变量。将该自变量和应变量通过最小二乘拟合方法进行直线拟合，获取得到拟合后的直线斜率值的绝对值。确定拟合后的直线斜率值的绝对值为振幅补偿因子。

其中，进行直线拟合的拟合函数为：

lnA＝A₀-αlnt

t为初至时间一，A为第三波场的绝对能量，A₀为常数，α为振幅补偿因子。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种振幅补偿因子的反演方法，其特征在于，包括：

获取垂直地震剖面数据、地面地震数据，并获取每道垂直地震剖面数据对应的监控子波记录；

获取每道垂直地震剖面数据的初至时间一，并通过所述初至时间一反演垂直地震剖面的层速度；

根据所述垂直地震剖面数据生成频率波数谱，并根据所述频率波数谱生成一下行波；

在所述下行波中，根据所述初至时间一设置一时窗，并将所述时窗外的信号清零，生成一第二波场；

根据所述第二波场生成一振幅谱，根据所述振幅谱获取各个深度点和炮点间的平均Q值，根据所述平均Q值确定相邻深度点之间的层Q值；

根据所述垂直地震剖面的层速度和所述层Q值，生成所述垂直地震剖面的层速度和所述层Q值的关系函数；

对所述地面地震数据进行噪音压制，并利用共中心点道集进行速度谱分析，获取一层速度体；

根据所述关系函数和所述层速度体，生成一层Q体；

在经过噪音压制的地面地震数据中，选取目标区域不同信噪比的多个单炮数据或共中心点道集数据；

设置不同的振幅补偿增益限，通过所述层Q体和所述层速度体，对所述单炮数据或共中心点道集数据进行反Q滤波振幅补偿；

根据所述经过噪音压制的地面地震数据，设置一第二时窗，并确定一优化后的振幅补偿增益限；

根据所述层Q体、所述优化后的振幅补偿增益限、所述层速度体对所述多个单炮数据或共中心点道集数据进行反Q滤波振幅补偿；

根据反Q滤波振幅补偿后的多个单炮数据或共中心点道集数据、所述第二时窗，确定一优化后的层Q体；

根据所述优化后的振幅补偿增益限、所述优化后的层Q体、所述层速度体、对所述第二波场进行反Q滤波振幅补偿，生成一第三波场；

在所述第三波场中，获取每个深度点的第三波场的相对能量；

在所述监控子波记录中，获取每道监控子波记录的初至时间二，并根据所述初至时间二设置一第三时窗，根据所述第三时窗确定所述每个深度点的激发子波的能量；

根据各深度点的所述第三波场的相对能量和所述激发子波的能量，获取得到各深度点的第三波场的绝对能量；

根据所述初至时间一、各深度点的第三波场的绝对能量确定振幅补偿因子。

2.根据权利要求1所述的振幅补偿因子的反演方法，其特征在于，所述根据所述垂直地震剖面数据生成频率波数谱，并根据所述频率波数谱生成一下行波，包括：

对所述垂直地震剖面数据进行傅里叶变换，生成频率波数谱；

根据所述频率波数谱进行波场分离，生成一下行波。

3.根据权利要求2所述的振幅补偿因子的反演方法，其特征在于，所述根据所述第二波场生成一振幅谱，根据所述振幅谱获取各个深度点和炮点间的平均Q值，根据所述平均Q值确定相邻深度点之间的层Q值，包括：

对所述第二波场进行傅里叶变换，生成一振幅谱；

根据所述振幅谱进行谱比法反演，获取得到各个深度点和炮点间的平均Q值；

将所述平均Q值进行平滑处理，反演得到相邻深度点之间的层Q值。

4.根据权利要求3所述的振幅补偿因子的反演方法，其特征在于，所述根据所述垂直地震剖面的层速度和所述层Q值，生成所述垂直地震剖面的层速度和所述层Q值的关系函数，包括：

以所述垂直地震剖面层速度为自变量、层Q值为应变量，利用最小二乘法拟合出垂直地震剖面层速度和层Q值之间的关系函数：

$Q_{i-1,i}=G\left(V_{i-1,i}\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{a}_n{V_{i-1,i}}^{n-1}$

其中，Q_i-1,i为所述层Q值，V_i-1,i为垂直地震剖面层速度，G(V_i-1,i)为所述关系函数，a_n为拟合系数，N为自然数。

5.根据权利要求4所述的振幅补偿因子的反演方法，其特征在于，所述根据所述关系函数和所述层速度体，生成一层Q体，包括：

将所述关系函数中的垂直地震剖面层速度替换为所述层速度体，生成所述层Q体。

6.根据权利要求5所述的振幅补偿因子的反演方法，其特征在于，所述根据所述经过噪音压制的地面地震数据，设置一第二时窗，并确定一优化后的振幅补偿增益限，包括：

将所述第二时窗内的地震信号进行傅里叶变换得到第二振幅谱；

根据所述第二振幅谱，确定所述第二时窗内的地震信号的分辨率；

对比反Q滤波振幅补偿前后地震信号的分辨率，若按一增益限进行反Q滤波振幅补偿后的所述第二时窗内的地震信号的分辨率大于等于反Q滤波振幅补偿之前的地震信号的分辨率，确定该增益限为所述优化后的振幅补偿增益限。

7.根据权利要求6所述的振幅补偿因子的反演方法，其特征在于，所述根据所述层Q体、所述优化后的振幅补偿增益限、所述层速度体对所述多个单炮数据或共中心点道集数据进行反Q滤波振幅补偿，包括：

根据所述层Q体和多个不同的比例系数k，确定得到多个不同的层Q体；

根据所述多个不同的层Q体、所述优化后的振幅补偿增益限、所述层速度体对所述多个单炮数据或共中心点道集数据进行反Q滤波振幅补偿。

8.根据权利要求7所述的振幅补偿因子的反演方法，其特征在于，所述根据反Q滤波振幅补偿后的多个单炮数据或共中心点道集数据、所述第二时窗，确定一优化后的层Q体，包括：

在第二时窗内的地震信号的分辨率达到最高值时，确定所述第二时窗内的地震信号的分辨率对应的层Q体为所述优化后的层Q体。

9.根据权利要求8所述的振幅补偿因子的反演方法，其特征在于，所述在所述第三波场中，获取每个深度点的第三波场的相对能量，包括：

在所述第三波场中，对每个深度点处的垂直地震剖面数据求取地震信号振幅的平方和，再进行开方运算，生成每个深度点的第三波场的相对能量。

10.根据权利要求9所述的振幅补偿因子的反演方法，其特征在于，所述在所述监控子波记录中，获取每道监控子波记录的初至时间二，并根据所述初至时间二设置一第三时窗，根据所述第三时窗确定所述每个深度点的激发子波的能量，包括：

求取所述第三时窗的地震信号振幅的平方和，再进行开方操作，生成所述每个深度点的激发子波的能量。

11.根据权利要求10所述的振幅补偿因子的反演方法，其特征在于，所述根据各深度点的所述第三波场的相对能量和所述激发子波的能量，获取得到各深度点的第三波场的绝对能量，包括：

将各深度点的所述第三波场的相对能量除以该深度点处激发子波的能量，获取得到各深度点的第三波场的绝对能量。

12.根据权利要求11所述的振幅补偿因子的反演方法，其特征在于，所述根据所述初至时间一、各深度点的第三波场的绝对能量确定振幅补偿因子，包括：

将各深度点处的初至时间一进行自然对数运算，将所获得的自然对数设置为自变量；

将各深度点处第三波场的绝对能量进行自然对数运算，将所获得的自然对数设置为应变量；

将所述自变量和应变量通过最小二乘拟合方法进行直线拟合，获取得到拟合后的直线斜率值的绝对值；

确定所述拟合后的直线斜率值的绝对值为所述振幅补偿因子；

其中，进行直线拟合的拟合函数为：

ln A＝A₀-αln t

t为所述初至时间一，A为所述第三波场的绝对能量，A₀为常数，α为所述振幅补偿因子。