CN106291693A - 一种基于广义s变换的叠前q值反演方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油地球物理勘探技术领域，公开了一种基于广义S变换的叠前Q值反演方法及系统，所述叠前Q值反演方法包括：获得地震波层状模型的叠前CMP道集；采用广义S变换对所述叠前CMP道集逐道进行时频分析，得到目标层的振幅谱；基于目标层的振幅谱，求取目标层每个地震道的频谱比斜率；根据频谱比斜率与偏移距的线性关系，求取零偏移距的射线平均品质因子；以及根据零偏移距的射线平均品质因子，估算地震波层状模型的层间Q值。本发明大大提高了反演结果的精度，为储层预测提供了有效的保障，可应用于油气勘探领域中的储层预测、裂缝检测及反Q滤波，以提高地震资料的分辨率。

Description

一种基于广义S变换的叠前Q值反演方法及系统

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探技术领域，特别是涉及一种基于广义S变换的叠前Q值反演方法及系统。

背景技术

在石油地球物理勘探技术领域，准确估计地震波衰减对提高成像分辨率、储层识别及裂缝预测有着至关重要的作用，而进行Q值反演便是比较常用的一种估计地震波衰减的方法。

目前的Q值反演技术大多基于零偏移距的垂直地震剖面(VSP)或者叠后地震数据，这些技术虽然在提高油气勘探成功率上做出了巨大的贡献，但考虑到叠后地震资料振幅和旅行时信息部分失真，使得这些技术并不能准确反映地层的一些细微特征，也很难避免在品质因子计算过程中的平均效应。另外，VSP数据的信噪比高，但空间覆盖范围只限制在钻井周围，因而资料范围小，不适合用于处理地面地震资料。同时，常规的Q值估计技术在时频分析过程中，时窗内的地震记录会受调谐效应的影响而产生谱干扰，使后续Q值的求取精度降低。

因此，考虑到上述Q值反演技术存在的缺陷，本发明提出了一种基于广义S变换的叠前Q值反演方法及系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于广义S变换的叠前Q值反演方法及系统，用于解决目前的Q值反演技术不易于准确估计地震波衰减的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种基于广义S变换的叠前Q值反演方法，包括：获得地震波层状模型的叠前CMP道集；采用广义S变换对所述叠前CMP道集逐道进行时频分析，得到目标层的振幅谱；基于目标层的振幅谱，求取目标层每个地震道的频谱比斜率；根据频谱比斜率与偏移距的线性关系，求取零偏移距的射线平均品质因子；以及根据零偏移距的射线平均品质因子，估算地震波层状模型的层间Q值。

优选地，所述获得地震波层状模型的叠前CMP道集，包括：采用频率域粘声波有限差分波动方程对地震波层状模型进行正演，得到地震波层状模型的炮记录，对炮记录进行预处理和动校正，获得叠前CMP道集。

优选地，所述应用广义S变换对所述叠前CMP道集逐道进行时频分析，得到目标层的振幅谱，具体包括：引入时窗调节因子控制S变换的窗函数，再通过S变换对所述叠前CMP道集逐道进行时频分析，获得时频分辨率可调的时频谱，基于该时频谱计算出目标层的振幅谱。

优选地，还包括：对得到的目标层的振幅谱进行动校拉伸校正，根据动校拉伸校正后的振幅谱，求取目标层每个地震道的频谱比斜率。

优选地，采用以下公式求取目标层每个地震道的频谱比斜率K：

$\ln \left[\frac{S_2\left(f\right)}{S_1\left(f\right)}\right]=\mathrm{Kf}+\ln \left(\mathrm{PG}\right),$

其中，S₁(f)和S₂(f)分别为t₁和t₂时刻的振幅谱，f为频率，P和G分别为能量分配因子和几何扩散因子。

优选地，所述频谱比斜率与偏移距的线性关系表达为：

$K_x\≈-\frac{{\mathrm{\πx}}^2}{{2Q}_0{v}^2{t}_0}-\frac{\mathrm{\π\Δ}{t}_0}{Q_0}$

式中，K_x是偏移距为x时的频谱比斜率，Q₀为零偏移距的Q值，Δt₀为零偏移距地震波通过参考轴到目标轴所用的双程旅行时差，v为速度，t₀是零偏移距的双程旅行时。

优选地，所述求取零偏移距的射线平均品质因子，具体包括：对零偏移距的Q值Q₀进行最小平方线性回归处理，得到零偏移距的射线平均品质因子Q。

优选地，采用以下公式估算地震波层状模型的层间Q值Q_i：

Q_i＝[t_n-t_n-1]/[t_n/Q_n-t_n-1/Q_n-1]

其中，Q_n表示第n层的射线平均品质因子，Q_n-1表示第n-1层的射线平均品质因子，t_n和t_n-1分别表示地震波在第n层和第n-1层的时刻。

本发明的技术方案还提供了一种基于广义S变换的叠前Q值反演系统，包括：CMP道集获取模块，用于获得地震波层状模型的叠前CMP道集；振幅谱计算模块，用于采用广义S变换对所述叠前CMP道集逐道进行时频分析，得到目标层的振幅谱；频谱比斜率计算模块，用于基于目标层的振幅谱，求取目标层每个地震道的频谱比斜率；平均Q值计算模块，用于根据频谱比斜率与偏移距的线性关系，求取零偏移距的射线平均品质因子；以及层间Q值计算模块，用于根据零偏移距的射线平均品质因子，估算地震波层状模型的层间Q值。

优选地，还包括振幅谱动校模块，用于对得到的目标层的振幅谱进行动校拉伸校正。

本发明的有益效果是：本发明提出的基于广义S变换的叠前Q值反演方法及系统，相比于传统的Q值估计技术，大大提高了反演结果的精度，为储层预测提供了有效的保障，可应用于油气勘探领域中的储层预测、裂缝检测及反Q滤波，以提高地震资料的分辨率。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的实施方式中基于广义S变换的叠前Q值反演方法的流程示意图；

图2是本发明的实施方式中用于示例的水平2D层状模型；

图3是本发明的实施方式中经过动校正的叠前CMP道集；

图4是本发明的实施方式中频谱比斜率随偏移跟的变化关系示意图，图4(a)对应图2的2D层状模型的a层，图4(b)对应2D层状模型的b层；

图5是本发明的实施方式中单个CMP道集零偏移距处的Q值曲线；

图6是本发明的实施方式中基于广义S变换的叠前Q值反演系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

针对传统的基于叠后地震数据或VSP数据进行Q值估计技术的缺陷，本实施方式给出了一种基于广义S变换的叠前Q值反演方法，如图1所示，包括以下步骤：获得地震波层状模型的叠前CMP道集；采用广义S变换对所述叠前CMP道集逐道进行时频分析，得到目标层的振幅谱；基于目标层的振幅谱，求取目标层每个地震道的频谱比斜率；根据频谱比斜率与偏移距的线性关系，求取零偏移距的射线平均品质因子；以及根据零偏移距的射线平均品质因子，估算地震波层状模型的层间Q值。

基于上述基本步骤，下面通过示例具体介绍各步骤的详细实施方式。

一、叠前CMP道集的获取

本实施方式以一个水平2D层状模型为例，如图2所示，该模型为泥岩层中间夹有含气砂岩储层，两个泥岩层分别表达为2D层状模型的a层和b层，泥岩层三层界面的参数分别设为：V1＝1500m/s，Q1＝500；V2＝2000m/s，Q2＝50；V3＝3000m/s，Q3＝500。

采用频率域粘声波有限差分波动方程对该地震波层状模型进行正演，得到地震波层状模型的炮记录，对炮记录进行预处理和动校正，获得叠前CMP道集，该经过动校正的叠前CMP道集如图3所示。

二、振幅谱的获取

为了估算两个反射界面间的Q值，本实施例将谱比方程简化成与频率和旅行时差有关的线性问题，得到谱比法的公式如下：

$\ln \left[\frac{S_2\left(f\right)}{S_1\left(f\right)}\right]=\mathrm{Kf}+\ln \left(\mathrm{PG}\right)---\left(1\right)$

其中，S₁(f)和S₂(f)分别为t₁和t₂时刻的振幅谱，f为频率，P和G分别为能量分配因子和几何扩散因子，K为频谱比斜率，因此在后续步骤中也采用公式(1)计算目标层每个地震道的频谱比斜率。

所述应用广义S变换对所述叠前CMP道集逐道进行时频分析，主要是引入时窗调节因子控制S变换的窗函数，从而改变时窗宽度随频率呈反比变化的速度，再通过S变换对所述叠前CMP道集逐道进行时频分析，获得具有更高灵活性和时频分辨率可调的时频谱，该时频谱可写为：

$S(\mathrm{\τ},f)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}h\left(t\right)\frac{\mathrm{\λ}{\left|f\right|}^q}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}\exp (-\frac{{(t-\mathrm{\τ})}^2\mathrm{\λ}{\left|f\right|}^{2q}}{2})\·\exp (-i2\mathrm{\πft})\mathrm{dt}$

式中：λ和q是控制广义S变换时频分辨率的两个参数，改变λ和q即可控制窗口的形态。在应用时要根据实际需求选择合适的λ和q，提高信号在高频部分的频域分辨率，同时保留信号在高频部分的时间分辨率，满足对薄层吸收衰减分析的需求。

通过时频分析获得时频谱时，同时得到振幅谱。由于本实施方式应用于NMO(normal moveout)之后的CMP道集，因此如果动校过程中存在非双曲动校或者动校拉伸效应，子波谱则包含动校拉伸的影响，尤其是在远偏移距，因此需对振幅谱做一个动校拉伸校正以提高衰减估计的准确性。A(f)为振幅谱校正之前的谱，则振幅谱校正之后的谱B(f)可由以下公式计算得到：

A(f)≈kB(kf) (2)

k＝{1+x²/[v²(t₀)t₀ ²]}^1/2/{1-[x²v′(t₀)]/[t₀v³(t₀)]} (3)

式中，k是动校拉伸校正系数，x是偏移距，t₀是零偏移距的双程旅行时，v(t₀)、v'(t₀)是t₀处对应的均方根速度和其导数。经动校拉伸校正后的振幅谱是有效的谱比，它的衰减特征反映了所有炮点到反射体的双程旅行时衰减。

三、频谱比斜率的计算

获得振幅谱后，选取合适的频带范围进行反演，可得到频谱比斜率。在上一部分中提过可采用公式(1)计算目标层每个地震道的频谱比斜率，将公式(1)用矩阵的形式写为：

$\left(\begin{array}{c}\log [A_2\left(f_1\right)/A_1\left(f_1\right)]\\ \log [A_2\left(f_2\right)/A_1\left(f_2\right)]\\ .\\ .\\ .\\ \log [A_2\left(f_n\right)/A_1\left(f_n\right)]\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{f}_1& 1\\ f_2& 1\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ f_n& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}K\\ B\end{array}\right)---\left(4\right)$

$K=-\frac{\mathrm{\π\Δt}}{Q}---\left(5\right)$

B＝ln(PG) (6)

其中，Δt是双程旅行时差，K为谱比斜率，P是能量分配因子，G是几何扩散因子。

根据公式(4)和公式(5)式即可反演得到谱比斜率K，K是Q的函数，由公式(5)即可计算得到射线平均品质因子。

四、零偏移距的射线平均品质因子

如果旅行时变化由经典的NMO方程给出，在小范围传播条件下，频谱比斜率与偏移距的平方呈线性关系：

$K_x\≈-\frac{{\mathrm{\πx}}^2}{{2Q}_0{v}^2{t}_0}-\frac{\mathrm{\π\Δ}{t}_0}{Q_0}$

式中，K_x是偏移距为x时的频谱比斜率，Q₀为零偏移距的Q值，Δt₀为零偏移距地震波通过参考轴到目标轴所用的双程旅行时差，v为速度，t₀是零偏移距的双程旅行时。

如图4所示，为图2对应的示例的谱比斜率与偏移距平方的线性关系，其中图4(a)对应图2中的a层，图4(b)对应图2中的b层。根据该线性关系，对零偏移距的Q值Q₀进行最小平方线性回归处理，得到零偏移距的射线平均品质因子Q。

五、层间Q值

对于多层反射的情况，由第n-1层和第n层的双程旅行时以及对应的射线平均品质因子Q，可以推导出层间Q_i值如下：

Q_i＝[t_n-t_n-1]/[t_n/Q_n-t_n-1/Q_n-1] (7)

如图5所示，即是对于图2的示例，采用公式(7)计算出的层间Q值曲线，虚线为计算得到的层间Q值曲线，实线为模型理论Q值。易知，采用本实施方式的估算结果与理论模型Q值基本一致，从而证明本方案在储层预测方面具有良好的适用性。

对应上述叠前Q值反演方法，本实施方式还给出了一种基于广义S变换的叠前Q值反演系统，如图6所示，包括：CMP道集获取模块，用于获得地震波层状模型的叠前CMP道集；振幅谱计算模块，用于采用广义S变换对所述叠前CMP道集逐道进行时频分析，得到目标层的振幅谱；频谱比斜率计算模块，用于基于目标层的振幅谱，求取目标层每个地震道的频谱比斜率；平均Q值计算模块，用于根据频谱比斜率与偏移距的线性关系，求取零偏移距的射线平均品质因子；以及层间Q值计算模块，用于根据零偏移距的射线平均品质因子，估算地震波层状模型的层间Q值。

此外，为消除动校过程中存在的非双曲动校或者动校拉伸效应，该叠前Q值反演系统还包括振幅谱动校模块，用于对得到的目标层的振幅谱进行动校拉伸校正。

该叠前Q值反演系统的各功能模块涉及的具体实施方式同上述的叠前Q值反演方法相同，这里不再累述。

本实施方式在常规Q值估计方法的基础上引入了广义S变换和振幅谱校正。首先，广义S变换时频分辨率可调，用其对叠前CMP道集进行时频分析，可减小薄层空间谱干扰的影响，从而得到精度较高的时频谱；其次，采用振幅谱校正可消除动校过程中存在的非双曲动校或者动校拉伸效应。因此，本实施方式提出的基于广义S变换的叠前Q值反演方法及系统，相比于传统的Q值估计技术，大大提高了反演结果的精度，为储层预测提供了有效的保障，可应用于油气勘探领域中的储层预测、裂缝检测及反Q滤波，以提高地震资料的分辨率。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种基于广义S变换的叠前Q值反演方法，其特征在于，包括：

获得地震波层状模型的叠前CMP道集；

采用广义S变换对所述叠前CMP道集逐道进行时频分析，得到目标层的振幅谱；

基于目标层的振幅谱，求取目标层每个地震道的频谱比斜率；

根据频谱比斜率与偏移距的线性关系，求取零偏移距的射线平均品质因子；以及

根据零偏移距的射线平均品质因子，估算地震波层状模型的层间Q值。

2.根据权利要求1所述的叠前Q值反演方法，其特征在于，所述获得地震波层状模型的叠前CMP道集，包括：

采用频率域粘声波有限差分波动方程对地震波层状模型进行正演，得到地震波层状模型的炮记录，对炮记录进行预处理和动校正，获得叠前CMP道集。

3.根据权利要求1所述的叠前Q值反演方法，其特征在于，所述应用广义S变换对所述叠前CMP道集逐道进行时频分析，得到目标层的振幅谱，具体包括：

引入时窗调节因子控制S变换的窗函数，再通过S变换对所述叠前CMP道集逐道进行时频分析，获得时频分辨率可调的时频谱，基于该时频谱计算出目标层的振幅谱。

4.根据权利要求1所述的叠前Q值反演方法，其特征在于，还包括：对得到的目标层的振幅谱进行动校拉伸校正，根据动校拉伸校正后的振幅谱，求取目标层每个地震道的频谱比斜率。

5.根据权利要求1或4所述的叠前Q值反演方法，其特征在于，采用以下公式求取目标层每个地震道的频谱比斜率K：

$\ln \left[\frac{S_2\left(f\right)}{S_1\left(f\right)}\right]=\mathrm{Kf}+\ln \left(\mathrm{PG}\right),$

其中，S₁(f)和S₂(f)分别为t₁和t₂时刻的振幅谱，f为频率，P和G分别为能量分配因子和几何扩散因子。

6.根据权利要求1所述的叠前Q值反演方法，其特征在于，所述频谱比斜率与偏移距的线性关系表达为：

$K_x\≈-\frac{\mathrm{\π}{x}^2}{{2Q}_0{v}^2{t}_0}-\frac{{\mathrm{\π\Δt}}_0}{Q_0}$

式中，K_x是偏移距为x时的频谱比斜率，Q₀为零偏移距的Q值，Δt₀为零偏移距地震波通过参考轴到目标轴所用的双程旅行时差，v为速度，t₀是零偏移距的双程旅行时。

7.根据权利要求6所述的叠前Q值反演方法，其特征在于，所述求取零偏移距的射线平均品质因子，具体包括：对零偏移距的Q值Q₀进行最小平方线性回归处理，得到零偏移距的射线平均品质因子Q。

8.根据权利要求1所述的叠前Q值反演方法，其特征在于，采用以下公式估算地震波层状模型的层间Q值Q_i：

Q_i＝[t_n-t_n-1]/[t_n/Q_n-t_n-1/Q_n-1]

其中，Q_n表示第n层的射线平均品质因子，Q_n-1表示第n-1层的射线平均品质因子，t_n和t_n-1分别表示地震波在第n层和第n-1层的时刻。

9.一种基于广义S变换的叠前Q值反演系统，其特征在于，包括：

CMP道集获取模块，用于获得地震波层状模型的叠前CMP道集；

振幅谱计算模块，用于采用广义S变换对所述叠前CMP道集逐道进行时频分析，得到目标层的振幅谱；

频谱比斜率计算模块，用于基于目标层的振幅谱，求取目标层每个地震道的频谱比斜率；

平均Q值计算模块，用于根据频谱比斜率与偏移距的线性关系，求取零偏移距的射线平均品质因子；以及

层间Q值计算模块，用于根据零偏移距的射线平均品质因子，估算地震波层状模型的层间Q值。

10.根据权利要求9所述的叠前Q值反演系统，其特征在于，还包括振幅谱动校模块，用于对得到的目标层的振幅谱进行动校拉伸校正。