CN106353795A - 一种高精度的地层衰减参数计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度的地层衰减参数计算方法。该方法能够有效地提高Q值估算的稳定性和瞬时性，能更准确地检测被湮没在宽带地震数据中的强振幅异常，提高了储层预测的精度和可靠性。本发明的技术方案是：(1)地震道的时频谱计算；(2)瞬时能量计算；（3）地层品质因子Q估算。该方法利用“高频能量”的衰减估算衰减参数，实现了能量属性和储层表征的定性链接，能够有效地压制非储层引起的强振幅异常特征，准确区分油、水层，并且该算法具有较高的时间分辨率，可以准确定位油气储层的位置。通过开展基于瞬时能量的Q值估算方法，可以有效的提高Q值估算的稳定性和瞬时性，提高流体识别精度，减少勘探风险。

Description

一种高精度的地层衰减参数计算方法

技术领域：

本发明属于勘探地球物理处理方法领域中的一种高精度的地层衰减参数计算方法。

现有技术：

地层的品质因子Q是描述岩石弹性的重要参数,也是指示地层含油气性的重要标志之一，因此,准确求取地层的品质因子一直是地球物理学家致力追求的目标。迄今为止，出现了很多种估算地层衰减(吸收)参数的方法。例如,振幅衰减法、解析信号法、子波模拟、相位模拟、脉冲振幅、频谱模拟和频谱比等。这些方法都是建立在一系列的假设之上,并且对地震资料的品质要求高,因而适应性较差。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种基于瞬时能量的Q值估算方法,即高精度的地层衰减参数计算方法。该方法能够有效地提高Q值估算的稳定性和瞬时性，能更准确地检测被湮没在宽带地震数据中的强振幅异常，提高了储层预测的精度和可靠性。

本发明的技术方案是：

(1)地震道的时频谱计算

应用广义S变换计算每一道地震数据的时频谱，广义S变换的窗函数为：

$w(t,f)=\sqrt{\frac{{\left|f\right|}^p}{2\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}}\exp \left(\frac{-f^p{t}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)$

其中t,f分别代表时间和频率，λ表示调节参数，上式不满足能量归一化条件对窗函数进行能量归一化处理，得到窗函数为：

$w_N(t,f)=\sqrt[4]{\frac{{\left|f\right|}^p}{\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}}\exp \left(\frac{-f^p{t}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)$

其中：窗函数的时间宽度随着频率f的增加而减小，p和λ是调节参数；

改进广义S变换的表达式如下所示：

${\mathrm{GST}}_N(\mathrm{\τ},f)={\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}h\left(t\right)\sqrt[4]{\frac{{\left|f\right|}^p}{\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}}\exp \left(\frac{-f^p{(t-\mathrm{\τ})}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)\exp (-i2\mathrm{\π}ft)dt---\left(1\right)$

令f→j/NT、t→kT和τ→nT，则广义S变换可以简记为：GST_N[n,j]。

(2)瞬时能量计算

将时频分析技术与Teager-Kaiser能量算子相结合，计算地震波的瞬时能量，展布地震波能量的时频分布特征。离散地震信号各单频的Teager-Kaiser能量计算公式如下：

E_n,j＝[GST_N(n,j)]²-[GST_N(n+1,j)]·[GST_N(n-1,j)] (4)

地震波瞬时能量即最大瞬时频率所对应的Teager-Kaiser能量，由下式计算：

$E_n=\underset{j}{\max }\[E_{n,j}\]---\left(5\right)$

(3)地层品质因子Q估算

对品质因子Q进行一定的改动，由公式(5)计算抽样波长内的能量相对衰减量(λ＝νT)，得到拟Q值，计算公式如下：

$\frac{1}{Q}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{E_0-E_n}{E_0}---\left(6\right)$

其中，E₀和E_n分别是参照点能量和n点处的地震波瞬时能量。公式(6)将地震波振幅能量属性与储层的定性表征联系在一起。

发明的效果：

该方法利用“高频能量”的衰减估算衰减参数，实现了能量属性和储层表征的定性链接，能够有效地压制非储层引起的强振幅异常特征，准确区分油、水层，并且该算法具有较高的时间分辨率，可以准确定位油气储层的位置。通过开展基于瞬时能量的Q值估算方法，可以有效的提高Q值估算的稳定性和瞬时性，提高流体识别精度，减少勘探风险。

附图说明：

图1原始地震数据；

图2基于均方根振幅能量计算拟1/Q值；

图3基于时频Teager能量算法计算的拟1/Q值；

具体实施方式：

一种高精度的地层衰减参数计算方法(也称基于瞬时能量的Q值估算方法)的具体实施步骤如下：。

(1)地震道的时频谱计算

应用广义S变换计算每一道地震数据的时频谱，主要是广义S变换克服了S变换的窗函数以固定趋势随频率变化，不能根据实际需要进行调整的缺点而具有比较高的时频分辨能力。本文采用的广义S变换的窗函数为：

$w(t,f)=\sqrt{\frac{{\left|f\right|}^p}{2\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}}\exp \left(\frac{-f^p{t}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)$

其中t,f分别代表时间和频率，λ表示调节参数，上式不满足能量归一化条件对窗函数进行能量归一化处理，得到窗函数为：

$w_N(t,f)=\sqrt[4]{\frac{{\left|f\right|}^p}{\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}}\exp \left(\frac{-f^p{t}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)$

其中：窗函数的时间宽度随着频率f的增加而减小，p和λ是调节参数。改进广义S变换的表达式如下所示：

${\mathrm{GST}}_N(\mathrm{\τ},f)={\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}h\left(t\right)\sqrt[4]{\frac{{\left|f\right|}^p}{\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}}\exp \left(\frac{-f^p{(t-\mathrm{\τ})}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)\exp (-i2\mathrm{\π}ft)dt---\left(1\right)$

令f→j/NT、t→kT和τ→nT，则广义S变换可以简记为：GST_N[n,j]。

(2)瞬时能量计算

1990年，Kaiser证明离散时间信号在t＝nΔt处的能量可以表示为：

$E_n=\frac{1}{2}{\mathrm{mw}}^2{A}_n=x_n^2-x_{n+1}{x}_{n-1}---\left(2\right)$

$E_n=\frac{1}{2}{\mathrm{\ρw}}^2{A}^2=2{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\ρf}}^2{A}^2---\left(3\right)$

这里m是物体的质量，x_n是离散时间信号的采样。如果我们把m看成是物体连续密度的集中近似，那么方程(2)与地震波的能量计算公式(如公式3)是一致的。因此，我们利用公式(2)计算地震信号的Teager-Kaiser能量,即：地震波瞬时能量，而方程(2)对于单频信号是严格成立的。因此，考虑将时频分析技术与Teager-Kaiser能量算子相结合，计算地震波的瞬时能量，展布地震波能量的时频分布特征。离散地震信号各单频的Teager-Kaiser能量计算公式如下：

E_n,j＝[GST_N(n,j)]²-[GST_N(n+1,j)]·[GST_N(n-1,j)] (4)

地震波瞬时能量即最大瞬时频率所对应的Teager-Kaiser能量，由下式计算：

$E_n=\underset{j}{\max }\[E_{n,j}\]---\left(5\right)$

(3)地层品质因子Q估算

品质因子Q是表征地震波能量衰减的常用物理量，根据其基本定义，对其进行一定的改动，就可以由公式(5)计算抽样波长内的能量相对衰减量(λ＝νT)，得到拟Q值，计算公式如下：

$\frac{1}{Q}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{E_0-E_n}{E_0}---\left(6\right)$

其中，E₀和E_n分别是参照点能量和n点处的地震波瞬时能量。公式(6)将地震波振幅能量属性与储层的定性表征联系在一起。由此公式计算得到地层的拟Q值，就可以实现油气储层的有效表征和预测。

应用东部地区某油田数据对基于Teager-Kaiser能量提取拟Q值的算法进行测试分析。图1是原始地震数据，黑线表示A1井和A2井所在位置，其中A1井为产油井，A2井为水井，而在图1中这两处都显示为强振幅异常。图2为基于均方根振幅能量计算的拟1/Q值，图中显示出一些Q异常位置，并且A1井所在的油层位置Q值比较小，出现明显异常，A2井所在的水层Q值比较大，异常现象比较弱，但是非储层位置(如虚线椭圆所圈中的位置)拟Q值也比较低，与含油层位置的拟Q值相当，造成了储层预测和流体识别的陷阱。图3是基于时频Teager-Kaiser能量算法计算的拟1/Q值，在图中的气层位置Q值比较低，水层Q值比较高，并且非储层位置的能量异常得到了压制。对比图2可以看出，本文提出的基于时频域Teager-Kaiser能量计算拟Q值的方法能够更好的区分油、水层。这主要是因为时频域Teager-Kaiser算子的具有较强的聚集性和较高的瞬时性，并且地震波在储层位置存在“高频能量衰减”。

Claims (2)

1.一种高精度的地层衰减参数计算方法，其特征是包括：

(1)地震道的时频谱计算；

(2)瞬时能量计算；

(3)地层品质因子Q估算。

2.根据权利要求1所述的高精度的地层衰减参数计算方法，其特征是：

(1)地震道的时频谱计算

应用广义S变换计算每一道地震数据的时频谱，广义S变换的窗函数为： $w(t,f)=\sqrt{\frac{{\left|f\right|}^p}{2\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}}\exp \left(\frac{-f^p{t}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)$

其中t,f分别代表时间和频率，λ表示调节参数，上式不满足能量归一化条件对窗函数进行能量归一化处理，得到窗函数为：

$w_N(t,f)=\sqrt[4]{\frac{{\left|f\right|}^p}{\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}}\exp \left(\frac{-f^p{t}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)$

其中：窗函数的时间宽度随着频率f的增加而减小，p和λ是调节参数；

改进广义S变换的表达式如下所示：

${\mathrm{GST}}_N(\mathrm{\τ},f)={\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}h\left(t\right)\sqrt[4]{\frac{{\left|f\right|}^p}{\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}}\exp \left(\frac{-f^p{(t-\mathrm{\τ})}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)\exp (-i2\mathrm{\π}ft)dt---\left(1\right)$

令f→j/NT、t→kT和τ→nT，则广义S变换可以简记为：GST_N[n,j]；

(2)瞬时能量计算

将时频分析技术与Teager-Kaiser能量算子相结合，计算地震波的瞬时能量，展布地震波能量的时频分布特征，离散地震信号各单频的Teager-Kaiser能量计算公式如下：

E_n,j＝[GST_N(n,j)]²-[GST_N(n+1,j)]·[GST_N(n-1,j)] (4)

地震波瞬时能量即最大瞬时频率所对应的Teager-Kaiser能量，由下式计算：

$E_n=\underset{j}{max}\[E_{n,j}\]---\left(5\right)$

(3)地层品质因子Q估算

对品质因子Q进行一定的改动，由公式(5)计算抽样波长内的能量相对衰减量(λ＝νT)，得到拟Q值，计算公式如下：

$\frac{1}{Q}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{E_0-E_n}{E_0}---\left(6\right)$

其中，E₀和E_n分别是参照点能量和n点处的地震波瞬时能量。