CN108957540B - 一种高效提取复杂储层中衰减品质因子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效提取复杂储层中衰减品质因子的方法，包括以下步骤：步骤S1，读入测线地震记录数据，并确定目的层；步骤S2，利用广义S变换把测线上的每一道地震记录从时间域变换成时频域得到时频图；步骤S3，确定目的层衰减估算频段；步骤S4，基于时频图计算各时间深度下频谱图在所选频段内的质心频率；步骤S5，利用改进的质心频移法估算目的层Q值序列；步骤S6，利用层剥离法处理Q值序列；步骤S7，绘制输出Q值剖面图。本发明利用引入广义S变换和改进的质心频移法，Q值估算的精度和稳定性更高。

Description

一种高效提取复杂储层中衰减品质因子的方法

技术领域

本发明涉及地震衰减因子提取技术领域，具体涉及一种高效提取复杂储层中衰减品质因子的方法，引入广义S变换改进频移法进行高效提取复杂储层中衰减品质因子。

背景技术

品质因子Q是表征介质衰减特性的一类属性参数，其与地下介质的岩性、含流体性质、孔隙度、渗透率等性质密切相关。在含气储层中，衰减特性对孔隙度、流体的敏感性强于地震波速，因此，衰减特性也常被用于储层预测的研究。

品质因子Q值的提取方法主要分为时间域方法和频率域方法，目前普遍认为频率域方法更精确、可靠。典型的常用频率域方法包括三种：Bath提出的频谱比法、Quan和Harris提出的质心频移法、以及Zhang和Ulrych提出的峰值频移法。以这三种常用频率域方法为基础，国内外许多学者在后续研究中提出了改进方案，例如：高静怀等提出了一种特征结构法，有效改善了峰值频移法中峰值频率的选取精度不高的问题；王宗俊利用加权指数公式拟合子波频谱，提高了质心频移法的适用性与灵活度；崔琴等在此基础上发展并提高了衰减前、后子波与理论假设的匹配度；Li等利用类高斯函数作为加权系数构造了加权振幅谱，应用到质心频移法中，提高了方法的抗噪性；Tu结合了质心频移法与峰值频移法的优点，基于Ricker子波假设，提出了一种改进的频移方法；Hu和Li在此基础上进一步发展了该方法并进行了实际应用研究。在上述多种方法研究中，Tu提出的改进的频移法相对计算量较小，对假设的改造较合理，更适宜应用于大量实际资料的衰减估算。

目前，基于Q值的衰减方法与储层预测研究主要集中在埋藏深度为中、浅层的砂岩气藏，而在碳酸盐岩储层预测研究上，基于Q值的衰减方法应用成果较少，许多学者都选择利用衰减梯度属性、衰减频率属性、反射强度属性等属性方法描述碳酸盐岩储层的衰减特性。原因可能是碳酸盐岩多为深地埋藏，岩性致密，与上覆碎屑岩介质反射剧烈，导致深层信息揭示困难、地震资料精度不够、分辨率不足、Q值估算结果精度过低。因此，改善并利用基于Q值的衰减方法描述碳酸盐岩储层特性尚有深入研究必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种高效提取复杂储层中衰减品质因子的方法，利用引入广义S变换和改进的质心频移法，Q值估算的精度和稳定性更高。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高效提取复杂储层中衰减品质因子的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，读入测线地震记录数据，并确定目的层；

步骤S2，利用广义S变换把测线上的每一道地震记录从时间域变换成时频域得到时频图；

步骤S3，确定目的层衰减估算频段；

步骤S4，基于时频图计算各时间深度下频谱图在所选频段内的质心频率；

步骤S5，利用改进的质心频移法估算目的层Q值序列；

步骤S6，利用层剥离法处理Q值序列；

步骤S7，绘制输出Q值剖面图。

优选的，令地震记录数据时域信号为h(t)，信号h(t)的广义S变换公式可表示为：

式中，t表示地震波在地下介质中传播时间，τ，f分别表示时间和频率，λ和p为广义S变换窗口的调节参数。

优选的，调整参数λ和p，保证时间分辨率足够辨识目的层的基础上，最大化频率分辨率，使时频图效果最佳。

优选的，利用改进的质心频移法估算目的层Q值序列的具体过程为：

在Ricker子波假设下，Ricker子波的振幅谱B(f)可表示为：

f_M表示震源子波的频率，测量可得。

则用f_C表示质心频率，可得到：

对上式进一步展开可得：

传统的质心频移法中介质的品质因子Q可以表示为：

式中，t表示传播时间，f_P表示信号在经过时间t的传播后的振幅谱峰值频率，f_M表示震源子波的频率，这里假定震源子波为Ricker子波，f_P和f_M只是为了区分衰减前后的峰值频率而下标不同，二者都是峰值频率，

将f_M和f_P经式(8)变换后代入公式(9)，即得到改进的质心频移法，则介质的品质因子Q可以表示为：

式中，f_C0和f_C1分别表示衰减前和衰减后信号的质心频率。

优选的，利用层剥离Q值处理方法对目的层进行估算，假设地层为双层情况下，Q值处理为：

式中，Q代表参考层至目的层顶下任一点的全程平均品质因子，t₁与Q₁表示参考层至目的层顶的传播时间与平均品质因子，t₂表示目的层顶以下任一点的传播时间，

表示参考层至目的层内任一点的全程平均品质因子。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明利用引入广义S变换和改进的频移法高效提取复杂储层中衰减品质因子。本方法通过调整广义S变换下的参数λ和p，可以有目的性的聚焦时频域并进行分析，获得更精确的振幅谱结果，并应用于二维以及三维地震资料来进行有效的储层预测。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2中(a)为合成信号示意图，(b)为短时傅里叶变换结果示意图，(c)S变换结果示意图，(d)为广义S变换结果示意图，四幅图纵坐标均为时间深度，横坐标为频率；

图3中(a)为实施例中单道地震资料，纵坐标为时间深度，横坐标为振幅，(b)为时频分析结果，纵坐标为时间深度，横坐标为频率，(c)为分析频段的选取，纵坐标为振幅，横坐标为频率，(d)为质心频率随时间深度变化的曲线，纵坐标为时间深度，横坐标为频率，(e)为Q值层剥离结果示意图，纵坐标为时间深度，横坐标为Q值；

图4中(a)为目的层二维测线地震剖面、(b)为波阻抗剖面，(c)为本方法得到的衰减Q值剖面，(d)为传统方法得到的衰减Q值剖面，纵坐标均为时间深度，横坐标为地震道道号；

图5为三维工区目的层顶界以下20ms深度振幅切面，横、纵坐标表示实际坐标；

图6为三维工区目的层顶界以下20ms深度，Q值切面，横、纵坐标表示实际坐标。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明中以中-深层碳酸盐岩储层作为研究对象，此储层在本技术领域公认为复杂储层。对于此复杂储层，本发明的一种高效提取复杂储层中衰减品质因子的方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1，读入测线地震记录数据，并确定目的层。

此处所述的测线地震记录数据是由若干个地震道组成的地震测线记录。目的层是指作为研究对象的地层，一般为含油气的储层。

步骤S2，利用广义S变换把测线上的每一道地震记录从时间域变换成时频域得到时频图。

令地震记录数据时域信号为h(t)，信号h(t)的广义S变换公式可表示为：

式中，t表示地震波在地下介质中传播时间，τ，f分别表示时间和频率，λ和p为广义S变换窗口的调节参数。

窗口函数可以表示为：

在广义S变换数值模拟中可看出，增大λ或p将使窗口变窄，频率分辨率提高；减小λ或p将使窗口变宽，时间分辨率提高。在实际应用时，根据需求选择合适的λ和p，可实现不同部位的时频聚焦。调整参数λ和p，保证时间分辨率足够辨识目的层的基础上，最大化频率分辨率，使时频图效果最佳。而最佳的时频分辨率可以得到最好的Q值提取结果。

为了证明广义S变换的效果，对图2中(a)为信号分别进行短时傅里叶变换、S变换和广义S变换，图2(b)为短时傅里叶变换结果示意图，(c)S变换结果示意图，(d)为广义S变换结果示意图，四幅图纵坐标均为时间深度，横坐标为频率；从三个变换结果图中可以看出，引入广义S变换对比传统的基于短时傅里叶变换、S变换的方法，能有效提升时频分辨率。

步骤S3，确定目的层衰减估算频段。

将信号转变为频谱时，频率范围很广，用于计算的频率范围仅在主频附近一段，这比使用全频段进行计算得到的结果更稳定有效。如图3c，仅留下中间主要的部分，省去两边。

衰减估算频段边界f_min和f_max的选取与振幅谱峰值振幅A_max相关，遵循以下公式：

A(f_min)＝μ₀A_max (3)

A(f_max)＝μ₁A_max (4)

参数μ(是参数μ₀和μ₁的统称)在不同衰减分析方法中选取的方式不同。频谱比法对于频段要求更为严格，为减小噪音影响，一般取值较高，通常μ>0.4，且μ₀>μ₁，因此A(f_min)>A(f_max)，意思是截取的频段中，对应最小频率的振幅要大于最大频率所对应的振幅。质心频移法对频段无严格要求，μ的取值对质心频率的结果影响较小；同样用到质心频率的改进频移法，在μ的取值上也较为灵活，μ₀及μ₁的设定根据实际情况进行调整，以0.1～0.3以内为宜。

步骤S4，基于时频图计算各时间深度下频谱图在所选频段内的质心频率。

频谱图是指在某一时刻的时频图，时频图是二维矩阵，包含时间轴与频率轴，频谱图是一维的，仅有频率轴。

质心频率f_c的等效的峰值频移公式为：

式中，f表示频率，上下限应对应步骤S3得到的f_min和f_max，B(f)表示参考信号的振幅谱。参考信号即为衰减前的信号，并不在目的层中，是目的层上部质心频率大、反射强烈、便于进行计算的地层信号。振幅谱即为上述的频谱，通过广义S变换可得。

步骤S5，利用改进的质心频移法估算目的层Q值序列；

地震子波形态各异，一般是未知的。Ricker子波在各类子波中最为接近地震子波的形态，假定震源子波为Ricker子波。

在Ricker子波假设下，Ricker子波的振幅谱B(f)可表示为：

f_M表示震源子波的频率，测量可得。

则用f_C表示质心频率，可得到：

对上式进一步展开可得：

传统的质心频移法中介质的品质因子Q可以表示为：

式中，t表示传播时间，f_P表示信号在经过时间t的传播后的振幅谱峰值频率(也就是衰减后的峰值频率)，f_M表示震源子波的频率(也就是衰减前的峰值频率)，这里假定震源子波为Ricker子波。f_P和f_M只是为了区分衰减前后的峰值频率而下标不同，二者都是峰值频率。下文f_C0是衰减前的质心频率，f_C1是衰减后的质心频率，分别由f_M和f_P经式(8)变换得到。

将f_M和f_P经式(8)变换后代入公式(9)，即得到改进的质心频移法，则介质的品质因子Q可以表示为：

式中，f_C0和f_C1分别表示衰减前和衰减后信号的质心频率。利用公式(10)估算目的层Q值序列。

步骤S6，利用层剥离法处理Q值序列，压制上覆层影响。

计算地层越厚，Q值估算结果的偏差就会越大。因此要尽量把地层划分为多个薄层进行计算，这就是层剥离处理的原因。并且储层的地质与岩石物理性质常常与上覆的非储层差异很大，若放在一起计算，储层的Q值分布范围与变化特征与上覆层的混杂在一起，无法体现储层Q值的真实特征，因此要剥离开来。层剥离是一种现已有的方法。此步骤的目的就是为了使Q值结果更准确。

结合实际地层情况，利用层剥离Q值处理方法对目的层进行估算，假设地层为双层情况下(是指包含有目的层和上覆非目的层的一段地层)，Q值处理为：

式中，Q代表参考层至目的层顶下任一点的全程平均品质因子，t₁与Q₁表示参考层至目的层顶的传播时间与平均品质因子，t₂表示目的层顶以下任一点的传播时间，

表示参考层至目的层内任一点的全程平均品质因子。基于此式可得到目的层内每一时间点的平均品质因子。

步骤S7，绘制输出Q值剖面图。

将上一步处理过的Q值剖面数据绘制成图并输出。

实施例

以下为本发明的一个实施例，说明基于一种高效提取复杂储层中衰减品质因子(Q值)的方法的实现过程。

安岳气田磨溪区块龙王庙组碳酸盐岩气藏在地质构造上处于川中古隆起，岩性主要为残余颗粒云岩和残余晶粒云岩，储集空间主要为溶蚀孔洞和残余粒间孔、晶间孔，储层平均孔隙度为4.24％，平均厚度为36m。

图3a为工区内某一示例地震道数据，横坐标表示波形振幅，纵坐标表示时间深度，深色点表示目的层内的波形数据。对该地震道所有数据进行广义S变换，根据所需分辨率微调参数p与λ，经一系列测试调整，最终将p设为1，λ设为1.5，该参数下的时频图效果最佳(能识别出最完整的信息)，如图3b所示。图3c中，低峰曲线为从时频分析结果中抽取的目的层内某一时间深度下的振幅谱，高峰曲线为参考层的振幅谱，二者峰值振幅频率与质心频率存在显著的差异，对该结果将μ₀与μ₁均设为0.15，保存所选取的频段。注意到目的层振幅谱存在若干个峰值，但其包络线形态与Ricker子波的振幅谱相似，相较于质心频移法的高斯分布假设，该地震到数据更满足改进的频移法的Ricker子波假设。图3d表示该道各时间深度下用截取的频段计算出的质心频率曲线，图中目的层虚线框表示目的层质心结果。可见，目的层内质心频率随深度先减小后增大，存在一个极小值；参考层虚线表示质心频率最大点，在实际地震道数据中该频率对应上覆龙潭组顶界位置，反射强烈、质心频率高、频谱结果稳定，即通过质心频率验证其具备质心频率高的特性。图3e为利用现有技术中改进频移法得出的目的层深度范围内的Q值曲线，其中浅色曲线表示原始Q值序列，深色曲线表示利用层剥离方法处理后所得的序列，一般Q值计算结果会随地层层厚的增加而累积误差，导致Q值结果变大，图中深色序列对比浅色序列，可见随着深度的增加，Q值所受上覆层的影响(误差部分)受到了有效的压制。将上述流程应用到所选取的地震剖面上，即可得到衰减Q值剖面。

图4a表示工区内某条过四口含气井的测线的目的层地震振幅剖面，虚线表示四口含气井位置，在所示时间深度下的各井平均孔隙度均5％左右。该测线目的层产状较为平缓，顶界和底界均为波谷，传播时间大约为0.04s，从图中可以看出振幅不能较好的展示孔隙白云岩储层的横向展布特征，孔隙储层发育的地方，振幅特征不明显，有的较弱，有的较强，如MX204井储层发育对应的是强振幅特征，而MX202井尽管储层较为发育(气含量高)，但对应的是弱振幅特征，因此利用振幅属性来描述储层的品质还存在多解性。图4b表示该测线目的层的波阻抗剖面，可见，四口含气井位置波阻抗特征差异较为明显，MX8井和MX17井储层波阻抗值较大，MX202井储层波阻抗则较小，而MX204井则呈现上部大、下部小的特征，利用波阻抗属性描述储层同样具备多解性。图4c为利用本发明方法提取的衰减Q值剖面，色标代表Q值大小，色标在图中右侧，颜色深代表Q值小，Q值越小反映储层孔隙与含气性较为发育。结果显示，四口含气井及周围区域Q值低至20至40不等，存在明显衰减异常，衰减结果与实际储层钻遇情况吻合。而且，低Q区域横向展布面积较大，连续性较好，符合该区碳酸盐岩颗粒滩储层的发育特征。图4d是利用传统方法(基于短时傅里叶变换的质心频移法)得到的该侧线Q值剖面结果，该图表明，传统方法与本方法所得到的Q值结果差异明显，传统方法中的剖面呈大片的连续低Q区域，储层与非储层界面模糊，纵向分辨率差，无法体现含气规律，与实际情况不吻合。

将本发明方法应用到全工区以预测三维工区储层分布，结果如图5，图6所示。图5表示该区龙王庙组目的层顶界以下20ms深度处的振幅切面，对应的Q值结果如图6所示。现有技术中已有许多文章对磨溪龙王庙储层的形态与分布特点进行过描述，即龙王庙组两个低Q区域以颗粒滩的形态分布，主要位于工区中部及西南部，该区域位于川中古隆起高部位古、今构造叠合区，发育有大面积连续的颗粒滩，其中颗粒滩强发育区即位于图中中部及西南部的环绕地貌高地，是砂屑白云岩储层的富集地，该部分结论是已知的，而且与图6结果吻合。Q值结果有效反映了该地区颗粒滩的分布差异，与当前地质认识较为符合，对于优质储层的预测起到了明显的效果。

本发明涉及地震衰减提取方法，利用引入广义S变换和改进的频移法高效提取复杂储层中衰减品质因子的方法。本方法通过调整广义S变换下的参数λ和p，可以有目的性的聚焦时频域并进行分析，获得更精确的振幅谱结果，并应用于二维以及三维地震资料来进行有效的储层预测。

1.基于广义S变换的改进频移法对比其他传统方法，Q值估算的精度和稳定性更高，时频分辨率可调的特性使本方法在各种地震资料下均保有较强的适用性。

2.中、深地碳酸盐岩储层一般具备较强的非均质性，含气分布复杂、埋藏深、地震反射较弱。传统Q值衰减方法多应用于浅层碎屑岩储层，在中、深地碳酸盐岩储层中应用不佳。本方法在碳酸盐岩储层预测中可获得较为可靠的效果，拓展了Q值衰减方法的适用广度。

3.本方法适用于叠后反射资料(如实施例中的资料)，经济效益更佳。所基于的算法较为简单，时间效益突出，在大面积工区应用上效率很高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高效提取复杂储层中衰减品质因子的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，读入测线地震记录数据，并确定目的层；

步骤S2，利用广义S变换把测线上的每一道地震记录从时间域变换成时频域得到时频图；

步骤S3，确定目的层衰减估算频段；

步骤S4，基于时频图计算各时间深度下频谱图在所选频段内的质心频率；

步骤S5，利用改进的质心频移法估算目的层Q值序列；

步骤S6，利用层剥离法处理Q值序列；

步骤S7，绘制输出Q值剖面图；

利用改进的质心频移法估算目的层Q值序列的具体过程为：

在Ricker子波假设下，Ricker子波的振幅谱B(f)可表示为：

f_M表示震源子波的频率，测量可得；

则用f_C表示质心频率，可得到：

对上式进一步展开可得：

传统的峰值频移法中介质的品质因子Q可以表示为：

式中，t表示传播时间，f_P表示信号在经过时间t的传播后的振幅谱峰值频率，f_M表示震源子波的频率，这里假定震源子波为Ricker子波，f_P和f_M只是为了区分衰减前后的峰值频率而下标不同，二者都是峰值频率，

将f_M和f_P经式(8)变换后代入公式(9)，即得到改进的质心频移法，则介质的品质因子Q可以表示为：

式中，f_C0和f_C1分别表示衰减前和衰减后信号的质心频率。

2.根据权利要求1所述的一种高效提取复杂储层中衰减品质因子的方法，其特征是，令地震记录数据时域信号为h(t)，信号h(t)的广义S变换公式可表示为：

式中，t表示传播时间，τ，f分别表示时间和频率，λ和p为广义S变换窗口的调节参数。

3.根据权利要求2所述的一种高效提取复杂储层中衰减品质因子的方法，其特征是，调整参数λ和p，保证时间分辨率足够辨识目的层的基础上，最大化频率分辨率，使时频图效果最佳。

4.根据权利要求1所述的一种高效提取复杂储层中衰减品质因子的方法，其特征是，利用层剥离方法对目的层进行估算，假设地层为双层情况下，Q值处理为：

式中，Q代表参考层至目的层顶下任一点的全程平均品质因子，t₁与Q₁表示参考层至目的层顶的传播时间与平均品质因子，t₂表示目的层顶以下任一点的传播时间，表示目的层顶至目的层内任一点的全程平均品质因子。

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