CN109425903A - 一种近地表地层品质因子的获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近地表地层品质因子的获取方法，属于地球物理勘探领域。该方法包括：针对激发井中的同一个炮点，分别获取井口检波器和井底检波器接收的地震记录的对数谱。对地震记录进行解释，获取地震波在近地表各层中的旅行时差。根据对数谱和旅行时差，建立包含地层品质因子的线性滤波系统，对线性滤波系统的表达式进行求解，获取地层品质因子。线性滤波系统的表达式为： 和分别是第i个炮点激发时，井口检波器接收和井底检波器接收的地震记录的对数谱；f是频率；ns是炮点的个数；αk，k＝1,2,…,nl是近地表地层品质因子，nl是近地表地层的层数；Δtik是第i炮激发，井口检波器接收的地震波与井底检波器接收的地震波在第k层的旅行时差；是线性滤波系统的截距。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理勘探技术领域，特别涉及一种近地表地层品质因子的获取方法。
背景技术
近地表地层指的是地表到低速带底界面整个范围内的地层，包括低速带和降速带。由于近地表地层的介质未经完全压实，导致近地表地层的吸收参数远大于地下地层的吸收参数，这就使得近地表地层对地震波具有强烈的吸收和衰减作用，严重降低地震波的能量。所以，获取近地表地层吸收参数，并将其用于近地表吸收补偿，对于提高地震资料质量具有重要的意义。其中，吸收参数一般用地层品质因子Q的倒数来表征，而地层品质因子Q的物理意义是：地震波在传播一个波长后，原来储存的能量与所消耗的能量之比的2π倍。因此，获取地层品质因子Q即可确定吸收参数。
目前多通过从地表地层内的地震记录中来获取地层品质因子Q，而地震记录通常采用双井微测井技术获取得到，双井微测井技术通过两口井采集地震记录，一口为激发井，一口为接收井，在激发井的不同深度处设置炮点来激发地震波，在接收井的不同深度处布置检波器来接收地震波，从而获得地震记录。现有技术多采用谱比法和质心频率法从地震记录中获取品质因子Q，这两种方法均基于地震波频谱的变化，利用两个地震记录的差异确定它们之间的吸收系数，进而来获取品质因子Q。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
当有多个地震波同时穿过同一地层时，不同地震道的组合可能给出不同的品质因子Q，并且，当激发因素(例如，激发所用的炸药量和激发点所处的地层介质)变化较大时，现有技术仍然不能给出准确的品质因子Q。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种近地表地层吸收参数的获取方法。具体技术方案如下：
一种近地表地层品质因子的获取方法，包括：利用双井微测井技术获取地震记录，仅在接收井的井口和井底分别布置井口检波器和井底检波器，以接收所述地震记录；
针对激发井中的同一个炮点，分别获取所述井口检波器和所述井底检波器接收的所述地震记录的对数谱；
对所述地震记录进行解释，获取地震波在近地表各层中的旅行时差；
根据所述对数谱和所述旅行时差，建立包含地层品质因子的线性滤波系统，所述线性滤波系统的表达式为：
其中，和分别是第i个炮点激发时，所述井口检波器接收和所述井底检波器接收的地震记录的对数谱；f是频率；ns是炮点的个数；αk，k＝1,2,…,nl是近地表地层品质因子，nl是近地表地层的层数；Δtik是第i炮激发，所述井口检波器接收的地震波与所述井底检波器接收的地震波在第k层的旅行时差；是所述线性滤波系统的截距；
对所述线性滤波系统的表达式进行求解，获取所述地层品质因子。
具体地，作为优选，在利用所述双井微测井技术获取所述地震记录时，在所述激发井中间隔设置多个所述炮点，并且，最浅深度处的所述炮点的深度大于或等于9m。
具体地，作为优选，在所述激发井中间隔设置4-8个所述炮点。
具体地，作为优选，所述井口检波器与所述井底检波器为同种类型。
具体地，作为优选，所述对所述地震记录进行解释，获取地震波在近地表各层中的旅行时差，包括：
利用双井微测井的速度结构解释方法，对所述地震记录进行解释，获取近地表各层的厚度和地震波在所述近地表各层中的地层速度；
根据所述近地表各层的厚度和所述地层速度，计算所述地震波在近地表各层中的旅行时差。
具体地，作为优选，所述根据所述对数谱和所述旅行时差，建立包含地层品质因子的线性滤波系统，包括：
根据所述对数谱，建立衰减函数，所述衰减函数的第一表达式为：
根据所述旅行时差，建立包含所述地层品质因子的所述衰减函数，所述衰减函数的第二表达式为：
根据所述第一表达式和所述第二表达式，建立所述线性滤波系统。
具体地，作为优选，所述对所述线性滤波系统的表达式进行求解，获取所述地层品质因子，包括：
根据所述线性滤波系统的表达式，构建矩阵方程，所述矩阵方程的表达式如下所示：
其中，yk是第k炮的衰减函数在频率方向构成的向量，Fk是与第k炮有关的元素fiΔtkj构成的吸收配置矩阵；其中，i＝1,2,…,nf，nf是频率的个数；j＝1,2,…nl,nl是近地表地层的层数；
利用奇异值分解法对所述矩阵方程求解，计算得到所述地层品质因子。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的近地表地层品质因子的获取方法，通过上述的各个步骤，可以实现利用双井微测井技术获取地震记录同时反演地下吸收结构，即近地表地层和地下地层，避免了对地震道组合的依赖性。通过在接收井的井口和井底位置处分别布置井口检波器和井底检波器，而不在井口和井底之间位置布置检波器，如此不仅能避免激发因素的差异对品质因子Q获取结果的影响，还有效降低了野外观测数据的采集难度。综合上述，利用本发明实施例提供的方法获取的品质因子Q具有高精确度，能用来为地震勘探提供可靠的近地表地层吸收参数，进而能有效提高地震资料质量，例如分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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1提供的，消除炮点和检波点影响的双井微测井系统示意图；
图2a和图2b是本发明实施例1提供的，消除炮点和检波点影响下模拟的双井微测井观测系统获得的共检波点道集，其中，图2a为井口检波器采集得到的道集，图2b为井底检波器采集得到的道集；
图3是本发明实施例2提供的，利用双井微测井的速度结构解释方法，对地震记录进行解释得到地层速度和厚度示意图。
图4a和图4b是本发明实施例2提供的，利用双井微测井观测系统获得的野外地震记录共检波点道集，其中，图4a为井口检波器采集得到的道集，图4b为井底检波器采集得到的道集；
图5是本发明实施例2获取得到的不同深度地层的品质因子示意图；
图6为应用实施例2求取的近地表品质因子对实际地震资料进行补偿处理后，补偿前后的地震剖面及频谱对比。
具体实施方式
除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种近地表地层品质因子的获取方法，该方法包括：利用双井微测井技术获取地震记录，仅在接收井的井口和井底分别布置井口检波器和井底检波器，以接收地震记录。
具体地，该获取方法包括以下步骤：
步骤1、针对激发井中的同一个炮点，分别获取井口检波器和井底检波器接收的地震记录的对数谱。
步骤2、对地震记录进行解释，获取地震波在近地表各层中的旅行时差。
步骤3、根据对数谱和旅行时差，建立包含地层品质因子的线性滤波系统，线性滤波系统的表达式为：
其中，和分别是第i个炮点激发时，井口检波器接收和井底检波器接收的地震记录的对数谱；f是频率；ns是炮点的个数；αk，k＝1,2,…,nl是近地表地层品质因子，nl是近地表地层的层数；Δtik是第i炮激发，井口检波器接收的地震波与井底检波器接收的地震波在第k层的旅行时差；是线性滤波系统的截距。
步骤4、对线性滤波系统的表达式进行求解，获取地层品质因子。
本发明实施例提供的近地表地层品质因子的获取方法，通过上述的各个步骤，可以实现利用双井微测井技术获取地震记录同时反演地下吸收结构，即近地表地层和地下地层(步骤1、2中得到的对数谱和各层旅行时差，通过步骤3建立线性滤波系统，在线性滤波系统中包含地下吸收结构的参数)，避免了对地震道组合的依赖性。通过在接收井的井口和井底位置处分别布置井口检波器和井底检波器，而不在井口和井底之间位置布置检波器，如此不仅能避免激发因素的差异对品质因子Q获取结果的影响，还有效降低了野外观测数据的采集难度。综合上述，利用本发明实施例提供的方法获取的品质因子Q具有高精确度，能用来为地震勘探提供可靠的近地表地层吸收参数，进而能有效提高地震资料质量，例如分辨率。
以下就上述各个步骤进行详细描述：
首先，本领域技术人员可以理解的是，利用双井微测井技术获取地震记录为本领域所常见的，一般情况下，现有技术在激发井的不同深度处设置炮点来激发地震波，在接收井的不同深度处布置检波器来接收地震波，从而获得地震记录。
但是，与现有技术有本质上的区别，本发明实施例仅仅在接收井的井口和井底处布置检波器，激发井中的特定炮点激发地震波，接收井中的井口检波器和井底检波器分别接收该地震波对应的地震记录，并用于后续各计算过程。
该地震记录采用如下表达式来表达：
xij(t),j＝1,2；i＝1,2,…ns
其中，ns是炮点的个数；j＝1代表井口检波器接收的地震记录，j＝2代表井底检波器接收的地震记录；t是时间，单位是秒。
在利用双井微测井技术获取地震记录时，在激发井中上下间隔设置多个炮点，并且，最浅深度处的炮点的深度大于或等于9m，如此可避免面波和折射波干涉的影响，提高品质因子Q的精确度。
作为一种示例，在激发井中间隔设置4-8个炮点，例如，4个、5个、6个、7个、8个炮点。
可以理解的是，激发井和接收井均布置在近地表地层中，以获取近地表地层中的地震记录。
另外，为了避免检波器自身干扰，将井口检波器和井底检波器设置为同种类型。
对于步骤1来说，针对激发井中的同一个炮点，分别获取井口检波器和井底检波器接收的地震记录的对数谱。
举例来说，如若激发井中设置有8个炮点，则针对第1个炮点，获取井口检波器接收的地震记录的对数谱，以及井底检波器接收的地震记录的对数谱。针对第2个炮点，直至第8个炮点，均进行上述同样的操作。
举例来说，和分别代表第i个炮点激发时，井口检波器接收的地震记录的对数谱，以及井底检波器接收的地震记录的对数谱。其中，i＝1,2,…,ns代表炮点的数目。
本领域技术人员可以理解的是，获取地震记录的对数谱对于本领域技术人员为常见的，举例来说，地震波x(t)的振幅谱等于x(t)的傅立叶变换X(f)的实部Xr(f)平方与虚部Xm(f)平方之和的开方，其可表达成：A(f)，A表示振幅、f表示频率(Hz)，对A(f)取对数为对数振幅谱，即对数谱。从图形上说：横坐标f是频率，纵坐标为lgA(f)，A(f)取对数，可以提高图形的分辨率。
另外，徐善辉等在中国地球物理学会年会、中国地震学会学术大会(2010年)中公开了“对数谱在地震薄层识别中的应用”，其中对对数谱进行了综述，本发明实施例在此对其不作更详细的描述。
对于步骤2来说，其通过对地震记录进行解释，获取地震波在近地表各层中的旅行时差，该旅行时差指的是，在特定炮点激发时，井口检波器接收的地震波的旅行时与井底检波器接收的地震波的旅行时在特定层的时差。
具体地，该旅行时差的获取方法包括：
利用双井微测井的速度结构解释方法，对地震记录进行解释，获取近地表各层的厚度和地震波在近地表各层中的地层速度。
根据近地表各层的厚度和地层速度，计算地震波在近地表各层中的旅行时差。
其中，近地表各层的厚度可以采用如下表达式来表达：
hi,i＝1,2,…,nl
地震波在近地表各层的地层速度可以采用如下表达式来表达：
vi,i＝1,2,…,nl
此时，i代表近地表地层的地层数。
利用双井微测井的速度结构解释方法，对地震记录进行解释，对于本领域技术人员为常见的，举例来说，《中国石油天然气集团公司企业标准》Q/SY1468-2012中公开了该解释方法，步骤如下：
a)、初至拾取应以起跳时间为准。
b)、地面微测井获取的资料应选择初至不受干扰并且偏移距较小的道作为资料解释标准道。
c)、地面微测井标准道的初至时间和井中微测井记录的初至时间应校正为垂直t0时间。校正公式见如下公式：
式中：
t0——校正到井口单程垂直传播时间，单位为毫秒(ms)；
t——初至时间，单位为毫秒(ms)；
H——井中激发点(或接收点)深度，单位为米(m)；
△H——地面接收点(或激发点)高程与井口高程之差，单位为米(m)；
D——地面接收点(或激发点)与井口的水平距离，单位为米(m)。
d)、时深曲线参考岩性录井资料按线性规律分段拟合。
e)、各层速度根据对应的时深曲线斜率求取。
f)、各层厚度根据时深曲线交点深度差求取。
以近地表地层的第k层举例来说，获取该第k层的厚度hk，以及地层速度vk，则可利用射线追踪的方法，根据厚度hk求取第k层的旅行路径，用旅行路径除以地层速度vk，进而求得第k层的旅行时差。
对于步骤3，其根据对数谱和旅行时差，建立包含地层品质因子的线性滤波系统，具体地，该步骤又包括：
根据对数谱，建立衰减函数，衰减函数的第一表达式为：
根据旅行时差，建立包含地层品质因子的衰减函数，衰减函数的第二表达式为：
根据第一表达式和第二表达式，建立线性滤波系统。
其中，上述衰减函数不含激发因素影响，并且，所建立的线性滤波系统包含近地表地层的各层的品质因子作为未知量。
待线性滤波系统的表达式的确定后，本发明实施例利用步骤7来对线性滤波系统的表达式进行求解，获取地层品质因子。
上述线性滤波系统的表达式的求解方式有多种，作为一种示例，本发明实施采用如下所述的方法对其求解：
根据线性滤波系统的表达式，构建矩阵方程，矩阵方程的表达式如下所示：
其中，yk是第k炮的衰减函数在频率方向构成的向量，Fk是与第k炮有关的元素fiΔtkj构成的吸收配置矩阵；其中，i＝1,2,…,nf，nf是频率的个数；j＝1,2,…nl,nl是近地表地层的层数。
利用奇异值分解法对矩阵方程求解，计算得到地层品质因子。
奇异值分解法求解矩阵方程为本领域所常见的，举例来说，其可以包括如下所述的步骤：最小化以下目标函数：
e＝(y-Fm)T(y-Fm)+μmTm
得到包含有各层品质因子的未知向量m，结果如下：
m＝(FTF+μI)-1FTy
其中，μ为正则化参数，控制正则化项的权重。对该未知向量进行求解即可计算得到品质因子。
以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。
在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
为了证明本发明实施例所提供方法的有效性和准确性，本实施例进行了模型试验，如下所示：
本实施例提供了一种双井微测井观测模型，其近地表地层由低速带和降速带构成，两层之间分界面深度为4米，并且，低速带所在地层的地层速度和地层品质因子分别为v1＝450m/s，Q1＝2.0；降速带所在地层的地层速度和品质因子分别为v2＝1300m/s，Q2＝10.0。
如附图1所示，该双井微测井观测模型中，激发井的深度为15米，炮点自上而下设置有8炮，即，共有8炮激发点，最大激发深度15米，最小激发深度8米，炮点深度间隔为1米。接收井深度为12米，在井口及井底分别安置一个类型相同的井口检波器和井底检波器，即，共有2个接收点。这样可以得到16道地震记录xij(t),i＝1,2,…8,j＝1,2，按照检波点分类，可以得到图2a和图2b所示的两个共检波点道集。
基于上述获取的地震记录，利用本发明实施例提供的方法对其进行处理：获取地震记录对数谱，以及地震波在近地表各层中的旅行时差，并利用它们分别来构建衰减函数进而来构建包含地层品质因子的线性滤波系统，根据所构建的线性滤波系统，得到矩阵方程，求解该方程，最终得到低速带和降速带的品质因子分别为Q1＝2.01和Q2＝9.97。
相比于本发明实施例提供的方法，利用常规的单井微测井方法，低速带和降速带的品质因子分别为Q1＝-7.1和Q2＝1.3。
上述提及，低速带和降速带的品质因子的实际值分别为Q1＝2.0和Q2＝10.0，可以看出，利用本发明实施例提供的方法获取得到的近地表品质因子具有较高的精度。
实施例2
本实施例为某油田A区块的应用实例，该区地势平坦，通过微测井速度结构解释可以得到：该区近地表结构比较简单，分为低速层和降速层两套地层，低速层的厚度在4米左右，如图3所示。激发井中，最小激发井深1米，最大激发井深15米，炮点深度间隔2米，共激发8炮。接收井中，井口及井底分别安置一个类型相同的井口检波器和井底检波器。为了避免面波和折射波干涉的影响，本实施例仅利用深度为9m及以下激发的地震记录进行处理。
根据上述的双井微测井观测系统获得地震记录，两口井之间的距离为7m；优选出没有噪音污染的数据；采用9m以下(包括9m)的地震记录用于处理；其中，最浅激发深度为9m，最深激发深度为15m，每隔2米设置一个激发点，共4炮激发，共得到8个双井微测井地震记录xij(t),i＝1,2,3,4,j＝1,2。按照检波点进行分类，可以得到图4a和图4b所示的两个共检波点道集；
基于上述获取的地震记录，利用本发明实施例提供的方法对其进行处理：
利用双井微测井速度结构解释方法得到地层的速度，如图3所示，其中第一层的地层速度v1＝542m/s，厚度为h1＝4m，第二层的地层速度v2＝1592m/s，厚度为h2＝11m，并利用它们计算地震波在近地表各层中的旅行时差。
利用地震记录xij(t)的对数谱计算衰减函数在本实施例中的个数为4。
利用地震记录的对数谱和旅行时差，构建线性滤波系统。
对该线性滤波系统构建矩阵方程并求解，得到近地表吸收参数，其中Q1＝3.3和Q2＝12.5。
绘制如图5所示的不同深度地层品质因子的变化曲线。由图6可知，利用本发明实施例提供的方法，消除了激发因素对吸收参数估算的影响，最大程度上减小了接收耦合的影响，并且，提高了品质因子的计算精度，为消除近地表吸收对高分辨率地震勘探的影响提供可靠的基础数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种近地表地层品质因子的获取方法，包括：利用双井微测井技术获取地震记录，其特征在于，仅在接收井的井口和井底分别布置井口检波器和井底检波器，以接收所述地震记录；
针对激发井中的同一个炮点，分别获取所述井口检波器和所述井底检波器接收的所述地震记录的对数谱；
对所述地震记录进行解释，获取地震波在近地表各层中的旅行时差；
根据所述对数谱和所述旅行时差，建立包含地层品质因子的线性滤波系统，所述线性滤波系统的表达式为：
其中，和分别是第i个炮点激发时，所述井口检波器接收和所述井底检波器接收的地震记录的对数谱；f是频率；ns是炮点的个数；αk，k＝1,2,…,nl是近地表地层品质因子，nl是近地表地层的层数；Δtik是第i炮激发，所述井口检波器接收的地震波与所述井底检波器接收的地震波在第k层的旅行时差；是所述线性滤波系统的截距；
对所述线性滤波系统的表达式进行求解，获取所述地层品质因子。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在利用所述双井微测井技术获取所述地震记录时，在所述激发井中间隔设置多个所述炮点，并且，最浅深度处的所述炮点的深度大于或等于9m。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述激发井中间隔设置4-8个所述炮点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述井口检波器与所述井底检波器为同种类型。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述地震记录进行解释，获取地震波在近地表各层中的旅行时差，包括：
利用双井微测井的速度结构解释方法，对所述地震记录进行解释，获取近地表各层的厚度和地震波在所述近地表各层中的地层速度；
根据所述近地表各层的厚度和所述地层速度，计算所述地震波在近地表各层中的旅行时差。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述对数谱和所述旅行时差，建立包含地层品质因子的线性滤波系统，包括：
根据所述对数谱，建立衰减函数，所述衰减函数的第一表达式为：
根据所述旅行时差，建立包含所述地层品质因子的所述衰减函数，所述衰减函数的第二表达式为：
根据所述第一表达式和所述第二表达式，建立所述线性滤波系统。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述线性滤波系统的表达式进行求解，获取所述地层品质因子，包括：
根据所述线性滤波系统的表达式，构建矩阵方程，所述矩阵方程的表达式如下所示：
其中，yk是第k炮的衰减函数在频率方向构成的向量，Fk是与第k炮有关的元素fiΔtkj构成的吸收配置矩阵；其中，i＝1,2,…,nf，nf是频率的个数；j＝1,2,…nl,nl是近地表地层的层数；
利用奇异值分解法对所述矩阵方程求解，计算得到所述地层品质因子。
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