CN109459788B - 地层品质因子计算方法及系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种地层品质因子计算方法及系统。该方法可以包括：根据衰减子波的振幅谱，计算衰减子波的功率谱；将衰减子波的功率谱转化为对数形式；对对数形式的衰减子波功率谱进行积分运算，获取地层品质因子。本发明具有理论计算精度高、稳定性与抗噪性能好的特点，其计算结果可用于后续的地震数据处理及解释，如地震吸收衰减补偿、天然气检测等。

Description

地层品质因子计算方法及系统
技术领域
本发明涉及地震勘探领域，更具体地，涉及一种地层品质因子计算方法及系统。
背景技术
品质因子是描述地下介质衰减特征的重要参数，准确可靠的品质因子估计在地震处理解释中具有重要的意义。目前工业界常用的品质因子估计方法主要可分为两大类，即时间域法和频率域法，每一类方法又包括很多种不同的方法。其中频率域方法广泛应用于实际地震勘探中，该类方法以谱比法和质心频率法为代表。谱比法通过拟合衰减前后对数谱比值与频率的线性关系来求取品质因子，其在无噪声时的理论估计结果很精确，然而其对噪声很敏感，因此当地震资料存在噪声时其估计结果的稳定性和精度较差。质心频率法通过建立衰减前后地震波的质心频率变化量与品质因子Q值之间的关系式来反演地层的品质因子，由于利用的是振幅谱的统计特性，故该方法抗噪性能较好，然而其假设震源子波满足某种特定的形状(如满足高斯分布)，因此当实际子波与假设不一致时，估计的品质因子存在一定的误差。因此，有必要开发一种地层品质因子计算方法及系统。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种地层品质因子计算方法及系统，具有理论计算精度高、稳定性与抗噪性能好的特点，其计算结果可用于后续的地震数据处理及解释，如地震吸收衰减补偿、天然气检测等。
根据本发明的一方面，提出了一种地层品质因子计算方法。所述方法可以包括：根据衰减子波的振幅谱，计算所述衰减子波的功率谱；将所述衰减子波的功率谱转化为对数形式；对对数形式的衰减子波功率谱进行积分运算，获取地层品质因子。
优选地，所述衰减子波的振幅谱为：
Figure BDA0001400453110000021
其中，A2(f)为衰减子波的振幅谱，A1(f)为参考子波的振幅谱，f为频率，T为透射系数，t为两个子波间的旅行时间，Q为地层品质因子。
优选地，所述衰减子波的功率谱为：
Figure BDA0001400453110000022
其中，P2(f)为衰减子波的功率谱，P1(f)为参考子波的功率谱，f为频率，T为透射系数，t为两个子波间的旅行时间，Q为地层品质因子。
优选地，所述衰减子波功率谱的对数形式为：
Figure BDA0001400453110000023
其中，
Figure BDA0001400453110000024
为衰减子波功率谱的对数形式，
Figure BDA0001400453110000025
为参考子波的功率谱的对数形式。
优选地，所述地层品质因子为：
Figure BDA0001400453110000026
根据本发明的另一方面，提出了一种地层品质因子计算系统，可以包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：根据衰减子波的振幅谱，计算所述衰减子波的功率谱；将所述衰减子波的功率谱转化为对数形式；对对数形式的衰减子波功率谱进行积分运算，获取地层品质因子。
优选地，所述衰减子波的振幅谱为：
Figure BDA0001400453110000031
其中，A2(f)为衰减子波的振幅谱，A1(f)为参考子波的振幅谱，f为频率，T为透射系数，t为两个子波间的旅行时间，Q为地层品质因子。
优选地，所述衰减子波的功率谱为：
Figure BDA0001400453110000032
其中，P2(f)为衰减子波的功率谱，P1(f)为参考子波的功率谱，f为频率，T为透射系数，t为两个子波间的旅行时间，Q为地层品质因子。
优选地，所述衰减子波功率谱的对数形式为：
Figure BDA0001400453110000033
其中，
Figure BDA0001400453110000034
为衰减子波功率谱的对数形式，
Figure BDA0001400453110000035
为参考子波的功率谱的对数形式。
优选地，所述地层品质因子为：
Figure BDA0001400453110000036
本发明的有益效果在于：(1)未假设子波频谱的形状，其对任何子波都是适用的，并且计算精度较高；(2)利用功率谱，相比振幅谱具有更好的抗噪性，积分项相当于求和，可以压制噪声，具有较高的稳定性和抗噪性；(3)本发明估计的地层品质因子可以作为地震反Q滤波的输入，以补偿地震波的吸收衰减，由于气体具有很强的吸收衰减作用，其通常对应小的地层品质因子，所以该方法的估计结果也可以用于天然气检测。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的地层品质因子计算方法的步骤的流程图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的地层品质因子为20、40、80和120时的衰减地震记录的示意图。
图3示出了根据本发明、质心频率法和谱比法计算的地层品质因子的相对误差的示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的含噪声地震记录的示意图。
图5a、图5b和图5c分别示出了根据本发明、质心频率法和谱比法计算的地层品质因子的概率分布的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明的地层品质因子计算方法的步骤的流程图。
在该实施例中，根据本发明的地层品质因子计算方法可以包括：步骤101，根据衰减子波的振幅谱，计算衰减子波的功率谱；步骤102，将衰减子波的功率谱转化为对数形式；步骤103，对对数形式的衰减子波功率谱进行积分运算，获取地层品质因子。
在一个示例中，衰减子波的振幅谱为：
Figure BDA0001400453110000051
其中，A2(f)为衰减子波的振幅谱，A1(f)为参考子波的振幅谱，f为频率，T为透射系数，t为两个子波间的旅行时间，Q为地层品质因子。
在一个示例中，衰减子波的功率谱为：
Figure BDA0001400453110000052
其中，P2(f)为衰减子波的功率谱，P1(f)为参考子波的功率谱，f为频率，T为透射系数，t为两个子波间的旅行时间，Q为地层品质因子。
在一个示例中，衰减子波功率谱的对数形式为：
Figure BDA0001400453110000053
其中，
Figure BDA0001400453110000054
为衰减子波功率谱的对数形式，
Figure BDA0001400453110000055
为参考子波的功率谱的对数形式。
在一个示例中，地层品质因子为：
Figure BDA0001400453110000056
具体地，由于功率谱具有更高的抗噪性，因此用功率谱进行品质因子计算。根据衰减子波的振幅谱为公式(1)，计算衰减子波的功率谱为公式(2)；分别对公式(2)两边取对数，将公式(2)转化为对数形式为公式(3)；为了提高地层品质因子计算的稳定性和抗噪性，对公式(3)两边关于频率f求积分，获取地层品质因子为公式(4)。
本方法具有理论计算精度高、稳定性与抗噪性能好的特点，其计算结果可用于后续的地震数据处理及解释，如地震吸收衰减补偿、天然气检测等。
应用示例
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
图2示出了根据本发明的一个实施例的地层品质因子为20、40、80和120时的衰减地震记录的示意图，150ms处为初始地震子波，450ms处为衰减后的地震波，可以看到，地质品质因子越小，地震波衰减越大。
建立一个均匀介质模型，并合成对应的衰减地震记录，模型介质纵波速度为2000m/s，传播距离为600m，选取的雷克子波主频为40Hz。根据衰减子波的振幅谱为公式(1)，计算衰减子波的功率谱为公式(2)；分别对公式(2)两边取对数，将公式(2)转化为对数形式为公式(3)；为了提高地层品质因子计算的稳定性和抗噪性，对公式(3)两边关于频率f求积分，获取地层品质因子为公式(4)。
图3示出了根据本发明、质心频率法和谱比法计算的地层品质因子的相对误差的示意图，可以看出，本发明提出的方法计算的地质品质因子的精度最高。
图4示出了根据本发明的一个实施例的含噪声地震记录的示意图。
图5a、图5b和图5c分别示出了根据本发明、质心频率法和谱比法计算的地层品质因子的概率分布的示意图，分别是统计2000个品质因子估计结果的概率分布值，其真实品质因子为20，可以看出，本发明提出的方法估计结果最接近于真实值，误差小、稳定性好；而质心频率法和谱比法的估计结果分布范围较大，说明其估计结果的方差较大，意味着误差较大、稳定性较差。
综上所述，本发明具有理论计算精度高、稳定性与抗噪性能好的特点，其计算结果可用于后续的地震数据处理及解释，如地震吸收衰减补偿、天然气检测等。
根据本发明的实施例，提供了一种地层品质因子计算系统，可以包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：根据衰减子波的振幅谱，计算衰减子波的功率谱；将衰减子波的功率谱转化为对数形式；对对数形式的衰减子波功率谱进行积分运算，获取地层品质因子。
在一个示例中，衰减子波的振幅谱为：
Figure BDA0001400453110000071
其中，A2(f)为衰减子波的振幅谱，A1(f)为参考子波的振幅谱，f为频率，T为透射系数，t为两个子波间的旅行时间，Q为地层品质因子。
在一个示例中，衰减子波的功率谱为：
Figure BDA0001400453110000072
其中，P2(f)为衰减子波的功率谱，P1(f)为参考子波的功率谱，f为频率，T为透射系数，t为两个子波间的旅行时间，Q为地层品质因子。
在一个示例中，衰减子波功率谱的对数形式为：
Figure BDA0001400453110000073
其中，
Figure BDA0001400453110000074
为衰减子波功率谱的对数形式，
Figure BDA0001400453110000075
为参考子波的功率谱的对数形式。
在一个示例中，地层品质因子为：
Figure BDA0001400453110000081
本发明具有理论计算精度高、稳定性与抗噪性能好的特点，其计算结果可用于后续的地震数据处理及解释，如地震吸收衰减补偿、天然气检测等。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种地层品质因子计算方法，包括：
根据衰减子波的振幅谱，计算所述衰减子波的功率谱；
将所述衰减子波的功率谱转化为对数形式；
对对数形式的衰减子波功率谱进行积分运算，获取地层品质因子；
其中，所述衰减子波的功率谱为：
Figure FDA0002324351330000011
其中，P2(f)为衰减子波的功率谱，P1(f)为参考子波的功率谱，f为频率，T为透射系数，t为两个子波间的旅行时间，Q为地层品质因子。
2.根据权利要求1所述的地层品质因子计算方法，其中，所述衰减子波的振幅谱为：
Figure FDA0002324351330000012
其中，A2(f)为衰减子波的振幅谱，A1(f)为参考子波的振幅谱，f为频率，T为透射系数，t为两个子波间的旅行时间，Q为地层品质因子。
3.根据权利要求1所述的地层品质因子计算方法，其中，所述衰减子波功率谱的对数形式为：
Figure FDA0002324351330000013
其中，
Figure FDA0002324351330000014
为衰减子波功率谱的对数形式，
Figure FDA0002324351330000015
为参考子波的功率谱的对数形式。
4.根据权利要求3所述的地层品质因子计算方法，其中，所述地层品质因子为：
Figure FDA0002324351330000021
5.一种地层品质因子计算系统，其特征在于，该系统包括：
存储器，存储有计算机可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：
根据衰减子波的振幅谱，计算所述衰减子波的功率谱；
将所述衰减子波的功率谱转化为对数形式；
对对数形式的衰减子波功率谱进行积分运算，获取地层品质因子；
其中，所述衰减子波的功率谱为：
Figure FDA0002324351330000022
其中，P2(f)为衰减子波的功率谱，P1(f)为参考子波的功率谱，f为频率，T为透射系数，t为两个子波间的旅行时间，Q为地层品质因子。
6.根据权利要求5所述的地层品质因子计算系统，其中，所述衰减子波的振幅谱为：
Figure FDA0002324351330000023
其中，A2(f)为衰减子波的振幅谱，A1(f)为参考子波的振幅谱，f为频率，T为透射系数，t为两个子波间的旅行时间，Q为地层品质因子。
7.根据权利要求5所述的地层品质因子计算系统，其中，所述衰减子波功率谱的对数形式为：
Figure FDA0002324351330000031
其中，
Figure FDA0002324351330000032
为衰减子波功率谱的对数形式，
Figure FDA0002324351330000033
为参考子波的功率谱的对数形式。
8.根据权利要求7所述的地层品质因子计算系统，其中，所述地层品质因子为：
Figure FDA0002324351330000034
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