CN110261904B - 基于广义s变换的近地表q值反演及分类评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法，包括：步骤1，分选相邻两道资料；步骤2，分别应用广义S变换获得高分辨率时频谱；步骤3，提取对应的初至信号瞬时振幅谱；步骤4，应用对数谱比法反演拟合两道间Q值；步骤5，重复第(1)‑(4)步，反演完成所有微测井资料中相邻道间Q值；步骤6，生成各井位Q值随深度变化曲线；步骤7，结合各层厚、层速计算平均衰减效应因子；步骤8，以平均衰减效应因子为基准进行近地表分类评价。该基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法为深化复杂构造和地层岩性勘探的采集方法研究，提高采集质量和效率，提供有效的技术支撑和保障。

Description

基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法。

背景技术

随着精细勘探的不断推进，岩性和火山岩油气藏成为勘探研究的主要地质目标之一，要求地震资料具有较高的信噪比和分辨率，提高地震资料分辨率、改善目的层的成像精度已深入到地震勘探的全过程。决定地震分辨率的关键是有效频带宽度，过去研究结果表明，球面扩散是降低反射信号能量的主要因素，吸收衰减是使反射信号频带宽度变窄的主要因素，其中近地表层吸收衰减尤为严重，是降低地震信号分辨率的主要因素之一。从吸收衰减总趋势可以发现，近地表地层的速度值很低，Q值很小，且近地表低降速带范围内的Q值波动很大，对深部地层勘探和精细油气藏描述有着不可忽略的影响。加之近地表的复杂性和采集资料的困难程度，有必要对近地表地层吸收衰减规律进行调查，开发近地表品质因子(Q值)反演及分类评价方法，优化、指导观测系统采集参数设计，为后续地震资料的高分辨率处理奠定坚实的基础。

由于近地表Q值较小并且噪声水平较高，频率域计算Q值的精度以及抗噪性受到频谱精度的限制，因此需要高分辨率的频谱分析才能够更有效地估计近地表Q值。基于S变换的时频特征提取技术，采用高斯函数作为窗函数能够为二维时频谱提供较高的时频分辨率，实现了在二维时频域对频率和时间同时定位的能力，然而S变换受到具有固定形态的高斯窗函数的限制，不能灵活地调节时间窗口的变化趋势，导致时间分辨率和频率分辨率的变化趋势趋于单一，达不到理想的时间-频率分辨率，这限制了其对近地表问题的时频分析能力。而微测井采集到的近地表地震信号传播距离短，因此频带较宽，主频较高，加之信号在高频段的变化相当剧烈，时间周期严重缩短，所以高斯窗函数的时间宽度不仅应设计的相对较窄，而且变化趋势也应相对灵活，以适应实际问题的处理。广义S变换改造了S变换的高斯窗函数，使它能够根据实际非平稳信号在不同时刻的频率分布特点，灵活调节高斯窗函数随频率的变化趋势。

针对近地表采集到的多变的地震信号，保证了在其时频平面的不同位置有不同的时间-频率分辨率。本发明采用基于广义S变换的时频分析方法生成微测井资料的高分辨率时频谱，并通过对数谱比法反演近地表Q值。在此基础上，通过微测井数据分析将近地表分为低速层、降速层和高速层，结合各层厚度、速度和反演得到的Q值计算平均衰减效应因子，对近地表特征进行分类，指导可控震源自适应信号的分析与设计。

在申请号为201510261157.4的中国专利申请“一种基于广义S变换的叠前Q值反演方法及系统”中提到基于地震反射资料的类似的实现过程：1)获得地震波层状模型的叠前CMP道集；2)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；3)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；4)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；5)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。该发明基于地震反射资料反演Q值，基础资料的可靠性在近地表处不如微测井资料，影响近地表Q值反演精度，同时缺乏有效的评价方法。

在常规地震处理中，基于反射地震资料的地震波吸收衰减补偿通常只针对中深层，表层低降速带介质对地震子波的吸收衰减没有得到补偿。而近地表Q值的获取一般是先通过初至层析反演建立近地表速度模型，再利用速度与Q值的经验公式转化而来，但是经验公式本身缺乏严格的理论支撑，且为了兼顾适用性而牺牲了精度，这样转换得到的Q值不能反映近地表吸收衰减的真实情况，不能满足复杂构造和地层岩性勘探的需要。为此我们发明了一种新的基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对近地表Q值反演精度低、与可控震源自适应信号设计脱节的情况的基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法，该基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法包括：步骤1，分选相邻两道资料；步骤2，分别应用广义S变换获得高分辨率时频谱；步骤3，提取对应的初至信号瞬时振幅谱；步骤4，应用对数谱比法反演拟合两道间Q值；步骤5，重复第(1)-(4)步，反演完成所有微测井资料中相邻道间Q值；步骤6，生成各井位Q值随深度变化曲线；步骤7，结合各层厚、层速计算平均衰减效应因子；步骤8，以平均衰减效应因子为基准进行近地表分类评价。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法还包括，在步骤1之前，输入野外工区内微测井采集到的数据。

在步骤1中，预处理剔除异常道，并进行数据分选，每两个相邻道为一组。

在步骤2中，按由井口到井底的方向或由井底到井口的方向，依次选取一组相邻道微测井数据，分别对该组内两道微测井数据应用广义S变换获得对应的高分辨率时频谱。

在步骤2中，采用的广义S变换过程为：

其中S_gen为与时间和频率相关的广义S变换结果，τ为时间上的平移量，f表示频率，t表示时间，h(t)表示待分析的微测井时间信号序列，λ和q是控制广义S变换时频分辨率的两个控制参数；当λ＝q＝1时，上式表示的为传统的S变换过程；当λ＞1，q＞1时，提高时频分辨率，增加瞬时振幅谱的稳定性，进而提高反演Q值的精度。

在步骤3中，拾取组内两道微测井数据的初至时间t₁和t₂，提取对应时刻的瞬时振幅谱S_gen(t₁，f)和S_gen(t₂，f)，考虑能量衰减和几何扩散的影响，表示为：

其中，S_gen为与时间和频率相关的广义S变换结果，A表示与传播时刻相关的能量分配因子与几何扩散因子的影响，S_gen(t₀，f)为微测井信号初始时刻振幅谱，t₀为初始时刻，Q为待反演得到的对应时刻间传播路径的品质因子。

在步骤4中，对两个振幅谱应用对数谱比法，求得振幅谱比r(f)并取对数，整理可得：

其中，S_gen为与时间和频率相关的广义S变换结果，C为与因子A相关的常量，通过线性拟合斜率k即可反演得到品质因子Q，表示为：

在步骤5中，重复第(1)-(4)步，计算下一组相邻两道Q值，直至计算完成所有相邻道微测井数据。

在步骤6中，通过插值、平滑拟合这些方式生成各井位微测井数据对应的Q值随深度变化曲线。

在步骤7中，结合微测井数据测得的各层厚、层速以及先前步骤反演得到的随深度变化Q值，对于近地表划分得到的第i层厚度H_i、速度V_i和品质因子Q_i，衰减过程为：

其中S_N(f)为地震波传播近地表N层后的振幅谱，S₀(f)为初始子波的振幅谱；令

其中Q_NA为N层平均衰减效应因子，它是与近地表地层条件有关的量，与频率无关，与地震信号的特征无关。

在步骤8中，以计算得到的近地表平均衰减效应因子为基准，以子波衰减前后最大振幅比和能量比为参考，将野外工区近地表层条件进行分类评价，分为三类，记为I类：表现为轻度衰减，II类：表现为中度衰减，III类：表现为重度衰减。

本发明中的基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法，采用基于广义S变换的时频分析方法生成微测井资料的高分辨率时频谱，并通过对数谱比法反演高精度近地表Q值，补偿吸收衰减后可以有效提高地震资料分辨率、改善目的层的成像精度。在此基础上，通过微测井数据分析将近地表分为低速层、降速层和高速层，并结合各层厚度、速度和反演得到的Q值定量计算平均衰减效应因子，创新形成近地表特征分类评价方法，优化、指导观测系统采集参数设计，对西部岩性油气藏或火山岩油气藏的宽频信号勘探开发具有重要意义。与现有的Q值反演技术相比，本发明主要有三点优势：

(1)鉴于微测井资料在近地表结构调查中的天然优势，相比与常规反射地震资料Q值反演，基于微测井资料反演得到的Q值更符合近地表真实情况；

(2)采用广义S变换进行高分辨率时频分析，得到的高精度振幅谱可以提高对数谱比法反演Q值的精度；

(3)进一步利用反演得到的近地表Q值，形成近地表特征分类评价方法，指导后续观测系统采集参数设计。

附图说明

图1为本发明的基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一实施例中的相邻道(第5道和第6道)微测井信号的示意图；

图3为本发明的一实施例中的相邻道(第5道和第6道)微测井信号对应的时频谱的示意图；

图4为本发明的一实施例中的相邻道(第5道和第6道)微测井信号对应的瞬时振幅谱的示意图；

图5为本发明的一实施例中的对数谱比法拟合斜率的示意图；

图6为本发明的一实施例中的反演Q值随深度变化曲线的示意图；

图7为本发明的一实施例中的近地表分类评价结果的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法的流程图。

步骤101，输入微测井资料；

步骤102，分选相邻两道资料；

步骤103，分别应用广义S变换获得高分辨率时频谱；

步骤104，提取对应的初至信号瞬时振幅谱；

步骤105，应用对数谱比法反演拟合两道间Q值；

步骤106，重复步骤102-105，反演完成所有微测井资料中相邻道间Q值；

步骤107，生成各井位Q值随深度变化曲线；

步骤108，结合各层厚、层速计算平均衰减效应因子；

步骤109，以平均衰减效应因子为基准进行近地表分类评价。

在应用本发明的一具体实施例中，包括了以下步骤：

(1)输入野外工区内微测井采集到的数据；

(2)预处理剔除异常道，并进行数据分选，每两个相邻道为一组(图2为两相邻道实例数据)；

(3)按由井口到井底的方向(相反亦可)，依次选取一组相邻道微测井数据，分别对该组内两道微测井数据应用广义S变换获得对应的高分辨率时频谱(图3为两相邻道实例时频谱)。本发明采用的广义S变换过程可表示为：

其中S_gen为与时间和频率相关的广义S变换结果，τ为时间上的平移量，f表示频率，t表示时间，h(t)表示待分析的微测井时间信号序列，λ和q是控制广义S变换时频分辨率的两个控制参数。当λ＝q＝1时，上式表示的就是传统的S变换过程；当λ＞1，q＞1时，可以提高时频分辨率，增加瞬时振幅谱的稳定性，进而提高反演Q值的精度；

(4)拾取组内两道微测井数据的初至时间t₁和t₂，提取对应时刻的瞬时振幅谱(图4为两相邻道实例振幅谱)S_gen(t₁，f)和S_gen(t₂，f)，考虑能量衰减和几何扩散的影响，可表示为：

其中A表示与传播时刻相关的能量分配因子与几何扩散因子的影响，S_gen(t₀，f)为微测井信号初始时刻振幅谱，t₀为初始时刻，Q为待反演得到的对应时刻间传播路径的品质因子；

(5)对两个振幅谱应用对数谱比法，求得振幅谱比r(f)并取对数，整理可得：

其中C为与因子A相关的常量，通过线性拟合斜率k(图5为对数振幅谱比和线性拟合斜率)即可反演得到品质因子Q，可表示为：

(6)重复第(2)-(5)步，计算下一组相邻两道Q值，直至计算完成所有相邻道微测井数据；

(7)通过插值、平滑拟合等方式生成各井位微测井数据对应的Q值随深度变化曲线(图6为实例Q值随深度变化曲线)；

(8)结合微测井数据测得的各层厚、层速以及先前步骤反演得到的随深度变化Q值，对于近地表划分得到的第i层厚度H_i、速度V_i和品质因子Q_i，衰减过程可通过变形简化式2得到：

其中S_N(f)为地震波传播近地表N层后的振幅谱，S₀(f)为初始子波的振幅谱；令

其中Q_NA为N层平均衰减效应因子，它是与近地表地层条件有关的量，与频率无关，与地震信号的特征无关；

(9)以计算得到的近地表平均衰减效应因子为基准，以子波衰减前后最大振幅比和能量比为参考，将野外工区近地表层条件进行分类评价。一般分为三类，记为I类：表现为轻度衰减，II类：表现为中度衰减，III类：表现为重度衰减。并在后续施工过程中，以此分类优化、指导可控震源自适应信号等参数设计，提高宽频地震采集质量和效率。图7为实例近地表分类评价结果，颜色由浅到深分类评价为轻度、中度、重度衰减区域。

本发明中的基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法，实现基于广义S变换的微测井资料近地表Q值反演；结合低、降速层厚度、速度和反演得到的Q值定量计算平均衰减效应因子，并以此为依据创新形成近地表特征分类评价方法。本发明是在高精度时频谱上利用对数谱比法反演Q值，针对不同的微测井观测系统(单井、双井)，同时也保留广义S变换在频谱分析上的优势，也可采用或扩展更多的频率域Q值反演方法，如峰值频移法、质心频率法等。

本发明的方法能实现基于广义S变换的高精度近地表Q值反演及分类评价。本发明的有益效果在于：本发明考虑到微测井资料在近地表结构调查中的天然优势，采用微测井资料而不是反射地震资料反演较准确的近地表Q值，并应用高时频分辨率的广义S变换提取稳定瞬时振幅谱，进一步提高谱比法反演Q值的精度。同时，根据层厚、层速度及Q值计算近地表平均衰减效应因子，结合实际生产过程，创新形成近地表特征分类评价方法，优化、指导观测系统采集参数设计，为深化复杂构造和地层岩性勘探的采集方法研究，提高采集质量和效率，提供有效的技术支撑和保障。

Claims (1)

1.基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法，其特征在于，该基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法包括：

步骤1，分选相邻两道资料；

步骤2，分别应用广义S变换获得高分辨率时频谱；

步骤3，提取对应的初至信号瞬时振幅谱；

步骤4，应用对数谱比法反演拟合两道间Q值；

步骤5，重复第(1)-(4)步，反演完成所有微测井资料中相邻道间Q值；

步骤6，生成各井位Q值随深度变化曲线；

步骤7，结合各层厚、层速计算平均衰减效应因子；

步骤8，以平均衰减效应因子为基准进行近地表分类评价；

该基于广义S变换的近地表Q值反演及分类评价方法还包括，在步骤1之前，输入野外工区内微测井采集到的数据；

在步骤1中，预处理剔除异常道，并进行数据分选，每两个相邻道为一组；

在步骤2中，按由井口到井底的方向或由井底到井口的方向，依次选取一组相邻道微测井数据，分别对该组内两道微测井数据应用广义S变换获得对应的高分辨率时频谱；采用的广义S变换过程为：

其中S_gen为与时间和频率相关的广义S变换结果，τ为时间上的平移量，f表示频率，t表示时间，h(t)表示待分析的微测井时间信号序列，λ和q是控制广义S变换时频分辨率的两个控制参数；当λ＝q＝1时，上式表示的为传统的S变换过程；当λ＞1，q＞1时，提高时频分辨率，增加瞬时振幅谱的稳定性，进而提高反演Q值的精度；

在步骤3中，拾取组内两道微测井数据的初至时间t₁和t₂，提取对应时刻的瞬时振幅谱S_gen(t₁，f)和S_gen(t₂，f)，考虑能量衰减和几何扩散的影响，表示为：

其中，S_gen为与时间和频率相关的广义S变换结果，A表示与传播时刻相关的能量分配因子与几何扩散因子的影响，S_gen(t₀，f)为微测井信号初始时刻振幅谱，t₀为初始时刻，Q为待反演得到的对应时刻间传播路径的品质因子；

在步骤4中，对两个振幅谱应用对数谱比法，求得振幅谱比r(f)并取对数，整理可得：

其中，S_gen为与时间和频率相关的广义S变换结果，C为与因子A相关的常量，通过线性拟合斜率k即可反演得到品质因子Q，表示为：

在步骤5中，重复第(1)-(4)步，计算下一组相邻两道Q值，直至计算完成所有相邻道微测井数据；

在步骤6中，通过插值、平滑拟合这些方式生成各井位微测井数据对应的Q值随深度变化曲线；

在步骤7中，结合微测井数据测得的各层厚、层速以及先前步骤反演得到的随深度变化Q值，对于近地表划分得到的第i层厚度H_i、速度V_i和品质因子Q_i，衰减过程为：

其中S_N(f)为地震波传播近地表N层后的振幅谱，S₀(f)为初始子波的振幅谱；令

其中Q_NA为N层平均衰减效应因子，它是与近地表地层条件有关的量，与频率无关，与地震信号的特征无关；

在步骤8中，以计算得到的近地表平均衰减效应因子为基准，以子波衰减前后最大振幅比和能量比为参考，将野外工区近地表层条件进行分类评价，分为三类，记为I类：表现为轻度衰减，II类：表现为中度衰减，III类：表现为重度衰减。

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