CN110873900A - 频率域叠前地震道q补偿方法及系统 - Google Patents
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Abstract
公开了一种频率域叠前地震道Q补偿方法及系统。该方法可以包括:计算偏移距叠前地震道的频谱与正常时差,设置正则化参数、正则化化算子与初始Q值;针对偏移距叠前地震道的每一个反射点,进行下述步骤:步骤1:获得该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道;步骤2:判断该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道的频谱是否符合设定标准,若否,则以更新Q值为初始Q值,重复步骤1‑2。本发明通过采用最小二乘正则化反演方法直接得到补偿后的地震道,计算简单且补偿量小,直接实现对不同偏移距叠前地震道基于反射波正常时差的地层Q补偿。
Description
技术领域
本发明涉及地震勘探领域,更具体地,涉及一种频率域叠前地震道Q 补偿方法及系统。
背景技术
地震波传播过程中的能量衰减以及伴随的速度频散是地震波在地下介 质传播的基本特征。能量衰减导致地震波的振幅随着传播时间和频率的增 加而减小,与能量衰减伴随的速度频散导致地震波相位随传播时间的改变 而发生变化,地震子波发生子波拉伸、相位畸变等现象。Futterman(1962) 和Kjartansson(1979)提出的衰减理论——常Q模型(Q为地层品质因子), 这为地震资料的Q补偿奠定了岩石物理理论基础。在地震勘探中,通常使用基于常Q模型的地震波衰减方法模拟地震波的振幅衰减和相位畸变。显 然,建立并求解其反问题可以实现对经过地层Q吸收的地震波的振幅补偿 和相位校正,改善地震波形的一致性和提高地震资料的分辨率。
由于叠前地震道集远道受到更强的吸收衰减效应的影响,道集内近、 远偏移距道的地震频宽通常不一致,即远偏移距道波形频率低,远偏移距 道的有效频带比近偏移距道的有效频带窄,叠前地震道集内不同偏移距的 地震道频谱呈空间非平稳信号的特征,不满足常规叠前反演方法对道集资 料频谱一致性的要求。因此,需要利用频谱补偿技术消除叠前地震道集内 的这种因地层Q吸收引起的地震道频谱差异。目前,叠前地震道集频谱补 偿基本可以分为两类,一类是基于数据统计的标准模型道的谱平衡方法, 即基于叠前地震道集统计模型道频谱进行校正的方法;一类是基于地层Q 吸收机理的模型驱动的方法,利用地层吸收衰减模型来实现地叠前震道补 偿。
基于数据统计的标准模型道的谱平衡方法基本原理,就是将吸收衰减 相对弱的近、中偏移距的地震道作为标准道,求取标准道的平均时频谱并 归一化作为模型道时频谱(期望),然后将其余各道的频谱与之比较,进行 频谱补偿校正,使得远近偏移距道的频宽保持一致,最终与模型道频谱特 征接近,然后再逆变换回时间域,便得到所需的补偿后的道集。该类方法 应用前提是必须有稳定的标准道来构建模型道,且模型道的信噪比要高,受人为(刘力辉,等.基于岩性预测的CRP道集优化处理[J].石油物探,2013, 52(5):482-488)。而现有的叠前地震道集地层Q补偿方法主要是针对地震波 射线传播全过程的Q吸收补偿,采用波场延拓按时间(深度)逐点(层) 补偿的递推方法,对地层Q和速度建立要求高,递推过程容易产生较大的 累积误差且由于地震波补偿距离大,导致补偿结果的稳定性和精度难以有 效保障(Wang.Y.H(2008),SEISMIC INVERSE Q FILTERING[M],Firstpublished 2008by Blackwell Publishing Ltd)。尽管李国发等(石油地球物理 勘探,2014,49(1):89-94.)提出了与炮检距有关的地层吸收对AVO分析 的影响及其补偿方法,只补偿与炮检距相关的吸收衰减,通过减少补偿距 离来改善补偿的稳定性,但依然采用了波场延拓按时间(深度)逐点(层) 补偿的递推方法,当地层Q较小,地震资料信噪比较低时,递推过程产生 的累积误差问题依然难以忽视。因此,有必要开发一种频率域叠前地震道Q 补偿方法及系统。
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
本发明提出了一种频率域叠前地震道Q补偿方法及系统,其能够通过 对目的层非零偏移距反射波补偿由反射波旅行时差引起的地层Q吸收衰 减,计算简单且补偿量小,采用最小二乘正则化反演方法直接得到补偿后 的地震道,直接实现对不同偏移距叠前地震道基于反射波正常时差的地层Q 补偿。
根据本发明的一方面,提出了一种频率域叠前地震道Q补偿方法。所 述方法可以包括:计算偏移距叠前地震道的频谱与正常时差,设置正则化 参数、正则化化算子与初始Q值;针对所述偏移距叠前地震道的每一个反 射点,进行下述步骤:步骤1:通过所述正则化参数、所述正则化化算子与 所述初始Q值进行Q补偿,获得该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移 距叠前地震道;步骤2:判断该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠 前地震道的频谱是否符合设定标准,若是,则输出该偏移距对应的补偿后 的偏移距叠前地震道,若否,则将所述初始Q值递减获得更新Q值,以所 述更新Q值为初始Q值,重复步骤1-2,直至该反射点的每一个偏移距对 应的补偿后的偏移距叠前地震道的频谱符合设定标准。
优选地,所述偏移距叠前地震道的频谱为:
其中,ω为角频率变量,ω0为参考角频率,τ为地震道采样点时间, τ∈[0,Tmax],Tmax为地震道采样点最大时间,Q(τ)代表时间τ以上地层的平均 品质因子,γ为时间τ以上地层的平均吸收衰减因子,γ=1/πQ(τ),Δt(τ,x)为 偏移距叠前地震道的正常时差,为偏移距为x的地震道的频谱,sx(τ)为 偏移距为x的地震道补偿后的地震记录。
优选地,所述偏移距叠前地震道的正常时差为:
其中,Δt(τ,x)为偏移距叠前地震道的正常时差,vNMO为动校叠加速度, t0为零偏移距双程旅行时。
优选地,所述补偿后的偏移距叠前地震道为:
其中,Sx为吸收补偿后的地震记录形成的向量,Ax为吸收衰减传输函 数ax(ω,τ)的矩阵,β为正则化参数,D为正则化算子。
优选地,所述吸收衰减传输函数为:
根据本发明的另一方面,提出了一种频率域叠前地震道Q补偿系统, 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:计算 偏移距叠前地震道的频谱与正常时差,设置正则化参数、正则化化算子与 初始Q值;针对所述偏移距叠前地震道的每一个反射点,进行下述步骤: 步骤1:通过所述正则化参数、所述正则化化算子与所述初始Q值进行Q 补偿,获得该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道;步骤2: 判断该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道的频谱是否符 合设定标准,若是,则输出该偏移距对应的补偿后的偏移距叠前地震道, 若否,则将所述初始Q值递减获得更新Q值,以所述更新Q值为初始Q 值,重复步骤1-2,直至该反射点的每一个偏移距对应的补偿后的偏移距叠 前地震道的频谱符合设定标准。
优选地,所述偏移距叠前地震道的频谱为:
其中,ω为角频率变量,ω0为参考角频率,τ为地震道采样点时间, τ∈[0,Tmax],Tmax为地震道采样点最大时间,Q(τ)代表时间τ以上地层的平均 品质因子,γ为时间τ以上地层的平均吸收衰减因子,γ=1/πQ(τ),Δt(τ,x)为 偏移距叠前地震道的正常时差,为偏移距为x的地震道的频谱,sx(τ)为 偏移距为x的地震道补偿后的地震记录。
优选地,所述偏移距叠前地震道的正常时差为:
其中,Δt(τ,x)为偏移距叠前地震道的正常时差,vNMO为动校叠加速度, t0为零偏移距双程旅行时。
优选地,所述补偿后的偏移距叠前地震道为:
其中,Sx为吸收补偿后的地震记录形成的向量,Ax为吸收衰减传输函 数ax(ω,τ)的矩阵,β为正则化参数,D为正则化算子。
优选地,所述吸收衰减传输函数为:
其有益效果在于:
不需要像统计类谱平衡方法那样建立标准模型道,对地震资料品质要 求低,也无需建立高精度的层Q模型和层速度模型,开展射线追踪计算旅 行时间,只需对目的层非零偏移距反射波补偿由反射波旅行时差(用反射 波动校正正常时差近似代替)引起的地层Q吸收衰减,计算简单且补偿量 小,采用最小二乘正则化反演方法直接得到补偿后的地震道,直接实现对 不同偏移距叠前地震道基于反射波正常时差的地层Q补偿,补偿结果的稳定性和精度能得到保障,能够满足目的层叠前地震反演及属性分析的需要。
本发明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一个实施例的非零偏移距地震道与零偏移距 地震道的吸收衰减传播路径时差Δt的示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的理论模型叠前地震道的示意图。
图3示出了根据图2的理论模型叠前地震道的基于地震反射波正常时 差Δt的Q吸收衰减结果的示意图。
图4示出了根据图3的叠前地震道集Q补偿结果的示意图。
图5示出了根据图2与图4的补偿结果相减残差的示意图。
图6示出了根据图2、图3与图4的地震道峰值振幅曲线的示意图。
图7a、7b示出了根据本发明的一个实施例的原始叠前地震地震道与Q 补偿后的叠前地震道的示意图。
图8a、8b示出了根据图7a、7b的远、近偏移距叠前地震道振幅谱的示 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。
在该实施例中,根据本发明的频率域叠前地震道Q补偿方法可以包括: 计算偏移距叠前地震道的频谱与正常时差,设置正则化参数、正则化化算 子与初始Q值;针对偏移距叠前地震道的每一个反射点,进行下述步骤: 步骤1:通过正则化参数、正则化化算子与初始Q值进行Q补偿,获得该 反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道;步骤2:判断该反射 点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道的频谱是否符合设定标 准,若是,则输出该偏移距对应的补偿后的偏移距叠前地震道,若否,则 将初始Q值递减获得更新Q值,以更新Q值为初始Q值,重复步骤1-2, 直至该反射点的每一个偏移距对应的补偿后的偏移距叠前地震道的频谱符 合设定标准。
在一个示例中,偏移距叠前地震道的频谱为:
其中,ω为角频率变量,ω0为参考角频率,τ为地震道采样点时间, τ∈[0,Tmax],Tmax为地震道采样点最大时间,Q(τ)代表时间τ以上地层的平均 品质因子,γ为时间τ以上地层的平均吸收衰减因子,γ=1/πQ(τ),Δt(τ,x)为 偏移距叠前地震道的正常时差,为偏移距为x的地震道的频谱,sx(τ)为 偏移距为x的地震道补偿后的地震记录。
在一个示例中,偏移距叠前地震道的正常时差为:
其中,Δt(τ,x)为偏移距叠前地震道的正常时差,约等于公式右侧,vNMO为动校叠加速度,t0为零偏移距双程旅行时。
在一个示例中,补偿后的偏移距叠前地震道为:
其中,Sx为补偿后的偏移距叠前地震道的频谱,Ax为吸收衰减传输函 数ax(ω,τ)的矩阵,β为正则化参数,D为正则化算子。
在一个示例中,吸收衰减传输函数为:
具体地,根据本发明的频率域叠前地震道Q补偿方法可以包括:
计算偏移距叠前地震道的频谱与正常时差,设置正则化参数、正则化 化算子与初始Q值。
基于常Q模型吸收衰减方程,利用频域褶积模型,可得地震反射波的 地层吸收衰减公式为:
其中,r(τ)为地层反射系数,公式(4)定义了地震反射波常Q模型地 层吸收衰减的正问题,即已知反射系数和子波以及地层吸收衰减传输函数, 可求得经地层Q吸收衰减的地震记录(频率域表示)。考虑到地震子 波对反射系数的带通滤波作用,若不考虑子波谱的影响,对公式(5) 修改成:
图1示出了根据本发明的一个实施例的非零偏移距地震道与零偏移距 地震道的吸收衰减传播路径时差Δt的示意图。
若任一叠前CRP道集内非零偏移距地震道相对与零偏移距地震道的吸 收衰减传播路径时差Δt近似等于反射波双曲旅行时差ΔtNMO,如图1所 示),则可建立与叠前CRP道集内非零偏移距地震道相对于零偏移距地震道 的地层Q的相对吸收衰减基本公式,即偏移距叠前地震道的频谱为公式 (1)。
偏移距叠前地震道的正常时差为公式(2)。
考虑到地震波形的光滑性,正则化化算子往往采用光滑化算子(如微 分算子):当地震道信噪比较高时,采用一阶微分算子,当地震道信噪比较 低时,采用二阶微分算子,其中,一阶微分算子为:
二阶微分算子为:
正则化参数β为小于1的较小正数。若没有事先已知的常Q模型,初 始Q值一般取大于200的值。
针对偏移距叠前地震道的每一个反射点,进行下述步骤:
步骤1:通过正则化参数、正则化化算子与初始Q值进行Q补偿,获 得该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道。
基于Tikhonov正则化方法的建立叠前地震道地层Q吸收补偿的目标泛 函,采用基于L2范数谱反演的办法,求出补偿后的sx(t),其目标泛函求极 小为:
其中,ax(ω,τ)为偏移距为x的地震道与偏移距有关的吸收衰减传输函 数,为公式(4)。由公式(9)可知,上述问题可归结为一个标准的第一类 Fredholm积分方程,可采用Tikhonov正则化方法求取其稳定解,其目标泛 函求极小为:
其中,β为正则化参数,D是Tikhonov正则化算子。
对式(10)取极小化即可反演出sx(τ),其最小二乘法反演公式的矩阵 形式即为补偿后的偏移距叠前地震道的频谱为公式(3)。
步骤2:判断该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道的 频谱是否符合设定标准,即与近偏移距是否基本一致,若是,则输出该偏 移距对应的补偿后的偏移距叠前地震道,若否,则将初始Q值递减获得更 新Q值,以更新Q值为初始Q值,重复步骤1-2,直至该反射点的每一个 偏移距对应的补偿后的偏移距叠前地震道的频谱符合设定标准。
本方法通过对目的层非零偏移距反射波补偿由反射波旅行时差引起的 地层Q吸收衰减,计算简单且补偿量小,采用最小二乘正则化反演方法直 接得到补偿后的地震道,直接实现对不同偏移距叠前地震道基于反射波正 常时差的地层Q补偿。
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。
根据本发明的频率域叠前地震道Q补偿方法包括:
计算偏移距叠前地震道的频谱为公式(1),正常时差为公式(2),设 置正则化参数、正则化化算子与初始Q值。
针对偏移距叠前地震道的每一个反射点,进行下述步骤:
步骤1:通过正则化参数、正则化化算子与初始Q值进行Q补偿,获 得该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道为公式(3)。
步骤2:判断该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道的 频谱是否符合设定标准,即与近偏移距是否基本一致,若是,则输出该偏 移距对应的补偿后的偏移距叠前地震道,若否,则将初始Q值递减获得更 新Q值,以更新Q值为初始Q值,重复步骤1-2,直至该反射点的每一个 偏移距对应的补偿后的偏移距叠前地震道的频谱符合设定标准。
图2示出了根据本发明的一个实施例的理论模型叠前地震道的示意图。
图3示出了根据图2的理论模型叠前地震道的基于地震反射波正常时 差Δt的Q吸收衰减结果的示意图。
图4示出了根据图3的叠前地震道集Q补偿结果的示意图。
图5示出了根据图2与图4的补偿结果相减残差的示意图。其中,理 论模型采用的地层品质因子参数Q=100。
图6示出了根据图2、图3与图4的地震道峰值振幅曲线的示意图。
从图3中可以看出,由于远道地震波传播路径比近道的长,因此,地 层对远道的吸收衰减更多,远道能量和频率均偏低,对应的图6中峰值振 幅曲线(虚线)的变化规律发生明显变化(递增变递减),这必然造成平稳 信号反褶积、AVO属性提取或反演结果的不可靠,通过补偿后,远道波形 恢复到理论数据的能量和频率,其峰值振幅曲线(带圆虚线)特征也得到 恢复,与理论峰值振幅曲线(实线)特征一致,如图6所示。
图7a、7b示出了根据本发明的一个实施例的原始叠前地震地震道与Q 补偿后的叠前地震道的示意图。
图8a、8b示出了根据图7a、7b的远、近偏移距叠前地震道振幅谱的示 意图。
补偿前,远、近偏移距叠前地震道一致性差,频谱差异较大,如图7a 和图8a所示,补偿后,叠前地震道远道地震波形变瘦,波形道间一致性得 到改善,远、近偏移距叠前地震道频谱差异较小,如图7b和图8b所示, 远道上下相邻的反射同相轴干涉作用降低,地震分辨率有一定程度的改善。
综上所述,本发明通过对目的层非零偏移距反射波补偿由反射波旅行 时差引起的地层Q吸收衰减,计算简单且补偿量小,采用最小二乘正则化 反演方法直接得到补偿后的地震道,直接实现对不同偏移距叠前地震道基 于反射波正常时差的地层Q补偿。
本领域技术人员应理解,上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了 示例性地说明本发明的实施例的有益效果,并不意在将本发明的实施例限 制于所给出的任何示例。
根据本发明的频率域叠前地震道Q补偿系统,该系统包括: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:计算偏移距叠前地震道的频谱与正常时差,设置正 则化参数、正则化化算子与初始Q值;针对偏移距叠前地震道的每一个反 射点,进行下述步骤:步骤1:通过正则化参数、正则化化算子与初始Q 值进行Q补偿,获得该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震 道;步骤2:判断该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道的 频谱是否符合设定标准,若是,则输出该偏移距对应的补偿后的偏移距叠 前地震道,若否,则将初始Q值递减获得更新Q值,以更新Q值为初始Q 值,重复步骤1-2,直至该反射点的每一个偏移距对应的补偿后的偏移距叠 前地震道的频谱符合设定标准。
在一个示例中,偏移距叠前地震道的频谱为:
其中,ω为角频率变量,ω0为参考角频率,τ为地震道采样点时间, τ∈[0,Tmax],Tmax为地震道采样点最大时间,Q(τ)代表时间τ以上地层的平均 品质因子,γ为时间τ以上地层的平均吸收衰减因子,γ=1/πQ(τ),Δt(τ,x)为 偏移距叠前地震道的正常时差,为偏移距为x的地震道的频谱,sx(τ)为 偏移距为x的地震道补偿后的地震记录。
在一个示例中,偏移距叠前地震道的正常时差为:
其中,Δt(τ,x)为偏移距叠前地震道的正常时差,vNMO为动校叠加速度, t0为零偏移距双程旅行时。
在一个示例中,偏移距叠前地震道为:
其中,Sx为吸收补偿后的地震记录形成的向量,Ax为吸收衰减传输函 数ax(ω,τ)的矩阵,β为正则化参数,D为正则化算子。
在一个示例中,吸收衰减传输函数为:
本系统通过对目的层非零偏移距反射波补偿由反射波旅行时差引起的 地层Q吸收衰减,计算简单且补偿量小,采用最小二乘正则化反演方法直 接得到补偿后的地震道,直接实现对不同偏移距叠前地震道基于反射波正 常时差的地层Q补偿。
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 (10)
1.一种频率域叠前地震道Q补偿方法,其特征在于,包括:
计算偏移距叠前地震道的频谱与正常时差,设置正则化参数、正则化化算子与初始Q值;
针对所述偏移距叠前地震道的每一个反射点,进行下述步骤:
步骤1:通过所述正则化参数、所述正则化化算子与所述初始Q值进行Q补偿,获得该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道;
步骤2:判断该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道的频谱是否符合设定标准,若是,则输出该偏移距对应的补偿后的偏移距叠前地震道,若否,则将所述初始Q值递减获得更新Q值,以所述更新Q值为初始Q值,重复步骤1-2,直至该反射点的每一个偏移距对应的补偿后的偏移距叠前地震道的频谱符合设定标准。
6.一种频率域叠前地震道Q补偿系统,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:
计算偏移距叠前地震道的频谱与正常时差,设置正则化参数、正则化化算子与初始Q值;
针对所述偏移距叠前地震道的每一个反射点,进行下述步骤:
步骤1:通过所述正则化参数、所述正则化化算子与所述初始Q值进行Q补偿,获得该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道;
步骤2:判断该反射点的每一个偏移距的补偿后的偏移距叠前地震道的频谱是否符合设定标准,若是,则输出该偏移距对应的补偿后的偏移距叠前地震道,若否,则将所述初始Q值递减获得更新Q值,以所述更新Q值为初始Q值,重复步骤1-2,直至该反射点的每一个偏移距对应的补偿后的偏移距叠前地震道的频谱符合设定标准。
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