CN112415587A - 储层地震波衰减特性分析方法及储层反射系数的反演方法 - Google Patents

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CN112415587A CN201910775749.6A CN201910775749A CN112415587A CN 112415587 A CN112415587 A CN 112415587A CN 201910775749 A CN201910775749 A CN 201910775749A CN 112415587 A CN112415587 A CN 112415587A
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谢金娥
徐兆涛
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Sinopec Geophysical Research Institute
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China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Geophysical Research Institute
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Abstract

本发明公开了一种储层地震波衰减特性分析方法及储层反射系数的反演方法，所述储层地震波衰减特性分析方法，包括以下步骤：基于目标储层的非稳态地震反射系数反演模型，根据目标储层的地震记录和与各预设品质因子分别对应的时变子波库，确定与各预设品质因子分别对应的反射系数序列，并确定各反射系数序列的Lp范数；从各反射系数序列的Lp范数中确定最小Lp范数，将最小Lp范数的反射系数序列所对应的预设品质因子作为目标品质因子；利用所述目标品质因子分析目标储层的地震波衰减特性。本发明的储层地震波衰减特性分析方法能够解决现有的品质因子计算不准确导致的地震波衰减特性分析结果不准确的问题。

Description

储层地震波衰减特性分析方法及储层反射系数的反演方法
技术领域
本发明属于地震资料处理技术领域，具体涉及一种储层地震波衰减特性分析方法及储层反射系数的反演方法。
背景技术
地震波在地下传播过程中，由于地层介质的吸收衰减作用会造成地震波的能量损失，且高频的衰减比低频严重，导致地震波主频降低，频带变窄，严重影响了中深层地震资料的成像精度。通常用品质因子来描述介质粘弹性引起的地震波衰减特性，品质因子与介质内部的结构特征以及饱和度、孔隙度、渗透率等因素密切相关。并且，在组成物质松散的地层或裂隙发育的地层中，地震波的吸收响应要比地震波速响应更为敏感。
地层的Q滤波效应和地震子波的滤波效应均能降低地震资料的分辨率，导致高频成分的丢失，使得深部反射波能量减弱。因此，以未作振幅补偿和相位校正的地震剖面为基础识别深部同相轴以及进一步的反射系数反演工作均存在困难。反Q滤波方法是一种消除地层Q滤波效应的普遍方法，但由于其在振幅补偿方面存在本质上不稳定的问题，现阶段依然有许多科研人员在解决该问题上攻坚克难。地震波的振幅在传播过程中呈指数衰减，在传播到深部位置时，有效信号的能量便淹没于背景噪声之中，而一般的反Q滤波方法是对整体能量的指数抬升，因此，深部噪声的能量得到急剧放大，从而导致反Q滤波不稳定现象。即便在无噪环境下，由于计算精度问题，数值误差的产生及指数型放大也会带入反Q滤波方法不稳定现象。
近些年来，地球物理学家们提出过各种各样的品质因子值计算方法，比如谱比法、脉冲振幅法、斜率法和小波域谱比法等，这些方法多数是考虑地震波内部的衰减，它们依然存在计算准确性和稳定性问题。
现在亟须一种储层地震波衰减特性分析方法及储层反射系数的反演方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的品质因子计算不准确导致的地震波衰减特性分析结果不准确以及反射系数反演不准确的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种储层地震波衰减特性分析方法，包括以下步骤：
基于目标储层的非稳态地震反射系数反演模型，根据目标储层的地震记录和与各预设品质因子分别对应的时变子波库，确定与各预设品质因子分别对应的反射系数序列，并确定各反射系数序列的Lp范数；
从各反射系数序列的Lp范数中确定最小Lp范数，将最小Lp范数的反射系数序列所对应的预设品质因子作为目标品质因子；
利用所述目标品质因子分析目标储层的地震波衰减特性。
优选地，在基于目标储层的非稳态地震反射系数反演模型，根据目标储层的地震记录和与各预设品质因子分别对应的时变子波库，确定与各预设品质因子分别对应的反射系数序列，并确定各反射系数序列的Lp范数之前，还包括以下步骤：
构建目标储层的非稳态地震反射系数反演模型。
优选地，构建目标储层的非稳态地震反射系数反演模型，具体包括以下步骤：
通过非稳态地震数据的正演模拟，将地层Q滤波效应加入多道稳态地震反射波褶积模型中，以获取目标储层的非稳态地震反射系数反演模型。
优选地，所述目标储层的非稳态地震反射系数反演模型如下：
s＝G(Q)r
其中，s为检波器检测的地震记录，G(Q)为与各预设品质因子分别对应的时变子波库，r为非稳态地震反射系数。
优选地，通过以下表达式获取与各预设品质因子分别对应的时变子波库：
G(Q)＝FHWA
其中，G(Q)为与各预设品质因子分别对应的时变子波库，FH为反傅立叶算子，W为频率初始地子波，A为与各预设品质因子有关的衰减因子。
优选地，通过以下表达式确定各反射系数序列的Lp范数：
Figure BDA0002174989930000031
其中，Lp为反射系数序列的Lp范数，rj,i为反射系数序列，L为反射系数序列的横向样点总个数，N为反射系数序列的纵向样点总个数，p为范数。
优选地，从各反射系数序列的Lp范数中确定最小Lp范数，将最小Lp范数的反射系数序列所对应的预设品质因子作为目标品质因子，具体包括以下步骤：
第一步骤，判断当前反射系数序列的Lp范数是否小于上一个反射系数序列的Lp范数：
若是，则存储当前反射系数序列的Lp范数；
若否，则存储上一个反射系数序列的Lp范数；
第二步骤，判断是否已遍历所有反射系数序列的Lp范数；
若是，则将存储的Lp范数的反射系数序列所对应的预设品质因子作为目标品质因子；
若否，则将下一个反射系数序列作为当前反射系数序列，并返回第一步骤。
优选地，预设品质因子是通过以下步骤获取的：
在给定的预设品质因子的取值范围内，以给定的间隔步长选取多个间隔均匀的品质因子作为预设品质因子。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种储层反射系数的反演方法，包括以下步骤：
按照上述的储层地震波衰减特性分析方法获得目标品质因子；
根据目标品质因子对目标储层的反射系数进行反演。
根据本发明的又一方面，本发明提供了一种存储介质，其上存储有用于实现上述储层地震波衰减特性分析方法的步骤的计算机程序，或者用于实现上述储层反射系数的反演方法的步骤。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
1)应用本发明的储层地震波衰减特性分析方法，确定与各预设品质因子分别对应的反射系数序列以及各反射系数序列的Lp范数，并从各反射系数序列的Lp范数中确定最小Lp范数，将最小Lp范数的反射系数序列所对应的预设品质因子作为目标品质因子，利用所述目标品质因子分析目标储层的地震波衰减特性，能够解决现有的品质因子计算不准确导致的地震波衰减特性分析结果不准确的问题；
2)本发明的储层地震波衰减特性分析方法，将地层Q滤波效应加入多道稳态地震反射波褶积模型中，以获取目标储层的非稳态地震反射系数反演模型，使得反褶积和反Q滤波处理流程合并成统一的高分辨率处理步骤，不仅能够获得最优品质因子，而且对地震子波的滤波效应和地层吸收衰减效应进行相应地消除和改善；
3)应用本发明的储层反射系数的反演方法，比现有的反射系数反演方法的适用范围更加广泛，更加贴近于实际，并且能解决现有的反Q滤波深浅分辨率不一致的问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出了本发明实施例一储层地震波衰减特性分析方法的流程图；
图2示出了本发明实施例二储层地震波衰减特性分析方法的流程图；
图3示出了本发明实施例二分别在Lp范数与L1范数约束下的Q值扫描曲线比较示意图；
图4示出了本发明实施例二在Lp范数约束下的Q值扫描示意图；
图5示出了本发明实施例二目标储层的原始地震波衰减特性数据示意图；
图6示出了本发明实施例二目标储层的品质因子补偿处理后地震波衰减特性数据示意图；
图7示出了本发明实施例三目标储层的原始反射系数示意图；
图8示出了本发明实施例三用原始反射系数和地震子波褶积合成的地震记录示意图；
图9示出了本发明实施例三目标品质因子对应的反射系数示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
本发明通过非稳态地震数据的正演模拟，将地层Q滤波效应加入多道稳态地震反射波褶积模型中，建立非稳态地震反射系数反演公式；进一步通过扫描Q的方式确定品质因子的具体数值大小；最后在时变反褶积下，通过评价准则例如求解Lp约束下反演目标函数的最小值，确定理想品质因子取值，即目标品质因子。
实施例一
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了储层地震波衰减特性分析方法。
参照图1，本发明实施例的储层地震波衰减特性分析方法，具体包括以下步骤：
S110，构建目标储层的非稳态地震反射系数反演模型；
S120，基于目标储层的非稳态地震反射系数反演模型，根据目标储层的地震记录和与各预设品质因子分别对应的时变子波库，确定与各预设品质因子分别对应的反射系数序列，并确定各反射系数序列的Lp范数；
S130，从各反射系数序列的Lp范数中确定最小Lp范数，将最小Lp范数的反射系数序列所对应的预设品质因子作为目标品质因子；
S140，利用所述目标品质因子分析目标储层的地震波衰减特性。
实施例二
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例基于实施例一提供了储层地震波衰减特性分析方法，其中，本发明实施例的储层地震波衰减特性分析方法对实施例一中步骤S110和步骤S130进一步改进。
参见图2，本发明实施例的储层地震波衰减特性分析方法，具体包括以下步骤：
S210，通过非稳态地震数据的正演模拟，将地层Q滤波效应加入多道稳态地震反射波褶积模型中，以获取目标储层的非稳态地震反射系数反演模型；
具体地，所述目标储层的非稳态地震反射系数反演模型如下：
s＝G(Q)r
其中，s为检波器检测的地震记录，G(Q)为与各预设品质因子分别对应的时变子波库，r为非稳态地震反射系数。
具体地，通过以下表达式获取与各预设品质因子分别对应的时变子波库：
G(Q)＝FHWA
其中，G(Q)为与各预设品质因子分别对应的时变子波库，FH为反傅立叶算子，W为频率初始地子波，A为与各预设品质因子有关的衰减因子。
S220，基于目标储层的非稳态地震反射系数反演模型，根据目标储层的地震记录和与各预设品质因子分别对应的时变子波库，确定与各预设品质因子分别对应的反射系数序列，并确定各反射系数序列的Lp范数；
具体地，预设品质因子是通过以下步骤获取的：
在给定的预设品质因子的取值范围内，以给定的间隔步长选取多个间隔均匀的品质因子作为预设品质因子。
具体地，通过以下表达式确定各反射系数序列的Lp范数：
Figure BDA0002174989930000061
其中，Lp为反射系数序列的Lp范数，rj,i为反射系数序列，L为反射系数序列的横向样点总个数，N为反射系数序列的纵向样点总个数，p为范数，一般取值为0.5～0.8之间。
S231，判断当前反射系数序列的Lp范数是否小于上一个反射系数序列的Lp范数：若是，则执行步骤S232；若否，则执行步骤S233；
S232，存储当前反射系数序列的Lp范数；
S233，存储上一个反射系数序列的Lp范数；
S234，判断是否已遍历所有反射系数序列的Lp范数：若是，则执行步骤S235；若否，则执行步骤S236；
S235，将存储的Lp范数的反射系数序列所对应的预设品质因子作为目标品质因子；
S236，则将下一个反射系数序列作为当前反射系数序列，并返回步骤S231；
S240，利用所述目标品质因子分析目标储层的地震波衰减特性。
针对同一地震资料不同品质因子的反演结果不同，且准确的品质因子对应的反演结果具有更高的稀疏度这一现象，本发明采用扫描品质因子的策略，同时选择Lp(0<p<1)范数作为准则函数进行结果评价。当用于构建时变子波库G的品质因子为准确值时，对应的反射系数序列反演结果最稀疏，该反射系数序列的Lp范数最小。因此，通过寻找Lp范数函数的最小值能够确定真正的反射系数序列和品质因子的组合。作为一种稀疏性表征函数，Lp范数相对于L1范数具有独特的性质，Lp范数不满足三角不等式，因此，其不是严格意义上的范数，本发明只是采用Lp范数进行反射系数序列的稀疏性评估，Lp范数能够准确的反映出反射系数序列的稀疏度的大小。这是因为：在地震信号波形匹配时，当不准确的品质因子产生的地震子波波形去匹配实际记录中的地震子波波形时，相位的差异导致无法采用单一的反射系数脉冲刻画该波形，而是需要多个脉冲叠加才能够拟合出已知的信号，因此，得到的反射系数反演结果出现连续同极性脉冲，并且不稀疏，即使地震子波的振幅值微弱，仍然导致整个反演结果的Lp范数增大。
为了说明Lp范数这一准则函数选取的正确性，计算Lp范数的倒数以及L1范数或其它反射系数稀疏统计性准则函数的倒数进行对比，对比结果参见图3。由于，L1范数值的大小只取决于序列所有元素振幅值的大小，当反演结果出现弱小的连续同极性脉冲时，其L1范数的值要小于真实反射系数对应的值，因此，L1范数不具备利用其极值追踪定位的性质，而Lp范数倒数的最大值将协助评价反演结果的准确性。因此，由图3可以看到，在Lp范数准则函数下，品质因子具有更好的凸性，从而能搜寻到理想品质因子，为反演提供保障。
以下举例解释说明本发明实施例的储层地震波衰减特性分析方法：
通过合理的品质因子模型先验信息给定扫描品质因子的范围[Ql，Qn]及扫描步长h，生成品质因子向量[Ql，Q2，Q3，Q4……Qn]，其中，在品质因子向量中，相邻两品质因子之间的差值为h；
根据品质因子向量[Ql，Q2，Q3，Q4……Qn]确定与各品质因子有关的衰减因子向量[Al，A2，A3，A4……An]；
根据各个衰减因子、反傅立叶算子和频率初始地子波，通过以下表达式确定与各预设品质因子分别对应的时变子波库：
G(Q)＝FHWA
其中，G(Q)为与各预设品质因子分别对应的时变子波库，FH为反傅立叶算子，W为频率初始地子波，A为与各预设品质因子有关的衰减因子；
根据与各预设品质因子分别对应的时变子波库和检波器检测的地震记录，通过以下表达式确定非稳态地震反射系数序列：
s＝G(Q)r
其中，s为检波器检测的地震记录，G(Q)为与各预设品质因子分别对应的时变子波库，r为非稳态地震反射系数序列；
根据非稳态地震反射系数序列，通过以下表达式确定各反射系数序列的Lp范数：
Figure BDA0002174989930000081
其中，Lp为反射系数序列的Lp范数，rj,i为反射系数序列，L为反射系数序列的横向样点总个数，N为反射系数序列的纵向样点总个数，p为范数，一般取值为0.5～0.8之间。
从分别与Ql，Q2，Q3，Q4……Qn对应的反射系数序列的Lp范数中，找出最小Lp范数对应的品质因子作为目标品质因子；
利用所述目标品质因子分析目标储层的地震波衰减特性。
参见图4的Lp范数约束下Q值(品质因子)扫描图，能够根据清晰的拐点确定理想品质因子，该拐点为Q值收敛点，并利用图4中取得的理想品质因子对图5的原始地震数据进行品质因子补偿处理，处理后的地震数据如图6所示。对比图5和图6可知，图5的原始地震数据分辨率较低，吸收衰减严重；图6的处理后地震数据分辨率得到极大地提高，高分辨处理效果较好，增强了反Q滤波的稳定性，能够较好识别深部同相轴，并有效解决品质因子计算过程中存在的稳定性问题。
实施例三
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例还提供了一种储层反射系数的反演方法。
本发明实施例的储层反射系数的反演方法，包括以下步骤：
按照上述实施例一或实施例二的储层地震波衰减特性分析方法获得目标品质因子；
根据目标品质因子对目标储层的反射系数进行反演。
以下举例解释说明本发明实施例的储层反射系数的反演方法：
通过合理的品质因子模型先验信息给定扫描品质因子的范围[Ql，Qn]及扫描步长h，生成品质因子向量[Ql，Q2，Q3，Q4……Qn]，其中，在品质因子向量中，相邻两品质因子之间的差值为h；
根据品质因子向量[Ql，Q2，Q3，Q4……Qn]确定与各品质因子有关的衰减因子向量[Al，A2，A3，A4……An]；
根据各个衰减因子、反傅立叶算子和频率初始地子波，通过以下表达式确定与各预设品质因子分别对应的时变子波库：
G(Q)＝FHWA
其中，G(Q)为与各预设品质因子分别对应的时变子波库，FH为反傅立叶算子，W为频率初始地子波，A为与各预设品质因子有关的衰减因子；
根据与各预设品质因子分别对应的时变子波库和检波器检测的地震记录，通过以下表达式确定非稳态地震反射系数序列：
s＝G(Q)r
其中，s为检波器检测的地震记录，G(Q)为与各预设品质因子分别对应的时变子波库，r为非稳态地震反射系数序列；
根据非稳态地震反射系数序列，通过以下表达式确定各反射系数序列的Lp范数：
Figure BDA0002174989930000091
其中，Lp为反射系数序列的Lp范数，rj,i为反射系数序列，L为反射系数序列的横向样点总个数，N为反射系数序列的纵向样点总个数，p为范数，一般取值为0.5～0.8之间。
从分别与Ql，Q2，Q3，Q4……Qn对应的反射系数序列的Lp范数中，找出最小Lp范数对应的品质因子作为目标品质因子；
将所述目标品质因子对应的反射系数序列作为目标储层的反射系数。
图7、图8和图9分别是原始反射系数、用原始反射系数和地震子波褶积合成的地震记录和目标品质因子对应的反射系数，图中的CDP为common-depth-point的缩写，表示共深度点，又名深度道集。由图7至图9可知，本实施例的储层反射系数的反演方法能够准确地提取品质因子，从而得到准确的反射系数，为品质因子补偿及反演奠定坚实的基础。
实施例四
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例还提供了一种存储介质。
本发明实施例的存储介质，其上存储有用于实现如实施例一或实施例二所述储层地震波衰减特性分析方法的步骤的计算机程序，或者用于实现如实施例三所述储层反射系数的反演方法的步骤。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种储层地震波衰减特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于目标储层的非稳态地震反射系数反演模型，根据目标储层的地震记录和与各预设品质因子分别对应的时变子波库，确定与各预设品质因子分别对应的反射系数序列，并确定各反射系数序列的Lp范数；
从各反射系数序列的Lp范数中确定最小Lp范数，将最小Lp范数的反射系数序列所对应的预设品质因子作为目标品质因子；
利用所述目标品质因子分析目标储层的地震波衰减特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于目标储层的非稳态地震反射系数反演模型，根据目标储层的地震记录和与各预设品质因子分别对应的时变子波库，确定与各预设品质因子分别对应的反射系数序列，并确定各反射系数序列的Lp范数之前，还包括以下步骤：
构建目标储层的非稳态地震反射系数反演模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，构建目标储层的非稳态地震反射系数反演模型，具体包括以下步骤：
通过非稳态地震数据的正演模拟，将地层Q滤波效应加入多道稳态地震反射波褶积模型中，以获取目标储层的非稳态地震反射系数反演模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目标储层的非稳态地震反射系数反演模型如下：
s＝G(Q)r
其中，s为检波器检测的地震记录，G(Q)为与各预设品质因子分别对应的时变子波库，r为非稳态地震反射系数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过以下表达式获取与各预设品质因子分别对应的时变子波库：
G(Q)＝FHWA
其中，G(Q)为与各预设品质因子分别对应的时变子波库，FH为反傅立叶算子，W为频率初始地子波，A为与各预设品质因子有关的衰减因子。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下表达式确定各反射系数序列的Lp范数：
Figure FDA0002174989920000011
其中，Lp为反射系数序列的Lp范数，rj,i为反射系数序列，L为反射系数序列的横向样点总个数，N为反射系数序列的纵向样点总个数，p为范数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从各反射系数序列的Lp范数中确定最小Lp范数，将最小Lp范数的反射系数序列所对应的预设品质因子作为目标品质因子，具体包括以下步骤：
第一步骤，判断当前反射系数序列的Lp范数是否小于上一个反射系数序列的Lp范数：
若是，则存储当前反射系数序列的Lp范数；
若否，则存储上一个反射系数序列的Lp范数；
第二步骤，判断是否已遍历所有反射系数序列的Lp范数；
若是，则将存储的Lp范数的反射系数序列所对应的预设品质因子作为目标品质因子；
若否，则将下一个反射系数序列作为当前反射系数序列，并返回第一步骤。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预设品质因子是通过以下步骤获取的：
在给定的预设品质因子的取值范围内，以给定的间隔步长选取多个间隔均匀的品质因子作为预设品质因子。
9.一种储层反射系数的反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照权利要求1至8中任一项所述的储层地震波衰减特性分析方法获得目标品质因子；
根据目标品质因子对目标储层的反射系数进行反演。
10.一种存储介质，其特征在于，其上存储有用于实现如权利要求1至8中任一项所述储层地震波衰减特性分析方法的步骤的计算机程序，或者用于实现如权利要求9所述储层反射系数的反演方法的步骤。
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