CN112578448B - 一种高精度的地层品质因子的提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度的地层品质因子的提取方法，包括：分别获取震源子波的时频谱和地震记录的时频谱；根据所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱，构建包含所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱的时频谱关系式；利用所述时频谱关系式，得到对数谱比与地层品质因子的关系式；利用所述对数谱比与地层品质因子的关系式，提取出所述地层品质因子。

Description

一种高精度的地层品质因子的提取方法

技术领域

本发明涉及叠后地震反演技术领域，特别涉及一种高精度的地层品质因子的提取方法。

背景技术

由于受介质黏弹性的影响，地震波在地下传播时会发生衰减现象。品质因子Q 可用来反映地下介质对地震波吸收衰减的强弱，同时也是油气检测的重要指示因子。因此，Q值的准确提取具有极其重要的实际意义。

目前，地层品质因子Q提取的方法主要分为时间域和频率域两大类。其中，时间域的Q值提取方法有：脉冲上升时间法，脉冲宽度法，振幅衰减法等。这些方法主要通过子波传播前后的幅度信息求取Q值，但受到传播过程中散射、几何扩散等因素的影响，这些方法的提取精度较低，实际应用较少。而频率域的 Q值提取方法主要有：Bath(1974)提出了谱比法，即利用振幅谱对数比值与频率的关系估计Q值；Quan(1997)等人提出利用震源信号的质心频率与接收信号的质心频率之差和Q值的关系求出Q值；Zhang(2002)等人提出峰值频率偏移法估计Q值。Tonn(1991)对比了多种Q值的估计方法，结果表明在无噪声或信噪比高的地震信号下，谱比法的效果优于其他方法。因此，谱比法成为最常用的品质因子Q提取方法。

在实际应用中，谱比法受地震噪声、变换窗口、时频分析方法等多种因素的影响，众多学者做了多种尝试来进一步提高Q的提取精度。何樵登(1990)等将地震数据利用傅里叶变换到频率域得到功率谱，通过拟合函数来求取Q值，该方法较传统方法有更强的抗噪声能力；Dasgupta(1998)等人对CMP道集进行动校正，然后利用Q值和偏移距的关系拟合求出Q值，该方法取得了较好效果。周辉(1994)等基于地震波频谱给出了相关系数法、斜率法和Q值补偿法三种计算Q值的方法，并阐述了每种方法的适用条件和范围；李宏兵(2004) 等推到了小波尺度域的Q值估计方法，有效提高了Q值提取精度。魏文(2012) 等人利用S变换将地震道由时域变为时频域，再由时频域能量分布及中心频率计算出对应时间的中心频率，进而得到Q值，但该方法的基函数固定，对于实际地震信号难以适应；Wang(2015)利用时频函数将时频谱转变为一维数据，通过拟合实际数据曲线与理论曲线，最后进行补偿分析得到Q值，该方法较为稳定，但计算步骤较繁琐。

发明内容

针对上述存在的不足，本发明提供了一种高精度的地层品质因子的提取方法。

根据本发明实施例提供的一种高精度的地层品质因子的提取方法，包括：

分别获取震源子波的时频谱和地震记录的时频谱；

根据所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱，构建包含所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱的时频谱关系式；

利用所述时频谱关系式，得到对数谱比与地层品质因子的关系式；

利用所述对数谱比与地层品质因子的关系式，提取出所述地层品质因子。

优选地，所述根据所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱，构建包含所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱的时频谱关系式包括：

根据所述震源子波的时频谱，得到所述震源子波的振幅谱；

根据所述地震记录的时频谱和所述震源子波的振幅谱，构建包含所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱的时频谱关系式。

优选地，所述包含所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱的时频谱关系式包括：

式中：W[ψ；S](a,b)是指地震记录的时频谱；S(ω；0)是指震源子波的时频谱；P是指由于几何扩散、透射反射等引起的与频率无关的能量损失，Q是指地震子波所经过地层的Q值，a和b分别为小波变换的尺度和传播因子，m是指中心频率，c是指带宽参数。

优选地，所述利用所述时频谱关系式，得到对数谱比与地层品质因子的关系式包括：

根据所述时频谱关系式，计算小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱；

根据所述小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱，得到对数谱比与地层品质因子的关系式。

优选地，所述小波域地震记录的最大振幅谱为：

所述小波域震源子波的最大振幅谱为：

|S(w，0)|_max＝|S(w，0)(：，nsample/2)|

式中，nsample表示采样点。

优选地，根据所述小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱，得到对数谱比与地层品质因子的关系式包括：

计算所述小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱之间的最大振幅谱比值关系式；

通过对所述最大振幅谱比值关系式两边同时求自然对数处理，得到最大振幅谱自然对数关系式：

根据所述最大振幅谱自然对数关系式，得到对数谱比与地层品质因子的关系式。

优选地，所述对数谱比与地层品质因子的关系式包括：

优选地，所述计算所述小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱之间的最大振幅谱比值关系式包括：

优选地，所述最大振幅谱自然对数关系式包括：

根据本发明实施例提供的方案，提高了地层品质因子的提取精度，且计算步骤简单。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种高精度的地层品质因子的提取方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的一种高精度的地层品质因子的提取方法的流程图，如图1所示，包括：

步骤S1：分别获取震源子波的时频谱和地震记录的时频谱；

步骤S2：根据所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱，构建包含所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱的时频谱关系式；

步骤S3：利用所述时频谱关系式，得到对数谱比与地层品质因子的关系式；

步骤S4：利用所述对数谱比与地层品质因子的关系式，提取出所述地层品质因子。

优选地，所述根据所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱，构建包含所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱的时频谱关系式包括：

根据所述震源子波的时频谱，得到所述震源子波的振幅谱；

根据所述地震记录的时频谱和所述震源子波的振幅谱，构建包含所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱的时频谱关系式。

优选地，所述包含所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱的时频谱关系式包括：

式中：W[ψ；S](a,b)是指地震记录的时频谱；S(ω；0)是指震源子波的时频谱；P是指由于几何扩散、透射反射等引起的与频率无关的能量损失，Q是指地震子波所经过地层的Q值，a和b分别为小波变换的尺度和传播因子，m是指中心频率，c是指带宽参数。

优选地，所述利用所述时频谱关系式，得到对数谱比与地层品质因子的关系式包括：

根据所述时频谱关系式，计算小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱；

根据所述小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱，得到对数谱比与地层品质因子的关系式。

优选地，所述小波域地震记录的最大振幅谱为：

所述小波域震源子波的最大振幅谱为：

|S(w，0)|_max＝|S(w，0)(：，nsample/2)|

式中，nsample表示采样点。

优选地，根据所述小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱，得到对数谱比与地层品质因子的关系式包括：

计算所述小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱之间的最大振幅谱比值关系式；

通过对所述最大振幅谱比值关系式两边同时求自然对数处理，得到最大振幅谱自然对数关系式：

根据所述最大振幅谱自然对数关系式，得到对数谱比与地层品质因子的关系式。

优选地，所述对数谱比与地层品质因子的关系式包括：

优选地，所述计算所述小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱之间的最大振幅谱比值关系式包括：

优选地，所述最大振幅谱自然对数关系式包括：

本发明提出一种计算简单、提取精度较高的小波域地层品质因子Q提取方法，包括：在目的层上方的地震数据中提取子波，作为震源子波；采用连续小波变换(ContinueWavelet Transform，CWT)即公式(1)计算步骤1)提取震源子波的时频谱S(ω；0)；采用公式(1)对地震记录逐道计算时频谱W[ψ；S](a,b)；推导出地震记录时频谱W[ψ；S](a,b)和震源子波S(ω；0)的关系式(7)；根据谱比法，推导出对数谱比与地层品质因子Q的关系式(12)，对该公式(12)进行线性拟合即可反演出地层品质因子Q。

下面具体介绍本申请的技术方案：

提取方法：

一维连续信号x(t)的小波变换定义为：

式中：a和b分别为小波变换的尺度和传播因子。ψ^*(t)是ψ(t)的复共轭，其定义为：

公式(2)也称为小波函数。本专利中采用Morlet子波作为基小波，其定义为：

式中，i为单位虚数，m为中心频率。c为带宽参数，其控制子波的长度。

假设震源子波在黏弹性介质中传播t*时间后，接收到的地震子波振幅谱可以表示为：

式中：P表示由于几何扩散、透射反射等引起的与频率无关的能量损失。Q表示地震子波所经过地层的Q值。S(ω；0)表示震源子波的振幅谱，ω＝2πf。

对S(ω；t^*)进行频率域小波变换，可得：

式中：

代表ψ(t)的傅里叶变换，其定义为：

将公式(4)和公式(6)带入公式(5)，可得：

设b＝t^*，

ω＝2πf，可得小波域振幅谱的最大值：

结合谱比法，将公式(8)变形为：

根据

将公式(9)简化为：

对公式(10)两边同时求自然对数可得：

考虑到在实际应用中

因此将公式(11)简化为：

根据公式(12)将对数谱比与

进行线性拟合，拟合直线斜率的倒数即为Q值。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高精度的地层品质因子的提取方法，其特征在于，包括：

分别获取震源子波的时频谱和地震记录的时频谱；

根据所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱，构建包含所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱的时频谱关系式；

根据所述时频谱关系式，计算小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱，并根据所述小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱，得到对数谱比与地层品质因子的关系式；

利用所述对数谱比与地层品质因子的关系式，提取出所述地层品质因子；

其中，所述包含所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱的时频谱关系式包括：

式中：W[ψ；S](a，b)是指地震记录的时频谱；S(ω；0)是指震源子波的时频谱；P是指由于几何扩散、透射反射引起的与频率无关的能量损失，Q是指地震子波所经过地层的Q值，a和b分别为小波变换的尺度和传播因子，m是指中心频率，c是指带宽参数，t*是指震源子波在黏弹性介质中的传播时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱，构建包含所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱的时频谱关系式包括：

根据所述震源子波的时频谱，得到所述震源子波的振幅谱；

根据所述地震记录的时频谱和所述震源子波的振幅谱，构建包含所述震源子波的时频谱和所述地震记录的时频谱的时频谱关系式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小波域地震记录的最大振幅谱为：

所述小波域震源子波的最大振幅谱为：

|S(w，0)|_max＝|S(w，0)(：，nsample/2)|

式中，nsample表示采样点。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱，得到对数谱比与地层品质因子的关系式包括：

计算所述小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱之间的最大振幅谱比值关系式；

通过对所述最大振幅谱比值关系式两边同时求自然对数处理，得到最大振幅谱自然对数关系式：

根据所述最大振幅谱自然对数关系式，得到对数谱比与地层品质因子的关系式。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对数谱比与地层品质因子的关系式包括：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算所述小波域地震记录的最大振幅谱和小波域震源子波的最大振幅谱之间的最大振幅谱比值关系式包括：

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述最大振幅谱自然对数关系式包括：

Images