CN112904415B - 基于重构源谱一致性的q层析反演方法、系统及处理设备 - Google Patents

基于重构源谱一致性的q层析反演方法、系统及处理设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于重构源谱一致性的Q层析反演方法、系统及处理设备，包括以下步骤：S1：获取地震波传播的射线路径，得到地震波穿过每层介质的旅行时Δtij；S2：根据地震波穿过每层介质的旅行时Δtij和给定的层Q模型，计算地震波在地下介质中传播的等效吸收因子ai(f,Q)；S3：根据地震波穿过地下地层的等效吸收衰减因子ai(f,Q)，确定每个检波点接收的信号的衰减量exp[‑ai(f,Q)]，对每个检波点接收的信号进行反向吸收补偿，重构出震源振幅谱Si(f,Q)；S4：根据每个检波点处重构的震源振幅谱Si(f,Q)，建立重构源谱一致性表征函数J(Q)；S5：重复步骤S2至S4，遍历所有的Q模型，得到所有Q模型对应的重构源谱一致性表征函数值，通过比较确定所求的Q模型。

Description

基于重构源谱一致性的Q层析反演方法、系统及处理设备
技术领域
本发明涉及一种基于重构源谱一致性的Q层析反演方法、系统、处理设备及存储介质，属于地球物理勘探中的地震信息处理技术领域。
背景技术
地震波在粘弹性介质中传播时会遭受地层的吸收衰减作用，降低了地震资料的分辨率，畸变了地震信号在油气储层上的反射特征，地层的粘弹性效应已经日益成为制约地震资料处理质量的主要障碍。因此，利用地震数据对地下地层的吸收结构进行反演估算，并建立可靠地层吸收结构模型，据此对地震波的吸收进行衰减补偿，已经成为提高地震资料处理质量的关键技术。
目前，品质因子Q的估算方法有十余种，按作用域可分为时间域、频率域和时频域三类方法。1974年，Stacey与Gladwin分析了地震波在传播过程中子波延续时间变长的现象及脉冲增宽现象，提出上升时间法，该方法只需要测量脉冲宽度和两个观测点之间的走时就能求取品质因子。1974年，Bath首次提出利用参考子波衰减前后的谱比来估计Q值，开创了频率域估算Q值的历史。1991年，Tonn利用VSP数据比较了十几种Q值估算方法，发现没有哪一种方法能得到比较满意的结果，其中谱比法的优势是理论精度高，缺点是对噪音过于敏感。1997年，Quan和Harris根据子波衰减前后质心频率的变化估算Q值，该方法利用了频谱的统计学特性，具有良好的抗噪性，且假设震源子波满足高斯分布。2008年，高静怀推导了瞬时频率与品质因子的解析关系，在小波域中发展了一种计算瞬时频率的方法，并以此为基础提出了估算VSP资料的小波域包络峰值处瞬时频率法。2016年，李国发等通过对微测井采集过程中的影响因素分析，提出了新的微测井观测系统，该观测系统可以有效的避免激发因素、检波点耦合等对Q值估算的影响，李国发等应用该观测系统进行了谱比法衰减层析反演。
在众多方法中，谱比法和质心频移法是目前最为流行的Q值反演方法，这两种方法各有优缺点。谱比法的优点在于对震源子波没有前提假设，且理论精度较高，缺点是抗噪性较差；质心频移法的优点是算法稳定、抗噪性较强，但是该方法假设震源子波振幅谱满足高斯分布，这个假设在实际中一般是不成立的，这也在一定程度上降低了该方法的精度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于重构源谱一致性的Q层析反演方法、系统、处理设备及存储介质，该方法无需已知震源子波，无需对子波进行任何假设，算法理论精度高，并且利用统计学参数来比较重构的震源振幅谱的一致性，具有较好的抗噪性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于重构源谱一致性的Q层析反演方法，包括以下步骤：
S1：获取地震波传播的射线路径和速度模型，计算得到地震波穿过每层介质的旅行时Δtij；
S2：根据地震波穿过每层介质的旅行时Δtij和给定的层Q模型，计算地震波在地下介质中传播的等效吸收因子ai(f,Q)，
Figure BDA0002906792930000021
式中，n表示地层的分层数；Qj表示每层介质的品质因子；i表示第i个检波点，f表示频率；
S3：根据地震波穿过地下地层的等效吸收衰减因子ai(f,Q)，确定每个检波点接收的信号的衰减量exp[-ai(f,Q)]，进而对每个检波点接收的信号进行反向吸收补偿，重构出震源振幅谱Si(f,Q)，
Si(f,Q)＝Ri(f)exp(ai(f,Q))
式中，Ri(f)表示第i个检波点接收信号的振幅谱；
S4：根据每个检波点处重构的震源振幅谱Si(f,Q)，建立重构源谱一致性表征函数J(Q)，
Figure BDA0002906792930000022
式中，N表示检波点个数，Sa(f,Q)表示每个检测点的平均振幅谱；
S5：重复步骤S2至S4，遍历所有可能的Q模型，得到所有Q模型对应的重构源谱一致性表征函数值，通过比较确定震源振幅谱的一致性最好时对应的Q模型，即为所求的Q模型。
在一些实施例中，在上述步骤S1中，根据微测井地震数据获取初至波旅行时曲线，对初至波旅行时曲线进行解释，获得速度模型；根据实际采集观测系统和速度模型，利用试射法进行射线追踪正演模拟，得到地震波传播的射线路径，进而确定地震波从炮点到检波点穿过每层介质的旅行时Δtij。
在一些实施例中，在上述步骤S4中，平均振幅谱Sa(f,Q)计算公式如下：
Figure BDA0002906792930000023
本发明还提供一种基于重构源谱一致性的Q层析反演系统，包括：
旅行时计算模块，被配置为根据获取的速度模型和地震波传播的射线路径，计算地震波穿过每层介质的旅行时；
等效吸收衰减因子计算模块，被配置为根据地震波穿过每层介质的旅行时和给定的Q模型，计算地震波在地下介质中传播的等效吸收衰减因子；
震源振幅谱重构模块，被配置为根据地震波穿过地下地层的等效吸收衰减因子，确定每个检波点接收的信号的衰减量，再对每个检波点接收的信号进行反向吸收补偿，重构出震源振幅谱；
重构源谱一致性表征函数建立模块，被配置为根据每个检波点处重构的震源振幅谱建立重构源谱一致性表征函数；
Q模型确定模块，被配置为通过比较所有给定Q模型对应的重构源谱一致性表征函数值，确定所求的Q模型。
一种处理设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例任一项所述的Q层析反演方法。
一种存储介质，存储介质上存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述实施例中任一项所述的Q层析反演方法。
本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：本发明提供的基于重构源谱一致性的Q层析反演方法，根据地震波穿过每层介质的旅行时Δtij以及给定的Q模型，计算地震波在地下介质中传播的等效吸收衰减因子，进而确定每个检波点接收的信号的衰减量，根据衰减量对每个检波点接收的信号进行反向吸收补偿，重构出震源振幅谱，依据震源振幅谱构建重构源谱一致性表征函数J(Q)，采用遍历法遍历所有可能的Q模型，通过比较得到的J(Q)确定所求的Q模型，无需已知震源子波，也不需要对子波进行任何假设，算法理论精度很高；此外，该方法利用统计学参数来比较重构的震源振幅谱的一致性，具有较好的抗噪性；利用该方法可以建立可靠地层吸收结构模型，为后期的地层吸收补偿和油气识别提供高质量的基础数据，是提高地震资料处理质量的关键技术。
附图说明
图1为本发明微测井单炮记录的示意图；
图2为本发明初至波旅行时的散点图；
图3为本发明获取的速度模型示意图；
图4为本发明的射线追踪正演模拟的示意图；
图5为本发明给定的Q模型的示意图；
图6为本发明中合成的衰减地震记录示意图；
图7为本发明每个检波点重构出的震源振幅谱；
图8为本发明中重构的震源谱一致性特征示意图；
图9为本发明利用遍历法得到的Q模型示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种基于重构源谱一致性的Q层析反演方法，其包括以下步骤：
S1：获取速度模型和地震波传播的射线路径，计算地震波穿过每层介质的旅行时Δtij；
S2：根据地震波穿过每层介质的旅行时Δtij和给定的Q模型，计算地震波在地下介质中传播的等效吸收衰减因子ai(f,Q)，
Figure BDA0002906792930000041
式中，n表示地层的分层数；Qj表示每层介质的品质因子；i表示第i个检波点，f表示频率；
S3：根据地震波穿过地下地层的等效吸收衰减因子ai(f,Q)，确定每个检波点接收的信号的衰减量exp[-ai(f,Q)]，进而对每个检波点接收的信号进行反向吸收补偿，重构出震源振幅谱Si(f,Q)，
Si(f,Q)＝Ri(f)exp(ai(f,Q))
式中，Ri(f)表示第i个检波点接收信号的振幅谱；
S4：根据每个检波点处重构的震源振幅谱Si(f,Q)，建立重构源谱一致性表征函数J(Q)，
Figure BDA0002906792930000051
式中，N表示检波点个数，Sa(f,Q)表示每个检测点的平均振幅谱；
S5：重复步骤S2至S4，遍历所有可能的Q模型，得到所有Q模型对应的重构源谱一致性表征函数值，通过比较确定震源振幅谱的一致性最好时对应的Q模型，即为所求的Q模型。
进一步地，在上述步骤S1中，根据微测井地震数据获取初至波旅行时曲线，并对初至波旅行时曲线进行解释，获得速度模型；根据实际采集观测系统和速度模型，利用试射法进行射线追踪正演模拟，得到地震波传播的射线路径，进而确定地震波从炮点到检波点穿过每层介质的旅行时Δtij。
进一步地，在上述步骤S4中，平均振幅谱Sa(f,Q)计算公式如下：
Figure BDA0002906792930000052
下面以具体实施例对本发明作以说明：
步骤1：获取速度模型。
根据微测井单炮记录(如图1所示)拾取初至波旅行时，拟合形成初至波旅行时分段折线(如图2所示)，根据每段折线的斜率得到每一层的速度，折线转折处即为分层界面，从而确定速度模型(如图3所示)；
步骤2：如图4所示，根据获取的速度模型和实际采集观测系统，利用射线追踪正演模拟可以得到地震波传播的射线路径，进而计算得到地震波穿过每层介质的旅行时Δtij；
步骤3：如图5～6所示，结合地震波穿过每层介质的旅行时Δtij和给定的Q模型，计算每个检波点地震记录的衰减量因子
Figure BDA0002906792930000053
步骤4：如图7所示，根据每个检波点的衰减量因子，对每个检波点接收的信号进行反向吸收补偿，重构出震源振幅谱Si(f,Q)＝Ri(f)exp(ai(f,Q))；
理论上来讲，如果给定的Q模型是准确的，则每个检波点经历的衰减量因子和补偿量是准确的，进而反向补偿后重构出的震源振幅谱肯定的一致的(因为检波点接收到的信号是从同一个震源激发的，反过来补偿回去肯定一样)如图8所示。如果重构出的震源振幅谱一致较差，那肯定是由于给定的Q模型不对。
步骤5：建立重构源谱一致性表征函数J(Q)，这个函数的作用就是定量描述重构源谱的一致性好坏。
Figure BDA0002906792930000061
J(Q)越小，说明重构震源振幅谱的一致性越好；
步骤6：遍历所有可能的Q模型，重复步骤3至步骤5，得到所有Q模型对应的重构源谱一致性表征函数值，通过比较确定源谱的一致性最好时对应的Q模型，即为所求的Q模型，如图9所示。
本公开一实施例还提供一种基于重构源谱一致性的Q层析反演系统，包括：
旅行时计算模块，被配置为根据获取的速度模型和地震波传播的射线路径，计算地震波穿过每层介质的旅行时；
等效吸收衰减因子计算模块，被配置为根据地震波穿过每层介质的旅行时和给定的Q模型，计算地震波在地下介质中传播的等效吸收衰减因子；
震源振幅谱重构模块，被配置为根据地震波穿过地下地层的等效吸收衰减因子，确定每个检波点接收的信号的衰减量，再对每个检波点接收的信号进行反向吸收补偿，重构出震源振幅谱；
重构源谱一致性表征函数建立模块，被配置为根据每个检波点处重构的震源振幅谱建立重构源谱一致性表征函数；
Q模型确定模块，被配置为通过比较所有给定Q模型对应的重构源谱一致性表征函数值，确定所求的Q模型。
本公开一实施例还提供一种处理设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一实施例中的Q层析反演方法。
另外地，本公开一实施例还提供一种存储介质，其上存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一实施例中的Q层析反演方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于重构源谱一致性的Q层析反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取地震波传播的射线路径和速度模型，计算得到地震波穿过每层介质的旅行时Δtij；
S2：根据地震波穿过每层介质的旅行时Δtij和给定的层Q模型，计算地震波在地下介质中传播的等效吸收因子ai(f,Q)，
Figure FDA0003398661960000011
式中，n表示地层的分层数；Qj表示每层介质的品质因子；i表示第i个检波点，f表示频率；
S3：根据地震波穿过地下地层的等效吸收衰减因子ai(f,Q)，确定每个检波点接收的信号的衰减量exp[-ai(f,Q)]，进而对每个检波点接收的信号进行反向吸收补偿，重构出震源振幅谱Si(f,Q)，
Si(f,Q)＝Ri(f)exp(ai(f,Q))
式中，Ri(f)表示第i个检波点接收信号的振幅谱；
S4：根据每个检波点处重构的震源振幅谱Si(f,Q)，建立重构源谱一致性表征函数J(Q)，
Figure FDA0003398661960000012
式中，N表示检波点个数，Sa(f,Q)表示每个检测点的平均振幅谱；
S5：重复步骤S2至S4，遍历所有可能的Q模型，得到所有Q模型对应的重构源谱一致性表征函数值，通过比较确定震源振幅谱的一致性最好时对应的Q模型，即为所求的Q模型。
2.如权利要求1所述的基于重构源谱一致性的Q层析反演方法，其特征在于：在上述步骤S1中，根据微测井地震数据获取初至波旅行时曲线，对初至波旅行时曲线进行解释，获得速度模型；根据实际采集观测系统和速度模型，利用试射法进行射线追踪正演模拟，得到地震波传播的射线路径，进而确定地震波从炮点到检波点穿过每层介质的旅行时Δtij。
3.如权利要求1所述的基于重构源谱一致性的Q层析反演方法，其特征在于：在上述步骤S4中，平均振幅谱Sa(f,Q)计算公式如下：
Figure FDA0003398661960000013
4.一种处理设备，其特征在于：包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3任一项所述的Q层析反演方法。
5.一种存储介质，其特征在于：存储介质上存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的Q层析反演方法。
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