CN113625341A - 一种基于复赛谱分析的品质因子估计方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于复赛谱分析的品质因子估计方法、装置及系统，属于地震勘探技术的领域，包括获取地震记录；对获取的地震记录进行时频谱分析，得到地震记录的时频谱；在获得的地震记录的时频谱的基础上进行复赛谱分析，得到地震记录的复赛谱；设计低通滤波器，获取地震记录复赛谱域截断地震子波，消除反射系数影响；对复赛谱域截断地震子波进行频谱分析，获取截断地震子波的对数振幅谱；根据截断地震子波的对数振幅谱估计品质因子。本申请在对地震记录进行时频谱分析的基础上，通过复赛谱分析和低通滤波获取复赛谱域截断子波，消除品质因子估计中反射系数序列对地震子波求解的影响，从而提高Q值的计算精度，对中深层勘探具有重要的现实意义。

Description

一种基于复赛谱分析的品质因子估计方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及地震勘探技术的领域，尤其是涉及一种基于复赛谱分析的品质因子估计方法、装置及系统。

背景技术

地震勘探是通过人工激发地震波、观测和分析地震波在地下介质的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。随着地震勘探程度地不断深入，中深层逐渐成为勘探开发的重要目标。地震勘探高品质的地震资料是高效勘探的先决条件，但是由于地震波在黏弹性介质中传播时能量会发生衰减，会对获得高分辨率的地震资料造成困难。受地层介质吸收衰减作用的影响，随着深度的增加，有效信号的能量越来越弱，地震资料的分辨率越来越低，导致资料品质不断下降，严重制约了勘探技术的有效应用及深层目标的研究和发现。因此，在这种背景下，地层吸收衰减的研究逐渐成为热点。

地层介质的衰减特性通常采用品质因子Q来描述，两者呈反比关系，即Q值越大，衰减作用越弱，Q值越小，衰减作用越强。在地震资料中，Q值的影响主要表现在地震波传播过程中的振幅衰减、相位畸变、频率降低等特征上，直接导致了深层资料有效能量及分辨率的降低。为了补偿地层吸收衰减的影响，通常采用反Q滤波处理，以增强地震记录的振幅，校正畸变的相位，提高主频及频宽，从而改善资料的品质。反Q滤波的关键是获取准确的Q值，目前存在多种品质因子估计方法，如上升时间法、子波模拟法、谱模拟法、解析信号法、振幅衰减法、谱比法、质心频移法、指数法等，并且在实际应用中发挥了重要作用。这些方法的共同特点是在获取不同时刻的子波的基础上开展品质因子计算，多应用于VSP(垂直地震剖面)资料处理，但是针对地面地震资料，由于反射系数的影响，各时刻的地震子波的求解受限，导致Q值的计算精度不够。

发明内容

为了提高地面地震资料品质因子估计的计算精度，本申请提供一种基于复赛谱分析的品质因子估计方法、装置及系统。

一方面，本申请提供一种基于复赛谱分析的品质因子估计方法。本申请提供的一种基于复赛谱分析的品质因子估计方法采用如下的技术方案：

一种基于复赛谱分析的品质因子估计方法，包括：

获取地震记录；

对获取的地震记录进行时频分析，得到地震记录的时频谱；

在获得的地震记录的时频谱的基础上进行复赛谱分析，得到地震记录的复赛谱；

设计低通滤波器，获取地震记录复赛谱域截断地震子波，消除反射系数影响；

对复赛谱域截断地震子波进行频谱分析，获取截断地震子波的对数振幅谱；

根据截断地震子波的对数振幅谱估计品质因子。

通过采用上述技术方案，对获取到的地震记录经过时频分析、复赛谱分析、低通滤波过滤、频谱分析，进而得到高质量的品质因子，有助于利用地面地震资料构建高精度的空间Q场，在此基础上进行地震资料的反Q滤波处理，可有效提高中深层地震资料的有效能量及分辨率，改善资料品质，对中深层勘探具有重要的现实意义。

所述地震记录的表达式为

s(t)＝w(t)*r(t)

式中，s表示地震记录，w表示地震子波，r表示反射系数，t表示时间，*表示褶积运算；所述地震记录的复赛谱的获取方式为，根据上式对地震记录进行时频分析，得到地震记录的时频谱

S(τ,f)＝W(τ,f)R(τ,f)

式中，τ表示时刻，f表示频率，S(τ,f)和R(τ,f)分别表示地震记录和反射系数的时频谱，W(τ,f)表示不同时刻和频率位置处的地震子波分量；

对上式两侧分别取对数，得到

lnS(τ,f)＝lnW(τ,f)+lnR(τ,f)

对上式进行傅里叶反变换，得到τ时刻处的地震记录的复赛谱表达式

式中，^表示复赛谱。

通过采用上述技术方案，对地震记录进行处理，获取到τ时刻处的地震记录的复赛谱表达式。

优选的，所述低通滤波器的表达式为

式中，h表示滤波器，t表示时间，t_L表示滤波门限。

通过采用上述技术方案，利用合适的低通滤波器对复赛谱域的地震子波和反射系数进行分离，获得复赛谱域地震子波。

优选的，所述根据截断地震子波的对数振幅谱估计品质因子的表达式为

式中，Q表示品质因子，f_k表示频率，N表示频率分量的数量，τ₁和τ₂表示时刻，W_h表示低通滤波截断后获得的不同时刻和频率位置处的地震子波分量。

通过采用上述技术方案，得到仅与地震子波有关的品质因子的估计表达式，实现品质因子的有效求解。

优选的，当获取地震数据为叠前地震数据时，获得的品质因子为等效品质因子，将等效品质因子转化为层间品质因子。

通过采用上述技术方案，由于叠前地震记录包含了纵向和横向上的时间差异，因此直接计算得到的结果是等效品质因子，转化后获得层间品质因子。

优选的，层间品质因子的转化表达式为

式中，M为地层层数，Q_k为第k层地层的层间品质因子，Q_k,e为第k层地层的等效品质因子，t_0,k表示各层的自激自收时间。

通过采用上述技术方案，选取最优的层间品质因子转化表达式将等效品质因子转化为层间品质因子。

另一方面，本申请提供一种基于复赛谱分析的品质因子估计装置。本申请提供的一种基于复赛谱分析的品质因子估计装置采用如下的技术方案：

一种基于复赛谱分析的品质因子的估计装置，包括地震数据获取模块，用于获取地震记录；地震数据分析模块，用于对获取的地震记录依次进行时频谱分析、复赛谱分析、低通滤波分离地震子波以及复赛谱域截断地震子波频谱分析；品质因子估计模块，根据地震数据分析模块获得的结果估计品质因子。

通过采用上述技术方案，利用地震获取模块获取地震记录用于后续分析，地震数据分析模块将获取的地震记录分析后用于品质因子估计，由于在地震数据分析模块中对地震记录进行了复赛谱分析以及低通滤波分离地震子波，能够实现品质因子的有效求解。

另一方面，本申请还提供一种基于复赛谱分析的品质因子估计系统。本申请提供的一种基于复赛谱分析的品质因子估计系统采用如下的技术方案：

一种基于复赛谱分析的品质因子估计系统，包括处理器和存储器，所述处理器执行指令用于实现所述的品质因子估计方法。

通过采用上述技术方案，处理器执行指令完成基于复赛谱分析的品质因子估计，获得品质因子求解结果，存储器用于存储地震记录以及每一过程产生的数据和最后的品质因子值。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：通过在对地震记录时频谱分析的基础上进行复赛谱分析，并设计低通滤波器将复赛谱域中的地震子波和反射系数分离，获取复赛谱域的截断地震子波，从而消除反射系数的影响，实现品质因子的有效求解，提高了地面地震资料品质因子估计的计算精度；本申请同时提供了品质因子估计的表达式。

附图说明

图1是本申请实施例的基于复赛谱分析的品质因子估计方法中利用叠后地震资料进行品质因子估计的流程图。

图2是本申请实施例的基于复赛谱分析的品质因子估计方法中利用叠前地震资料进行品质因子估计的流程图。

图3是本申请实施例的基于复赛谱分析的品质因子估计装置。

图4是本申请实施例的基于复赛谱分析的品质因子估计系统。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

实施例一

本申请实施例公开一种基于复赛谱分析的品质因子估计方法。参照图1，基于复赛谱分析的品质因子估计方法包括：

S1，获取叠后地震记录的地震反射数据

地震记录s(t)可以表示为地震子波w(t)与反射系数序列r(t)的褶积：

s(t)＝w(t)*r(t)

式中，t表示时间，*表示褶积运算。

S2、根据S1获得的地震反射数据，对地震记录进行时频谱分析，得到地震记录的时频谱

S(τ,f)＝W(τ,f)R(τ,f)

式中，τ表示时刻，f表示频率，S(τ,f)和R(τ,f)分别表示地震记录和反射系数的时频谱，W(τ,f)表示不同时刻和频率位置处的地震子波分量。地震记录的时频分析可以采用短时傅里叶变换、小波变换、S变换，或者其他时频分析方法。

S3、根据S2获得的结果，进行地震记录复赛谱分析

对S2中的方程式S(τ,f)＝W(τ,f)R(τ,f)两侧分别取对数，得到

lnS(τ,f)＝lnW(τ,f)+lnR(τ,f)

通过对上述方程式进行傅里叶反变换，得到τ时刻处的地震记录的复赛谱表达式

式中，^表示复赛谱。上述方程式可以理解为以时刻τ为中心的局部时窗内地震记录的复赛谱域表征。

S4、获取复赛谱域截断子波

利用低通滤波器将复赛谱域的地震子波和反射系数分离。与反射系数序列相比，地震子波的波形较为平滑，延续时间短，并且主要位于低频部分，因此地震子波的复赛谱集中在时间原点附近；反射系数的复赛谱为时间原点处能量最小的单边序列，可以通过低通滤波实现复赛谱域地震子波和反射系数的分离，消除反射系数的影响。

采用以下低通滤波器

式中，h表示滤波器，t_L表示滤波门限。

将上述滤波器作用于地震记录的复赛谱域表达式，实现地震子波的复赛谱域的分离。

在实际地震记录中，地震子波的复赛谱与反射系数的复赛谱经常存在重叠现象，导致滤波门限t_L不易选取。减小t_L的取值，获得部分截断的复赛谱域地震子波

S5、复赛谱域地震子波频谱分析

对复赛谱域截断地震子波

进行频谱分析，得到对数振幅谱lnW_h(τ,f)。

S6、获取层间品质因子

地震子波在地层中传播时，由于受到地层吸收衰减的影响而具有时变性，因此地震子波的传播过程表示为

式中，τ₀表示时刻，f_h是与截止频率有关的系数，Q表示品质因子，γ＝(πQ_r)^-1，Q_r表示参考频率处的品质因子，i表示虚数单位。

从上式中可以看出，品质因子Q仅与地震子波有关。在S5中获取不同时刻地震子波对数振幅谱lnW_h(τ,f)的基础上，结合上式，得到

上式中，f<f_h，Q_r一般为几十至几百，从而f/f_h<1，γ<<1，因此可将

视为1，从而得到

由上式可以得到，不同时刻τ₁和τ₂地震子波的变化关系可以表示为

对上式进行调整，得到

上式即为获得的基于复赛谱分析的品质因子求解表达式，式中N为频率分量的数量。

实施例二

本申请实施例公开一种基于复赛谱分析的品质因子估计方法。参照图2，基于复赛谱分析的品质因子估计方法包括：

S1、获取叠前地震记录的地震道集数据

地震记录s(t)可以表示为地震子波w(t)与反射系数序列r(t)的褶积：

s(t)＝w(t)*r(t)

式中，t表示时间，*表示褶积运算。

S2、对叠前地震道集数据进行时频谱分析

在地震道集中任选两道或多道进行时频谱分析，获取每一道的时频谱

S(τ,f)＝W(τ,f)R(τ,f)

式中，τ表示时刻，f表示频率，S(τ,f)和R(τ,f)分别表示地震记录和反射系数的时频谱，W(τ,f)表示不同时刻和频率位置处的地震子波分量。地震记录的时频分析可以采用短时傅里叶变换、小波变换、S变换，或者其他时频分析方法。

选取叠前地震道集中的两道或多道进行时频谱分析，能够实现不同地震道结果的对比。一般来讲，选取的道数越多，最终的求解结果越稳定。

S3、根据S2获得的结果，进行地震记录复赛谱分析

对上述地震道进行复赛谱分析，在方程式S(τ,f)＝W(τ,f)R(τ,f)两侧分别取对数，得到

lnS(τ,f)＝lnW(τ,f)+lnR(τ,f)

通过对上述方程式进行傅里叶反变换，得到τ时刻处的地震记录的复赛谱表达式

式中，^表示复赛谱。上述方程式可以理解为以时刻τ为中心的局部时窗内地震记录的复赛谱域表征。

S4、获取复赛谱域截断子波

利用低通滤波器将复赛谱域的地震子波和反射系数分离。与反射系数序列相比，地震子波的波形较为平滑，延续时间短，并且主要位于低频部分，因此地震子波的复赛谱集中在时间原点附近；反射系数的复赛谱为时间原点处能量最小的单边序列，可以通过低通滤波实现复赛谱域的地震子波和反射系数的分离，消除反射系数的影响。

采用以下低通滤波器

式中，h表示滤波器，t_L表示滤波门限。

将上述滤波器作用于地震记录的复赛谱域表达式，实现地震子波的复赛谱域的分离。

在实际地震记录中，地震子波的复赛谱与反射系数的复赛谱经常存在重叠现象，导致滤波门限t_L不易选取。减小t_L的取值，获得部分截断的复赛谱域地震子波

S5、复赛谱域地震子波频谱分析

对复赛谱域截断地震子波

进行频谱分析，对应同一反射界面的截断地震子波对数振幅谱lnW_h(τ,f)。

S6、获取层间品质因子

地震子波在地层中传播时，由于受到地层吸收衰减的影响而具有时变性，因此地震子波的传播过程表示为

式中，τ₀表示时刻，f_h是与截止频率有关的系数，Q表示品质因子，γ＝(πQ_r)^-1，Q_r表示参考频率处的品质因子，i表示虚数单位。

从上式中可以看出，品质因子Q仅与地震子波有关。S4中，通过低通滤波器消除了反射系数的影响，因此可以对品质因子实现有效求解。在S5中获取不同时刻地震子波对数振幅谱lnW_h(τ,f)的基础上，结合上式，得到

上式中，f<f_h，Q_r一般为几十至几百，从而f/f_h<1，γ<<1，因此可将

视为1，从而得到

由上式可以得到，不同时刻τ₁和τ₂地震子波的变化关系可以表示为

对上式进行调整，得到

由于叠前道集的地震传播路径关系，上述方程式得到的品质因子为等效品质因子，需将等效品质因子转化为层间品质因子。

设定有M层地层，各层层间品质因子分别为Q₁，Q₂，…，Q_M，等效品质因子为Q_1,e，Q_2,e，…，Q_M,e，则层间品质因子的转化表达式为

式中，t_0,k表示各层的自激自收时间。

本申请实施例中基于复赛谱分析的品质因子估计方法能够利用获取到的地面地震资料构建高精度的空间Q场，在此基础上进行地震资料的反Q滤波处理，可有效提高中深层地震资料的有效能量及分辨率，改善资料品质，对中深层勘探具有重要的现实意义。

本申请实施例公开一种基于复赛谱分析的品质因子估计装置。参照图3，基于复赛谱分析的品质因子估计装置包括：

地震数据获取模块，用于获取叠后地震数据和叠前地震数据；

地震数据分析模块，对获取的地震记录依次进行时频谱分析、复赛谱分析、低通滤波分离地震子波以及复赛谱域地震子波频谱分析，得到地震子波的对数振幅谱；

品质因子估计模块，根据地震数据分析模块获得的结果估计品质因子，当获取的地震资料为叠后地震数据时，上述品质因子即为层间品质因子，当获取的地震资料为叠前地震数据时，上述品质因子为等效品质因子，将等效品质因子转化为层间品质因子。

本申请实施例公开一种基于复赛谱分析的品质因子估计系统。参照图4，基于复赛谱分析的品质因子估计系统包括处理器和存储器，处理器能够执行指令完成如下功能：获取叠后地震数据和叠前地震数据，对获取的地震记录依次进行时频谱分析、复赛谱分析、低通滤波分离地震子波以及复赛谱域地震子波频谱分析，得到地震子波的对数振幅谱；根据地震数据分析模块获得的结果估计品质因子，当获取的地震资料为叠后地震数据时，上述品质因子即为层间品质因子，当获取的地震资料为叠前地震数据时，上述品质因子为等效品质因子，将等效品质因子转化为层间品质因子。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于复赛谱分析的品质因子估计方法，其特征在于，所述方法包括：

获取地震记录；

对获取的地震记录进行时频谱分析，得到地震记录的时频谱；

在获得的地震记录的时频谱的基础上进行复赛谱分析，得到地震记录的复赛谱；

设计低通滤波器，获取地震记录复赛谱域截断地震子波，消除反射系数影响；

对复赛谱域截断地震子波进行频谱分析，获取截断地震子波的对数振幅谱；

根据截断地震子波的对数振幅谱估计品质因子。

2.根据权利要求1所述的基于复赛谱分析的品质因子估计方法，其特征在于：所述地震记录的表达式为

s(t)＝w(t)*r(t)

式中，s表示地震记录，w表示地震子波，r表示反射系数，t表示时间，*表示褶积运算；

所述地震记录的复赛谱的获取方式为，根据上式对地震记录进行时频分析，得到地震记录的时频谱

S(τ,f)＝W(τ,f)R(τ,f)

式中，τ表示时刻，f表示频率，S(τ,f)和R(τ,f)分别表示地震记录和反射系数的时频谱，W(τ,f)表示不同时刻和频率位置处的地震子波分量；

对上式两侧分别取对数，得到

lnS(τ,f)＝lnW(τ,f)+lnR(τ,f)

对上式进行傅里叶反变换，得到τ时刻处的地震记录的复赛谱域表达式

式中，^表示复赛谱。

3.根据权利要求1所述的基于复赛谱分析的品质因子估计方法，其特征在于：所述低通滤波器的表达式为

式中，h表示滤波器，t表示时间，t_L表示滤波门限。

4.根据权利要求1所述的基于复赛谱分析的品质因子估计方法，其特征在于：所述根据截断地震子波的对数振幅谱估计品质因子的表达式为

式中，Q表示品质因子，f_k表示频率分量，N表示频率分量的数量，τ₁和τ₂表示时刻，W_h表示低通滤波截断后获得的不同时刻和频率位置处的地震子波分量。

5.根据权利要求1所述的基于复赛谱分析的品质因子估计方法，其特征在于：当获取地震数据为叠前地震数据时，获得的品质因子为等效品质因子，将等效品质因子转化为层间品质因子。

6.根据权利要求5所述的基于复赛谱分析的品质因子估计方法，其特征在于：层间品质因子的转化表达式为

式中，M为地层层数，Q_k为第k层地层的层间品质因子，Q_k,e为第k层地层的等效品质因子，t_0,k表示各层的自激自收时间。

7.一种基于复赛谱分析的品质因子估计装置，其特征在于：包括地震数据获取模块，用于获取地震记录；地震数据分析模块，用于对获取的地震记录依次进行时频谱分析、复赛谱分析、低通滤波分离地震子波以及复赛谱域截断地震子波频谱分析；品质因子估计模块，根据地震数据分析模块获得的结果估计品质因子。

8.一种基于复赛谱分析的品质因子估计系统，其特征在于：包括处理器和存储器，所述处理器执行指令用于实现如权利要求1-6所述的品质因子估计方法。

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