CN114371505A - 一种基于地震分频技术的多子波反演方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地震分频技术的多子波反演方法及系统，所述方法包括：通过测井岩石物理分析，获取目标地层的储层敏感参数；根据储层敏感参数选择对应的地震数据体；对地震数据体进行拓频得到宽频地震数据；基于储层敏感参数获得测井敏感参数阻抗曲线，并利用测井敏感参数阻抗曲线生成初始模型；基于初始模型对宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。本发明在传统反演方法的基础上，采用分频约束反演的方法，充分利用了地震数据不同频带的地震信息，相比单一主频地震反演，其涉及的地震信息更加全面、频带更宽，更有利于得到薄厚层分明，且纵横向分辨率高的反演结果。

Description

一种基于地震分频技术的多子波反演方法及系统

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探领域，具体涉及一种基于地震分频技术的多子波反演方法及系统。

背景技术

地震反演是众多储层预测技术中较为有效的方法之一。经过几十年的发展，尽管其本身存在着许多不足，但是在实际生产中，无论是进行圈闭评价还是开展油气藏描述，都离不开基于地震反演的储层纵、横向预测工作。常规的地震反演技术多通过提取地震主频单一子波得到反演结果，地震资料中有效频带的低频和高频信息没有得到充分利用，得到的反演结果分辨率低，不确定性强。而近年来常用的分频反演方法实际上是一种无子波提取、无初始模型的反演方法，理论上可以达到比较高的分辨率，反映地层接触关系，但实际应用时，算法不稳定，不易收敛，导致反演结果难以满足需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是传统单一子波反演方法结果分辨率低、不确定性强，同时其算法不稳定，不易收敛，导致反演结果难以满足需要，目的在于提供一种基于地震分频技术的多子波反演方法及系统，解决上述的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于地震分频技术的多子波反演方法，包括：

通过测井岩石物理分析，获取目标地层的储层敏感参数；

根据储层敏感参数选择对应的地震数据体；

对地震数据体进行拓频得到宽频地震数据；

基于储层敏感参数获得测井敏感参数阻抗曲线，并利用测井敏感参数阻抗曲线生成初始模型；

基于初始模型对宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。

在上述基于地震分频技术的多子波反演方法，优选地，对地震数据体进行拓频得到宽频地震数据，包括：

对地震数据体利用Gabor变换进行Q值反演，获得Q值；

基于Q值对地震数据进行反Q滤波得到宽频地震数据。

在上述基于地震分频技术的多子波反演方法，优选地，还包括对宽频地震数据利用谱整形算法进行提频，获得高分辨率的宽频地震数据；

所述基于初始模型对宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体，优选地，还包括：基于初始模型对高分辨率的宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。

在上述基于地震分频技术的多子波反演方法，优选地，基于初始模型对高分辨率的宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，包括：

采用基于匹配追踪的地震数据分频技术对高分辨率的宽频地震数据进行分频，获得分频地震数据；

对分频地震数据进行构造导向滤波处理，提高分频地震数据的信噪比，获得具有高信噪比的分频地震数据；

基于初始模型，对具有高信噪比的分频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。

利用匹配追踪时频原子构建的同频率剖面有效避免了常规以滤波机制为基础的分频方法造成的平行同相轴假象，同时分频结果有和原始剖面一样的雷克子波含义，适用于后续的反演工作，因此分频约束反演采用了基于匹配追踪的地震数据分频技术。为了保证数据的信噪比，分别对分频剖面进行构造导向滤波，构造导向滤波可以有效地抑制随机噪声，增强同相轴的一致连续性，同时保持原始地震图像的结果信息。通过从低频向高频逐级融合的方法实现约束反演，充分利用了不同频带的地震信息。

在上述基于地震分频技术的多子波反演方法，优选地，Q值包括层间Q值和均值Q值；所述层间Q值表示为Q_i；所述均值Q值表示为Q_m；

所述层间Q值Q_i的计算公式如下：

其中，Q_i为层间Q值，i表示层数，t表示时间，Q^-1 _R为n层地层的均方根。

所述均值Q值Q_m的计算公式如下：

其中，Q_m为均值Q值，c∈(0,1]，，i表示层数。

在上述基于地震分频技术的多子波反演方法，优选地，对Q值进行反Q滤波，获得反Q滤波后的时频域数据；其中，反Q滤波表达为：

其中，P(τ,ω)为波场，ω为角频率，ω_h为调谐参数，τ为旅行时间，对所得波场P(τ,ω)利用逆Gabor变换可得到由反Q滤波处理的地震记录p(t)。

一种基于地震分频技术的多子波反演系统，包括：

储层参数获取模块，用于通过测井岩石物理分析，获取目标地层的储层敏感参数；

参数筛选模块，用于根据储层敏感参数选择对应的地震数据体；

拓频模块，对地震数据体进行拓频得到宽频地震数据；

模型生成模块，用于基于储层敏感参数获得测井敏感参数阻抗曲线，并利用测井敏感参数阻抗曲线生成初始模型；

分频约束反演模块，用于基于初始模型对宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。

在上述基于地震分频技术的多子波反演系统，优选地，所述拓频模块包括：

Q值获取模块，用于对地震数据体利用Gabor变换进行Q值反演，获得Q值；

拓频地震数据获取模块，用于对地震数据在已有Q值的基础上进行反Q滤波得到宽频地震数据；

谱整形模块，用于利用谱整形算法对宽频地震数据进行提频，获得高分辨率的宽频地震数据。

在上述基于地震分频技术的多子波反演系统，优选地，分频约束反演模块包括：

分频剖面获取模块，用于采用基于匹配追踪的地震数据分频技术对高分辨率的宽频地震数据进行分频，获得分频地震数据；

导向滤波构造模块，用于对分频地震数据进行构造导向滤波处理，提高分频地震数据的信噪比，获得具有高信噪比的分频地震数据；

反演数据体获取模块，用于对具有高信噪比的分频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。

本发明在传统反演方法的基础上，采用分频约束反演的技术思路，充分利用了地震数据不同频带的地震信息，相比单一主频地震反演，其涉及的地震信息更加全面、频带更宽，更有利于得到薄厚层分明，且纵横向分辨率高的反演结果。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供的一种基于地震分频技术的多子波反演方法及系统，打破了传统单一子波进行反演的方法，通过提取地震多个子波进行反演，充分利用了地震有效频带中的相对低频和相对高频信息，反演结果纵横向分辨率高，砂体尖灭点清晰，薄厚明显。多子波反演解决了传统单一子波反演方法结果分辨率低、不确定性强的问题，同时其算法结果较为稳定，更能满足实际生产需求。

2、本发明提供的一种基于地震分频技术的多子波反演方法及系统，为了改善单一子波反演方法的局限性，采用匹配追踪分频技术，充分利用了地震数据的有效频带范围内的信息，对地震数据进行了分频约束反演。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为本发明多子波反演整体流程图；

图2为本发明多子波反演方法流程图；

图3为本发明多子波反演方法拓频流程图；

图4为本发明多子波反演方法分频约束反演流程图；

图5为原始地震剖面图；

图6为原始地震剖面对应的频谱图；

图7为本发明反Q地震剖面图；

图8为本发明反Q地震剖面对应的频谱图；

图9为本发明谱整形地震剖面图；

图10为本发明谱整形地震剖面对应的频谱图；

图11为稀疏脉冲反演结果图；

图12为本发明多子波反演结果图。

具体实施方式

本发明适用薄互层和块状介质的储层预测。本发明在传统反演方法的基础上，采用分频约束反演的技术思路，充分利用了地震数据不同频带的地震信息，相比单一主频地震反演，其涉及的地震信息更加全面、频带更宽，更有利于得到薄厚层分明，且纵横向分辨率高的反演结果。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

在附图中，图1给出了实施例多子波反演整体流程图；图2给出了实施例多子波反演方法流程图；图3给出了多子波反演方法拓频流程图；图4给出了本实施例多子波反演方法分频约束反演流程图；图5给出了原始地震剖面图；图6给出了原始地震剖面对应的频谱图；图7给出了反Q地震剖面图；图8给出了反Q地震剖面对应的频谱图；图9给出了谱整形地震剖面图；图10给出了谱整形地震剖面对应的频谱图；图11给出了稀疏脉冲反演结果图；图12给出了多子波反演结果图。

本实施例提供一种基于地震分频技术的多子波反演方法及系统，如图2所示，所述方法包括：

S1：通过测井岩石物理分析，获取目标地层的储层敏感参数；

S2：根据储层敏感参数选择对应的地震数据体；

S3：对地震数据体进行拓频得到宽频地震数据；

S4：基于储层敏感参数获得测井敏感参数阻抗曲线，并利用测井敏感参数阻抗曲线生成初始模型；

S5：基于初始模型对宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。

如图3所示，所述对地震数据体进行拓频得到宽频地震数据，包括：

S31：对地震数据体利用Gabor变换进行Q值反演，获得Q值；

由于地下介质是黏弹性非均质性介质，弹性波在其中传播时，将引起地震波的能量衰减和相位频散，改变地震波的能量与波形，降低地震记录分辨率，因此对地震信号进行Q衰减补偿尤为重要。对于反射地震数据，常规的Q值分析方法时比较两个不同深度(或者)时间的地震子波，然而拾取没有其他子波干扰和噪声干涉的“干净”子波比较困难，因此，我们对叠后地震记录利用Gabor变换进行Q值反演，为步骤S32的反Q滤波提供数据保障。

以下为Q值反演原理：

对于反射地震数据，常规的Q值分析方法是比较两个不同深度(或时间)的地震子波，然而拾取没有其它子波和噪声干涉的“干净”子波比较困难。我们对叠后地震记录利用Gabor变换进行Q值反演，利用整个地震记录信息。

对于一个给定的地震道u(t)，我们可以利用Gabor变换产生时变的频谱U(τ,ω)，式中τ为旅行时间，ω为角频率。当仅考虑衰减时，将平面波的振幅表达为：

式中，A₀为τ＝0时的振幅，常数Q^-1为τ＝0和当前时间τ之间的等效Q值。

对于给定振幅衰减度量，我们可以直接用它设计增益曲线补偿振幅谱，然后利用理论补偿函数拟合基于数据的增益曲线，进而估计Q值。虽然增益曲线的设计仅考虑了振幅效应，然而对于获得的Q值，反Q滤波可以同时进行振幅补偿和相位校正。

将一维衰减测量A(χ)(χ＝ωτ)进行中值滤波平滑后，再进行归一化

基于数据的增益曲线设计为：

式中，Λ_d的下标d表示直接由数据导出的增益函数。理论补偿函数表达为：

其中，β(χ,Q)＝exp(-χ/2Q)。最终Q估计转化为最小化问题：

对于多层Q结构模型，基于衰减函数和补偿函数的Q分析方法得到等效Q－1值，可进一步按由均方根速度求取层速度的方法得到层间Q－1值。假定地层Q模型按双程旅行时t_i(i＝1,…,N)分为N层(n＝1,…,N)，可以把等效Q－1值看作为n层地层的均方根Q^-1 _R值，那么由关系可以得到地层第i层的Q－1值，进而得到层间Q值。

本项目在利用Gabor分析得到的均值Q值后，采用内点算法进行层间Q值反演。假定地层按照常Q值分为N层，层间Q值Q_i与均值Q值Q_m的计算公式为：

假定层厚为Δt，则有：

T_m＝(n-1)Δt+cΔt (1-7)

其中cΔt为部分常数层厚Δt，c∈(0,1]，于是按照公式：

构造线性反演矩阵，利用内点算法，由均值Q值进行层间Q值反演。

S32：基于Q值对地震数据进行反Q滤波得到宽频地震数据；

反Q滤波是补偿大地衰减效应的技术，可以有效补偿地震数据的振幅和相位信息，可以有效拓宽地震数据的频带。

以下为反Q滤波原理：

平面波在粘弹介质中传播其单程波解析解为：

P(z+Δz,ω)＝P(z,ω)exp[-jk(ω)Δz] (1-9)

式中，j为虚数单位，ω为角频率，k(ω)为波数。地层的Q效应通过引入复波数表示为：

其中，Q_r，v_r为参考频率的品质因子和相速度，ω_h为调谐参数，γ＝1/πQ。

因此，反Q滤波表达为：

对于Q值随旅行时间连续变化时，将地表波场延拓到时间深度τ有：

其中，γ(τ)＝1/πQ(τ)，进一步变形方程(1.12)得：

式中：

σ²为稳定因子，与实际数据的增益限制G_lim(dB)关系为：

σ²＝exp[-(0.23G_lim+1.63)] (1-15)

为了提高反Q滤波的运算效率，利用Gabor变换在时频域进行反Q滤波。由方程(1-12)对于弹性介质有：

则方程(1.12)变为：

方程(1-17)为基于Gabor变换的反Q滤波方程，对于不同时间深度的波场，对地表地震记录进行Gabor变换，再结合振幅补偿算子及相位补偿算子在时频域进行反Q滤波，对所得的波场P(τ,ω)利用逆Gabor变换可得到经由反Q滤波处理的地震记录p(t)。

在上述基于地震分频技术的多子波反演方法，优选地，还包括：

S33：对宽频地震数据利用谱整形算法进行提频，获得高分辨率的宽频地震数据。

利用谱整形算法进行提频，保证地震数据的高分辨率。通过上述步骤，可以有效拓宽地震数据的带宽，提高地震数据的分辨率。

以下为谱整形原理：采用复赛谱提取子波，准确提取叠前道集混合相位子波，通过用户给定期望子波计算反子波，从而提高道集纵向分辨率的方法。

地震记录与地震子波和反射系数序列的关系可用褶积模型表示为：

x(t)＝W(t)*ζ(t)+n(t) (3-1)

忽略噪声项，式(3-1)在频率域表达为：

x(ω)＝w(ω)ξ(ω) (3-2)

通过对式(3-2)取对数，式(3-2)可转化为线性系统

lnx(ω)＝lnw(ω)+lnξ(ω) (3-3)

对式(3-3)作反傅式变换：

分别称为x(t),w(t),ξ(t)的复赛谱序列。

由于子波和反射系数序列“平滑度”的差别，子波的复赛谱一般在原点附近，而反射序列的复赛谱远离原点，基于这种认识，在复赛谱设计低通滤波器就可以在复赛谱中实现子波和反射系数的分离。

即用对井旁道时间域的复赛谱序列进行低通滤波得到子波的复赛谱序列，相当于在零值附近进行截取得到

对

做fft变换(快速傅里叶变换)得到频率域的复赛谱

由于

可得到

根据如下关系式可得到提取子波的频谱w(ω)为：

一般情况下，将φ_w赋为0，然后对w(ω)做ifft变换(快速傅里叶反变换)，就得到井旁道提取的零相位子波w₀(t)。

所述基于初始模型对宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体，包括：

基于初始模型对高分辨率的宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。

如图4所示，所述基于初始模型对高分辨率的宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，包括：

S51：采用基于匹配追踪的地震数据分频技术对高分辨率的宽频地震数据进行分频，获得分频地震数据；

对地震数据进行分频，是为了保证分频剖面可以进行后续的工作，分频结果要具有子波含义。目前地震资料中常见的两种分频技术，带通滤波分频和Morlet小波分频，Morlet小波变换具有优良的时频局部化性质，可将地震信号分解成一系列具有中心频率的窄带信号，较好的实现不同尺度地震信号的分离，被广泛用于地震分频处理中。但是Morlet小波变换方法得到的同频率剖面存在调谐效应，产生平行同相轴等假象。

利用匹配追踪时频原子构建的同频率剖面有效避免了常规以滤波机制为基础的分频方法造成的平行同相轴假象，同时分频结果有和原始剖面一样的雷克子波含义，适用于后续的反演工作，因此这一步采用基于匹配追踪的地震数据分频技术。

S52：对分频地震数据进行构造导向滤波处理，提高分频地震数据的信噪比，获得具有高信噪比的分频地震数据；

为了保证数据的信噪比，分别对分频剖面进行构造导向滤波，构造导向滤波可以有效地抑制随机噪声，增强同相轴的一致连续性，同时保持原始地震图像的结果信息。

S53：基于初始模型，对具有高信噪比的分频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。

基于多子波反演这样的一个思路，本发明给出了一个合理的技术方案，该技术方案并非实现多子波反演的唯一流程，其中分频约束反演方法中分频可以用其他带有子波意义的分频方法做替代，同时地震反演方法也可以通过其他例如融合反演做替换。

以某实际资料为例：

该工区储层较薄，横向非均质性强，井上储层呈现低阻特征，所以阻抗反演适用。常规地震反演方法分辨率低，无法识别储层，因此采用多子波高分辨反演方法。

如图5所示为原始地震资料，地震资料主频20hz，频带较窄，分辨率低是主要矛盾。因此采用多道反Q滤波+提频的方式拓宽原始地震的有效频带范围。

如图7所示，对比图5可看到经过反Q滤波以后，地震数据的振幅一致性变好，在此基础上，进行谱整形提频，如图9所示，经过反Q+谱整形提频，提高了地震数据分辨率的同时也保持了地震剖面的横向连续性。

为了进行对比，分别进行了传统地震反演和多子波反演，如图11所示为传统地震反演的结果，图12为多子波反演的结果，对比发现，多子波反演方法在保持了和传统反演方法一致的趋势之外，其分辨率较传统反演高出一倍以上的分辨率，对本工区的储层预测有效。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于地震分频技术的多子波反演方法，其特征在于，包括：

通过测井岩石物理分析，获取目标地层的储层敏感参数；

根据储层敏感参数选择对应的地震数据体；

对地震数据体进行拓频得到宽频地震数据；

基于储层敏感参数获得测井敏感参数阻抗曲线，并利用测井敏感参数阻抗曲线生成初始模型；

基于初始模型对宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。

2.根据权利要求1所述的一种基于地震分频技术的多子波反演方法，其特征在于，所述对地震数据体进行拓频得到宽频地震数据，包括：

对地震数据体利用Gabor变换进行Q值反演，获得Q值；

基于Q值对地震数据进行反Q滤波得到宽频地震数据。

3.根据权利要求2所述的一种基于地震分频技术的多子波反演方法，其特征在于，还包括对宽频地震数据利用谱整形算法进行提频，获得高分辨率的宽频地震数据；

所述基于初始模型对宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体，包括：

基于初始模型对高分辨率的宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。

4.根据权利要求3所述的一种基于地震分频技术的多子波反演方法，其特征在于，所述基于初始模型对高分辨率的宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，包括：

采用基于匹配追踪的地震数据分频技术对高分辨率的宽频地震数据进行分频，获得分频地震数据；

对分频地震数据进行构造导向滤波处理，提高分频地震数据的信噪比，获得具有高信噪比的分频地震数据；

基于初始模型，对具有高信噪比的分频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。

5.根据权利要求2所述的一种基于地震分频技术的多子波反演方法，其特征在于，所述Q值包括层间Q值和均值Q值；所述层间Q值表示为Q_i；所述均值Q值表示为Q_m；

所述层间Q值Q_i的计算公式如下：

其中，Q_i为层间Q值，i表示层数，t表示时间，Q^-1 _R为n层地层的均方根。

6.根据权利要求5所述的一种基于地震分频技术的多子波反演方法，其特征在于，所述均值Q值Q_m的计算公式如下：

其中，Q_m为均值Q值，c∈(0,1]，i表示层数。

7.根据权利要求2所述的一种基于地震分频技术的多子波反演方法，其特征在于，所述基于Q值对地震数据进行反Q滤波得到宽频地震数据；其中，反Q滤波表达为：

其中，P(τ,ω)为波场，ω为角频率，ω_h为调谐参数，τ为旅行时间，对所得波场P(τ,ω)利用逆Gabor变换可得到由反Q滤波处理的地震记录p(t)。

8.一种基于地震分频技术的多子波反演系统，其特征在于，包括：

储层参数获取模块，用于通过测井岩石物理分析，获取目标地层的储层敏感参数；

参数筛选模块，用于根据储层敏感参数选择对应的地震数据体；

拓频模块，对地震数据体进行拓频得到宽频地震数据；

模型生成模块，用于基于储层敏感参数获得测井敏感参数阻抗曲线，并利用测井敏感参数阻抗曲线生成初始模型；

分频约束反演模块，用于基于初始模型对宽频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。

9.根据权利要求8所述的一种基于地震分频技术的多子波反演系统，其特征在于，所述拓频模块包括：

Q值获取模块，用于对地震数据体利用Gabor变换进行Q值反演，获得Q值；

拓频地震数据获取模块，用于对地震数据在已有Q值的基础上进行反Q滤波得到宽频地震数据；

谱整形模块，用于利用谱整形算法对宽频地震数据进行提频，获得高分辨率的宽频地震数据。

10.根据权利要求8所述的一种基于地震分频技术的多子波反演系统，其特征在于，所述分频约束反演模块包括：

分频剖面获取模块，用于采用基于匹配追踪的地震数据分频技术对高分辨率的宽频地震数据进行分频，获得分频地震数据；

导向滤波构造模块，用于对分频地震数据进行构造导向滤波处理，提高分频地震数据的信噪比，获得具有高信噪比的分频地震数据；

反演数据体获取模块，用于对具有高信噪比的分频地震数据从低频向高频进行逐级融合的方法进行分频约束反演，获得多子波反演数据体。

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