WO2025123774A1 - 地层品质因子提取方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

地层品质因子提取方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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秦龙
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Definitions

  • the present invention belongs to the technical field of seismic data processing, and specifically relates to a formation quality factor extraction method, a formation quality factor extraction device, a device and a machine-readable storage medium.
  • the energy loss during the propagation of seismic waves in the earth's medium There is energy loss during the propagation of seismic waves in the earth's medium. There are three main types of energy loss. The first is spherical diffusion, that is, the farther the distance the seismic wave propagates, the weaker the amplitude of the seismic wave. This energy loss does not change due to the different frequencies of the seismic wave, but is only related to factors such as the propagation distance. The propagation process will not cause the frequency of the seismic wave to decrease. The second is due to the friction between the media, which causes energy loss. This part of the loss is related to the frequency, that is, high-frequency seismic waves decay quickly, and low-frequency seismic waves decay slowly, forming a situation where the main frequency of the seismic wave decreases with the increase of the propagation distance. The third is scattering attenuation.
  • the second loss namely absorption attenuation
  • the formation quality factor is usually used as a quantitative evaluation parameter.
  • the absorption attenuation coefficient is equal to the inverse of the formation quality factor.
  • the first is rock physics testing
  • the second is to extract through ground seismic data
  • the third is to extract through VSP (vertical seismic profile) well data.
  • the first method is relatively expensive and rare (few rock samples are taken).
  • the second method has low analysis accuracy and insufficient reliability due to various reflections, multiple reflections, and overlapping reflection information of multiple layers.
  • the third method is currently the most common and effective method in seismic exploration data processing.
  • the formation quality factor Q value extraction method based on VSP well data often adopts the peak frequency shift method, spectral ratio method, frequency center of gravity movement method, etc.
  • the peak frequency shift method is based on the basic principle that the frequency of seismic waves decreases as the propagation distance increases.
  • This method has the following shortcomings: 1) The peak frequency is difficult to accurately determine due to the mixing of the first arrival wave and other waves; 2) A slight change in the peak frequency will lead to a large or even huge change in the Q value; 3) The basic formula for calculating the Q value by the peak frequency shift method is approximate, and the error is large for strongly absorbing and attenuating media (i.e., Q values below 20).
  • the spectrum ratio method is based on the basic principle that the high-frequency band frequency of seismic waves decreases as the propagation distance increases. The ratio on the amplitude spectrum approximates a linear function.
  • FIG3 is a diagram showing the first arrival wave extraction result without clutter removal
  • FIG4 is a diagram showing the first arrival wave extraction result when the clutter removal is not precise
  • FIG5 is a diagram showing the first arrival wave extraction result when fine excision is performed based on the first preset rule
  • FIG6 is a schematic diagram of velocity stratification
  • FIG7 is a schematic diagram of the results of amplitude curve fitting
  • the velocity stratification of the first arrival wave data can be performed using a known velocity stratification model or algorithm module in a common embodiment, for example:
  • Layering is performed according to the smoothed layer velocity, and the depth interval of each layer is obtained after layering.
  • layering for example, interactive operation or automatic calculation of layering by using intra-layer difference, ordered clustering, extreme value variance clustering, etc. can be used. This embodiment does not describe this part in detail.
  • the first arrival wave when extracting first arrival wave data from the P component data of the VSP well data, the first arrival wave can be intercepted and filtered using the first arrival wave preprocessing method in the common embodiment.
  • the first arrival wave preprocessing method in the general embodiment is further The following improvements were made, specifically:
  • a transition zone is set according to time point t 1 and time point t 2 , and the transition zone interval is represented as taper;
  • the amplitude of the first arrival wave in t ⁇ t 1 -taper and t>t 2 +taper is set to 0, the amplitude of the first arrival wave in t 1 ⁇ t ⁇ t 2 remains unchanged, the amplitude of the first arrival wave in t 1 -taper ⁇ t ⁇ t 1 is multiplied by the coefficient k 1 , and the amplitude of the first arrival wave in t 2 ⁇ t ⁇ t 2 +taper is multiplied by the coefficient k 2 ;
  • k 1 (tt 1 +taper)/taper
  • k 2 (t 2 -t+taper)/taper
  • the value of the taper can be preset to 5 or 10.
  • S201 specifically includes the following sub-steps:
  • the expression of Fourier transform is f(x, t) represents the first arrival wave data received by the layer, T_max represents the maximum time interval of the first arrival wave received by each acquisition depth x i in the layer, w represents the frequency, and F(x i , w) represents the frequency domain expression of f(x, t);
  • the narrow band range near the main frequency is w 0 - ⁇ w ⁇ w 0 + ⁇ w, w 0 represents the main frequency of the first arrival wave data of the layer, and ⁇ w is greater than 0.
  • , j 1,2,...n, Wj represents a determined frequency in the narrow band range near the main frequency, and n represents the number of determined frequencies.
  • the fitting amplitude curve is a minimum error curve obtained based on, for example, the least squares method, and can be expressed as Fitness represents the fitting curve function, that is, the relationship curve between the main frequency amplitude value corresponding to each acquisition depth and the acquisition depth.
  • the fitting amplitude curve will be inaccurate.
  • the mean value of the amplitude value in the effective frequency band is calculated to overcome the above problem, thereby improving the accuracy of the fitting amplitude curve.
  • the value of ⁇ w can be empirically determined according to the specific application scenario. For example, the value range of ⁇ w is preferably 2 to 5, and ⁇ w can be 2 or 5.
  • the main frequency amplitude value corresponding to each acquisition depth is subjected to curve fitting in a logarithmic coordinate system according to the acquisition depth.
  • the amplitude value and the acquisition depth have a very obvious linear characteristic in the logarithmic coordinate system.
  • Formula 2 when the attenuation factor corresponding to the layer is obtained according to the starting depth amplitude value, the ending depth amplitude value, the depth interval of the layer and the layer velocity, Formula 2 is used for calculation:
  • ⁇ represents the attenuation factor
  • V represents the layer velocity
  • ⁇ x represents the depth interval of the layer.
  • Formula 3 when calculating the formation quality factor of the layer according to the attenuation factor corresponding to the layer and the main frequency information of the layer, Formula 3 is used for calculation:
  • Q represents the formation quality factor
  • ⁇ represents the attenuation factor
  • W represents the main frequency of the layer.
  • Formula 4 can be equivalent to:
  • Formula 5 can be equivalent to:
  • the attenuation factor is calculated as:
  • the formation quality factor extracted by combining the fitted amplitude curve, Formula 2 and Formula 3 is an accurate calculation method based on the physical definition of the Q value. Compared with the approximate formula used in the traditional extraction method in the background technology, it achieves a theoretical error of 0.
  • the AmpFit curve is a schematic diagram of the Q value obtained by the formation quality factor extraction method implemented in this embodiment
  • the PeakFreFit curve is a schematic diagram of the Q value obtained by the traditional peak frequency shift method in the background technology.
  • the present invention also provides a formation quality factor extraction device, which specifically includes a first-arrival wave extraction module, a velocity stratification module, an amplitude curve fitting module, an attenuation factor calculation module and a formation quality factor calculation module.
  • the velocity stratification module is respectively connected to the first-arrival wave extraction module and the amplitude curve fitting module
  • the attenuation factor calculation module is respectively connected to the amplitude curve fitting module and the formation quality factor calculation module.
  • the first arrival wave extraction module is used to obtain VSP well data after observation system loading, abnormal amplitude attenuation, and three-component azimuth rotation, and extract the first arrival wave data from the P component data of the VSP well data.
  • the velocity stratification module is used to perform velocity stratification on the first arrival wave data extracted from the VSP well data, and obtain the layer velocity and depth interval of each layer after velocity stratification.
  • the amplitude curve fitting module is used to perform the amplitude curve fitting process for each layer to obtain the fitting amplitude curve corresponding to each layer.
  • the attenuation factor calculation module is used to determine the starting depth amplitude value and the ending depth amplitude value of the first arrival wave of the layer using the fitting amplitude curve corresponding to the layer, and obtain the attenuation factor corresponding to the layer according to the starting depth amplitude value, the ending depth amplitude value, the depth interval and the layer velocity of the layer.
  • the formation quality factor calculation module is used to calculate the formation quality factor of the layer according to the attenuation factor corresponding to the layer and the main frequency information of the layer.
  • the amplitude curve fitting process is specifically as follows: performing time-frequency transformation on the first-arrival wave data received at the layer to obtain the amplitude value of each acquisition depth in the first-arrival wave data, and performing curve fitting on the amplitude value of the main frequency single frequency of the first-arrival wave data in the frequency domain, or in a narrow band range near the main frequency, according to the acquisition depth to obtain the fitting amplitude curve corresponding to the layer.
  • the formation quality factor calculation module calculates the formation quality factor of the layer according to the attenuation factor corresponding to the layer and the main frequency information of the layer
  • the following formula is used for calculation: Among them, Q represents the formation quality factor, ⁇ represents the attenuation factor, and W represents the main frequency of the layer.
  • the amplitude curve fitting module executes the amplitude curve fitting process
  • the first arrival wave data received at the layer is subjected to time-frequency transformation to obtain the amplitude value of each acquisition depth in the first arrival wave data
  • the amplitude value of the first arrival wave data in the main frequency single frequency or the narrow band range near the main frequency in the frequency domain is subjected to curve fitting according to the acquisition depth to obtain the fitting amplitude curve corresponding to the layer.
  • Performing Fourier transformation on the first arrival wave data received at the layer obtains the frequency domain expression of the first arrival wave data at each acquisition depth in the layer;
  • the amplitude value of the main frequency single frequency of the first arrival wave data in the frequency domain, or the average value of each amplitude value in the narrow band range near the main frequency is determined according to the frequency domain expression, and the amplitude value of the main frequency single frequency or the average value is determined as the main frequency amplitude value corresponding to the acquisition depth.
  • the narrow band range near the main frequency is w 0 - ⁇ w to w 0 + ⁇ w, w 0 represents the main frequency of the first arrival wave data of the layer, and ⁇ w is greater than 0;
  • the main frequency amplitude value corresponding to each acquisition depth is subjected to curve fitting according to the acquisition depth to obtain a fitting amplitude curve.
  • curve fitting is performed in a logarithmic coordinate system on the main frequency amplitude value corresponding to each acquisition depth according to the acquisition depth.
  • the value range of ⁇ w is 2-5.
  • the first arrival wave extraction module extracts the first arrival wave data from the VSP well data
  • the first arrival wave amplitude is picked up and cut off according to the first preset rule.
  • the first preset rule is specifically:
  • a transition zone is set according to time point t 1 and time point t 2 , and the transition zone interval is represented as taper;
  • the present invention also provides a device, which specifically includes a memory, a processor, and a computer program stored in the memory and executable on the processor.
  • a device which specifically includes a memory, a processor, and a computer program stored in the memory and executable on the processor.
  • the processor executes the computer program, the formation quality factor extraction method mentioned in the above embodiment can be implemented.
  • the present invention also provides a machine-readable storage medium having a computer program stored thereon, which can implement the formation quality factor extraction method mentioned in the above embodiment when the computer program is executed by a processor.

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Abstract

本发明提供了一种地层品质因子提取方法、装置、设备及存储介质，属于石油地震勘探资料处理技术领域。所述方法包括：从VSP井资料中提取初至波数据，并对初至波数据进行速度分层；针对每个层位，执行振幅曲线拟合过程，得到每个层位对应的拟合振幅曲线；利用每个层位对应的拟合振幅曲线确定该层位初至波的起始深度振幅值和终止深度振幅值，并根据该起始深度振幅值、终止深度振幅值、该层位的深度间隔和层速度求取该层位对应的衰减因子；根据层位对应的衰减因子和该层位的主频信息计算得到该层位的地层品质因子。本发明结合了各层位的多点振幅曲线拟合、衰减因子和Q值的精确计算公式，实现了高准确度、高稳定性和高便捷性的Q值提取。

Description

地层品质因子提取方法、装置、设备及存储介质 技术领域
本发明属于地震资料处理技术领域，具体地涉及一种地层品质因子提取方法、一种地层品质因子提取装置、一种设备及一种机器可读存储介质。
背景技术
地震波在地球介质中传播过程中，存在能量损失。能量损失主要有三种情况。第一种是球面扩散，就是地震波传播的距离越远，地震波的振幅就越弱，这种能量损失不因地震波的不同频率而改变，只与传播距离等因素有关，传播过程中不会导致地震波的频率降低。第二种是由于介质之间的摩擦，导致能量损失，这部分的损失与频率有关，即高频地震波衰减快，低频地震波衰减慢，形成地震波的主频随传播距离的增加而降低的情况。第三种是散射衰减，这部分的损失在强烈非均匀介质中非常明显，在层状介质为主的地球中，不是主要关注对象。在石油地震勘探资料处理领域，主要针对第二种损失，即吸收衰减。为了定量反映地震波在地层中传播过程中的衰减强弱，通常采用地层品质因子作为定量评价参数，在地球物理中，吸收衰减系数等于地层品质因子的倒数。在通常的地面地震勘探中，由于吸收衰减的影响，随着反射时间的增加(传播深度的增加)，地震波主频逐渐降低，导致深层的地震波的分辨能力也逐渐降低，不利于识别深层的各种地质层位。在地震勘探资料处理解释过程中，常常通过两种方式来克服分辨率降低。一种是反褶积方式，另外一种是吸收衰减补偿方式。吸收衰减补偿在地震勘探资料处理中是一个非常重要的环节，该环节中最重要的是如何获取准确的地层品质因子，即Q值，准确的Q值是吸收衰减补偿的基石。
针对地层品质因子Q值提取，通常有三种途径，第一种是岩石物理试验，第二种是通过地面地震资料来提取，第三种是通过VSP(垂直地震剖面)井资料来提取。第一种方式较为昂贵且稀少(岩石取样少)。第二种方式因各种反射、多次反射，多层位反射信息重叠叠加，导致分析的精度较低，可靠性不够。第三种方式是目前地震勘探资料处理中最常见且最有效的方式。目前，基于VSP井资料的地层品质因子Q值提取方法常常采用峰值频移法、谱比法、频率重心移动法等。峰值频移法基于地震波随传播距离而增加地震波频率降低这一基本原理，此种方法存在以下不足：1)峰值频率因初至波和其它波的混合难以准确确定；2) 峰值频率的轻微变化，会导致Q值出现较大、甚至巨大的变化；3)峰值频移法进行Q值计算的基础公式是近似的，对强吸收衰减介质(即Q值低于20的)误差很大。谱比法基于地震波随传播距离增加而地震波的高频段频率会降低这一基本原理，在振幅谱上的比值近似线性函数，此种方法存在以下不足：1)因初至波和其它波的混合，使得振幅谱随频率产生剧烈变化，因此需要较为干净的振幅谱；2)线性函数的逼近，在很多情况下，凭使用者的经验，具有较大的随意性；3)同峰值频移法的近似一样，对强吸收衰减介质(即Q值低于20的)误差很大。频率重心移动法基于地震波随传播距离增加而地震波的频谱的重心会出现向低频移动的特点，此种方法存在以下不足：1)计算繁琐，复杂度高；2)当地震数据含有随机噪声时，该方法受制于积分频带的选取，稳健性不足，选择不同的频带，估算的Q值往往差异很大；3)该方法是在假设地震波的振幅谱或能量谱形态满足高斯型等前提下推导出来的，实际地震波振幅谱的形态与该假设存在一定的差异，因此该方法估算的Q值精度较低。图1为速度在800m/s、频率为40Hz时采用峰值频移法、谱比法和频率重心移动法的Q值估算误差，在Q值低于20的情况下，上述Q值估算方法的误差较大，在极端情况下误差高达50％～70％，而且出现了估算Q值低于最低极限6.283的情况。
基于上述各种算法的不足，对本领域技术人员而言，针对地层品质因子Q值的有效提取方法的研究实现很有必要。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种地层品质因子提取方法、装置、设备及存储介质，用以解决背景技术中所提出的基于VSP井资料的峰值频移法、谱比法和频率重心移动法等存在的一项或多项缺陷。
为了实现上述目的，本发明实施例的第一方面提供一种地层品质因子提取方法，所述方法包括：
从VSP井资料中提取初至波数据，并对初至波数据进行速度分层，速度分层后得到各个层位的层速度和深度间隔；
针对每个层位，执行振幅曲线拟合过程，得到每个层位对应的拟合振幅曲线；
利用层位对应的拟合振幅曲线确定该层位初至波的起始深度振幅值和终止深度振幅值，并根据该起始深度振幅值、终止深度振幅值、该层位的深度间隔和层速度求取该层位对应的衰减因子；
根据层位对应的衰减因子和该层位的主频信息计算得到该层位的地层品质 因子。
可选的，所述振幅曲线拟合过程具体为：
对在层位接收到的初至波数据进行时频变换，得到初至波数据中各个采集深度的振幅值，对初至波数据在频率域的主频单频、或主频附近窄带范围内的振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到该层位对应的拟合振幅曲线。
可选的，所述根据该起始深度振幅值、终止深度振幅值、该层位的深度间隔和层速度求取该层位对应的衰减因子时，采用如下公式进行计算：
其中，α表示衰减因子，V表示层速度，表示终止深度振幅值，表示起始深度振幅值，Δx表示该层位的深度间隔。
可选的，所述根据层位对应的衰减因子和该层位的主频信息计算得到该层位的地层品质因子时，采用如下公式进行计算：
其中，Q表示地层品质因子，α表示衰减因子，W表示该层位的主频率。
可选的，所述对在层位接收到的初至波数据进行时频变换，得到初至波数据中各个采集深度的振幅值，对初至波数据在频率域的主频单频、或主频附近窄带范围内的振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到该层位对应的拟合振幅曲线，具体为：
选择在该层位接收到的初至波数据；
对该层位接收到的初至波数据进行傅里叶变换后得到该初至波数据在该层位内各个采集深度的频域表达；
针对每个采集深度，根据所述频域表达确定初至波数据在频率域的主频单频的振幅值、或主频附近窄带范围内各个振幅值的均值，并将主频单频的振幅值或该均值确定为该采集深度对应的主频振幅值，所述主频附近窄带范围为 w0-Δw～w0+Δw，w0表示该层位初至波数据的主频率，Δw大于0；
对各个采集深度对应的主频振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到拟合振幅曲线。
可选的，对各个采集深度对应的主频振幅值按照采集深度进行对数坐标系下的曲线拟合。
可选的，所述Δw的取值范围为2～5。
可选的，所述从VSP井资料中提取初至波数据时，按照第一预设规则进行初至波振幅拾取和切除，所述第一预设规则具体为：
在从VSP井资料中拾取到初至波峰值振幅时间t后，根据峰值振幅时间t向上移动，移动时间点为第二个正负变化的时间点t1；
根据峰值振幅时间t向下移动，移动时间点为第一个或第二个正负变化的时间点t2；
根据时间点t1和时间点t2设置过渡带，过渡带间隔表示为taper；
将t<t1-taper和t>t2+taper内的初至波的振幅设为0，t1<t<t2内的初至波振幅保持不变，t1-taper<t<t1内的初至波振幅乘以系数k1，t2<t<t2+taper内的初至波振幅乘以系数k2；
其中，k1＝(t-t1+taper)/taper；k2＝(t2-t+taper)/taper。
本发明实施例的第二方面提供一种地层品质因子提取装置，包括：
初至波提取模块，用于从VSP井资料中提取初至波数据；
速度分层模块，用于对从VSP井资料中提取到的初至波数据进行速度分层，速度分层后得到每个层位的层速度和深度间隔；
振幅曲线拟合模块，用于针对每个层位执行振幅曲线拟合过程，得到每个层位对应的拟合振幅曲线；
衰减因子计算模块，用于利用层位对应的拟合振幅曲线确定该层位初至波的起始深度振幅值和终止深度振幅值，并根据该起始深度振幅值、终止深度振幅值、该层位的深度间隔和层速度求取该层位对应的衰减因子；
地层品质因子计算模块，用于根据层位对应的衰减因子和该层位的主频信息计算得到该层位的地层品质因子。
本发明实施例的第三方面还提供一种设备，所述设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行 所述程序时实现如本发明实施例的第一方面所述的地层品质因子提取方法。
本发明实施例的第四方面还提供一种机器可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例的第一方面所述的地层品质因子提取方法。
可知的，地层品质因子Q值的物理定义为单频波传播一个波长的能量衰减比值(即：单位波长内的能量相对衰减量)，背景技术中提到的传统谱比法、峰值频移法和频率重心移动法为方便Q值计算常采用近似公式此种近似公式在应对强吸收衰减介质的Q值估算时存在较大的误差，通过理论计算可知，其误差高达50～70％，此外，如谱比法、峰值平移法等在进行Q值估算时，在近地表吸收衰减过程中会出现估算Q值低于最低极限6.283的情况，而且这种情况在近地表Q值估计时经常出现，然而本发明采用基于Q值物理定义的精确计算公式，在理论上误差为0。与此同时，传统谱比法、峰值频移法和频率重心移动法大多采用每个层位逐点计算的方式，每个层位计算得到的Q值对数据源的变化非常敏感，从而导致所提取到的Q值不稳定，本发明在进行每个层位的Q值计算时，均采用多点拟合的技术构思进行振幅曲线的拟合，自动剔除了数据源中存在的大误差数据，此种基于回归统计的方式获得的Q值更为稳健；
综上所述，本发明将VSP井资料作为地层品质因子提取的数据源，提取时结合了精确的Q值计算公式和回归统计方法，实现了高精度、高稳定度和高便捷性的Q值提取。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1为背景技术中提出的常规Q值提取方法采用近似公式进行Q值估算所产生的误差示意图；
图2为实施例实现的地层品质因子提取方法的一种示意性流程图；
图3为未进行杂波切除的初至波提取结果图；
图4为杂波切除不精细时的初至波提取结果图；
图5为基于第一预设规则进行精细切除时的初至波提取结果图；
图6为速度分层的一种示意图；
图7为振幅曲线拟合的结果示意图；
图8为实施例所得到的地层品质因子与采用峰值频移法所得到的地层品质因子对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
参阅图2，本发明实施例一方面提出了一种地层品质因子提取方法，具体包括下述实施步骤：
S100.获取经观测系统加载、异常振幅衰减、三分量方位旋转后的VSP井资料，从VSP井资料的P分量数据中提取初至波数据，并对初至波数据进行速度分层，速度分层后得到各个层位的层速度和深度间隔。每个层位的深度间隔是指该层位终止深度和起始深度之间的差值。
其中，结合图6所示，对初至波数据进行速度分层，可采用普通实施例中的已知速度分层模型或算法模块进行，例如：
S01.根据初至波数据计算层速度，计算公式如式一所示：
V＝(Depth(i)-Depth(i-1))/(t(i)-t(i-1))(式一)；
其中，Depth(i)表示采集深度i，Depth(i-1)表示采集深度i-1，t(i)表示采集深度i处获取到初至波数据的时间，t(i-1)表示采集深度i-1处获取到初至波数据的时间。
S02.对计算出的层速度进行平滑处理。
S03.根据平滑处理后的层速度进行分层，分层后得到各个层位的深度间隔。分层时可采用例如交互操作或利用层内差异、有序聚类、极值方差聚类等方法进行分层的自动计算，本实施例对该部分内容不进行详细描述。
此外，从VSP井资料的P分量数据中提取初至波数据时，对初至波的截取和滤波可采用普通实施例中的初至波预处理方法进行。
示例性地，在一个具体实施例中，对普通实施例中的初至波预处理方法进 行了如下改进，具体为：
S100.获取经观测系统加载、异常振幅衰减、三分量方位旋转后的VSP井资料，从VSP井资料的P分量数据中提取初至波数据，并对初至波数据进行速度分层，速度分层后得到各个层位的层速度和深度间隔；
其中，从VSP井资料的P分量数据中提取初至波数据时，按照第一预设规则进行初至波振幅拾取和切除，第一预设规则为一种精细化的初至波波形截取和滤波规则。具体的，第一预设规则具体是指：
在从VSP井资料中拾取到初至波峰值振幅时间t后，根据峰值振幅时间t向上移动，移动时间点为第二个正负变化的时间点t1；
根据峰值振幅时间t向下移动，移动时间点为第一个或第二个正负变化的时间点t2；
根据时间点t1和时间点t2设置过渡带，过渡带间隔表示为taper；
将t<t1-taper和t>t2+taper内的初至波的振幅设为0，t1<t<t2内的初至波振幅保持不变，t1-taper<t<t1内的初至波振幅乘以系数k1，t2<t<t2+taper内的初至波振幅乘以系数k2；
其中，k1＝(t-t1+taper)/taper；k2＝(t2-t+taper)/taper。
优选地，上述taper的取值可以预设为5或10。
图3～5依次示出了未进行杂波切除的初至波提取结果图、杂波切除不精细得到的初至波提取结果图以及基于上述第一预设规则进行精细切除得到的初至波提取结果图，相比现有技术未进行杂波切除或杂波切除不精细而言，按照第一预设规则进行初至波的拾取和切除，滤除了初至波数据中的杂波干扰，有效地支撑了后续地层品质因子的提取精度。
S200.针对每个层位，执行振幅曲线拟合过程，得到每个层位对应的拟合振幅曲线。
其中，振幅曲线拟合过程具体为：
S201.对在层位接收到的初至波数据进行时频变换，得到初至波数据中各个采集深度的振幅值，对初至波数据在频率域的主频单频、或主频附近窄带范围内的振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到该层位对应的拟合振幅曲线。
示例性地，在一个实施例中，S201具体包括如下子步骤：
S001.选择在该层位接收到的初至波数据。
S002.对该层位接收到的初至波数据进行傅里叶变换后得到该初至波数据在该层位内各个采集深度的频域表达。
其中，傅里叶变换的表达式为f(x,t)表示该层位接收到的初至波数据，T_max表示该层位内各个采集深度xi接收到初至波的最大时间间隔，w表示频率，F(xi，w)表示f(x,t)的频域表达；
S003.针对每个采集深度，根据上述频域表达确定初至波数据在频率域的主频单频的振幅值、或主频附近窄带范围内各个振幅值的均值，并将主频单频的振幅值或该均值确定为该采集深度对应的主频振幅值，主频附近窄带范围为w0-Δw～w0+Δw，w0表示该层位初至波数据的主频率，Δw大于0。其中，主频附近窄带范围内的各个振幅值表示为A(xi,wj)＝|F(xi,wj)|,j＝1,2,...n，Wj表示主频附近窄带范围内的一个确定频率，n表示确定频率的个数。
S004.对各个采集深度对应的主频振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到拟合振幅曲线。拟合振幅曲线为基于例如最小二乘法所获取的最小误差曲线，可表示为fitness表示拟合曲线函数，即各个采集深度对应的主频振幅值与采集深度之间的关系曲线。
在受频率偏移等影响下，若直接选取主频单频的振幅值进行振幅曲线拟合，会导致拟合振幅曲线不准确的问题，通过选取以层位初至波数据的主频率为中心的有效频带(主频附近窄带)，进行有效频带内振幅值的均值计算较好地克服了上述问题，从而提升了拟合振幅曲线的准确度，其中Δw的取值可根据具体应用场景进行经验取值，例如Δw的取值范围优选为2～5，Δw可以取值2或5。
示例性地，在一个实施例中：
S004.对各个采集深度对应的主频振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到拟合振幅曲线；
其中，对各个采集深度对应的主频振幅值按照采集深度进行对数坐标系下的曲线拟合。如图7所示，基于各个采集深度对应的主频振幅值随着采集深度呈指数衰减的特征，在对数坐标系下振幅值和采集深度具有十分明显的线性特征， 通过对数坐标系下的拟合，较好的消除了振幅异常点，提升了振幅曲线拟合的精度。
S300.利用层位对应的拟合振幅曲线确定该层位初至波的起始深度振幅值和终止深度振幅值，并根据该起始深度振幅值、终止深度振幅值、该层位的深度间隔和层速度求取该层位对应的衰减因子。
示例性地，在一个实施例中，根据该起始深度振幅值、终止深度振幅值、该层位的深度间隔和层速度求取该层位对应的衰减因子时，采用式二进行计算：
其中，α表示衰减因子，V表示层速度，表示终止深度振幅值，表示起始深度振幅值，Δx表示该层位的深度间隔。
S400.根据层位对应的衰减因子和该层位的主频信息计算得到该层位的地层品质因子。
示例性地，在一个实施例中，根据层位对应的衰减因子和该层位的主频信息计算得到该层位的地层品质因子时，采用式三进行计算：
其中，Q表示地层品质因子，α表示衰减因子，W表示该层位的主频率。
基于地层品质因子Q值的物理定义，地层品质因子Q值的计算公式为
式四可等价为：
式五可等价为：
基于拟合振幅曲线，衰减因子的计算公式为：
通过结合拟合振幅曲线、式二和式三所提取得到的地层品质因子，为一种基于Q值物理定义的精确计算方式，相比背景技术中传统提取方法采用的近似公式而言，达到理论上的0误差。
结合图8所示，AmpFit曲线为采用本实施例所实现的地层品质因子提取方法所得到的Q值示意，PeakFreFit曲线为采用背景技术中的传统峰值频移法所得到的Q值示意，对比可知，AmpFit曲线更加稳健。
本发明另一方面还提供一种地层品质因子提取装置，具体包括初至波提取模块、速度分层模块、振幅曲线拟合模块、衰减因子计算模块和地层品质因子计算模块，速度分层模块分别与初至波提取模块和振幅曲线拟合模块连接，衰减因子计算模块分别与振幅曲线拟合模块和地层品质因子计算模块连接。
具体的，初至波提取模块用于获取经观测系统加载、异常振幅衰减、三分量方位旋转后的VSP井资料，从VSP井资料的P分量数据中提取初至波数据。速度分层模块用于对从VSP井资料中提取到的初至波数据进行速度分层，速度分层后得到每个层位的层速度和深度间隔。振幅曲线拟合模块用于针对每个层位执行振幅曲线拟合过程，得到每个层位对应的拟合振幅曲线。衰减因子计算模块用于利用层位对应的拟合振幅曲线确定该层位初至波的起始深度振幅值和终止深度振幅值，并根据该起始深度振幅值、终止深度振幅值、该层位的深度间隔和层速度求取该层位对应的衰减因子。地层品质因子计算模块用于根据层位对应的衰减因子和该层位的主频信息计算得到该层位的地层品质因子。
优选地，振幅曲线拟合过程具体为：对在层位接收到的初至波数据进行时频变换，得到初至波数据中各个采集深度的振幅值，对初至波数据在频率域的主频单频、或主频附近窄带范围内的振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到该层位对应的拟合振幅曲线。
优选地，衰减因子计算模块根据该起始深度振幅值、终止深度振幅值、该 层位的深度间隔和层速度求取该层位对应的衰减因子时，采用如下公式进行计算：其中，α表示衰减因子，V表示层速度，表示终止深度振幅值，表示起始深度振幅值，Δx表示该层位的深度间隔。
优选地，地层品质因子计算模块根据层位对应的衰减因子和该层位的主频信息计算得到该层位的地层品质因子时，采用如下公式进行计算：其中，Q表示地层品质因子，α表示衰减因子，W表示该层位的主频率。
优选地，振幅曲线拟合模块执行振幅曲线拟合过程时，对在层位接收到的初至波数据进行时频变换，得到初至波数据中各个采集深度的振幅值，对初至波数据在频率域的主频单频、或主频附近窄带范围内的振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到该层位对应的拟合振幅曲线，具体过程为：
选择在该层位接收到的初至波数据；
对该层位接收到的初至波数据进行傅里叶变换后得到该初至波数据在该层位内各个采集深度的频域表达；
针对每个采集深度，根据频域表达确定初至波数据在频率域的主频单频的振幅值、或主频附近窄带范围内各个振幅值的均值，并将主频单频的振幅值或该均值确定为该采集深度对应的主频振幅值，主频附近窄带范围为w0-Δw～w0+Δw，w0表示该层位初至波数据的主频率，Δw大于0；
对各个采集深度对应的主频振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到拟合振幅曲线。
优选地，振幅曲线拟合模块执行振幅曲线拟合过程时，对各个采集深度对应的主频振幅值按照采集深度进行对数坐标系下的曲线拟合。
优选地，Δw的取值范围为2～5。
优选地，初至波提取模块从VSP井资料中提取初至波数据时，按照第一预设规则进行初至波振幅拾取和切除，第一预设规则具体为：
在从VSP井资料中拾取到初至波峰值振幅时间t后，根据峰值振幅时间t向上移动，移动时间点为第二个正负变化的时间点t1；
根据峰值振幅时间t向下移动，移动时间点为第一个或第二个正负变化的时间点t2；
根据时间点t1和时间点t2设置过渡带，过渡带间隔表示为taper；
将t<t1-taper和t>t2+taper内的初至波的振幅设为0，t1<t<t2内的初至波振幅保持不变，t1-taper<t<t1内的初至波振幅乘以系数k1，t2<t<t2+taper内的初至波振幅乘以系数k2，其中，k1＝(t-t1+taper)/taper；k2＝(t2-t+taper)/taper。
又一方面，本发明还提供一种设备，具体包括存储器、处理器及存储在该存储器上并可在该处理器上运行的计算机程序，处理器执行上述计算机程序时可实现上述实施例中提及的地层品质因子提取方法。
又一方面，本发明还提供一种机器可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时可实现上述实施例中提及的地层品质因子提取方法。
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 (18)

  1. 一种地层品质因子提取方法，其特征在于，包括：
    从VSP井资料中提取初至波数据，并对初至波数据进行速度分层，速度分层后得到各个层位的层速度和深度间隔；
    针对每个层位，执行振幅曲线拟合过程，得到每个层位对应的拟合振幅曲线；
    利用层位对应的拟合振幅曲线确定该层位初至波的起始深度振幅值和终止深度振幅值，并根据该起始深度振幅值、终止深度振幅值、该层位的深度间隔和层速度求取该层位对应的衰减因子；
    根据层位对应的衰减因子和该层位的主频信息计算得到该层位的地层品质因子。
  2. 根据权利要求1所述的地层品质因子提取方法，其特征在于，所述振幅曲线拟合过程具体为：
    对在层位接收到的初至波数据进行时频变换，得到初至波数据中各个采集深度的振幅值，对初至波数据在频率域的主频单频、或主频附近窄带范围内的振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到该层位对应的拟合振幅曲线。
  3. 根据权利要求1所述的地层品质因子提取方法，其特征在于，所述根据该起始深度振幅值、终止深度振幅值、该层位的深度间隔和层速度求取该层位对应的衰减因子时，采用如下公式进行计算：
    其中，α表示衰减因子，V表示层速度，表示终止深度振幅值，表示起始深度振幅值，ΔX表示该层位的深度间隔。
  4. 根据权利要求1所述的地层品质因子提取方法，其特征在于，所述根据层位对应的衰减因子和该层位的主频信息计算得到该层位的地层品质因子时，采用如下公式进行计算：
    其中，Q表示地层品质因子，α表示衰减因子，W表示该层位的主频率。
  5. 根据权利要求2所述的地层品质因子提取方法，其特征在于，所述对在层位接收到的初至波数据进行时频变换，得到初至波数据中各个采集深度的振幅值，对初至波数据在频率域的主频单频、或主频附近窄带范围内的振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到该层位对应的拟合振幅曲线，具体为：
    选择在该层位接收到的初至波数据；
    对该层位接收到的初至波数据进行傅里叶变换后得到该初至波数据在该层位内各个采集深度的频域表达；
    针对每个采集深度，根据所述频域表达确定初至波数据在频率域的主频单频的振幅值、或主频附近窄带范围内各个振幅值的均值，并将主频单频的振幅值或该均值确定为该采集深度对应的主频振幅值，所述主频附近窄带范围为w0-Δw～w0+Δw，w0表示该层位初至波数据的主频率，Δw大于0；
    对各个采集深度对应的主频振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到拟合振幅曲线。
  6. 根据权利要求5所述的地层品质因子提取方法，其特征在于，对各个采集深度对应的主频振幅值按照采集深度进行对数坐标系下的曲线拟合。
  7. 根据权利要求5所述的地层品质因子提取方法，其特征在于，所述Δw的取值范围为2～5。
  8. 根据权利要求1所述的地层品质因子提取方法，其特征在于，所述从VSP井资料中提取初至波数据时，按照第一预设规则进行初至波振幅拾取和切除，所述第一预设规则具体为：
    在从VSP井资料中拾取到初至波峰值振幅时间t后，根据峰值振幅时间t 向上移动，移动时间点为第二个正负变化的时间点t1；
    根据峰值振幅时间t向下移动，移动时间点为第一个或第二个正负变化的时间点t2；
    根据时间点t1和时间点t2设置过渡带，过渡带间隔表示为taper；
    将t<t1-taper和t>t2+taper内的初至波的振幅设为0，t1<t<t2内的初至波振幅保持不变，t1-taper<t<t1内的初至波振幅乘以系数k1，t2<t<t2+taper内的初至波振幅乘以系数k2；
    其中，k1＝(t-t1+taper)/taper；k2＝(t2-t+taper)/taper。
  9. 一种地层品质因子提取装置，其特征在于，包括：
    初至波提取模块，用于从VSP井资料中提取初至波数据；
    速度分层模块，用于对从VSP井资料中提取到的初至波数据进行速度分层，速度分层后得到每个层位的层速度和深度间隔；
    振幅曲线拟合模块，用于针对每个层位执行振幅曲线拟合过程，得到每个层位对应的拟合振幅曲线；
    衰减因子计算模块，用于利用层位对应的拟合振幅曲线确定该层位初至波的起始深度振幅值和终止深度振幅值，并根据该起始深度振幅值、终止深度振幅值、该层位的深度间隔和层速度求取该层位对应的衰减因子；
    地层品质因子计算模块，用于根据层位对应的衰减因子和该层位的主频信息计算得到该层位的地层品质因子。
  10. 根据权利要求9所述的地层品质因子提取装置，其特征在于，所述振幅曲线拟合过程具体为：
    对在层位接收到的初至波数据进行时频变换，得到初至波数据中各个采集深度的振幅值，对初至波数据在频率域的主频单频、或主频附近窄带范围内的振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到该层位对应的拟合振幅曲线。
  11. 根据权利要求9所述的地层品质因子提取装置，其特征在于，所述衰减因子计算模块根据该起始深度振幅值、终止深度振幅值、该层位的深度间隔和层速度求取该层位对应的衰减因子时，采用如下公式进行计算：
    其中，α表示衰减因子，V表示层速度，表示终止深度振幅值，表示起始深度振幅值，ΔX表示该层位的深度间隔。
  12. 根据权利要求9所述的地层品质因子提取装置，其特征在于，所述地层品质因子计算模块根据层位对应的衰减因子和该层位的主频信息计算得到该层位的地层品质因子时，采用如下公式进行计算：
    其中，Q表示地层品质因子，α表示衰减因子，W表示该层位的主频率。
  13. 根据权利要求10所述的地层品质因子提取装置，其特征在于，所述振幅曲线拟合模块执行振幅曲线拟合过程时，对在层位接收到的初至波数据进行时频变换，得到初至波数据中各个采集深度的振幅值，对初至波数据在频率域的主频单频、或主频附近窄带范围内的振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到该层位对应的拟合振幅曲线，具体过程为：
    选择在该层位接收到的初至波数据；
    对该层位接收到的初至波数据进行傅里叶变换后得到该初至波数据在该层位内各个采集深度的频域表达；
    针对每个采集深度，根据所述频域表达确定初至波数据在频率域的主频单频的振幅值、或主频附近窄带范围内各个振幅值的均值，并将主频单频的振幅值或该均值确定为该采集深度对应的主频振幅值，所述主频附近窄带范围为w0-Δw～w0+Δw，w0表示该层位初至波数据的主频率，Δw大于0；
    对各个采集深度对应的主频振幅值按照采集深度进行曲线拟合，得到拟合振幅曲线。
  14. 根据权利要求13所述的地层品质因子提取装置，其特征在于，所述振幅曲线拟合模块执行振幅曲线拟合过程时，对各个采集深度对应的主频振幅值按照采集深度进行对数坐标系下的曲线拟合。
  15. 根据权利要求13所述的地层品质因子提取装置，其特征在于，所述Δw的取值范围为2～5。
  16. 根据权利要求9所述的地层品质因子提取装置，其特征在于，所述初至波提取模块从VSP井资料中提取初至波数据时，按照第一预设规则进行初至波振幅拾取和切除，所述第一预设规则具体为：
    在从VSP井资料中拾取到初至波峰值振幅时间t后，根据峰值振幅时间t向上移动，移动时间点为第二个正负变化的时间点t1；
    根据峰值振幅时间t向下移动，移动时间点为第一个或第二个正负变化的时间点t2；
    根据时间点t1和时间点t2设置过渡带，过渡带间隔表示为taper；
    将t<t1-taper和t>t2+taper内的初至波的振幅设为0，t1<t<t2内的初至波振幅保持不变，t1-taper<t<t1内的初至波振幅乘以系数k1，t2<t<t2+taper内的初至波振幅乘以系数k2；
    其中，k1＝(t-t1+taper)/taper；k2＝(t2-t+taper)/taper。
  17. 一种设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8中任一项所述的地层品质因子提取方法。
  18. 一种机器可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的地层品质因子提取方法。
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