一种品质因子的获取方法与流程

本发明涉及地质勘探技术领域，具体地说，涉及一种品质因子的获取方法。

背景技术：

随着地震勘探的日益精细，勘探对象的日趋复杂，对资料的高信噪比、高保真度、高分辨率的要求越来越高。明确近地表对地震波传播规律的影响，提高深层资料的能量，有针对性地对地层衰减效应进行相应补偿，提高地震资料分辨率，能够更有效地指导油气等矿产资源的勘探开发。粘弹性介质引起的地震波衰减特征通常用品质因子Q来描述。针对地震资料进行基于Q值的能量补偿，能有效提高深层地震波能量。

Q值与介质内部的结构特征、渗透率、饱和度、孔隙度等因素密切相关，其大小主要取决于岩石骨架的弹性性质，与地层的孔隙度、孔隙压缩性、饱和液成分、压实程度等有关。目前，品质因子Q值获取的方法主要分为时间域和频率域两大类。

时间域方法主要有上升时间法、振幅衰减法、解析信号法等，这些方法由于受到波场散射、几何扩散等因素的影响较大，且仅利用局部信息，导致估计的Q值精度降低。频率域方法主要包括谱比法、频移法等。与谱比法相比，频移法受地震波几何扩散、反射、透射等干扰因素的影响较小，计算更加稳定，具有更高可实现性。

常规频移法主要分为峰值频移法和质心频移法。其中，峰值频移法要求震源谱解析已知，且只有震源谱形态较好时才能得出峰值频移法与吸收量之间的解析关系。采用质心频移法进行Q值估算，吸收量与频移量之间的线性关系是在震源频谱为高斯(Gauss)型的假设前提下推导出来的，当直达波受噪音影响较大时，采用质心频移法估算出的Q值不再稳定。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种品质因子的获取方法，以解决现有技术中，当直达波受噪音影响较大时，估算出来的品质因子不稳定的技术问题。

本发明公开了一种品质因子的获取方法，包括：

根据直达波到达第一检测器的时间，获取直达波波场；

根据获取的直达波波场，获取直达波频谱；

根据直达波频谱，获取与直达波频谱相似程度最高的高斯谱；

基于所获取的高斯谱，计算直达波的质心频率和方差；

根据计算得到的直达波的质心频率和方差，获取对应地层的品质因子。

其中，根据获取的直达波波场，获取直达波频谱包括：

根据获取的直达波波场，对直达波进行频谱分析，获取直达波频谱，并确定有效频带范围。

其中，根据直达波频谱，获取与直达波频谱相似程度最高的高斯谱包括：

根据直达波频谱，确定直达波频率；

根据直达波频率和预设的浮动范围，确定频率范围；

在所述有效频带范围内，生成一系列主频位于所确定的频率范围内的高斯谱；

获取所生成的高斯谱中，与直达波频谱相似程度最高的高斯谱。

其中，获取所生成的高斯谱中，与直达波频谱相似程度最高的高斯谱包括：

设定高斯谱与直达波频谱的相似程度算式：其中，G为高斯谱，R为直达波频谱，i是所述第一检测器的编号，a、b分别为有效频带范围的最小值和最大值，f为a和b以内的变量，K表示高斯谱和直达波频谱的相似程度；

基于所述相似程度算式，获取最大的K值对应的高斯谱，确定为与直达波频谱相似程度最高的高斯谱。

其中，基于所获取的高斯谱，计算直达波的质心频率和方差包括：

基于所获取的高斯谱，利用质心频率算式计算直达波的质心频率

基于所获取的高斯谱和直达波的质心频率利用方差算式${\mathrm{\σ}}_{R_i}^2=\frac{\underset{a}{\overset{b}{\∫}}{(f-f_{R_i})}^{2}G\left(f\right)\mathrm{df}}{\underset{a}{\overset{b}{\∫}}G\left(f\right)\mathrm{df}}$计算直达波的方差

其中，根据计算得到的直达波的质心频率和方差，获取对应地层的品质因子之前，还包括：

计算位于所述第一检测器下方且与所述第一检测器相邻的第二检测器对应的直达波的质心频率

其中，根据计算得到的所述直达波的质心频率和方差，获取对应地层的品质因子包括：

根据计算得到的所述第一检测器对应的直达波的质心频率和方差所述第二检测器对应的直达波的质心频率获取位于所述第一检测器和所述第二检测器之间的地层的品质因子Q_j，其中，j为地层的编号。

其中，根据计算得到的所述第一检测器对应的直达波的质心频率和方差所述第二检测器对应的直达波的质心频率获取位于所述第一检测器和所述第二检测器之间的地层的品质因子Q_j包括：

根据品质因子算式计算位于所述第一检测器和所述第二检测器之间的地层的品质因子Q_j，Δt表示各自对应的直达波到达所述第一检测器和所述第二检测器的时间差。

本发明带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种品质因子的获取方法，本方法中，根据直达波获取与直达波相似的高斯谱，并结合直达波和高斯谱获取品质因子。基于本方法获取的品质因子更稳定，也更准确，即使直达波受噪音影响较大，也能够得到比较准确的品质因子。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是本发明实施例中的品质因子的获取方法的流程图一；

图2是本发明实施例中的品质因子的获取方法的流程图二；

图3是本发明实施例中的无噪声的模拟地震示意图；

图4是基于图3获取到的品质因子示意图；

图5是本发明实施例中的5％噪声的模拟地震示意图；

图6是基于图5获取到的品质因子示意图一；

图7是基于图5获取到的品质因子示意图二；

图8是本发明实施例中的10％噪声的模拟地震示意图；

图9是基于图8获取到的品质因子示意图一；

图10是基于图8获取到的品质因子示意图二。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

垂直地面剖面(Vertical Seismic Profiling，简称VSP)技术是与常规地面地震观测技术相对应的、一种新的地震观测方法。VSP的优势在于：可以同时记录到上、下行波的波场信息；可以减弱地表低速带的相干波影响和随机噪声影响，资料的信噪比和分辨率较普通地面地震要高很多；能够比较直接地观测到地层介质反射的地震波子波波形，波的运动学和动力学特征较为明显；能够更加容易和真实地获取速度参数、振幅信息、岩性参数等。VSP技术可以将地面测量参数与其所反映出的地下介质结构相互联系起来，能够为常规地面地震勘探资料的处理提供比较准确的速度模型和时深转换关系。

随着地质勘探的进一步深入研究和应用，VSP资料在岩性勘探方面的应用越来越受到地球物理学家们的重视。这不仅是因为VSP勘探能直接获取多种地震波的运动学和动力学参数，而且人们能在实际环境中研究这些地震波信息，结合钻井和录井资料，了解这些信息在含油气地层中的地球物理响应特征。VSP资料同时记录有直达波与反射波信息。

本发明公开了一种品质因子的获取方法，该方法正是基于VSP资料中的直达 波实现的。本发明实施例中，具体以零偏VSP资料为例进行说明。零偏VSP资料为准确获取品质因子提供了可靠的理论基础和数据基础。零偏VSP在地表疏松带以下激发，在地下深部接收直达波与反射波，完全避开了地表低速带对地震信号高频成分的吸收，使接收到地震信号的高频信息更丰富，信噪比较高，并且波的运动学特征(时距关系、层速度等)和动力学特征(振幅、频率、相位、波形等)变化更明显，在地震波衰减规律研究等诸多方面具有明显优势。

如图1所示，本发明公开的方法包括：

步骤S101、根据直达波到达第一检测器的时间，获取直达波波场。

在均匀地层中由震源直接传播到观测点的地震波称为直达波。获得了直达波到达第一检测器的时间后，即可获取这一时刻的直达波波场。

步骤S102、根据获取的直达波波场，获取直达波频谱。

获得直达波波长后，可以根据获取的直达波波场，对直达波进行频谱分析，获取直达波频谱，并确定有效频带范围。其中，该有效频带范围为工程人员设定的需要研究的频带范围。

步骤S103、根据直达波频谱，获取与直达波频谱相似程度最高的高斯谱。

具体的，如图2所示，步骤S103包括以下子步骤：

子步骤S1031、根据直达波频谱，确定直达波频率。

分析直达波频谱，可以确定直达波频率，又叫主频。

子步骤S1032、根据直达波频率和预设的浮动范围，确定频率范围。

为了获得与该直达波频谱相似程度较高的高斯谱，本发明实施例中，不仅获取主频与直达波频率相等的高斯谱，还获取主频位于直达波频率附近一定范围内的高斯谱。因此，本发明实施例中，预设定一浮动范围，这一浮动范围结合直达波频率，得到的频率范围即为需要获取高斯谱的范围。例如，直达波频率为25Hz，预设的浮动范围为±5Hz，则所确定的频率范围为20至30Hz。

具体的，该浮动范围的数值可根据工程人员的实际需要确定，一般为±5Hz至±10Hz即可。

子步骤S1033、在有效频带范围内，生成一系列主频位于所确定的频率范围内的高斯谱。

以所确定的频率范围为20至30Hz为例，对于该频率范围，可生成主频为20Hz、21Hz、……、30Hz共计11个高斯谱，并截取这11个高斯谱中位于有效频带范 围内的部分。

子步骤S1034、获取所生成的高斯谱中，与直达波频谱相似程度最高的高斯谱。

具体的，即获取与直达波频谱拟合程度最高的高斯谱。为了获取该高斯谱，在本发明实施例中，首先设定高斯谱与直达波频谱的相似程度算式：式中，G为高斯谱，R为直达波频谱，i是第一检测器的编号，a、b分别为有效频带范围的最小值和最大值，f为a和b以内的变量，K表示高斯谱和直达波频谱的相似程度。将每一高斯谱都代入相似程度算式后，可获得每一高斯谱与直达波频谱的相似程度，最后获取最大的K值对应的高斯谱，确定为与直达波频谱相似程度最高的高斯谱。

步骤S104、基于所获取的高斯谱，计算直达波的质心频率和方差。

首先，基于所获取的高斯谱，利用质心频率算式计算直达波的质心频率

然后，基于所获取的高斯谱和直达波的质心频率利用方差算式${\mathrm{\σ}}_{R_i}^2=\frac{\underset{a}{\overset{b}{\∫}}{(f-f_{R_i})}^{2}G\left(f\right)\mathrm{df}}{\underset{a}{\overset{b}{\∫}}G\left(f\right)\mathrm{df}}$计算直达波的方差

对于其他检测器而言，重复上述四个步骤，计算得到各检测器对应的直达波的质心频率和方差。

步骤S105、根据计算得到的直达波的质心频率和方差，获取对应地层的品质因子。

根据计算得到的第一检测器对应的直达波的质心频率和方差第二检测器对应的直达波的质心频率获取位于第一检测器和第二检测器之间的地层的品质因子Q_j，其中，j为地层的编号，第二检测器位于第一检测器下方且与第一检测器相邻。

即根据品质因子算式计算位于第一检测器和第二检测器之间的地层的品质因子Q_j，Δt表示各自对应的直达波到达第一检测器和第二检测器的时间差。

对每两个相邻的检测器都执行步骤S105，即可得到各地层的品质因子。

为了验证本发明实施例公开的获取品质因子的方法的可行性及获取到的品质因子的精度，下面采用一个六层的只有下行波无噪声的理论模型进行测试。理论模型的地层参数见下表1。

表1

对于上述理论模型，制造图3所示的无噪声的模拟地震。图4为采用常规质心频移法和本发明提供的方法获取到的品质因子的对比，图4中实线是常规质心频移法得到的品质因子，带圈的线是本发明提供的方法得到的品质因子。可以看出，本发明提供的方法在无噪声的理论模型中，与常规质心频移法获取品质因子的效果相当，均能准确反演出Q值。

为了验证本发明实施例提供的方法在含噪声时的稳定性，现在对图3中每道模拟地震加入随机噪音，随机噪音最大取值为记录道最大值的5％，如图5。图6、图7分别是采用常规质心频移法和本发明提供的方法获取的Q值，其中，图6、图7中的实线均表示理论的品质因子，图6中的带圈的线表示常规质心频移法得到的品质因子，图7中的带圈的线是本发明提供的方法得到的品质因子。

对比图6和图7可看出，中浅层(<800m)除个别深度点外，采用两种方法反演出的结果基本能反映地层真实品质因子变化。但是深层(>800m)改进后的质心频移法反演结果相对误差较小。

当噪声能量加到10％时，模拟出的地震道如图8所示。如图9所示(实线是理论的品质因子，带圈的线是常规质心频移法得到的品质因子)，除浅层外(<300m)，常规质心频移法已经不能很好反演出地层品质因子，中深层反演误 差值大，反演结果不可靠。如图10所示(实线是理论的品质因子，带圈的线是本发明提供的方法得到的品质因子)，采用本发明中提供的方法进行Q值估算，整体反演结果比较理想，计算结果优于常规质心频移法，具有一定的参考意义。

综上，本发明实施例提供了一种品质因子的获取方法，本方法中，根据直达波获取与直达波相似的高斯谱，并结合直达波和高斯谱获取品质因子。基于本方法获取的品质因子更稳定，也更准确，即使直达波受噪音影响较大，也能够得到比较准确的品质因子。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。