一种地层品质因子的提取方法及系统与流程

本发明涉及地震勘探领域，特别是涉及一种地层品质因子的提取方法及系统。

背景技术：

地震波在实际地球介质中传播时存在着振幅降低、速度频散和高频信息损失等典型的吸收衰减现象，引起地震波吸收衰减的这种介质固有性质通常采用地层品质因子q值来表征。地震波在介质中传播时的吸收衰减现象与地层岩性、孔隙结构、流体类型、饱和度等各种储层性质密切相关，并且地震波衰减对于介质固有性质的反映往往更为可靠，因此地震波衰减参数或地层品质因子q常常被当作油气检测的有效参数。深入研究地震波衰减特性并精确提取地层品质因子q值，不仅有助于对地震信息开展高分辨率处理，改善地震信息成像质量，还可以作为油气指示标志，因此，准确提取地层品质因子q值对于开展常规与非常规油气资源的储层预测和直接检测来说均具有重要的意义。

目前，地层品质因子q值提取的方法主要分为时间域、频率域和时频域三大类。其中，地震波的振幅信息在传播过程中容易受到噪音等因素的干扰，从而引起q值提取结果的准确度和稳定性降低，时间域提取方法受到实际信息品质的限制，因此，基于时间域的q值提取方法应用较少。在实际应用中主要采用频率域方法来提取q值，而现阶段常用的频谱比法、质心频率偏移法等频率域地层品质因子q提取方法则只利用了地震波的振幅谱信息，单独使用振幅谱信息提取地层品质因子具有较强的稳定性但准确度还不够高。对于时间域信号的频谱特征来说，振幅谱和相位谱两方面的信息都同等重要，显然相位谱信息也在地震波传播过程中也有效地反映了地层的固有吸收衰减特征，但是，由于地震波传播过程中相位通常表现出周期性变化等特点，加上实际地震信息中相位谱往往变化非常剧烈，导致很难直接利用地震信息的相位信息准确提取地层品质因子。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种地层品质因子的提取方法及系统，以解决现有技术中对地层品质因子的提取准确度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种地层品质因子的提取方法，包括：

获取多个垂直地震剖面信息；所述垂直地震剖面信息为在井内的检波器接收地面上激发震源发射的地震波所形成的井内震动信息；所述检波器在井内竖直方向上按井内深度设置有多个；

根据所述垂直地震剖面信息提取多个时间域透射波信号；所述时间域透射波信号为所述检波器接收到的所述激发震源发射的初至波信号；

将多个所述时间域透射波信号变换为多个频率域透射波信号；

根据所述频率域透射波信号计算相邻检波器的深度位置处接收到的所述透射波信号之间的相位差；

根据多个所述相位差构建地层品质因子反演矩阵；

对所述反演矩阵求解得到所述检波器的深度位置的地层品质因子。

可选的，所述根据所述垂直地震剖面信息提取时间域透射波信号，具体包括：

拾取所述垂直地震剖面信息的初至旅行时间后，获取所述地震波的主频；

根据所述主频确定所述地震波的周期；

获取所述垂直地震剖面信息的采样时间间隔；

根据所述周期和所述采样时间间隔截取多个采样时窗长度；

获取所述采样时窗长度内的透射波信号。

可选的，所述将多个所述时间域透射波信号变换为多个频率域透射波信号，具体包括：

利用傅里叶变换将所述时间域透射波信号变换得到频率域透射波信号；所述频率域透射波信号为检波器深度位置的地震波傅里叶谱。

可选的，所述根据所述频率域透射波信号计算相邻检波器的位置处接收到的所述地震波之间的相位差，具体包括：

获取第一检波器深度位置；

获取所述第一检波器深度位置的第一时间域透射波信号；

将所述第一时间域透射波信号利用傅里叶变换得到第一地震波傅里叶谱；

获取在所述第一检波器深度位置的竖直方向上相邻且深于所述第一检波器深度位置的第二检波器深度位置；

获取所述第二检波器深度位置的第二时间域透射波信号；

将所述第二时间域透射波信号利用傅里叶变换得到第二地震波傅里叶谱；

根据所述第一地震波傅里叶谱和所述第二地震波傅里叶谱计算所述相邻检波器接收到的所述透射波信号之间的相位差。

可选的，所述对所述反演矩阵求解得到所述检波器的深度位置的地层品质因子，具体包括：

利用阻尼最小二乘法对所述反演矩阵求解得到所述检波器深度位置的地层品质因子。

一种地层品质因子的提取系统，包括：

信息获取模块，用于获取多个垂直地震剖面信息；所述垂直地震剖面信息为在井内的检波器接收激发震源发射的地震波所形成的井内震动信息；所述检波器在井内竖直方向上按井内深度设置有多个；

信号提取模块，用于根据所述垂直地震剖面信息提取多个时间域透射波信号；所述时间域透射波信号为所述检波器接收到的所述激发震源发射的初至波信号；

信号变换模块，用于将多个所述时间域透射波信号变换为多个频率域透射波信号；

相位差计算模块，用于根据所述频率域透射波信号计算相邻检波器的位置处接收到的所述透射波信号之间的相位差；

反演矩阵构建模块，用于根据多个所述相位差构建地层品质因子反演矩阵；

地层品质因子计算模块，用于对所述反演矩阵求解得到所述检波器的深度位置的地层品质因子。

可选的，所述信号提取模块，具体包括：

主频获取单元，用于拾取所述垂直地震剖面信息的初至旅行时间后，获取所述地震波的主频；

周期确定单元，用于根据所述主频确定所述地震波的周期；

采样间隔获取单元，用于获取所述垂直地震剖面信息的采样时间间隔；

采样时窗长度截取单元，用于根据所述周期和所述采样时间间隔截取多个采样时窗长度；

采样点信息获取单元，用于获取所述采样时窗长度内的所述透射波信号。

可选的，所述信号变换模块，具体包括：

信号变换单元，用于利用傅里叶变换将所述时间域透射波信号变换得到频率域透射波信号；所述频率域透射波信号为检波器深度位置的地震波傅里叶谱。

可选的，所述相位差计算模块，具体包括：

第一检波器深度位置获取子单元，用于获取第一检波器深度位置；

第一时间域透射波信号获取子单元，用于获取所述第一检波器深度位置的第一时间域透射波信号；

第一信号变换子单元，用于将所述第一时间域透射波信号利用傅里叶变换得到第一地震波傅里叶谱；

第二检波器深度位置获取子单元，用于获取在所述第一检波器深度位置的竖直方向上相邻且深于所述第一检波器深度位置的第二检波器深度位置；

第二时间域透射波信号获取子单元，用于获取所述第二检波器深度位置的第二时间域透射波信号；

第二信号变换子单元，用于将所述第二时间域透射波信号利用傅里叶变换得到第二地震波傅里叶谱；

相位差计算子单元，用于根据所述第一地震波傅里叶谱和所述第二地震波傅里叶谱计算所述相邻检波器接收到的所述透射波信号之间的相位差。

可选的，所述地层品质因子计算模块，具体包括：

地层品质因子计算单元，用于利用阻尼最小二乘法对所述反演矩阵求解得到所述检波器深度位置的地层品质因子。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过将时间域内的透射波信号变换为频率域内的透射波信号，根据频率域内的透射波信号获取了相邻检波器深度位置接收到的所述地震波之间的相位差，根据相位差计算不同检波器深度位置的地层品质因子，本发明充分考虑地震波传播过程中地层品质因子所引起的地震波相位信息变化特征，避免了现有技术中只利用地震波的振幅谱信息导致地层品质因子精确度低的问题，利用了垂直地震剖面信息的相位信息来提取地层品质因子，从而提高了提取地层品质因子的精确度，进而提高油气资源的储层预测准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的地层品质因子的提取方法流程图；

图2为本发明实施例用于地层品质因子求取的vsp信息记录图；

图3为本发明实施例不同深度处透射波的波形对比图；

图4为本发明实施例不同深度处透射波的振幅谱对比图；

图5本发明实施例的不同深度处透射波的相位谱对比图；

图6为本发明实施例的不同频率成分下的相位差信息对比图；

图7为本发明实施例的q值提取结果示意图；

图8为本发明实施例基于vsp信息反演得到的q值结果与真实值对比图；

图9为本发明实施例的地层品质因子的提取系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的是提供一种地层品质因子的提取方法及系统，能够提高地层品质因子的提取准确度以及提高油气资源的储层预测准确率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例的地层品质因子的提取方法流程图，如图1所示，一种地层品质因子的提取方法，包括：

步骤101：获取垂直地震剖面信息；所述垂直地震剖面信息为在井内的检波器接收激发震源发射的地震波所形成的井内震动信息；所述检波器在井内竖直方向上按井内深度从浅到深设置有多个；

步骤102：根据所述垂直地震剖面信息提取多个时间域透射波信号；所述时间域透射波信号为所述检波器接收到的所述激发震源发射的初至波信号；步骤102具体包括：拾取所述垂直地震剖面信息的初至旅行时间后，获取所述地震波的主频；根据所述主频确定所述地震波的周期；获取所述垂直地震剖面信息的采样时间间隔；根据所述周期和所述采样时间间隔截取多个采样时窗长度；获取所述采样时窗长度内的透射波信号。

步骤103：将多个所述时间域透射波信号变换为多个频率域透射波信号；

步骤104：根据所述频率域透射波信号计算相邻检波器的深度位置处接收到的所述地震波之间的相位差；获取第一检波器深度位置；获取所述第一检波器深度位置的第一时间域透射波信号；将所述第一时间域透射波信号利用傅里叶变换得到第一地震波傅里叶谱；获取在所述第一检波器深度位置的竖直方向上相邻且深于所述第一检波器深度位置的第二检波器深度位置；获取所述第二检波器深度位置的第二时间域透射波信号；将所述第二时间域透射波信号利用傅里叶变换得到第二地震波傅里叶谱；根据所述第一地震波傅里叶谱和所述第二地震波傅里叶谱计算所述相邻检波器接收到的透射波信号之间的相位差。

步骤105：根据多个所述相位差构建地层品质因子反演矩阵；

步骤106：对所述反演矩阵求解得到所述检波器的深度位置的地层品质因子。

在本发明实施例的步骤102中，从垂直地震剖面(verticalseismicprofile，简称vsp)信息记录中拾取透射波的初至旅行时间，所述初至旅行时间为接收到的透射波的到达时间，通常采用手工拾取的方式来获取，根据地震波的主频来确定地震波的周期ti，并进一步结合地震信息的时间采样间隔t来确定透射波的采样时窗长度li，其中，

li＝ti/δt

在拾取透射波信息时，从该道透射波初至旅行时刻开始，截取li个采样点信号作为该检波器接收点深度位置处xi接收到的透射波信息，为地层品质因子q值的提取与计算提供准确有效的输入信息。

在本发明实施例的步骤103-步骤104在实际应用中，可以以下步骤实现：通过提取得到的检波器接收点深度位置处xi的时间域波形信号做傅里叶变换得到检波器接收点深度位置处的地震波傅里叶谱ai，并提取当前检波器上方深度位置处xi-1的波形做傅里叶变换得到该深度位置处的地震波傅里叶谱ai-1，将上述两个不同深度位置处的傅里叶谱相除后取对数，并对该结果取虚部可以得到不同频率成分fj所对应的相位差信息mj，

其中，j代表有效频率范围内的频率值(此处取整数)，f0代表参考频率(此处采用地震信息的主频作为参考频率)，在计算地层品质因子时采用的有效频带通过参考频率f0及其对应的振幅谱强度来确定，即通过参考频率f0处的振幅谱数值的10％来确定有效频带的最小起始频率fstart(取整数)和最大截至频率fend(取整数)，两者相减即可获得地层品质因子计算时所采用的频带范围，ln代表取对数，imag代表取其虚部信息。

在本发明实施例的步骤105中，根据步骤103-104中所确定的有效频带范围，进一步采用有效频带范围内所有频率成分的相位差信息mj来构建相位信息与地层品质因子q值之间的关系矩阵：

其中，n代表有效频带范围内所有频率成分的数量(每个频率成分均取整数，j＝1,…,n)，fj代表第j个频率成分所对应频率数值，t代表当前检波器接收深度位置处xi所对应的透射地震波初至旅行时间，为了方便，此处将上式中等式左侧的相位差信息矩阵表示成m，等式右侧矩阵信息表示为s，因此上式可以简化为：

mq＝s

步骤106具体包括：利用阻尼最小二乘法对所述反演矩阵求解得到所述检波器深度位置的地层品质因子；还可以采用加权的阻尼孔最小二乘法对所述反演矩阵求解得到所述检波器深度位置的地层品质因子；

在本发明实施例中，根据上述有效频带范围内的相位差信息所构建的q值反演关系矩阵，采用下式进行反演求取

q＝1/[((m^tm)^-1+αi)m^ts]

其中，矩阵i表示数值为1的对角线矩阵，α为加权阻尼系数，由实际地震信息的品质来决定其大小，当实际信息的噪音比较大时需要增加α数值的大小来提高q值反演的稳定性，通常取α＝0.01。基于公式(4)即可利用有效频带范围内的相位差信息来求解得到检波器接收点深度xi位置处的地层品质因子q值。

图2为本发明实施例用于地层品质因子求取的vsp信息记录图，如图2所示，图2为根据实际地层模型合成并添加了噪音的vsp记录，共有80道，检波器间隔为20m，即相邻两个地震道之间的距离，因此对应的地层深度为1600m，由4层水平层状介质构成，自上而下每层厚度分别为300m、400m、500m、400m，对应的品质因子q值分别为100、75、50、25。

图3为本发明实施例不同深度处透射波的波形对比图，如图3所示，图3中实线对应图2中第5道地震波波形，虚线对应图2中第6道地震波波形。对比两道地震波波形可以看出，随着传播距离增大，地震波发生了能量衰减以及相位变化。

图4为本发明实施例不同深度处透射波的振幅谱对比图，如图4所示，图4中实线对应图2中第5道地震波振幅谱，虚线对应图2中第6道地震波振幅谱。从图中可以清晰的看出，随着地震波传播距离增大，由于地层吸收衰减作用引起振幅谱的主频降低。

图5本发明实施例的不同深度处透射波的相位谱对比图，如图5所示，图5中实线对应图2中第5道地震波相位谱，虚线对应图2中第6道地震波相位谱。从图5中可以看出，在地震波传播过程中，相位信息会发生剧烈变化，同时呈现出一定的周期性，因此，本申请正是专门利用地震波衰减前后两道波形的相位信息来开展地层品质因子q值的提取。

图6为本发明实施例的不同频率成分下的相位差信息对比图，如图6所示，图6中为基于本发明提出的提取方法来获得得到的第5道与第6道地震波相位差，由图6可知，可以看出随着频率增加，地震波相位差先增大后减小，拐点在主频附近，通过这个转换，将图5中周期性变化的相位信息转换成能够与地层品质因子密切相关的曲线，从而实现地层品质因子参数的提取。

图7为本发明实施例的q值提取结果示意图，如图7所示，图7中实线为图6中得到的第5道与第6道相位差信息，星号线为基于相位谱得到q值所反映的相位差，即通过相位信息计算得到q值后该q值在有效频带范围内所反映的相位差，可以看出两者在有效频带范围内吻合的较好，也就是说该q值所对应的相位差信息与地震道之间的相位差信息完全吻合，从而表明利用相位信息来提取的地层品质因子参数具有较好的准确性。

图8为本发明实施例基于vsp信息反演得到的q值结果与真实值对比图，如图8所示，其中实线为真实值，星号线为基于相位谱q值的提取结果。可以看出，基于相位信息得到的q值结果在浅部地层具有较高的准确度和稳定性，与地层真实地层品质因子吻合较好，表明本申请的方法能够专门通过地震波相位信息来实现地层品质因子的准确提取。

采用本发明的地层品质因子的提取方法，通过根据检波器安置于井中按不同深度接收地震信号的特点，从第一道地震数据开始，按照由浅至深的顺序逐道求取两个检波器之间的地层品质因子参数q，在利用vsp信息开展实际地层品质因子求取过程中，需要充分对比每个样点处求取的地层品质因子与该位置处的速度之间的关系，当两者之间的统计关系发生较大偏离的时候，需要重新分析该位置处的波形特征并与基于振幅谱采用谱比法计算的结果进行对比，通常地层品质因子参数与该位置处的地层速度之间满足一定的统计关系，当求取出来的地层品质因子参数偏离统计关系较大时需要重新分析数据是否可靠，另外，本发明还增加了与常规谱比法计算品质因子结果的对比，从而确保地层品质因子参数提取的准确性，通过不同方法之间的对比分析实现相互参考，以确保本发明基于相位谱信息开展地层品质因子q值参数提取的可靠性和准确性。

图9为本发明实施例的地层品质因子的提取系统结构图，如图9所示，一种地层品质因子的提取系统，包括：

信息获取模块901，用于获取多个垂直地震剖面信息；所述垂直地震剖面信息为在井内的检波器接收地面上激发震源发射的地震波所形成的井内震动信息；所述检波器在井内竖直方向上按井内深度设置有多个；

信号提取模块902，用于根据所述垂直地震剖面信息提取多个时间域透射波信号；所述时间域透射波信号为所述检波器接收到的所述激发震源发射的初至波信号；

信号变换模块903，用于将多个所述时间域透射波信号变换为多个频率域透射波信号；

相位差计算模块904，用于根据所述频率域透射波信号计算相邻检波器的位置处接收到的所述地震波之间的相位差；

反演矩阵构建模块905，用于根据多个所述相位差构建地层品质因子反演矩阵；

地层品质因子计算模块906，用于对所述反演矩阵求解得到所述检波器的深度位置的地层品质因子。

在本发明实施例中，所述信号提取模块902，具体包括：主频获取单元，用于拾取所述垂直地震剖面信息的初至旅行时间后，获取所述地震波的主频；周期确定单元，用于根据所述主频确定所述地震波的周期；采样间隔获取单元，用于获取所述垂直地震剖面信息的采样时间间隔；采样时窗长度截取单元，用于根据所述周期和所述采样时间间隔截取多个采样时窗长度；采样点信息获取单元，用于获取所述采样时窗长度内的所述透射波信号。

在本发明实施例中，所述信号变换模块903，具体包括：信号变换单元，用于利用傅里叶变换将所述时间域透射波信号变换得到频率域透射波信号；所述频率域透射波信号为检波器深度位置的地震波傅里叶谱。

在本发明实施例中，所述相位差计算模块904，具体包括：第一检波器深度位置获取子单元，用于获取第一检波器深度位置；第一时间域透射波信号获取子单元，用于获取所述第一检波器深度位置的第一时间域透射波信号；第一信号变换子单元，用于将所述第一时间域透射波信号利用傅里叶变换得到第一地震波傅里叶谱；第二检波器深度位置获取子单元，用于获取在所述第一检波器深度位置的竖直方向上相邻且深于所述第一检波器深度位置的第二检波器深度位置；第二时间域透射波信号获取子单元，用于获取所述第二检波器深度位置的第二时间域透射波信号；第二信号变换子单元，用于将所述第二时间域透射波信号利用傅里叶变换得到第二地震波傅里叶谱；相位差计算子单元，用于根据所述第一地震波傅里叶谱和所述第二地震波傅里叶谱计算所述相邻检波器之间的相位差。

在本发明实施例中，所述地层品质因子计算模块906，具体包括：

地层品质因子计算单元，用于利用阻尼最小二乘法对所述反演矩阵求解得到所述检波器深度位置的地层品质因子。

采用本发明的一种地层品质因子的提取系统，能够提高地层品质因子的提取准确度以及提高油气资源的储层预测正确率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。