一种频率驱动空变q值模型构建的地震波补偿方法
【专利摘要】本发明公开了一种频率驱动空变Q值模型构建的地震波补偿方法，通过加伯变换生成对应于时间域地震数据每个样点的时间频率谱，逐点计算中心频率，由中心频率估算衰减值Q?1。品质因子Q值即衰减值Q?1的倒数，由此构建的Q值模型连续并且空变，计算过程稳定、高效。在此基础上实现高精度的地震波衰减补偿，解决了地震数据的振幅衰减和相位畸变问题，并提高地震数据的分辨率和信噪比。
【专利说明】
-种频率驱动空变Q值模型构建的地震波补偿方法
技术领域
[0001] 本发明设及地震信号处理领域，尤其设及一种频率驱动空变Q值模型构建的地震 波补偿方法。
【背景技术】
[0002] 地震波由浅至深传播时，大地介质的滤波效应使地震波发生吸收衰减，引起地震 波的振幅减弱、波形崎变、频带变窄W及主频降低，地下介质的运种岩石物理特性通常与品 质因子Q值密切相关。研究估算品质因子Q值并对地震波补偿，可W消除地震波在传播过程 中的衰减，恢复地震信号中地下岩层的反射系数特征和提高地震数据的分辨率。
[0003] 地震波补偿，需要合理地估算Q值，计算Q值的常规方法有W下几种：
[0004] 1)常Q值扫描法
[0005] 常规地震波补偿处理中最常用到的就是常Q值扫描法，该方法简单易操作，但是其 时变和空变性较差，主观性强，准确度低。
[0006] 2)VSP 求值法
[0007] VSP数据可W直接观测地震波的变化，准确度较高，但通常VSP数据缺乏，而且VSP 法求得的Q值反应的仅是井点附近的地震波衰减的情况，难W通过少量的VSP数据计算全工 区的Q值。
[000引 3)经验公式法
[0009]品质因子Q可W采用李庆忠院±的经验公式估算，该公式描述的是Q值与地震波传 播速度V的函数，如果测井数据丰富，可W利用测得的速度V估算Q值，但缺乏测井资料的情 况下，通过此方法估算Q值失效。
[0010] 4)谱比法
[0011] 谱比法使用较广泛，它假设Q值与频率无关，根据地震波振幅谱比值的对数随频率 的变化关系，利用最小二乘法拟合斜率实现Q值的估算。谱比法原理简单，但要求地震波具 有较高的信噪比，并且层顶、底界面两个时间处的地震子波不受附近其他子波的干扰，运限 制了该方法计算Q值的适用性。
【发明内容】
[0012] 本发明的发明目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种频率驱动空变Q值模型构 建的地震波补偿方法，用于高精度地提取空变Q值并实现地震波补偿。
[0013] 根据本发明的一个方面，提供了一种频率驱动空变Q值模型构建的地震波补偿方 法，包括如下步骤：
[0014] (1)通过加伯变换生成对应于时间域地震数据每个样点的时间频率谱；
[0015] (2)计算每个样点的中屯、频率，生成所有样点的中屯、频率数据体或剖面；
[0016] (3)根据所述每个样点的中屯、频率估算每个样点的衰减值矿1，品质因子Q值即衰减 值矿1的倒数，由此构建Q值模型；
[0017] (4)在频率域实现地震波衰减补偿；
[0018] (5)利用加伯反变换将补偿后的频率域数据转换重构到时间域。
[0019] 可选地，步骤(1)中加伯变换可逆，通过时间频率谱反变换能恢复原始时间域地震 数据。
[0020] 可选地，步骤（1)中使用空间上相邻的地震道组合，用于计算各个地震道的时间频 率谱。
[0021] 可选地，步骤(2)中对地震数据中相邻空间位置的时间频率谱进行组合，生成所有 样点的中屯、频率数据体或剖面。
[0022] 可选地。步骤(3)还包括由中屯、频率估算衰减值Q-I时，结合相邻地震道，使用中值 滤波方法获取所述时窗起点处的中屯、频率和所述时窗起点的中屯、频率与终点的中屯、频率 的比值。
[0023] 根据本发明提供的频率驱动空变Q值模型构建的地震波补偿方法，通过加伯变换 从叠后地震数据转换得到每个样点的频率信息进而逐点构建空变Q值模型，计算量小，提取 Q值方法稳定，Q值模型纵向和横向上连续变化，符合实际地质情况。在高精度的Q值模型基 础上，通过地震波补偿不仅尽可能地恢复了振幅信息和纠正了相位崎变，还提高了地震数 据的分辨率和信噪比。
[0024] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予W实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够 更明显易懂，W下特举本发明的【具体实施方式】。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明提供的频率驱动空变Q值模型构建的地震波补偿方法的流程图；
[0026] 图2为实际=维地震数据体沿线方向抽取的地震剖面；
[0027] 图3为S维中屯、频率数据体沿线方向抽取的剖面；
[0028] 图4为S维Q数据体沿线方向抽取的剖面；
[0029] 图5为S维Q数据体在近地表的水平切片；
[0030] 图6为地震数据进行地震波衰减补偿前的地震剖面；
[0031 ]图7为地震数据进行地震波衰减补偿后的地震剖面；
[0032] 图8为地震数据进行地震波衰减补偿前的频谱对比；
[0033] 图9为地震数据进行地震波衰减补偿后的频谱对比。
【具体实施方式】
[0034] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开 的示例性实施例，然而应当理解，可W W各种形式实现本公开而不应被运里阐述的实施例 所限制。相反，提供运些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围 完整的传达给本领域的技术人员。
[0035] 从地震数据信息中提取Q值是一个重要的思路。叠后地震数据经过处理，无法保证 每个步骤都是真振幅处理，基于地震数据的振幅或能量的变化来估算地层衰减时精度受 限。相对而言，处理对频率成份的损害很小，比如，动校正之后的子波拉伸切除旨在保护地 震记录的真实频率，时间域中的几何扩散补偿及自动增益均衡会改变其振幅大小，但是并 不影响地震频率成份。在叠后地震数据中，频率成分比振幅变化更为可靠，因此，可W通过 频率成分的变化进行Q分析。
[0036] 下面为利用Q值实现地震波衰减补偿的基本原理：
[0037] 根据波动方程理论，当地震波传播了 A X的距离之后，其平面波分量U(x，CO )可W 表述为：
[003引 U(x+A X, O ) =U(x, W )exp[-ik( W ) A X] (I)
[0039] 式中i为虚部单位，CO为角频率，k( CO)为平面波的波数。将波数变为复数，则可W 表达地层的Q效应：
[0040]
(2)
[0041 ] 其中，
为经验公式，Qr和Vr分别为某一参考频率下的Q值和相速度，O h是 与勘探地震频带中最高可能频率相对应的调谐参数。将复波数k( CO )代入(1)式并且将距离 A X增量替换为时间增量A T，即可得到地震波补偿(反Q滤波)的表达式如下：
[0042]
(3)
[0043] 式中两个指数项分别为振幅效应（即能量吸收）的补偿算子和相位效应(即速度频 散)的校正算子。（3)式是地震波补偿(反Q滤波)算法的基本表达式。
[0044] 考虑地层Q模型为随旅行时变化的一维函数Q(T),利用（3)式对波场自地表To = O 向下延拓到深度时间T，此时的波场可W表示为：
[0045]
( 4 )
[0046] 其中丫（T) = (IA)Q-I(T),dT/为T的积分参数。从(4)式可看出，振幅补偿算子是频 率和旅行时的指数函数，包括振幅补偿的地震波补偿会引起数值不稳定，会在地震数据中 产生噪音。因此，在任何地震波补偿算法中数值稳定性都是值得关注的主要问题。
[0047] 为了稳定整个计算过程，我们将(4)式写成：
[0048] ( 5 )
[0049]
[0050] C 6)
[0051] 然后将方程(5)作为一个反问题来进行稳定化求解，则生成了如下的稳定化的表 达式：
[00 对 、1)
[0化3]
[0054] ( 8 )
[00对 O2为稳定因子。
[0056] 将(7)式应用于所有频率，并且将运些平面波叠加（即成像条件），我们得到一个时 间域的地震样点：
[0057]
( 9 )
[005引运是2006年王仰华提出的稳定完备地震波补偿的表达式，通过此表达式实现地震 波衰减补偿。
[0059] 图1为本发明提供的频率驱动空变Q值模型构建的地震波补偿方法的流程图，如图 1所示，频率驱动空变Q值模型构建的地震波补偿方法包括：
[0060] 步骤SlOl，通过加伯变换生成对应于时间域地震数据每个样点的时间频率谱。
[0061] 原始单炮地震数据经过精细预处理和偏移成像后生成叠后地震数据u(t)。叠后地 震数据体是经过叠加、偏移等若干精细处理流程之后得到的，相对于叠前数据而言数据量 小，计算量小。加伯变换可W从单个的时间域的叠后地震数据u(t)来计算其时间频率域 乙似)。
[0062] 加伯变换公式为：
[0063]
(1任)
[0064] 上式中w(t)是加伯分析窗，其中T为该窗的中屯、位置。可定义加伯切片为：
[0065]
( 11 )
[0066] 叠后地震数据u(t)的加伯变换可看成是加伯切片对所有可能T位置关于时间t的 Fourier 变换：
[0067]
{ 12)
[0068] 加伯分析窗为高斯窗：
[0069]
( 13 )
[0070] 其中T为半窗宽度。
[0071] 步骤S102,计算每个样点的中屯、频率，生成所有样点的中屯、频率数据体或剖面。
[0072] 中屯、频率《。指的是频带中央所在频率。在实际计算中，我们用中值滤波法从相邻 5X5(或3X3)道的样值中选取中值，可实现中屯、频率求取的稳定化。图3显示了对应图2地 震剖面的中屯、频率剖面。
[0073] 步骤S103,根据所述每个样点的中屯、频率估算每个样点的衰减值矿1，品质因子Q值 即衰减值矿1的倒数，由此构建Q值模型。
[0074] 在参照时间点T0,假设子波可W用雷克子波表示：
[00 对
（14)
[0076] 其中《0是子波在初始时间位置T = TO时的峰值频率，该子波的均值为零，
。雷克子波的频谱为：
[0077]
(1巧
[0078] 将对应于最大振幅值的频率称之为峰值频率Op,我们可设定频谱对频率的导数 为零：
[0079] (16)
[0080] 在任意时间T位置振幅谱可W表示为：
[0081]
(1巧
[0082] 导数为零的公式(15)将会生成下列二次方程：
[0083] 灯群
[0084]
[0085] 似） \ /
[0086] 子波在初始时间位置T = TO时，峰值频率Op(TO)= ?0。
[0087] 对于雷克子波而言，根据峰值频率与中屯、频率的理论关系OP = O.9442?。，得到峰 值频率《 P之后，可估算地层衰减值矿1。对上述子波由（17)式推导出：
[008引
（20)
[0089] 式中〇0= Op(To),子波在初始时间点To处的峰值频率。
[0090] 从上式可W看出，层Q值在[TO，T]时段取决于两个基本元素，一个是O 0，即时窗起 点处的频率，二是《〇/?p，即时窗两端点处峰值频率之比值。图4从剖面方向显示了Q值的空 间变化，图5显示了 Q值在近地表的横向变化。
[0091] 步骤S104,利用加伯变换对频率域实现地震波衰减补偿。
[0092] 从(7)式开始进行推导，假设地震波传播的介质满足矿1 = 0,在深度时间T记录到的 波场可W由（7)得到：
[0093] (21)
[0094]
[0095] (22)
[0096] 上式是基于加伯变换的地震波补偿（反Q滤波）算法的核屯、公式。U(T, CO )和 巧r，?)都是在深度时间T记录到的波场，区别在于f7(r，w)是没有进行过地震波，而 如（10)式是通过加伯变换由叠后地震数据u(t)转换得到。
[0097] 步骤S105,利用加伯反变换将补偿后的频率域数据转换重构到时间域。
[0098] 在加伯变换方法中，当对波场进行地震波补偿之后，我们可用反加伯变换来重构 时间域的地震道，即经过地震波补偿的地震道。
[0099] 从加伯变换域U(T，O )中重构叠后地震数据u(t)的反加伯变换定义为：
[0100]
(23)
[0101] 其中Mt)是加伯合成窗，合成窗是为了减少当在地震道上滑动分析时窗时，由加 伯分析窗的数字化和边缘效应导致的指数部分的数字误差。经推导：
[0102]
( 24 )
[0103] 图6为地震数据进行地震波衰减补偿前的地震剖面，图7为地震数据进行地震波衰 减补偿后的地震剖面。图6和图7的对比说明了利用本发明提取的Q值的地震波补偿效果，经 过补偿后，地震数据的信噪比和分辨率都有一定程度的提高，断裂构造的成像也更清晰。
[0104] 图8为地震数据进行地震波衰减补偿前的频谱对比，图9为地震数据进行地震波衰 减补偿后的频谱对比。图8和图9的对比说明了经过本发明提取的Q值的地震波补偿效果，经 过补偿后，地震数据的主频提高了约10化，频带也拓宽了大概10化。
[0105] 根据本发明提供的频率驱动空变Q值模型构建的地震波补偿方法，通过加伯变换 从叠后地震数据转换得到每个样点的频率信息进而逐点构建空变Q值模型，计算量小，提取 Q值方法稳定，Q值模型纵向和横向上连续变化，符合实际地质情况。在高精度的Q值模型基 础上，通过地震波补偿不仅尽可能地恢复了振幅信息和纠正了相位崎变，还提高了地震数 据的分辨率和信噪比。
[0106] 上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请 并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、 修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识 进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申 请所附权利要求的保护范围内。
【主权项】
1. 一种频率驱动空变Q值模型构建的地震波补偿方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 通过加伯变换生成对应于时间域地震数据每个样点的时间频率谱； (2) 计算每个样点的中心频率，生成所有样点的中心频率数据体或剖面； (3) 根据所述每个样点的中心频率估算每个样点的衰减值0-1，品质因子Q值即衰减值0-1 的倒数，由此构建Q值模型； (4) 在频率域实现地震波衰减补偿； (5) 利用加伯反变换将补偿后的频率域数据转换重构到时间域。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中加伯变换可逆，通过时间频 率谱反变换能恢复原始时间域地震数据。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1)中使用空间上相邻的地震道 组合，用于计算各个地震道的时间频率谱。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中对地震数据中相邻空间位 置的时间频率谱进行组合，生成所有样点的中心频率数据体或剖面。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)还包括：由中心频率估算衰减 值Q+1时，结合相邻地震道，使用中值滤波方法获取所述时窗起点处的中心频率和所述时窗 起点的中心频率与终点的中心频率的比值。
【文档编号】G01V1/36GK106019376SQ201610299493
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】李宗杰, 王仰华, 王建斌, 杨子川, 马学军, 李赋斌, 费建博, 胡鹏飞, 闫艳琴, 周刚, 张庆, 陈松, 杨威
【申请人】中国石油化工股份有限公司