基于地面接收的反射地震资料的Q值场建模方法与流程

本发明属于地震勘探中反射地震资料处理技术领域，涉及地震资料处理过程中的高分辨率偏移成像技术范畴，是一种利用地面接收的反射地震资料来获取地震资料覆盖的地下空间的三维非均匀Q值场的方法。

背景技术：

实际地球介质存在粘性吸收，地球介质的小尺度非均匀也产生类似于粘性吸收的幅值衰减效应。这些客观存在导致地震波在传播过程中发生幅值的吸收衰减；衰减对地震波的不同频率成份是不同的，频率越高，衰减的越强。因此，地表记录到的、从不同深度反射的地震信号其频带是不同的；这导致构造越深，常规偏移成像的分辨率就越低。在油气勘探中，对小断层、小断裂体系的识别，是认识油气疏导体系，进而识别有利储层的重要环节，因此石油工业界对提高成像分辨率的努力一直在进行着。

为提高地震成像的分辨率，已发展了许多方法，包括成像叠加剖面的谱白化反褶积、非稳态反褶积，基于统计假设或测井资料的各类拓宽频带技术，反Q滤波，粘弹性叠前偏移等。最合理和最有效的方法当属粘弹性叠前偏移方法。粘弹性叠前偏移方法通过在偏移过程中补偿地球介质粘性和薄层散射导致的地震波吸收和衰减，恢复被衰减的高频成份，从而获得较常规偏移方法更高分辨率的地下构造图像。由于这一过程遵循了地震波传播的物理规律，因此获得的高频成份是真实的，高分辨率成像也反应了地下构造的实际情况。

但在应用粘弹性叠前偏移方法进行高分辨率地震成像时，需利用Q值模型；Q值是描述地震波在地球介质传播中的吸收衰减的一个物理量。由于Q值建模需利用地震信号的随频率变化的幅值，因此采用类似于深度域速度建模的方法进行Q场建模将遇到极大的困难。就应用反射地震资料进行Q值建模而言，除了获得准确的随频率变化的幅值十分困难外，另一个主要问题是地震反射的薄层调谐。薄层调谐是由于一组相近界面的反射波相互作用产生的效果，这在实际反射地震资料中是普遍存在的。薄层调谐将导致反射波的频谱发生较大的改变，这一改变甚至远大于吸收衰减的效果，因此，由于薄层调谐的存在，很难简单地通过频谱改变决定实际介质的Q值。

现行获得地球介质Q值的方法主要是利用VSP数据和井间地震资料。由于VSP数据和井间地震资料中存在幅值占优的透射波，利用这些透射波信息可以获得透射波所穿过区域的Q值。但实际地震勘探中，并不总是进行VSP和井间观测；即使进行，数量也非常少，不足以描述勘探区域中Q值的横向变化。此外，尽管Q值是描述地震波吸收衰减的物理量，但在Q值建模时，还需考虑地震资料的信噪比；当高频噪音较发育时，若采用真实的Q值进行吸收衰减补偿，将放大高频噪音，极大地降低偏移成像的信噪比，反而不能实现提高分辨率的目标。基于以上两点，服务于吸收衰减补偿的Q值建模，应该考虑反射地震资料的具体情况，因此需利用反射地震资料进行Q值建模。

针对应用反射地震资料进Q值建模的困难，本发明提出了一个利用等效Q值进行Q值建模的方法。该方法定义了一个新的与Q值有关的量：等效Q值。等效Q值不同于现行的层Q的主要一点是：特定空间位置的粘弹性偏移成像，仅由该位置处的等效Q值决定，而修改任一空间位置上的等效Q值，仅影响该位置处成像的吸收衰减补偿效果。因此可通过扫描方法确定各样点处的等效Q值。在求取等效Q值时，不是根据各样点处地震信号频谱的相对变化，而是从粘弹性偏移的效果出发，在噪音水平可接受的范围内，地震成像具有最宽的频带、最好的分辨率，即认为是最合适的等效Q值。

获得的等效Q值，可以直接服务于补偿吸收衰减的粘弹性叠前时间偏移方法，得到较常规叠前时间偏移方法更高分辨率的地下构造图像。对等效Q值模型应用反演和时深转换方法，可得到深度域层Q值模型；它可服务于补偿吸收衰减的粘弹性叠前深度偏移方法，得到较常规叠前深度偏移方法更高分辨率的地下构造图像。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种利用地面接收的反射地震资料求取地下介质非均匀Q值场的方法。所获得的Q值场可用于在偏移成像中恢复被衰减的高频成份，获得较常规偏移方法更高分别率的地下构造图像。这一方法解决了地震勘探中非均匀Q值场建模的困难问题。

本发明采用的技术方案是：基于地面接收的反射地震资料的Q值场建模方法，具体步骤包括：

(1)针对由拖缆或测线在地表记录的人工震源激发的反射地震资料，利用叠前时间偏移方法得到时间深度域偏移速度场和一组等间距并平行于测线方向的时间深度域偏移成像剖面；

(2)对记录的反射地震资料进行高频噪音道剔除，剔除含有强高频噪音的地震道；

(3)确定Q值的取值范围，按1/Q等间距选取系列Q值q_i，用每个q_i，对剔除强高频噪音道后的反射地震资料做反Q滤波计算，得到一系列Q值相关的Q补偿地震资料；

(4)针对每个Q值的Q补偿地震资料，利用叠前时间偏移方法，在步骤1得到的一组偏移成像剖面处，求得一系列Q值相关的粘弹性偏移结果；其中，每个q_i的粘弹性偏移结果包括三个时间深度域的偏移成像剖面，一是所有偏移距的偏移结果叠加的成像剖面，二是偏移距小于中间偏移距的部分偏移结果叠加的成像剖面，三是偏移距大于中间偏移距的部分偏移结果叠加的成像剖面；

(5)针对步骤1得到的每个时间深度域偏移成像剖面，选取一组确定Q值的Q值窗；

(6)在每个Q值窗，针对每个q_i的粘弹性偏移结果，确定粘弹性偏移的高截至频率，计算其频谱包络；

(7)利用每个Q值窗的系列Q值的频谱包络，确定Q值窗中心处的等效Q值；

(8)利用每个Q值窗的等效Q值和步骤1得到的时间深度域偏移速度场，求得时间深度域三维成像体上的等效Q值场；

(9)沿时间深度方向对等效Q值进行反演，得到每个时间深度处的层Q值；

(10)利用成像射线将时间深度域的层Q值转换到深度域，得到深度域层Q值场。

可选地，步骤(10)之后还包括：(11)对速度横向变化不是很剧烈的地下构造，利用等效Q值场和粘弹性叠前时间偏移方法，得到地下构造图像；在速度横向变化剧烈的地下构造，应用深度域层Q值场和粘弹性叠前深度偏移方法，得到地下构造图像；两种地下构造图像指示中、深层构造的断裂体系和地层沉积样式，用于确定地下生、储油构造和识别油气储层。

可选地，所述的对记录的反射地震资料进行高频噪音道剔除，剔除含有强高频噪音的地震道是这样实现的：将记录的反射地震资料按偏移距大小分组，对每组地震资料循环；先对该组地震资料进行付氏变换，设频率域地震道为F_i(f)，i代表地震道的序号，f代表频率，单位赫兹，设记录的反射地震资料的主频为f_p，计算比值

上式中f_max是粘弹性偏移计算采用的最高截止频率，f_min是记录的反射地震资料的最低频率；对5b_i取整，将取整后数值相同的地震道归为同一类型；选取所含地震道最多的一个类型，计算该类型的全部地震道的b_i的平均值，记为b₀；计算方差

式中n是该偏移距组中所含地震道的道数；对该组的每一地震道循环，若b_i-b₀>3σ，则判定该道含有强高频噪音，予以剔除；完成对全部偏移距组的循环，即实现了剔除反射地震资料中含有强高频噪音的地震道。

可选地，所述的针对步骤1得到的每个时间深度域偏移成像剖面，选取一组确定Q值的Q值窗是这样实现的：在每个成像剖面上选取5到10个能覆盖整个剖面的CDP点，并根据成像剖面上地质构造的形态确定CDP点的间距；在每个CDP位置，沿时间深度选取4到6个确定Q值的二维窗口；选定的窗口应满足如下条件：在时间深度上至少要包含5个同相轴，在横向上应包括40到60个CDP点，不要跨过断层，窗口内的同相轴要有粗细变化，同相轴沿横向要有幅值变化；在每个窗口，计算不同Q值对应的、所有偏移距叠加的时间深度域成像剖面在该窗口内的叠加频谱，观察频谱的包络是否存在高频部分随Q值倒数的增加而增加的趋势，若不存在该趋势，移动窗口的位置和调整窗口的大小，直至对应的叠加频谱存在这一趋势；对每个窗口观察频谱包络并调整，最终在各个成像剖面上，确定一组确定Q值的Q值窗。

可选地，所述的在每个Q值窗，针对每个q_i的粘弹性偏移结果，确定粘弹性偏移的高截至频率，计算其频谱包络是这样实现的：对每个Q值窗，读取步骤1得到的时间深度域偏移成像剖面，即常规偏移结果，读取q_i的所有偏移距偏移结果叠加的粘弹性偏移结果；对常规偏移结果计算Q值窗内的叠加频谱，拾取叠加频谱的主频f₀；对Q值窗内的常规偏移结果拾取各成像点处同相轴的斜率，基于此斜率，应用局部二阶多项式近似，对q_i的所有偏移距偏移结果叠加的Q值窗内的粘弹性偏移结果进行有效信号和噪音分离；分别计算分离得到的以时间深度和CDP为变量的二维有效信号和噪音的叠加频谱S(f)和N(f)，其中f代表频率，单位赫兹；计算比值

式中Δf是频率采样，取Δf＝1/T_w，T_w是该Q值窗的时间深度的时长；q_i是选定的系列Q值中第i个值，n₃是反应粘弹性偏移的高截至频率的正整数，高截至频率f₃＝f₀+n₃Δf，n₃的取值范围为Int(f₀/Δf)到Int(f_max/Δf)，其中函数Int是取整计算，f_max是记录的反射地震资料的最高有效频率；对每个q_i，r值随n₃增加而增加，当r值增加到大于一个给定的值，该n₃就是q_i对应的高截至频率；

用求得的高截至频率对q_i的三个时间深度域的偏移成像剖面的Q值窗内部分进行低通滤波，将这三个结果记为该Q值窗处q_i的补偿结果；计算三个补偿结果的叠加频谱，对每个叠加频谱曲线，用一个5点窗口进行逐点滑动，用5个点的平均值作为平滑后的频谱曲在5点窗口中心处的值，经过两次平滑，即可得到在该Q值窗处，对应每个q_i的三个频谱包络。

可选地，所述的利用每个Q值窗的系列Q值的频谱包络，确定Q值窗中心处的等效Q值是这样实现的：在每个Q值窗，对系列Q值中的每个q_i的三个频谱包络，从其所有偏移距偏移结果叠加的频谱包络中，拾取-20分贝对应的最大和最小频率f_2a和f_2b，拾取-10分贝对应的最大和最小频率f_1a和f_1b，计算最大和最小频率f₊＝0.7×f_2a+0.3×f_1a和f_-＝0.6×f_2b+0.4×f_1b；从该q_i的偏移距小于中间偏移距的部分偏移结果叠加的频谱包络中，拾取-4分贝对应的最大和最小频率，计算其平均值，记为f_p1；从该q_i的偏移距大于中间偏移距的部分偏移结果叠加的频谱包络中，拾取-4分贝对应的最大和最小频率，计算其平均值，记为f_p2，进而计算频率偏差Δ＝|f_p1-f_p2|；将每个q_i对应的f_-、f₊-f_-和Δ划出三条随1/q_i变化的曲线；首先在q_i变化的范围上选定Δ值属于预设较小的Q区间，在选定的Q区间中，进一步选取f_-值属于预设较小的区间，在该区间中，f₊-f_-最大值对应的q_i就是该Q值窗中心处的可能Q值；在选q_i时，需同时考虑同一个CDP处上下部位选定q_i间的大小对比，在由上述三条曲线厘定的q_i的可行区间内，若深部q_i的可行区间内有大于浅部选定的q_i的值，就应在这些值中选定可能Q值，若没有，可忽略这个要求；观察选定的可能Q值q_i的所有偏移距偏移结果叠加的补偿结果在Q值窗邻域的成像剖面，评估该Q值在Q值窗处是否达到了提高有效频率的目标，若没达到期望的目标，修改可能Q值，如此可确定该Q值窗中心处的等效Q值。

可选地，所述的利用每个Q值窗的等效Q值和步骤1得到的时间深度域偏移速度场，求得时间深度域三维成像体上的等效Q值场是这样实现的：对非目的层部位的Q值窗中心处的等效Q值进行一次筛选，若满足：1)Q值随时间深度增加而增加，2)基于该Q值进行补偿后，得到的最高有效频率应随时间深度增加而减少或不变，就视为合理Q值；利用全部的合理Q值q_i和从时间深度域偏移速度场中读取的对应的Q值窗中心处的偏移速度v_i，由最小二乘方法求解下式

ln q_i＝α+βln v_i

中的常数α和β；解得α和β后，由时间深度域三维偏移速度场V(x,y,T)，可求得速度相关的时间深度域三维Q值场Q(x,y,T)＝e^αV^β；在每个Q值窗中心处，计算修正系数ρ_i＝Q(x,y,T)/q_i；对没有Q值窗的属于预设较大区域，添加样点，定义修正系数为1；保持合理Q值位置处的修正系数不变，对其他修正系数进行平滑处理，利用平滑后的修正系数值，由三维插值得到三维修正系数体M(x,y,T)；而M(x,y,T)·Q(x,y,T)就是时间深度域三维成像体上的等效Q值场。

可选地，所述的沿时间深度方向对等效Q值进行反演，得到每个时间深度处的层Q值这样实现的：在三维时间深度域等效Q值场的每个CDP点处，读取一组随时间深度增加而变化的等效Q值q_j，j＝1,…,N_T，其中N_T是三维成像体在时间深度上的样点数；令时间深度域三维成像体的时间深度采样是ΔT，可在该CDP点的每个时间深度处求得

若Q_j<20，令Q_j＝20；这样就可得到与三维等效Q值场相同大小的用时间深度表达的三维层Q值场。

本发明的有益效果：本发明利用地面接收的反射地震资料获取地震资料覆盖的地下介质的非均匀Q值场，为获得更高分辨率的粘弹性叠前时间和叠前深度偏移方法的应用提供了关键数据，解决了粘弹性叠前偏移方法应用中的关键困难。该方法对陆相薄互层油气储层的勘探和开发有重要应用价值。

本发明利用地面采集的反射地震资料获取用于描述地震波在地球介质传播中的吸收衰减的Q值，解决了地震勘探中非均匀Q值场建模的困难问题。

本发明通过利用等效Q值概念和发展基于等效Q值的建模方法，解决了基于反射地震资料进行Q值建模的多重困难。

本发明通过求取地下介质的非均匀Q值场，可为补偿地球介质吸收衰减的粘弹性叠前时间偏移方法和粘弹性叠前深度偏移方法提供关键资料，从而可获得较常规偏移方法更高分别率的地下构造图像。

本发明利用已有的叠前时间偏移方法，由记录的反射地震资料和Q值相关的Q补偿地震资料，求取时间深度域偏移成像结果；将利用已有的由深度域速度模型计算成像射线的方法，求取成像射线，实现时间深度域层Q值的时深转换。

附图说明

图1是典型Q值窗内常规叠前时间偏移的偏移成像剖面。

图2是图1的Q值窗对应三个不同Q值的叠加频谱。图中实线、虚线和点线对应的Q值分别是400、133、80。

图3是图1的Q值窗中q_i＝165时的粘弹性偏移结果随频率增加的噪音和信号比值变化曲线。

图4是典型Q值窗的q_i＝311时的三个频谱包络。图中实线是所有偏移距结果叠加的成像剖面的频谱包络，虚线是小于中间偏移距的偏移结果叠加的成像剖面的频谱包络，点线是大于中间偏移距的偏移结果叠加的成像剖面的频谱包络。

图5是典型Q值窗的低频参数f_-、频宽f₊-f_-和主频差异Δ随1/Q变化曲线。图中点线是f_-、实线是f₊-f_-、虚线是Δ。

图6是本发明确定的图1的Q值窗中心处的Q值对应的Q值窗内的粘弹性偏移成像剖面。对比图1可见，分辨率明显提高。

图7是本发明得到的三维等效Q值场在560号成像线上的局部等值线图。图中数字是Q值的倒数。

图8是利用本发明得到的等效Q值场，应用补偿吸收衰减的粘弹性叠前时间偏移方法得到的560号成像线上的局部偏移成像剖面。

图9是对应于图8成像结果的常规叠前时间偏移的局部成像剖面。对比图8可知，利用求得的等效Q值场进行粘弹性叠前时间偏移，明显提高了偏移成像的分辨率，更好地指示了薄层构造的存在。

具体实施方式

本发明的具体实现原理如下：

本发明的核心有三点，一是提出并应用等效Q值概念，发展了基于等效Q值扫描的Q值建模方法；二是根据系列等效Q值的成像结果，确定样点处的等效Q值；三是利用速度和Q值的对应关系，发展了基于偏移速度场的等效Q值场插值重建方法；四是基于等效Q值场的深度域Q值场反演重建。为避免高频噪音对成像的干扰，也发展了一个强高频噪音道剔除方法。具体实现原理如下：

1.等效Q值及等效Q值扫描

将介质近似为层状介质，在波数—频率域，基于粘弹性单程波方程，检波点处单道地震波场的深度延拓可表示为：

式中是深度z处的波数—频率域波场，Δz是逐层延拓是每层介质的厚度，n是目的层以上的层状介质的介质层数，ω是角频率，ω₀是地震道的主频，v_l为各层介质的实相速度，Q_l为各层介质的品质因子，k_x和k_y是水平波数，j是单位虚数，F(ω)是地震道的时域信号f(t)的傅立叶变换，x_g和y_g检波点的水平坐标。

若用垂直走时T替代式(1)中的深度z，有引入叠加速度V_rms和等效Q值Q_eff，定义

式(1)中右端的相移量可近似为

将式(3)代入式(1)得

对式(4)应用空间域傅里叶反变换，可得空间—频率域波场为：

式中p_x＝k_x/ω，p_y＝k_y/ω，它们分别代表水平座标x和y方向的射线参数。式(5)是一个震荡积分，可利用稳相点原理求得渐进解为：

式(6)中

而是下式联立方程的解

由(8)式解得将其代人(6)式可得

式中τ_g是检波点(x_g,y_g)到成像点(x,y,T)的走时，为

式(9)即是粘弹性介质中地震记录时间深度延拓的解析表达式。

按照上述从式(1)推导出式(9)的相同方法，可求得粘弹性介质中，震源波场由震源点(x_S,y_S)传播到成像点(x,y,T)的解析表达式

式中S(ω)是震源子波的傅立叶变换，τ_s是震源点(x_S,y_S)到成像点(x,y,T)的走时，为

将式(9)和(12)代入叠前深度偏移的反褶积成像条件，可得到粘弹性叠前偏移的脉冲响应。一般情况下震源子波是未知的。既然反褶积可剔除子波的影响，我们可在成像中忽略震源子波相关项的影响，即忽略得到

式中H是该地震道的偏移距。将全部地震道的偏移脉冲响应按相同偏移距叠加，就可得到粘弹性偏移的共反射点(CRP)偏移道集。

从式(13)可看出，任一成像点的粘弹性偏移成像，仅与该成像点处的叠加速度V_rms和等效Q值Q_eff有关，而修改任一空间位置上的等效Q值，仅影响该位置处成像的吸收衰减补偿效果；而叠加速度V_rms，则是粘弹性偏移使用的偏移速度。式(13)的基于等效Q值的粘弹性偏移算法，使得我们可以应用扫描方法确定任一空间位置上的等效Q值。所谓扫描，就是令该空间位置上的等效Q值取为一系列可能的值，对比不同值的成像结果，最终确定一个最佳的等效Q值。等效Q值的引入，极大地简化了Q值建模过程。

就建立全部成像区域的等效Q值场而言，逐个空间位置的扫描，可通过对全部成像区域进行一系列的均匀Q值的粘弹性偏移来实现。对任一空间位置而言，该点的一系列均匀Q值的粘弹性偏移结果，就是一系列可能Q值的补偿吸收衰减的成像结果。当式(13)中的等效Q值Q_eff是均匀的时候，式(13)的粘弹性偏移计算可进一步简化。定义一个新函数g(t)，令其时频谱为

将式(14)代入(13)得

式(14)表明，g(t)就是地震道时域信号f(t)的反Q滤波结果，而式(15)表明，式(13)可简化为针对g(t)的常规叠前时间偏移。因此，在进行等效Q值扫描时，式(13)的粘弹性叠前偏移计算可通过反Q滤波加常规叠前时间偏移来完成，这极大地减少了Q值扫描的计算量。

公式(15)、(10)和(12)就是常规叠前时间偏移的主要公式。对全部地震道循环，对每一地震道，对成像区域中的成像点循环，由式(10)和(12)计算炮、检点到成像点的走时，利用两个走时的和在地震道时域信号的一阶导数上拾取对应的数值，根据该地震道的偏移距将该数值经计算累加到成像点的随偏移距变化的成像结果中，就可得到叠前时间偏移的共反射点(CRP)道集。将CRP道集沿偏移距累加，就可得到时间深度域的偏移成像剖面；依据CRP道集中同相轴的曲率，通过反动校正和动校正处理，即可确定时间深度域的偏移速度场。

本发明就是通过针对一系列Q值进行叠前反Q滤波加常规叠前时间偏移，来实现等效Q值扫描的粘弹性偏移计算。下一节，将进一步讨论根据系列粘弹性偏移结果，确定指定样点处的最佳等效Q值。

2.最优等效Q值拾取

等效Q值的拾取是通过如下三个步骤来完成的。一是确定合适的样点以及该样点处计算叠加频谱的窗口；二是根据等效Q值扫描的成像结果的信噪比，确定粘弹性偏移的频率上限；三是综合考虑频宽、低频和不同偏移距数据成像结果的主频差异，确定最优的等效Q值。

1)样点及窗口选取

成像区域的等效Q值场建模，是通过首先求得一些指定样点处的Q值，然后由插值方法求得全域的三维Q值场。因此样点的选取要首先考虑空间分布，即要需覆盖整个三维成像区域，又要在构造较大变化的部位设置样点。样点的选取也与样点邻域的同相轴有关，若没有合适的同相轴，就不能反应不同Q值偏移时的差异，也无法确定最佳的Q值。因此样点和该样点处计算频谱的窗口是同时选取的，目的就是要保证使用不同Q值偏移时成像结果的频谱有明显的变化。为此，要求样点对应的窗口内的同相轴要有明显的粗细变化，横向也存在幅值变化。同相轴粗细变化丰富，就可避免窗口内单一频率占主的情况；横向存在幅值变化，就可以用窗口内不同地震道频谱的叠加，来抵消薄层调谐的影响。

确定选取窗口的原则如下：在每个成像剖面上选取5到10个能覆盖整个剖面的CDP点，CDP点的位置可根据成像剖面上地质构造的形态确定，构造变化大的部位选定的CDP点的间距要小一些，构造变化平缓的部位对应的间距可大一些；在每个CDP位置，沿时间深度选取4到6个确定Q值的二维窗口；选定的窗口应满足：在时间深度上至少要包含5个同相，在横向上应包括40到60个CDP点，不要跨过大的构造或断层，窗口内的同相轴要有粗细变化，同相轴沿横向要有幅值变化；在每个窗口，计算不同Q值对应的、所有偏移距叠加的成像剖面在该窗口内的叠加频谱，观察频谱的包络是否存在高频部分随Q值倒数的增加而增加的趋势，若不存在该趋势，移动窗口的位置和调整窗口的大小，直至对应的叠加频谱存在这一趋势。

2)确定频率上限

地震资料的信噪比决定了其可以通过粘弹性偏移恢复的频率上限。当其高频成分中噪音占主时，与有效信号一起放大的噪音将会污染成像剖面，不能实现提高分辨率的目标。因此，需根据成像结果的信噪比，确定粘弹性偏移的频率上限。

本发明首先利用局部多项式近似对以时间深度和CDP为变量的二维窗口内的粘弹性偏移成像剖面进行信噪分离，分别得到信号和噪音剖面；令分离得到的信号和噪音剖面的叠加频谱分别为S(f)和N(f)，计算比值

式中f₀是常规偏移结果在该窗口内叠加频谱的主频，Δf是频率采样，取Δf＝1/T_w，T_w是该窗口的时间深度的时长；n₃是反应粘弹性偏移的高截至频率的正整数，高截至频率f₃＝f₀+n₃Δf，n₃取值范围为int(f₀/Δf)到int(f_max/Δf)，其中函数Int是取整计算，f_max是记录的反射地震资料的最高有效频率。由于高频噪音得到放大，式(16)中的比值r将随n₃增加而增加，当r值增加到大于一个给定的值，就表明噪音已污染成像剖面。由于不同Q值对噪音的放大是不同的，因此等效Q值扫描中不同的Q值将有不同的n₃，如此就可确定每个Q值对应的粘弹性偏移的频率上限。

在应用局部多项式近似对成像剖面进行信噪分离时，需使用同相轴的斜率。本发明采用的方法是，针对常规叠前时间偏移的成像剖面拾取斜率，将这一倾角应用于不同Q值对应的所有粘弹性偏移成像剖面。

3)等效Q值拾取

本发明在求取等效Q值时，不是根据样点间地震成像结果的频谱的相对变化，而是直接从成像效果出发，依据不同Q值成像结果的频宽、低频保持等特征，在扫描的系列Q值中确定最优的Q值；之所以可以采用这种方法，就是利用了等效Q值的特点：一个空间点的成像仅由该点的等效Q值决定。这一方法避免了常规Q值拾取方法需选取参考轴的困难，也克服了反射波的薄层调谐影响。由于已通过控制频率上限保证了不同Q值成像结果的信噪比，选取Q值时将不再需要考虑成像的信噪比，这简化了Q值拾取过程。

为定量地反应成像结果的频宽，我们首先求取窗口内叠加频谱的包络，用该包络上-20分贝对应的最大和最小频率f_2a和f_2b，已及-10分贝对应的最大和最小频率f_1a和f_1b来指示频宽，定义参数

f_B＝0.7f_2a+0.3f_1a-0.6f_2b-0.4f_1b (17)

f_-＝0.6f_2b+0.4f_1b (18)

用f_B指示成像结果的频宽，用f_-指示成像结果的低频特征。正确的吸收衰减补偿应使小偏移距和大偏移距成像结果有近似相同的主频。因此，我们设计了一个反应不同偏移距成像结果的主频差异的参数。将偏移距小于和大于中间偏移距的部分偏移结果分别叠加，求取对应的成像剖面的叠加频谱的包络，拾取-4分贝对应的最大和最小频率，计算其平均值，分别记为f_p1和f_p2，则参数Δ＝|f_p1-f_p2|代表了不同偏移距成像结果的主频差异。

本发明将基于Δ、f_-和f_B这三个参数确定最优的等效Q值。首先厘定Δ较小的Q值区间，在厘定的Q值区间中，选f_-的较小值区间，在该区间中，f_B最大值对应的Q值就是最优的Q值；选Q值时，需同时考虑同一CDP处上下部位Q值间的大小对比，尽量使深部的Q值大于浅部的Q值。

3.Q值场插值重建

为减少Q值建模的计算量和工作量，我们仅选定有限的样点拾取等效Q值，而整个三维成像区域的等效Q值场将由这些样点处的等效Q值插值得到。由于样点一般选的很少，简单的直接插值将不能与地质构造变化同步。因此，本发明利用Q值与速度的对应关系，发展了一个基于偏移速度场的插值方法。

仿照岩石物理研究中Q值与速度的近似关系，建立等效Q值Q_eff与叠加速度V_rms的关系式

Q_eff＝λ(V_rms)^β (19)

式中的常系数λ和β将由样点处的等效Q值和偏移速度(即叠加速度)回归得到。为此，首先需对各样点处的等效Q值进行物理上合理性的筛选。这是因为由于噪音的影响，在某些样点处拾取的Q值可能偏大，不满足式(19)的物理关系。筛选将利用如下二个条件：1)Q值随时间深度增加而增加，2)基于该Q值进行补偿后，得到的最高有效频率应随时间深度增加而减少或不变；满足这两条就视为合理Q值。

利用全部合理Q值q_i和该对应空间位置处的偏移速度v_i，由最小二乘方法求解下式

ln q_i＝lnλ+βln v_i (20)

可解得常数α＝lnλ和β。

解得α＝lnλ和β后，利用时间偏移的时间深度域三维偏移速度场V(x,y,T)，可求得速度相关的时间深度域三维Q值场Q(x,y,T)＝λV^β。为保证求得的Q值场在样点处等于拾取的已知值，需进一步引入修正系数；在每个样点，可计算修正系数ρ_i＝Q/q_i。对缺少样点的较大的区域，添加样点，定义修正系数为1；对合理Q值对应的修正系数，保持其不变；对物理上不甚合理的具有偏大Q值的样点，对该样点的修正系数进行平滑处理，以保证求得的Q值场与地质构造变化一至。插值求得三维修正系数体M(x,y,T)，M(x,y,T)与Q(x,y,T)相乘就得到整个时间深度域三维成像体上的等效Q值场。

4.Q值场反演与时深转换

基于得到的时间深度域三维等效Q值场，应用补偿吸收衰减的粘弹性叠前时间偏移方法，可得到较常规叠前时间偏移方法更高分辨率的地下构造图像。但当地下介质的速度横向变化更剧烈时，粘弹性叠前时间偏移方法就有些不适用；为获得更高分辨率的偏移成像，需采用粘弹性叠前深度偏移方法，这样就需要深度域的三维层Q值模型。

根据式(2)的等效Q值定义，可容易根据等效Q值求得时间域的层Q值，即

式中Q_j(T)即是时间深度T处的层Q值。由于等效Q值中存在物理上不甚合理的大值，式(21)的反演结果可能出现负值，为此，若反演结果有Q_j(T)＜20，可令Q_j(T)＝20。

粘弹性叠前深度偏移方法需利用深度域的层Q值模型。由于为应用叠前深度偏移方法已建立了深度域层速度模型，我们可利用该模型计算应用于时深转换的成像射线；成像射线可通过射线追踪方法求得，其出射角度是垂直于地表。将时间深度域的层Q值沿成像射线放置到深度域的对应位置，就可得到深度域Q值场。

5.强高频噪音道剔除

剔除坏道是常规地震资料处理的必需流程。但是，就补偿吸收衰减的粘弹性偏移方法而言，那些高频成分占主的地震道经过恢复高频的补偿算法，将成为新的“坏道”，污染最终成像结果。因此，对这些地震道，也需要相剔除坏道那样予以剔除。剔除的原则是分析地震道中高频成分占比，当这一比例相对大多数地震道明显偏高，就将其视为坏道，予以剔除。具体实现方法如下：

将记录的反射地震资料按偏移距大小分组，对每组地震资料循环。先对该组地震资料进行付氏变换，设记录的反射地震资料的主频为f_p，频率域地震道为F_i(f)，i代表地震道的序号，计算比值

上式中f_max是粘弹性偏移计算采用的最高截止频率，f_min是记录的反射地震资料的最低频率；对5b_i取整，将取整后数值相同的道归为同一类型。选取所含地震道最多的一个类型，计算该类型的全部地震道的b_i的平均值，记为b₀。计算方差

式中n是该偏移距组中所含地震道的道数。对该组的每一地震道循环，若b_i-b₀>3σ，则判定该道含有高频噪音，予以剔除。完成对全部偏移距组的循环，即实现了剔除含有强高频噪音的地震道。

实施例1：基于地面接收的反射地震资料的Q值场建模方法，以东部陆上油田为例，具体为以下步骤：

(1)针对由测线在地表记录的人工震源激发的反射地震资料，利用叠前时间偏移方法得到时间深度域偏移速度场和一组等间距并平行于测线方向的时间深度域偏移成像剖面。具体采集参数是，14条测线同时记录地震信号，测线间距100m，每条测线有168个检波器组，检波器组间距50m；沿垂直测线方向布炮线，炮点沿炮线的间距50m，炮线间的线间距50m，共采集6500炮，记录长度2.5s，时间采样1ms。

(2)对记录的反射地震资料进行高频噪音道剔除，剔除含有强高频噪音的地震道。

将记录的反射地震资料按偏移距大小分组，对每组地震资料循环；先对该组地震资料进行付氏变换，设频率域地震道为F_i(f)，i代表地震道的序号，f代表频率，单位赫兹，设记录的反射地震资料的主频为f_p，计算比值

上式中f_max是粘弹性偏移计算采用的最高截止频率，f_min是记录的反射地震资料的最低频率；对5b_i取整，将取整后数值相同的道归为同一类型。选取所含地震道最多的一个类型，计算该类型的全部地震道的b_i的平均值，记为b₀。计算方差

式中n是该偏移距组中所含地震道的道数；对该组的每一地震道循环，若b_i-b₀>3σ，则判定该道含有强高频噪音，予以剔除；完成对全部偏移距组的循环，即实现了剔除反射地震资料中含有强高频噪音的地震道。

(3)确定Q值的取值范围，按1/Q等间距选取系列Q值q_i，用每个q_i，对剔除强高频噪音道后的反射地震资料做反Q滤波计算，得到一系列Q值相关的Q补偿地震资料。具体是，令Q值的取值范围为80到400，共选取15个1/Q等间距的系列Q值。

(4)针对每个Q值的Q补偿地震资料，利用叠前时间偏移方法，在步骤1得到的一组偏移成像剖面处，求得一系列Q值相关的粘弹性偏移结果；其中，每个q_i的粘弹性偏移结果包括三个时间深度域的偏移成像剖面，一是所有偏移距的偏移结果叠加的成像剖面，二是偏移距小于中间偏移距的部分偏移结果叠加的成像剖面，三是偏移距大于中间偏移距的部分偏移结果叠加的成像剖面。

(5)针对步骤1得到的每个时间深度域偏移成像剖面，选取一组确定Q值的Q值窗。

在每个成像剖面上选取5到10个能覆盖整个剖面的CDP点，并根据成像剖面上地质构造的形态确定CDP点的间距；在每个CDP位置，沿时间深度选取4到6个确定Q值的二维窗口；选定的窗口应满足如下条件：在时间深度上至少要包含5个同相轴，在横向上应包括40到60个CDP点，不要跨过断层，窗口内的同相轴要有粗细变化，同相轴沿横向要有幅值变化；在每个窗口，计算不同Q值对应的、所有偏移距叠加的时间深度域成像剖面在该窗口内的叠加频谱，观察频谱的包络是否存在高频部分随Q值倒数的增加而增加的趋势，若不存在该趋势，移动窗口的位置和调整窗口的大小，直至对应的叠加频谱存在这一趋势；对每个窗口观察频谱包络并调整，最终在各个成像剖面上，确定一组确定Q值的Q值窗。

图1就是选择的一个Q值窗及窗口内的常规叠前时间偏移的偏移成像剖面。图2是图1的Q值窗对应三个不同Q值的叠加频谱，可见随Q值倒数的增加图中频谱曲线明显向高频移动。

(6)在每个Q值窗，针对每个q_i的粘弹性偏移结果，确定粘弹性偏移的高截至频率，计算其频谱包络。

对每个Q值窗，读取步骤1得到的时间深度域偏移成像剖面，即常规偏移结果，读取q_i的所有偏移距偏移结果叠加的粘弹性偏移结果；对常规偏移结果计算Q值窗内的叠加频谱，拾取叠加频谱的主频f₀；对Q值窗内的常规偏移结果拾取各成像点处同相轴的斜率，基于此斜率，应用局部二阶多项式近似，对q_i的所有偏移距偏移结果叠加的Q值窗内的粘弹性偏移结果进行有效信号和噪音分离；分别计算分离得到的以时间深度和CDP为变量的二维有效信号和噪音的叠加频谱S(f)和N(f)，其中f代表频率，单位赫兹；计算比值

式中Δf是频率采样，取Δf＝1/T_w，T_w是该Q值窗的时间深度的时长；q_i是选定的系列Q值中第i个值，n₃是反应粘弹性偏移的高截至频率的正整数，高截至频率f₃＝f₀+n₃Δf，n₃的取值范围为Int(f₀/Δf)到Int(f_max/Δf)，其中函数Int是取整计算，f_max是记录的反射地震资料的最高有效频率；对每个q_i，r值随n₃增加而增加，当r值增加到大于一个给定的值，该n₃就是q_i对应的高截至频率；

用求得的高截至频率对q_i的三个时间深度域的偏移成像剖面的Q值窗内部分进行低通滤波，将这三个结果记为该Q值窗处q_i的补偿结果；计算三个补偿结果的叠加频谱，对每个叠加频谱曲线，用一个5点窗口进行逐点滑动，用5个点的平均值作为平滑后的频谱曲在5点窗口中心处的值，经过两次平滑，即可得到在该Q值窗处，对应每个q_i的三个频谱包络。

图3给出了图1的Q值窗中q_i＝165时的粘弹性偏移结果随频率增加的噪音和信号比值变化曲线。若令临界的r值为0.25，则可确定n₃可取最大的可能值，即Int(f_max/Δf)。图4是该Q值窗的q_i＝311时的三个频谱包络。

(7)利用每个Q值窗的系列Q值的频谱包络，确定Q值窗中心处的等效Q值。

在每个Q值窗，对系列Q值中的每个q_i的三个频谱包络，从其所有偏移距偏移结果叠加的频谱包络中，拾取-20分贝对应的最大和最小频率f_2a和f_2b，拾取-10分贝对应的最大和最小频率f_1a和f_1b，计算最大和最小频率f₊＝0.7×f_2a+0.3×f_1a和f_-＝0.6×f_2b+0.4×f_1b；从该q_i的偏移距小于中间偏移距的部分偏移结果叠加的频谱包络中，拾取-4分贝对应的最大和最小频率，计算其平均值，记为f_p1；从该q_i的偏移距大于中间偏移距的部分偏移结果叠加的频谱包络中，拾取-4分贝对应的最大和最小频率，计算其平均值，记为f_p2，进而计算频率偏差Δ＝|f_p1-f_p2|；将每个q_i对应的f_-、f₊-f_-和Δ划出三条随1/q_i变化的曲线；首先在q_i变化的范围上选定Δ值属于预设较小的Q区间，在选定的Q区间中，进一步选取f_-值属于预设较小的区间，在该区间中，f₊-f_-最大值对应的q_i就是该Q值窗中心处的可能Q值；在选q_i时，需同时考虑同一个CDP处上下部位选定q_i间的大小对比，在由上述三条曲线厘定的q_i的可行区间内，若深部q_i的可行区间内有大于浅部选定的q_i的值，就应在这些值中选定可能Q值，若没有，可忽略这个要求；观察选定的可能Q值q_i的所有偏移距偏移结果叠加的补偿结果在Q值窗邻域的成像剖面，评估该Q值在Q值窗处是否达到了提高有效频率的目标，若没达到期望的目标，修改可能Q值，如此可确定该Q值窗中心处的等效Q值。

图5给出了一个典型Q值窗的低频参数f_-、频宽f₊-f_-和主频差异Δ随1/q_i变化曲线，从该图中可确定最佳的可能Q值是100。图6是q_i＝100时Q值窗内的粘弹性偏移成像剖面。对比图1可见，分辨率明显提高。

(8)利用每个Q值窗的等效Q值和步骤1得到的时间深度域偏移速度场，求得时间深度域三维成像体上的等效Q值场。

对非目的层部位的Q值窗中心处的等效Q值进行一次筛选，若满足：1)Q值随时间深度增加而增加，2)基于该Q值进行补偿后，得到的最高有效频率应随时间深度增加而减少或不变，就视为合理Q值；利用全部的合理Q值q_i和从时间深度域偏移速度场中读取的对应的Q值窗中心处的偏移速度v_i，由最小二乘方法求解下式

ln q_i＝α+βln v_i

中的常数α和β；解得α和β后，由时间深度域三维偏移速度场V(x,y,T)，可求得速度相关的时间深度域三维Q值场Q(x,y,T)＝e^αV^β；在每个Q值窗中心处，计算修正系数ρ_i＝Q(x,y,T)/q_i；对没有Q值窗的属于预设较大区域，添加样点，定义修正系数为1；保持合理Q值位置处的修正系数不变，对其他修正系数进行平滑处理，利用平滑后的修正系数值，由三维插值得到三维修正系数体M(x,y,T)；而M(x,y,T)·Q(x,y,T)就是时间深度域三维成像体上的等效Q值场。

图7是求得的三维等效Q值场在560号成像线上的局部等值线图。图中数字是Q值的倒数。

(9)沿时间深度方向对等效Q值进行反演，得到每个时间深度处的层Q值。

在三维时间深度域等效Q值场的每个CDP点处，读取一组随时间深度增加而变化的等效Q值q_j，j＝1,…,N_T，其中N_T是三维成像体在时间深度上的样点数；令时间深度域三维成像体的时间深度采样是ΔT，可在该CDP点的每个时间深度处求得

若Q_j<20，令Q_j＝20；这样就可得到与三维等效Q值场相同大小的用时间深度表达的三维层Q值场。

(10)利用成像射线将时间深度域的层Q值转换到深度域，得到深度域层Q值场。

(11)对速度横向变化不是很剧烈的地下构造，利用等效Q值场和粘弹性叠前时间偏移方法，得到地下构造图像；在速度横向变化剧烈的地下构造，应用深度域层Q值场和粘弹性叠前深度偏移方法，得到地下构造图像；两种地下构造图像指示中、深层构造的断裂体系和地层沉积样式，用于确定地下生、储油构造和识别油气储层。

图8是利用图7所示的等效Q值场得到的560号成像线上的粘弹性叠前时间偏移方法的局部成像剖面。图9给出了相同区域的常规叠前时间偏移方法的成像剖面。对比图9和图8可知，利用求得的等效Q值场进行粘弹性叠前时间偏移，明显提高了偏移成像的分辨率，更好地指示了薄层构造的存在。