阅读说明：本技术 用于近地表品质因子q值反演的衰减曲线层析剥离方法 (Attenuation curve chromatographic stripping method for near-surface quality factor Q value inversion ) 是由 郑浩 蔡杰雄 郭恺 于 2018-08-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于近地表品质因子Q值反演的衰减曲线层析剥离方法,包括：通过微测井观测系统的检波器采集经由不同激发深度处的多个炮激发而产生的地震信号,形成共检波点道集；拾取共检波点道集中的地震信号到达检波器的初至时间,并且由此建立近地表速度模型；基于近地表速度模型,选取共检波点道集中的未受到噪声干扰的地震信号；对所选取的地震信号进行频谱分析,以获得包含近地表结构中的多个层的品质因子Q值的等效衰减曲线；基于所选取的地震信号的传播旅行时间,利用多炮组合消元方法,对等效衰减曲线进行层析剥离,以分别得到近地表结构中每层的衰减曲线。(The invention provides an attenuation curve chromatographic stripping method for near-surface quality factor Q value inversion, which comprises the following steps: collecting seismic signals generated by excitation of a plurality of guns at different excitation depths through a detector of a micro-logging observation system to form a common detection point gather; picking up the first arrival time of the seismic signals in the common survey point channel set to reach the detector, and establishing a near-surface velocity model according to the first arrival time; selecting seismic signals which are not interfered by noise in a common detection point channel set based on a near-surface velocity model; performing spectral analysis on the selected seismic signals to obtain an equivalent attenuation curve comprising quality factor Q values of a plurality of layers in the near-surface structure; and carrying out chromatographic stripping on the equivalent attenuation curve by utilizing a multi-gun combination elimination method based on the propagation travel time of the selected seismic signal so as to respectively obtain the attenuation curve of each layer in the near-surface structure.)

用于近地表品质因子Q值反演的衰减曲线层析剥离方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，具体涉及一种用于近地表品质因子Q值反演的衰减曲线层析剥离方法，可应用于石油地球物理勘探中的地震资料吸收衰减反演及补偿阶段。

背景技术

大地介质并非弹性介质，而是一种具有吸收衰减效应的粘弹性介质。地震波在其中传播必然会发生吸收衰减，这降低了地震资料的分辨率，使得最终的成像结果在薄互层、微小构造刻画上存在较大的误差。因此，如何准确地计算地震波在传播过程中的吸收衰减量，并实现频率及能量上的补偿是目前高分辨率地震勘探的关键。

通常，吸收衰减常用品质因子Q进行定量刻画。随着技术不断发展，目前已经有几十种方法，包括时间域方法、频率域方法及时频域方法。其中，频谱比法由于计算简单，操作方便且直接从波动方程中推导而来，精度较高，目前在工业界应用广泛。该方法通过对不同时刻的信号进行有效信号提取，借助傅里叶变换将其变换到频率域，然后根据振幅谱的变化来求取衰减曲线(对数谱比曲线)，然后利用该曲线的斜率反演品质因子Q值。该方法在求取大套稳定波组时具有较好的效果，但是由于难以实现衰减曲线的逐层分离，因此所求Q值模型往往是一个宏观的低波数结果。这样的模型对于中深层数据而言，影响较小，因为中深层随着地层压实程度的增强，吸收衰减往往较小；但是对于浅层而言，特别是低速带强吸收衰减区域，显然不满足高分辨率地震勘探对品质因子Q值模型精度的要求。

目前，对于浅层的品质因子Q值建模，由于常规地震数据浅层信噪比较低，且动校正拉伸切除使得该区域几乎没有可用的有效信号用于近地表的品质因子Q值建模，因此对于近地表区域的品质因子Q值建模，常采用微测井资料进行建模。通过微测井资料初至拾取建立近地表速度模型，然后根据解释结果进行近地表品质因子Q值的层位约束，利用微测井资料中激发炮数量较多的优势，可以设计适当的数学算法，实现衰减曲线的逐层分离，进而对每层的衰减曲线进行品质因子Q值反演，达到近地表高精度品质因子Q值建模的目的，而这其中的关键便是如何进行衰减曲线的逐层剥离。

发明内容

针对近地表结构品质因子Q值建模精度低、不满足高分辨率地震勘探要求的问题，本发明基于微测井资料，通过初至拾取建立近地表速度模型，包括地层数量以及各层的速度，然后将其用于近地表衰减曲线剥离的层位约束，再通过选取共检波点道集中不同炮激发产生的地震信号，利用多炮组合消元算法计算各层的衰减曲线，再结合谱比法即可求得每层的品质因子Q值，实现近地表高精度品质因子Q值建模的目的，从而实现用于近地表吸收衰减参数反演的衰减曲线层析剥离算法。

根据本发明的一方面，提供了一种用于近地表品质因子Q值反演的衰减曲线层析剥离方法，包括：

基于微测井资料，建立近地表速度模型；

基于近地表速度模型，选取共检波点道集中的未受到噪声干扰的地震信号；

对所选取的地震信号进行频谱分析，以获得包含近地表结构中的多个层的品质因子Q值的等效衰减曲线；以及

基于所选取的地震信号的传播旅行时间，利用多炮组合消元方法，对等效衰减曲线进行层析剥离，以分别得到近地表结构中每层的衰减曲线。

根据实施例，所述方法，还包括：

利用谱比法，估算近地表结构中每层的品质因子Q值。

根据实施例，其中，基于微测井资料，建立近地表速度模型，包括：

通过微测井观测系统的检波器采集经由不同激发深度处的多个炮激发而产生的地震信号，形成共检波点道集；以及

拾取共检波点道集中的地震信号到达检波器的初至时间，并且由此建立近地表速度模型。

根据实施例，其中，建立近地表速度模型包括：获得近地表结构的层位数量、厚度以及每层的速度，从而利用射线追踪方法计算出地震信号在每层的传播旅行时间。

根据实施例，其中，选取共检波点道集中的未受到噪声干扰的地震信号，包括：

选取共检波点道集中的未受到噪声干扰的三个地震信号。

根据实施例，其中，对所选取的地震信号进行频谱分析，以获得包含近地表结构中的多个层的品质因子Q值的等效衰减曲线，包括：

利用所选取的两个地震信号，获得包含近地表结构中的两层的品质因子Q值的等效衰减曲线：

其中，上划线代表各变量的对数值，即表示x_i1(f)的对数值，i＝2,3,...,m，m表示微测井观测系统中激发点的个数，f表示频率，a₁代表与频率无关的常数，其中第i炮激发、第j道检波器接收的地震信号的振幅谱可表示为：

其中k表示第k层，g_ij表示与频率无关的常数项，t_ijk表示第i炮激发、第j道检波器接收的地震信号在第k层的传播旅行时间，其中，j＝1。

在优选实施例中，可以仅设置一个接收点，因此在以上公式中j＝1，即：

根据实施例，所述方法，还包括：

选取两个地震信号，计算参考衰减曲线：

根据实施例，其中，基于所选取的地震信号的传播旅行时间，利用多炮组合消元方法，对等效衰减曲线进行层析剥离，以分别得到近地表结构中每层的衰减曲线，包括：

将表示所述参考衰减曲线与所述等效衰减曲线的公式联立建立方程组：

并且通过求解方程组，得到仅包含一层品质因子Q的衰减曲线：

其中

R₁(f)和R₂(f)分别表示求解后仅包含一层品质因子Q值的衰减曲线，c₁和c₂表示两个频率无关项，i＝2,3,...,m，m表示微测井观测系统中激发点的个数。

根据实施例，其中，利用谱比法，估算近地表结构中每层的品质因子Q值，包括：

通过分别对R₁(f)和R₂(f)线性拟合，求其斜率p₁＝-πQ₁ ^-1Δt₁和p₂＝-πQ₂ ^-1Δt₂，即可反演得到每层的品质因子Q1，Q2：

根据本发明的另一方面，还提供了一种存储介质，其中存储有计算机可执行的程序，所述程序在被执行时适于实施用于近地表品质因子Q值反演的衰减曲线层析剥离方法，所述方法包括：

基于微测井资料，建立近地表速度模型；

基于近地表速度模型，选取共检波点道集中的未受到噪声干扰的地震信号；

对所选取的地震信号进行频谱分析，以获得包含近地表结构中的多个层的品质因子Q值的等效衰减曲线；以及

基于所选取的地震信号的传播旅行时间，利用多炮组合消元方法，对等效衰减曲线进行层析剥离，以分别得到近地表结构中每层的衰减曲线。

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、权利要求书以及说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出本发明实施例所使用的单井微测井观测系统；

图2示出本发明实施例所使用微测井观测系统中5m偏移距检波器接收的共检波点道集，其中横坐标表示激发深度(m)，纵坐标表示时间(ms)；

图3示出利用图2所示的共检波点道集的地震信号的初至时间解释得到的近地表速度模型，其中纵坐标表示深度(m)，横坐标表示时间(ms)及速度(m/s)；

图4示出从图2所示的共检波点道集提取的不同深度的三个地震信号直达波，激发深度分别为150m、130m及106m，其中横坐标表示激发深度(m)，纵坐标表示时间(ms)；

图5示出图4中的三个直达波信号对应的振幅谱，其中横坐标表示频率(Hz)，纵坐标表示振幅；

图6示出利用本发明中的多炮组合消元算法计算得到的低、降速带各层衰减曲线，其中横坐标表示频率(Hz)，纵坐标表示衰减量；

图7示出利用剥离后的衰减曲线的品质因子Q值计算结果正演模拟的衰减曲线与真实衰减曲线的对比图，其中横坐标表示频率(Hz)，纵坐标表示衰减量。

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。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不必用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

如上所述，针对近地表结构品质因子Q值建模精度低、不满足高分辨率地震勘探要求的问题，本发明基于微测井资料，通过初至拾取建立近地表速度模型，包括地层数量以及各层的速度，然后将其用于近地表衰减曲线剥离的层位约束，再通过选取共检波点道集中不同炮激发产生的地震信号，利用多炮组合消元算法计算各层的衰减曲线，再结合谱比法即可求得每层的品质因子Q值，实现近地表高精度品质因子Q值建模的目的，从而实现用于近地表吸收衰减参数反演的衰减曲线层析剥离算法。

具体地，本发明提供了一种用于近地表品质因子Q值反演的衰减曲线层析剥离方法，包括：

基于微测井资料，建立近地表速度模型；

基于近地表速度模型，选取共检波点道集中的未受到噪声干扰的地震信号；

对所选取的地震信号进行频谱分析，以获得包含近地表结构中的多个层的品质因子Q值的等效衰减曲线；以及

基于所选取的地震信号的传播旅行时间，利用多炮组合消元方法，对等效衰减曲线进行层析剥离，以分别得到近地表结构中每层的衰减曲线。

其中，基于微测井资料，建立近地表速度模型，包括：

通过微测井观测系统的检波器采集经由不同激发深度处的多个炮激发而产生的地震信号，形成共检波点道集；以及

拾取共检波点道集中的地震信号到达检波器的初至时间，并且由此建立近地表速度模型。

具体地，以下结合图1至3说明基于微测井资料，建立近地表速度模型的过程。

图1示出了本发明实施例使用的单井微测井观测系统。如图1所示，利用该单井微测井观测系统采集数据，最小激发深度为1m，最大激发深度为150m，采用等***量由深及浅不断激发，其中30-150m深度范围每间隔4m激发一炮，10-30m深度范围每间隔2m激发一炮，1-10m深度范围每间隔1m激发一炮，共激发50炮。

图2示出本发明实施例所使用的微测井观测系统中5m偏移距检波器接收的共检波点道集。如图2所示，利用图1所示的微测井观测系统采集的偏移距为5m的共检波点道集，其中横坐标表示激发深度(m)，纵坐标表示时间(ms)。激发深度为22m的信号出现激发异常，在衰减曲线计算时，已经将该地震信号剔除。

图3示出利用图2所示的共检波点道集的地震信号的初至时间解释得到的近地表速度模型。如图3所示，拾取图2中的地震信号的初至时间以解释得到近地表速度模型，其中纵坐标表示深度(m)，横坐标表示时间(ms)及速度(m/s)。可以看出，在该实施例中，近地表可以分为低、降速带两层，第一层为低速层，厚度为7.61m，速度为402m/s；第二为降速层，厚度为142.39m，速度为1503m/s。

在实施例中，基于所获得的近地表结构的层位数量、厚度以及每层的速度，可以利用射线追踪方法计算出地震信号在每层的传播旅行时间。

以下，为了便于说明本发明的方法，以两层近地表结构作为实施例。

图4示出从图2所示的共检波点道集提取的不同深度的三个地震信号直达波。如图4所示，在共检波点道集中，这是激发深度分别为150m、130m和106m的直达波信号，其中横坐标表示激发深度(m)，纵坐标表示时间(ms)。可以看出，三个信号波形稳定，未受到噪声干扰。

图5示出图4中的三个直达波信号对应的振幅谱，其中横坐标表示频率(Hz)，纵坐标表示振幅。如图5所示，对图4进行频谱分析得到的结果。分析可得，三个信号的主频随着激发深度的增大而减小，也就是说，激发深度越深，传播距离越大，相应的信号主频越低，频带越窄，这种现象正是由于地层的吸收衰减效应所致，可以利用该频谱进行衰减曲线剥离。

具体地，利用所选取的两个地震信号，获得包含近地表结构中的两层的品质因子Q值的等效衰减曲线：

其中，上划线代表各变量的对数值，即表示x_ij(f)的对数值，i＝2,3,...,m，m表示微测井观测系统中激发点的个数，f表示频率，a₁代表与频率无关的常数，其中第i炮激发、第j道检波器接收的地震信号的振幅谱可表示为：

其中k表示第k层，g_ij表示球面扩散、透射损失等与频率无关的常数项，t_ijk表示第i炮激发、第j道检波器接收的地震信号在第k层的传播旅行时间。在本实施例中，仅使用一个接收点进行计算，因此j＝1。

在实施例中，本发明的方法还包括：

选取两个地震信号，计算参考衰减曲线：

进一步地，将表示参考衰减曲线与等效衰减曲线的公式联立建立方程组：

并且通过求解方程组，可以得到仅包含一层品质因子Q的衰减曲线：

其中

R₁(f)和R₂(f)分别表示求解后仅包含一层品质因子Q值的衰减曲线，c₁和c₂表示两个频率无关项，i＝2,3,...,m，m代表观测系统中激发点的个数。

在实施例中，通过分别对R₁(f)和R₂(f)线性拟合求其斜率p₁＝-πQ₁ ^-1Δt₁和p₂＝-πQ₂ ^-1Δt₂，即可反演得到每层的品质因子Q₁，Q₂：

图6示出利用本发明中的多炮组合消元算法计算得到的低、降速带各层衰减曲线，其中横坐标表示频率(Hz)，纵坐标表示衰减量。如图6所示，利用多炮组合消元算法根据图5所示的三个信号频谱通过衰减曲线剥离分别得到低、降速两层的衰减曲线，其中图6(a)示出低速层的衰减曲线，图6(b)示出降速层的衰减曲线。

图7示出利用剥离后的衰减曲线的品质因子Q值计算结果正演模拟的衰减曲线与真实衰减曲线的对比图，其中横坐标表示频率(Hz)，纵坐标表示衰减量。具体地，图7(a)示出通过对低速带层的衰减曲线求解，得到该层的品质因子Q值，利用该品质因子Q值进行正演模拟得到低速带的模拟结果与真实值的对比，图7(b)示出示出通过对降速带层的衰减曲线求解，得到该层的品质因子Q值，利用该品质因子Q值进行正演模拟得到降速带层的模拟结果与真实值的对比。

从图7(a)和(b)可以看出，两者基本吻合，这也证明该剥离结果是非常可靠的。

综上所述，本发明提出了一种用于近地表品质因子Q值反演的衰减曲线层析剥离方法，基于微测井资料，通过初至拾取建立近地表速度模型，包括地层数量以及各层的速度，然后将其用于近地表衰减曲线剥离的层位约束，再通过选取共检波点道集中不同炮激发产生的地震信号，利用多炮组合消元算法计算各层的衰减曲线，再结合谱比法即可求得每层的品质因子Q值，实现近地表高精度品质因子Q值建模的目的，从而实现用于近地表吸收衰减参数反演的衰减曲线层析剥离算法。与现有技术相比，本发明通过选取合理的炮组合，将整体衰减曲线进行逐层剥离，分别得到各层的衰减曲线，再结合相应算法实现每层品质因子Q的求取，从而提高了近地表品质因子Q值建模的精度，解决了之前所求Q模型精度较低的问题。

在另一方面，本发明还提供了一种存储介质，其中存储有计算机可执行的程序，所述程序在被执行时适于实施用于近地表品质因子Q值反演的衰减曲线层析剥离方法，所述方法包括：基于微测井资料，建立近地表速度模型；基于近地表速度模型，选取共检波点道集中的未受到噪声干扰的地震信号；对所选取的地震信号进行频谱分析，以获得包含近地表结构中的多个层的品质因子Q值的等效衰减曲线；以及基于所选取的地震信号的传播旅行时间，利用多炮组合消元方法，对等效衰减曲线进行层析剥离，以分别得到近地表结构中每层的衰减曲线。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“实施例”并不一定均指同一个实施例。

本领域的技术人员应该明白，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域的技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

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，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。