利用叠前地震道集计算地层品质因数的方法及装置

摘要

本发明实施例提供了一种利用叠前地震道集计算地层品质因数的方法，包括：获取叠前地震数据，并进行预处理；对叠前地震数据进行叠加速度分析和解释，生成叠加速度；从叠加剖面上识别和拾取反射层，利用所拾取的反射层时间和叠加速度提取反射波，得到反射波随炮检距变化的波形，生成反射波波形；对反射波波形进行傅立叶变换，计算反射波振幅谱；根据反射波振幅谱，利用所述叠加速度、反射层时间以及滤波器振幅谱，计算得到层对数衰减量δ

说明书

技术领域

本发明涉及地震数据处理领域，尤其涉及一种利用叠前地震道集计算地层品质因 数的方法及装置。

背景技术

地下介质广泛存在衰减特性，地层的吸收衰减主要表现为地震波在传播过程中振 幅发生衰减、相位发生畸变、频率变低，且高频部分比低频部分衰减更快，在浅层比 深层衰减更快，导致地震波主频降低、频带变窄，降低了地震资料的分辨率，从而影 响到地震勘探的精度。

为了提高地震资料的分辨率，可以采用反褶积方法压缩子波长度，可以补偿地层 对地震波的吸收衰减。吸收衰减的补偿方法主要包括反Q滤波方法和基于衰减补偿 的偏移方法，其关键之一在于Q值的求取。

Rainner Tonn（1989）对早期计算Q值的七种计算方法进行了比较，时间域方法 有：振幅衰减法、上升时间法、子波模拟法、解析信号法；频率域的方法有：谱比法、 匹配法、谱模拟法。他得出的结论是：没有哪一种方法适用于任何情况,它们的效果 依赖于记录的质量。在这些方法中，时间域的上升时间法和频率域的谱比法最为引起 人们的关注。

早期计算Q值方法主要基于叠后数据或零偏VSP数据。相对于这些数据而言， 由于叠前地震数据包含更多信息，因此利用叠前数据进行反演能获得更高精度的Q 值。Dasgupta等(1998)给出了基于CMP道集的计算Q值流程。Zhang等(2002)给出了 基于水平层状介质模型的CMP道集反射波衰减方程，并利用这个方程进行Q值反演 和反Q滤波。由于这个方程是基于直射线传播路径假设推导出来的，因此影响了其 精度。为了提高CMP道集反射波吸收方程精度，刘洋等（2009）提出了基于曲射线 路径和斯奈尔定理，推导出了更高精度的吸收方程，并发展了基于质心频率的Q值 反演方法。

目前利用叠前道集估算地层品质因数研究不多，均存在一些假设，对震源子波进 行了一定的假设，因而限制了现有的方法的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用叠前反射波计算层品质因数的方法，对震源子波的 振幅谱和相位谱未做任何假设，具有易于实现、精度较高、适用性强的优点。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种利用叠前地震道集计算地层品质因数 的方法，包括：获取叠前地震数据，并进行预处理；对所述叠前地震数据进行叠加速 度分析和解释，生成叠加速度；从叠加剖面上识别和拾取反射层，利用所拾取的反射 层时间和所述叠加速度提取反射波，得到所述反射波随炮检距变化的波形，生成反射 波波形；对所述反射波波形进行傅立叶变换，计算反射波振幅谱；根据所述的反射波 振幅谱，利用所述叠加速度、反射层时间以及滤波器振幅谱，计算得到层对数衰减量 δ_n；根据所述层对数衰减量，利用公式计算得到地层品质因数Q_n。

进一步地，在一实施例中，所述获取叠前地震数据，并进行预处理，包括：对所 述叠前地震数据进行观测系统加载、道编辑和保幅去噪处理。

进一步地，在一实施例中对所述叠前地震数据进行叠加速度分析和解释，生成叠 加速度，包括：对所述叠前地震数据进行叠加速度分析，生成叠加速度谱；对所述叠 加速度谱进行解释，生成叠加速度。

进一步地，在一实施例中在从叠加剖面上识别和拾取反射层之前，还包括：对所 述叠前地震数据进行动校正和水平叠加，获得所述叠加剖面。

进一步地，在一实施例中根据所述的反射波振幅谱，利用所述叠加速度、反射层 时间以及滤波器振幅谱，计算得到层对数衰减量δ_n，包括：对于叠前共中心点道集， 所述反射波振幅谱为：对所述反射波振幅谱两边去自 然对数运算，并采用最小二乘法计算得到等效对数衰减量为：

${\delta }_{v,n}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}({\mathrm{Mt}}_i-\underset{k=1}{\overset{M}{\Sigma }}{t}_k)({\mathrm{Nf}}_j-\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{f}_k)w_{\mathrm{ij}}}{[M\underset{k=1}{\overset{M}{\Sigma }}{t}_k^2-{\left(\underset{k=1}{\overset{M}{\Sigma }}{t}_k\right)}^2][N\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{f}_k^2-{\left(\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{f}_k\right)}^2]};$

根据所述等效对数衰减量，利用公式计算得到层对 数衰减量δ_n；

其中，M为所述叠前共中心点道集的道数，各道上来自第n个反射界面的反射波 时间为t_i，i=1,2,...,M，v_r,n为第1层到第n层的叠加速度；δ_v,n为描述第1层到第n 层的等效对数衰减量；t_0,n为来自第n个反射界面的反射层时间，选择反射波振幅谱 有效频带范围内的N个频率成分f_j，j=1,2,...,N用于计算，各道反射波振幅谱为 W_ij=W(t_i,f_j)，i=1,2,...,M；j=1,2,...,N，各道与频率无关的滤波器振幅谱表示为A_i， i=1,2,...,M，与时间无关的滤波器振幅谱表示为B_j，j=1,2,...,N。

为了达到上述目的，本发明实施例还提供一种利用叠前地震道集计算地层品质因 数的装置，包括：预处理单元，用于获取叠前地震数据，并进行预处理；速度分析解 释单元，用于对所述叠前地震数据进行叠加速度分析和解释，生成叠加速度；反射波 波形生成单元，用于从叠加剖面上识别和拾取反射层，利用所拾取的反射层时间和所 述叠加速度提取反射波，得到所述反射波随炮检距变化的波形，生成反射波波形；振 幅谱生成单元，用于对所述反射波波形进行傅立叶变换，计算反射波振幅谱；层对数 衰减量计算单元，用于根据所述的反射波振幅谱，利用所述叠加速度、反射层时间以 及滤波器振幅谱，计算得到层对数衰减量δ_n；地层品质因数计算单元，用于根据所 述层对数衰减量，利用公式计算得到地层品质因数Q_n。

本发明实施例的利用叠前地震道集计算地层品质因数的方法与装置，对震源子波 的振幅谱和相位谱未作任何假设，具有计算效率高、精度较高以及适应性强的优点。

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，下面将对实施例或现 有技术描述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为本发明实施例的利用叠前地震道集计算地层品质因数的方法流程图；

图2为本发明实施例的利用叠前地震道集计算地层品质因数的装置的结构示意 图；

图3为本发明的利用叠前地震道集计算地层品质因数的装置的另一个实施例的 结构示意图；

图4为本发明一具体实施例中的模型示意图；

图5为本发明具体实施例中的模型的CMP道集图；

图6为本具体实施例中计算得到的等效对数衰减量与理论值的对比图；

图7为本具体实施例中计算得到的层品质因数与理论值的对比图。

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。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种利用叠前地震道集计算地层品质因数 的方法，图1为其方法流程图。如图1所示，本实施例的利用叠前地震道集计算地层 品质因数的方法包括：

步骤S101，获取叠前地震数据，并进行预处理；

步骤S102，对所述叠前地震数据进行叠加速度分析和解释，生成叠加速度；

步骤S103，从叠加剖面上识别和拾取反射层，利用所拾取的反射层时间和所述 叠加速度提取反射波，得到所述反射波随炮检距变化的波形，生成反射波波形；

步骤S104，对所述反射波波形进行傅立叶变换，计算反射波振幅谱；

步骤S105，根据所述的反射波振幅谱，利用所述叠加速度、反射层时间以及滤 波器振幅谱，计算得到层对数衰减量δ_n；

步骤S106，根据所述层对数衰减量，利用公式计算得到地层品质因数Q_n。

在本实施例的步骤S101中，所述获取叠前地震数据，并进行预处理，包括：对 所述叠前地震数据进行观测系统加载、道编辑和保幅去噪处理，在处理中要尽量保持 反射波的振幅谱。

在本实施例的步骤S102中，对所述叠前地震数据进行叠加速度分析和解释，生 成叠加速度，包括：对所述叠前地震数据进行叠加速度分析，生成叠加速度谱；对所 述叠加速度谱进行解释，生成叠加速度。对于水平层状介质，叠加速度即为均方根速 度，当地层倾斜时，需要进行倾角校正获得均方根速度。

在本实施例中，在步骤S103中的从叠加剖面上识别和拾取反射层之前，还包括： 对所述叠前地震数据进行动校正和水平叠加，获得所述叠加剖面。该技术是本领域技 术人员都熟知的叠加剖面获取技术，故在此不再赘述。并且，步骤S103和步骤S104 中利用所拾取的反射层时间和所述叠加速度提取反射波，得到所述反射波随炮检距变 化的波形，生成反射波波形，并利用傅立叶变换，生成反射波振幅谱，也是本领域技 术人员都熟知的常用技术，在此也不再赘述。

在本实施例的步骤S105中，根据所述的反射波振幅谱，利用所述叠加速度、反 射层时间以及滤波器振幅谱，计算得到层对数衰减量δ_n，包括：

在本发明中，水平层状介质中反射波振幅谱可以写成

$W(t,f)=A\left(t\right)B\left(f\right)e^{-[{\delta }_{a,n}{t}_{0,n}+{\delta }_{v,n}(t-t_{0,n})]f}---\left(1\right)$

在公式（1）中：

${\delta }_{a,n}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\delta }_i\Delta t_{0,i}}{t_{0,n}},{\delta }_{v,n}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\delta }_i{v}_i^2\Delta t_{0,i}}{v_{r,n}^2{t}_{0,n}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\delta }_i{v}_i^2\Delta t_{0,i}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{v}_i^2\Delta t_{0,i}},{\mathrm{\Delta t}}_{0,n}=t_{0,n}-t_{0,n-1},{\delta }_i=\frac{\pi }{Q_i}$

其中：

Q_i为第i层的品质因数；

δ_i为第i层的对数衰减量；

δ_v,n为描述第1层到第n层的等效对数衰减量；

δ_a,n为描述第1层到第n层的平均对数衰减量；

A(t)为振幅系数，仅受到球面扩散、透射系数和反射系数的影响，与频率无关；

B(f)为震源处子波振幅谱，与时间无关；

v_i为第i层的层速度，该速度可以从步骤S102中获取的叠加速度中获得；

Δt_0,i为第i层的双程垂直旅行时间；

v_r,n为描述第1层到第n层的均方根速度，对于水平层状介质，叠加速度就是均 方根速度；

t_0,n为来自第n个反射界面的自激自收时间。

对于叠前共中心点道集，假设有M道，各道上来自第n个反射界面的反射波时 间为t_i，i=1,2,...,M，选择反射波振幅谱有效频带范围内的N个频率成分f_j， j=1,2,...,N用于计算，各道反射波振幅谱为W_ij=W(t_i,f_j)i=1,2,...,M；j=1,2,...,N， 各道与频率无关的滤波器振幅谱表示为A_i，i=1,2,...,M，与时间无关的滤波器振幅 谱表示为B_j，j=1,2,...,N，则公式（1）变为：

$W_{\mathrm{ij}}=A_i{B}_j{e}^{-[{\delta }_{a,n}{\text{t}}_{0,n}+{\delta }_{v,n}(t_i-t_{0,n})]f_j}---\left(2\right)$

对公式（2）两边去自然对数运算，得到：

w_ij=a_i+b_j-δ_v,nt_if_j   （3）

其中，w_ij=ln|W_ij|，a_i=ln|A(t_i)|，b_j=ln|B(f_j)|+(δ_v,n-δ_a,n)t_0,nf_j。

采用最小二乘法计算得到等效对数衰减量为：

${\delta }_{v,n}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}({\mathrm{Mt}}_i-\underset{k=1}{\overset{M}{\Sigma }}{t}_k)({\mathrm{Nf}}_j-\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{f}_k)w_{\mathrm{ij}}}{[M\underset{k=1}{\overset{M}{\Sigma }}{t}_k^2-{\left(\underset{k=1}{\overset{M}{\Sigma }}{t}_k\right)}^2][N\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{f}_k^2-{\left(\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{f}_k\right)}^2]}.$

根据所述等效对数衰减量计算得到层对数衰减量δ_n：

${\delta }_n=\frac{{\delta }_{v,n}{v}_{r,n}^2{t}_{0,n}-{\delta }_{v,n-1}{v}_{r,n-1}^2{t}_{0,n-1}}{v_{r,n}^2{t}_{0,n}-v_{r,n-1}^2{t}_{0,n-1}}.$

在本实施例的步骤S106中，根据公式即可计算得到地层品质因数Q_n。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种利用叠前地震道集计算地层品 质因数的装置，如下面的实施例所述。由于利用叠前地震道集计算地层品质因数的装 置解决问题的原理与利用叠前地震道集计算地层品质因数的方法相似，因此对利用叠 前地震道集计算地层品质因数的装置的实施可以参见对利用叠前地震道集计算地层 品质因数的方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模 块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳 地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图2是本发明实施例的利用叠前地震道集计算地层品质因数的装置的一种结构 框图，如图2所示，包括：预处理单元101，速度分析解释单元102，反射波波形生 成单元103，振幅谱生成单元104，层对数衰减量计算单元105以及地层品质因数计 算单元106，下面对该结构进行说明。

预处理单元101，用于获取叠前地震数据，并进行预处理；

速度分析解释单元102，用于对所述叠前地震数据进行叠加速度分析和解释，生 成叠加速度；

反射波波形生成单元103，用于从叠加剖面上识别和拾取反射层，利用所拾取的 反射层时间和所述叠加速度提取反射波，得到所述反射波随炮检距变化的波形，生成 反射波波形；

振幅谱生成单元104，用于对所述反射波波形进行傅立叶变换，计算反射波振幅 谱；

层对数衰减量计算单元105，用于根据所述的反射波振幅谱，利用所述叠加速度、 反射层时间以及滤波器振幅谱，计算得到层对数衰减量δ_n；

地层品质因数计算单元106，用于根据所述层对数衰减量，利用公式计 算得到地层品质因数Q_n。

在本实施例中，所述预处理单元101用于对所述叠前地震数据进行观测系统加 载、道编辑和保幅去噪处理。

在本实施例中，所述速度分析解释单元102包括：速度分析单元，用于对所述叠 前地震数据进行叠加速度分析，生成叠加速度谱；速度谱解释单元，用于对所述叠加 速度谱进行解释，生成叠加速度。

在本实施例中，如图3所示，所述装置还包括：叠加剖面获取单元107，用于对 所述叠前地震数据进行动校正和水平叠加，获得所述叠加剖面。

在本实施例中，所述层对数衰减量计算单元105根据所述的反射波振幅谱，利用 所述叠加速度、反射层时间以及滤波器振幅谱，计算得到层对数衰减量δ_n，包括：

对于叠前共中心点道集，所述反射波振幅谱为： 对所述反射波振幅谱两边去自然对数运算，并采用最小二乘法计算得到等效对数衰减 量为：${\delta }_{v,n}=\frac{-\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}({\mathrm{Mt}}_i-\underset{k=1}{\overset{M}{\Sigma }}{t}_k)({\mathrm{Nf}}_j-\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{f}_k)w_{\mathrm{ij}}}{[M\underset{k=1}{\overset{M}{\Sigma }}{t}_k^2-{\left(\underset{k=1}{\overset{M}{\Sigma }}{t}_k\right)}^2][N\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{f}_k^2-{\left(\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{f}_k\right)}^2]};$根据所述等效对数衰减量，利用 公式${\delta }_n=\frac{{\delta }_{v,n}{v}_{r,n}^2{t}_{0,n}-{\delta }_{v,n-1}{v}_{r,n-1}^2{t}_{0,n-1}}{v_{r,n}^2{t}_{0,n}-v_{r,n-1}^2{t}_{0,n-1}}.$计算得到层对数衰减量δ_n；

其中，M为所述叠前共中心点道集的道数，各道上来自第n个反射界面的反射波 时间为t_i，i=1,2,...,M，v_r,n为第1层到第n层的叠加速度；δ_v,n为描述第1层到第n 层的等效对数衰减量；t_0,n为来自第n个反射界面的反射层时间，选择反射波振幅谱 有效频带范围内的N个频率成分f_j，j=1,2,...,N用于计算，各道反射波振幅谱为 W_ij=W(t_i,f_j)，i=1,2,...,M；j=1,2,...,N，各道与频率无关的滤波器振幅谱表示为A_i， i=1,2,...,M，与时间无关的滤波器振幅谱表示为B_j，j=1,2,...,N。

上述实施例的利用叠前地震道集计算地层品质因数的方法与装置，对震源子波的 振幅谱和相位谱未作任何假设，具有计算效率高、精度较高以及适应性强的优点。

具体实施例：

图4为该具体实施例中的模型示意图，各层速度分别为2000、2500、2900、3200、 3500、3700、4000、4400、4000、4500m/s，各层精确的Q值分别为10、25、40、50、 55、60、70、80、70、90；最小炮检距为40m，道间距40m，51道接收，子波为60Hz 雷克子波。图5为该模型的CMP道集图。图6为本具体实施例中计算得到的等效对 数衰减量与理论值的对比图，图7为本具体实施例中计算得到的层品质因数与理论值 的对比图。

由图6-图7可见，计算到的等效对数衰减量、层品质因数与模型的精确值基本吻 合，表明了本发明的利用叠前地震道集计算地层品质因数的方法的正确性。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实 施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件， 该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以 用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算 装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而， 可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于 此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或 者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例 不限制于任何特定的硬件和软件结合。

本发明中应用了具体实施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。