本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種品質(zhì)因子的獲取方法。

背景技術(shù)：

隨著地震勘探的日益精細(xì)，勘探對(duì)象的日趨復(fù)雜，對(duì)資料的高信噪比、高保真度、高分辨率的要求越來越高。明確近地表對(duì)地震波傳播規(guī)律的影響，提高深層資料的能量，有針對(duì)性地對(duì)地層衰減效應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償，提高地震資料分辨率，能夠更有效地指導(dǎo)油氣等礦產(chǎn)資源的勘探開發(fā)。粘彈性介質(zhì)引起的地震波衰減特征通常用品質(zhì)因子Q來描述。針對(duì)地震資料進(jìn)行基于Q值的能量補(bǔ)償，能有效提高深層地震波能量。

Q值與介質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特征、滲透率、飽和度、孔隙度等因素密切相關(guān)，其大小主要取決于巖石骨架的彈性性質(zhì)，與地層的孔隙度、孔隙壓縮性、飽和液成分、壓實(shí)程度等有關(guān)。目前，品質(zhì)因子Q值獲取的方法主要分為時(shí)間域和頻率域兩大類。

時(shí)間域方法主要有上升時(shí)間法、振幅衰減法、解析信號(hào)法等，這些方法由于受到波場(chǎng)散射、幾何擴(kuò)散等因素的影響較大，且僅利用局部信息，導(dǎo)致估計(jì)的Q值精度降低。頻率域方法主要包括譜比法、頻移法等。與譜比法相比，頻移法受地震波幾何擴(kuò)散、反射、透射等干擾因素的影響較小，計(jì)算更加穩(wěn)定，具有更高可實(shí)現(xiàn)性。

常規(guī)頻移法主要分為峰值頻移法和質(zhì)心頻移法。其中，峰值頻移法要求震源譜解析已知，且只有震源譜形態(tài)較好時(shí)才能得出峰值頻移法與吸收量之間的解析關(guān)系。采用質(zhì)心頻移法進(jìn)行Q值估算，吸收量與頻移量之間的線性關(guān)系是在震源頻譜為高斯(Gauss)型的假設(shè)前提下推導(dǎo)出來的，當(dāng)直達(dá)波受噪音影響較大時(shí)，采用質(zhì)心頻移法估算出的Q值不再穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種品質(zhì)因子的獲取方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)直達(dá)波受噪音影響較大時(shí)，估算出來的品質(zhì)因子不穩(wěn)定的技術(shù)問題。

本發(fā)明公開了一種品質(zhì)因子的獲取方法，包括：

根據(jù)直達(dá)波到達(dá)第一檢測(cè)器的時(shí)間，獲取直達(dá)波波場(chǎng)；

根據(jù)獲取的直達(dá)波波場(chǎng)，獲取直達(dá)波頻譜；

根據(jù)直達(dá)波頻譜，獲取與直達(dá)波頻譜相似程度最高的高斯譜；

基于所獲取的高斯譜，計(jì)算直達(dá)波的質(zhì)心頻率和方差；

根據(jù)計(jì)算得到的直達(dá)波的質(zhì)心頻率和方差，獲取對(duì)應(yīng)地層的品質(zhì)因子。

其中，根據(jù)獲取的直達(dá)波波場(chǎng)，獲取直達(dá)波頻譜包括：

根據(jù)獲取的直達(dá)波波場(chǎng)，對(duì)直達(dá)波進(jìn)行頻譜分析，獲取直達(dá)波頻譜，并確定有效頻帶范圍。

其中，根據(jù)直達(dá)波頻譜，獲取與直達(dá)波頻譜相似程度最高的高斯譜包括：

根據(jù)直達(dá)波頻譜，確定直達(dá)波頻率；

根據(jù)直達(dá)波頻率和預(yù)設(shè)的浮動(dòng)范圍，確定頻率范圍；

在所述有效頻帶范圍內(nèi)，生成一系列主頻位于所確定的頻率范圍內(nèi)的高斯譜；

獲取所生成的高斯譜中，與直達(dá)波頻譜相似程度最高的高斯譜。

其中，獲取所生成的高斯譜中，與直達(dá)波頻譜相似程度最高的高斯譜包括：

設(shè)定高斯譜與直達(dá)波頻譜的相似程度算式：其中，G為高斯譜，R為直達(dá)波頻譜，i是所述第一檢測(cè)器的編號(hào)，a、b分別為有效頻帶范圍的最小值和最大值，f為a和b以內(nèi)的變量，K表示高斯譜和直達(dá)波頻譜的相似程度；

基于所述相似程度算式，獲取最大的K值對(duì)應(yīng)的高斯譜，確定為與直達(dá)波頻譜相似程度最高的高斯譜。

其中，基于所獲取的高斯譜，計(jì)算直達(dá)波的質(zhì)心頻率和方差包括：

基于所獲取的高斯譜，利用質(zhì)心頻率算式計(jì)算直達(dá)波的質(zhì)心頻率

基于所獲取的高斯譜和直達(dá)波的質(zhì)心頻率利用方差算式${\mathrm{\σ}}_{R_i}^2=\frac{\underset{a}{\overset{b}{\∫}}{(f-f_{R_i})}^{2}G\left(f\right)\mathrm{df}}{\underset{a}{\overset{b}{\∫}}G\left(f\right)\mathrm{df}}$計(jì)算直達(dá)波的方差

其中，根據(jù)計(jì)算得到的直達(dá)波的質(zhì)心頻率和方差，獲取對(duì)應(yīng)地層的品質(zhì)因子之前，還包括：

計(jì)算位于所述第一檢測(cè)器下方且與所述第一檢測(cè)器相鄰的第二檢測(cè)器對(duì)應(yīng)的直達(dá)波的質(zhì)心頻率

其中，根據(jù)計(jì)算得到的所述直達(dá)波的質(zhì)心頻率和方差，獲取對(duì)應(yīng)地層的品質(zhì)因子包括：

根據(jù)計(jì)算得到的所述第一檢測(cè)器對(duì)應(yīng)的直達(dá)波的質(zhì)心頻率和方差所述第二檢測(cè)器對(duì)應(yīng)的直達(dá)波的質(zhì)心頻率獲取位于所述第一檢測(cè)器和所述第二檢測(cè)器之間的地層的品質(zhì)因子Q_j，其中，j為地層的編號(hào)。

其中，根據(jù)計(jì)算得到的所述第一檢測(cè)器對(duì)應(yīng)的直達(dá)波的質(zhì)心頻率和方差所述第二檢測(cè)器對(duì)應(yīng)的直達(dá)波的質(zhì)心頻率獲取位于所述第一檢測(cè)器和所述第二檢測(cè)器之間的地層的品質(zhì)因子Q_j包括：

根據(jù)品質(zhì)因子算式計(jì)算位于所述第一檢測(cè)器和所述第二檢測(cè)器之間的地層的品質(zhì)因子Q_j，Δt表示各自對(duì)應(yīng)的直達(dá)波到達(dá)所述第一檢測(cè)器和所述第二檢測(cè)器的時(shí)間差。

本發(fā)明帶來了以下有益效果：本發(fā)明實(shí)施例提供了一種品質(zhì)因子的獲取方法，本方法中，根據(jù)直達(dá)波獲取與直達(dá)波相似的高斯譜，并結(jié)合直達(dá)波和高斯譜獲取品質(zhì)因子?；诒痉椒ǐ@取的品質(zhì)因子更穩(wěn)定，也更準(zhǔn)確，即使直達(dá)波受噪音影響較大，也能夠得到比較準(zhǔn)確的品質(zhì)因子。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要的附圖做簡(jiǎn)單的介紹：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的品質(zhì)因子的獲取方法的流程圖一；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的品質(zhì)因子的獲取方法的流程圖二；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的無噪聲的模擬地震示意圖；

圖4是基于圖3獲取到的品質(zhì)因子示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中的5％噪聲的模擬地震示意圖；

圖6是基于圖5獲取到的品質(zhì)因子示意圖一；

圖7是基于圖5獲取到的品質(zhì)因子示意圖二；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例中的10％噪聲的模擬地震示意圖；

圖9是基于圖8獲取到的品質(zhì)因子示意圖一；

圖10是基于圖8獲取到的品質(zhì)因子示意圖二。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

垂直地面剖面(Vertical Seismic Profiling，簡(jiǎn)稱VSP)技術(shù)是與常規(guī)地面地震觀測(cè)技術(shù)相對(duì)應(yīng)的、一種新的地震觀測(cè)方法。VSP的優(yōu)勢(shì)在于：可以同時(shí)記錄到上、下行波的波場(chǎng)信息；可以減弱地表低速帶的相干波影響和隨機(jī)噪聲影響，資料的信噪比和分辨率較普通地面地震要高很多；能夠比較直接地觀測(cè)到地層介質(zhì)反射的地震波子波波形，波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征較為明顯；能夠更加容易和真實(shí)地獲取速度參數(shù)、振幅信息、巖性參數(shù)等。VSP技術(shù)可以將地面測(cè)量參數(shù)與其所反映出的地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)相互聯(lián)系起來，能夠?yàn)槌Ｒ?guī)地面地震勘探資料的處理提供比較準(zhǔn)確的速度模型和時(shí)深轉(zhuǎn)換關(guān)系。

隨著地質(zhì)勘探的進(jìn)一步深入研究和應(yīng)用，VSP資料在巖性勘探方面的應(yīng)用越來越受到地球物理學(xué)家們的重視。這不僅是因?yàn)閂SP勘探能直接獲取多種地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，而且人們能在實(shí)際環(huán)境中研究這些地震波信息，結(jié)合鉆井和錄井資料，了解這些信息在含油氣地層中的地球物理響應(yīng)特征。VSP資料同時(shí)記錄有直達(dá)波與反射波信息。

本發(fā)明公開了一種品質(zhì)因子的獲取方法，該方法正是基于VSP資料中的直達(dá) 波實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明實(shí)施例中，具體以零偏VSP資料為例進(jìn)行說明。零偏VSP資料為準(zhǔn)確獲取品質(zhì)因子提供了可靠的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。零偏VSP在地表疏松帶以下激發(fā)，在地下深部接收直達(dá)波與反射波，完全避開了地表低速帶對(duì)地震信號(hào)高頻成分的吸收，使接收到地震信號(hào)的高頻信息更豐富，信噪比較高，并且波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征(時(shí)距關(guān)系、層速度等)和動(dòng)力學(xué)特征(振幅、頻率、相位、波形等)變化更明顯，在地震波衰減規(guī)律研究等諸多方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

如圖1所示，本發(fā)明公開的方法包括：

步驟S101、根據(jù)直達(dá)波到達(dá)第一檢測(cè)器的時(shí)間，獲取直達(dá)波波場(chǎng)。

在均勻地層中由震源直接傳播到觀測(cè)點(diǎn)的地震波稱為直達(dá)波。獲得了直達(dá)波到達(dá)第一檢測(cè)器的時(shí)間后，即可獲取這一時(shí)刻的直達(dá)波波場(chǎng)。

步驟S102、根據(jù)獲取的直達(dá)波波場(chǎng)，獲取直達(dá)波頻譜。

獲得直達(dá)波波長(zhǎng)后，可以根據(jù)獲取的直達(dá)波波場(chǎng)，對(duì)直達(dá)波進(jìn)行頻譜分析，獲取直達(dá)波頻譜，并確定有效頻帶范圍。其中，該有效頻帶范圍為工程人員設(shè)定的需要研究的頻帶范圍。

步驟S103、根據(jù)直達(dá)波頻譜，獲取與直達(dá)波頻譜相似程度最高的高斯譜。

具體的，如圖2所示，步驟S103包括以下子步驟：

子步驟S1031、根據(jù)直達(dá)波頻譜，確定直達(dá)波頻率。

分析直達(dá)波頻譜，可以確定直達(dá)波頻率，又叫主頻。

子步驟S1032、根據(jù)直達(dá)波頻率和預(yù)設(shè)的浮動(dòng)范圍，確定頻率范圍。

為了獲得與該直達(dá)波頻譜相似程度較高的高斯譜，本發(fā)明實(shí)施例中，不僅獲取主頻與直達(dá)波頻率相等的高斯譜，還獲取主頻位于直達(dá)波頻率附近一定范圍內(nèi)的高斯譜。因此，本發(fā)明實(shí)施例中，預(yù)設(shè)定一浮動(dòng)范圍，這一浮動(dòng)范圍結(jié)合直達(dá)波頻率，得到的頻率范圍即為需要獲取高斯譜的范圍。例如，直達(dá)波頻率為25Hz，預(yù)設(shè)的浮動(dòng)范圍為±5Hz，則所確定的頻率范圍為20至30Hz。

具體的，該浮動(dòng)范圍的數(shù)值可根據(jù)工程人員的實(shí)際需要確定，一般為±5Hz至±10Hz即可。

子步驟S1033、在有效頻帶范圍內(nèi)，生成一系列主頻位于所確定的頻率范圍內(nèi)的高斯譜。

以所確定的頻率范圍為20至30Hz為例，對(duì)于該頻率范圍，可生成主頻為20Hz、21Hz、……、30Hz共計(jì)11個(gè)高斯譜，并截取這11個(gè)高斯譜中位于有效頻帶范 圍內(nèi)的部分。

子步驟S1034、獲取所生成的高斯譜中，與直達(dá)波頻譜相似程度最高的高斯譜。

具體的，即獲取與直達(dá)波頻譜擬合程度最高的高斯譜。為了獲取該高斯譜，在本發(fā)明實(shí)施例中，首先設(shè)定高斯譜與直達(dá)波頻譜的相似程度算式：式中，G為高斯譜，R為直達(dá)波頻譜，i是第一檢測(cè)器的編號(hào)，a、b分別為有效頻帶范圍的最小值和最大值，f為a和b以內(nèi)的變量，K表示高斯譜和直達(dá)波頻譜的相似程度。將每一高斯譜都代入相似程度算式后，可獲得每一高斯譜與直達(dá)波頻譜的相似程度，最后獲取最大的K值對(duì)應(yīng)的高斯譜，確定為與直達(dá)波頻譜相似程度最高的高斯譜。

步驟S104、基于所獲取的高斯譜，計(jì)算直達(dá)波的質(zhì)心頻率和方差。

首先，基于所獲取的高斯譜，利用質(zhì)心頻率算式計(jì)算直達(dá)波的質(zhì)心頻率

然后，基于所獲取的高斯譜和直達(dá)波的質(zhì)心頻率利用方差算式${\mathrm{\σ}}_{R_i}^2=\frac{\underset{a}{\overset{b}{\∫}}{(f-f_{R_i})}^{2}G\left(f\right)\mathrm{df}}{\underset{a}{\overset{b}{\∫}}G\left(f\right)\mathrm{df}}$計(jì)算直達(dá)波的方差

對(duì)于其他檢測(cè)器而言，重復(fù)上述四個(gè)步驟，計(jì)算得到各檢測(cè)器對(duì)應(yīng)的直達(dá)波的質(zhì)心頻率和方差。

步驟S105、根據(jù)計(jì)算得到的直達(dá)波的質(zhì)心頻率和方差，獲取對(duì)應(yīng)地層的品質(zhì)因子。

根據(jù)計(jì)算得到的第一檢測(cè)器對(duì)應(yīng)的直達(dá)波的質(zhì)心頻率和方差第二檢測(cè)器對(duì)應(yīng)的直達(dá)波的質(zhì)心頻率獲取位于第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器之間的地層的品質(zhì)因子Q_j，其中，j為地層的編號(hào)，第二檢測(cè)器位于第一檢測(cè)器下方且與第一檢測(cè)器相鄰。

即根據(jù)品質(zhì)因子算式計(jì)算位于第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器之間的地層的品質(zhì)因子Q_j，Δt表示各自對(duì)應(yīng)的直達(dá)波到達(dá)第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器的時(shí)間差。

對(duì)每?jī)蓚€(gè)相鄰的檢測(cè)器都執(zhí)行步驟S105，即可得到各地層的品質(zhì)因子。

為了驗(yàn)證本發(fā)明實(shí)施例公開的獲取品質(zhì)因子的方法的可行性及獲取到的品質(zhì)因子的精度，下面采用一個(gè)六層的只有下行波無噪聲的理論模型進(jìn)行測(cè)試。理論模型的地層參數(shù)見下表1。

表1

對(duì)于上述理論模型，制造圖3所示的無噪聲的模擬地震。圖4為采用常規(guī)質(zhì)心頻移法和本發(fā)明提供的方法獲取到的品質(zhì)因子的對(duì)比，圖4中實(shí)線是常規(guī)質(zhì)心頻移法得到的品質(zhì)因子，帶圈的線是本發(fā)明提供的方法得到的品質(zhì)因子?？梢钥闯?，本發(fā)明提供的方法在無噪聲的理論模型中，與常規(guī)質(zhì)心頻移法獲取品質(zhì)因子的效果相當(dāng)，均能準(zhǔn)確反演出Q值。

為了驗(yàn)證本發(fā)明實(shí)施例提供的方法在含噪聲時(shí)的穩(wěn)定性，現(xiàn)在對(duì)圖3中每道模擬地震加入隨機(jī)噪音，隨機(jī)噪音最大取值為記錄道最大值的5％，如圖5。圖6、圖7分別是采用常規(guī)質(zhì)心頻移法和本發(fā)明提供的方法獲取的Q值，其中，圖6、圖7中的實(shí)線均表示理論的品質(zhì)因子，圖6中的帶圈的線表示常規(guī)質(zhì)心頻移法得到的品質(zhì)因子，圖7中的帶圈的線是本發(fā)明提供的方法得到的品質(zhì)因子。

對(duì)比圖6和圖7可看出，中淺層(<800m)除個(gè)別深度點(diǎn)外，采用兩種方法反演出的結(jié)果基本能反映地層真實(shí)品質(zhì)因子變化。但是深層(>800m)改進(jìn)后的質(zhì)心頻移法反演結(jié)果相對(duì)誤差較小。

當(dāng)噪聲能量加到10％時(shí)，模擬出的地震道如圖8所示。如圖9所示(實(shí)線是理論的品質(zhì)因子，帶圈的線是常規(guī)質(zhì)心頻移法得到的品質(zhì)因子)，除淺層外(<300m)，常規(guī)質(zhì)心頻移法已經(jīng)不能很好反演出地層品質(zhì)因子，中深層反演誤 差值大，反演結(jié)果不可靠。如圖10所示(實(shí)線是理論的品質(zhì)因子，帶圈的線是本發(fā)明提供的方法得到的品質(zhì)因子)，采用本發(fā)明中提供的方法進(jìn)行Q值估算，整體反演結(jié)果比較理想，計(jì)算結(jié)果優(yōu)于常規(guī)質(zhì)心頻移法，具有一定的參考意義。

綜上，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種品質(zhì)因子的獲取方法，本方法中，根據(jù)直達(dá)波獲取與直達(dá)波相似的高斯譜，并結(jié)合直達(dá)波和高斯譜獲取品質(zhì)因子。基于本方法獲取的品質(zhì)因子更穩(wěn)定，也更準(zhǔn)確，即使直達(dá)波受噪音影響較大，也能夠得到比較準(zhǔn)確的品質(zhì)因子。

雖然本發(fā)明所公開的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。