一種質(zhì)心頻率與頻譜比聯(lián)合的井中地震品質(zhì)因子反演方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 該技術(shù)屬于勘探地球物理處理方法領(lǐng)域的一種質(zhì)心頻率與頻譜比聯(lián)合的井中地 震品質(zhì)因子反演方法。 現(xiàn)有技術(shù)：
[0002] 相比于利用井中地震直達波的走時信息進行速度層析反演，利用井中地震直達波 的振幅信息進行品質(zhì)因子的層析反演，能夠更直觀、更靈敏地反映儲層巖石的孔隙率、滲透 率和儲層的流體性質(zhì)。現(xiàn)有的品質(zhì)因子反演方法主要包括振幅衰減法、頻譜比法和質(zhì)心頻 移法等方法，振幅衰減法在時間域利用振幅的變化進行衰減系數(shù)計算，受幾何擴散、震源/ 檢波器耦合特性等干擾影響較大，振幅信息不保真；頻譜比法利用了頻率域的振幅信息，較 好消除了非地層因素振幅衰減影響，但且估算的衰減系數(shù)分辨率不高；而質(zhì)心頻移法通過 計算地震波衰減在頻率上的變化量來計算衰減系數(shù)，計算精度較高，但求取的衰減量易受 噪聲干擾影響而產(chǎn)生假的衰減異常。因此，上述單一方法均存在一定缺陷和條件限制，井中 地震特殊的觀測系統(tǒng)決定了品質(zhì)因子反演需要特殊的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003] 本發(fā)明的目的是為了提高衰減層析成像的精度和分辨率，降低衰減系數(shù)反演方法 對地震資料噪聲干擾和非地層固有衰減的因素影響，提出了一種質(zhì)心頻率與頻譜比聯(lián)合的 井中地震品質(zhì)因子反演方法。本方法通過質(zhì)心頻率與頻譜比等兩種方法的聯(lián)合，建立統(tǒng)一 的目標(biāo)函數(shù)，旨在降低地震資料噪聲干擾和非地層固有衰減的因素等因素對反演方法對影 響，實現(xiàn)高精度的井間地震品質(zhì)因子層析反演。
[0004] 本發(fā)明是通過對井中地震直達波的波形時域信息和頻域信息的聯(lián)合處理，實現(xiàn)兩 井間品質(zhì)因子的準(zhǔn)確層析反演。其總體技術(shù)路線是：首先建立地震波頻譜與地層吸收衰減 參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，然后從直達波中提取相關(guān)的頻率特征參數(shù)進行地層吸收衰減參數(shù)計算。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案包括：
[0006] (1)建立頻譜比法計算地層衰減系數(shù)的反演方程；
[0007] (2)建立質(zhì)心頻率移動量與地層衰減系數(shù)的反演方程；
[0008] (3)建立頻譜比值、質(zhì)心頻率與地層衰減系數(shù)的聯(lián)合反演方程；
[0009] (4)采用阻尼LSQR算法求解聯(lián)合反演的目標(biāo)函數(shù)。
[0010] 上述方案進一步包括：
[0011] (1)建立頻譜比法計算地層衰減系數(shù)的反演方程
[0012] 根據(jù)采集初至波的波形進行頻譜分析；計算相鄰道頻譜比值，然后對頻譜比和頻 率數(shù)據(jù)進行直線擬合，求取斜率，根據(jù)品質(zhì)因子與頻譜比斜率的函數(shù)關(guān)系建立地層衰減系 數(shù)反演方程；
[0013] 對井中地震數(shù)據(jù)，將井中檢波器接收的地震道的初至波進行波形提取，提取方法 為利用拾取的初至波旅行時間，在初至波時窗范圍內(nèi)以初至波為從起跳點開始截取1. 5個 周期的地震波波長，對初至波波形進行頻譜分析，頻譜分析的方法是應(yīng)用傅里葉變換方法 計算出對應(yīng)振幅譜；
[0014] 對于相鄰兩道的振幅譜進行譜比值求解，表述為：
[0015] 對于第j道，
[0016] Rj(f) =Gj(f)·Hj(f) ·S(f) (1)
[0017] 式中：R(f)為接收的地震波頻譜，S(f)為震源子波頻譜，儀器與介質(zhì)響應(yīng)為 G(f) ·Η(?·)，j為第j道地震道；
[0018]對于j+1道，
[0019]Rj+1(f) =Gj+1(f) ·Hj+1(f) ·S(f) (2)
[0020] 上兩式相比，得，
[0021] C3)
[0022] 兩邊取對數(shù)，得
[0023] .1)
[0024] 設(shè)G與頻率f無關(guān)，則上式便是f的線性方程，且該直線的斜率為
[0025]
[0026] 對上式離散化，得
[0027]
[0028] 由于相鄰道頻譜比與頻率f呈線性關(guān)系，求出各頻率點對應(yīng)的相鄰道頻譜比，然 后對頻譜比和頻率數(shù)據(jù)進行直線擬合，求取斜率，這個斜率值就是（5)式左邊的Pi值；對于 多個炮點，利用（6)就得到一個線性方程組，其中，方程的右端向量為擬合直線的斜率，系 數(shù)矩陣元素為離散單元中的射線長度，而未知量則為所有求的各離散單元的衰減系數(shù)值；
[0029] (2)建立質(zhì)心頻率移動量與地層衰減系數(shù)的反演方程
[0030] 根據(jù)不同地震道的直達波波形做頻譜分析，在頻率域拾取質(zhì)心頻率和使用質(zhì)心頻 率移動量來反演計算衰減系數(shù)，其實現(xiàn)方式表述為：
[0031] 地震波在傳播過程中，地層吸收衰減引起震源質(zhì)心頻率的變化，通過計算地震波 衰減在頻率上的變化量可計算出衰減系數(shù)，下述公式為衰減系數(shù)與質(zhì)心頻率的計算關(guān)系 式：
[0032]
[0033]fR表示檢波器接收道的質(zhì)心頻率，&表示震源的質(zhì)心頻率，α為地層衰減系數(shù)， 4為震源的方差，1^為射線傳播路徑，依據(jù)地層吸收，地震波質(zhì)心頻率從&減小到&，因此， 由震源子波和接收地震波頻譜質(zhì)心頻率的變化就能估計沿該射線路徑L的平均衰減系數(shù)；
[0034] 把井間介質(zhì)離散成若干小單元，對上式（7)離散化可得，
[0035]
… ， (8)
[0036] 其中，i表示井間介質(zhì)離散網(wǎng)格序號，η表示離散單元數(shù)或網(wǎng)格節(jié)點總數(shù)；
[0037] 公式中fR接收子波振幅譜R(f)的質(zhì)心頻率fR可定義為：
[0038] v (9)
[0039] 而fs震源子波在井間地震中是未知的，因此設(shè)
[0040]fs =max(fR) +Δf, (10)
[0041] η?￡?(./；)為炮點S對應(yīng)的所有接收點的質(zhì)心頻率中的最大值，Λf作為需要確定的 量7方差
[0042] 把（10)式代入公式⑶有
[0043]
[0044] 表示的是炮點頻率方差，取一個炮點對應(yīng)的接收點地震頻譜方差的平均值作 為該炮點的頻譜方差，而接收點地震頻譜方差可由（11)式計算；上式表示一條射線滿足的 方程，若某條射線的編號為j，則上式表示為
[0045]
[0046] (3)建立頻譜比值、質(zhì)心頻率與地層衰減系數(shù)的聯(lián)合反演方程
[0047] 根據(jù)頻譜比和質(zhì)心頻率的反演方程聯(lián)合建立聯(lián)立反演方程，并構(gòu)建聯(lián)合之后的目 標(biāo)函數(shù)；
[0048] 質(zhì)心頻率法的反演方程為：
[0049]
[0050] 頻譜比的反演方程為：
[0051]
[0052] 對于頻譜比的擬合效果設(shè)置一個門限，當(dāng)相鄰道頻譜比的相關(guān)系數(shù)大于門限時， 此方程參與反演計算；
[0053]對于質(zhì)心頻率與頻譜比聯(lián)合反演法，
[0054] 若利用質(zhì)心頻率建立的方程矩陣為·X=Bp
[0055] 頻譜比法建立的方程矩陣為：A2 ·X=B2，
[0056] 那么聯(lián)合之后的目標(biāo)函數(shù)為：
[0057]
[0058] 其中，Cv，Q為垂直、水平平滑因子，Xv為模型的垂直參數(shù)，\為模型水平參數(shù)，& 為模型先驗信息，ΡρP2分別為質(zhì)心頻率法與頻譜比法方程組的權(quán)重，λi、λ2、λ3分別為 垂直平滑、水平平滑、先驗信息約束項的權(quán)重；
[0059] (4)采用阻尼LSQR算法求解聯(lián)合反演的目標(biāo)函數(shù)
[0060] 衰減層析所需的速度模型由初至旅行時層析反演獲取，采用逐次迭代的方法對拾 取的旅行時進行層析反演。
[0061] 上述方案還包括：采用逐次迭代的方法對拾取的旅行時進行層析反演，即先給定 一個初始模型s0,