基于角道集数据地层Q值提取方法研究_王小杰.pdf

202312科研开发174Modern Chemical Research当代化工研究基于角道集数据地层Q值提取方法研究王小杰1,2 颜中辉1,2 刘欣欣1,2（1.青岛海洋地质研究所 山东 2660712.青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室 山东 266071）摘要：地震波衰减是实际介质的一种重要属性。地震波衰减的提取方法对地震资料的品质要求比较高，角道集资料比叠后地震资料含有更加丰富的地层信息，比叠前地震资料具有更高的信噪比；同时S域谱比法不仅充分考虑了因地层吸收而引起的振幅、频率等信息的变化，而且避免了通常品质因子计算中的平均效应，使估算的品质因子更加准确。基于以上的考虑，本文基于角道集资料利用S域谱比法提取地层频谱比斜率值，再通过三角度归零处理得到零炮检距处的地层Q值，消除了入射角对地层Q值的影响，使得到的结果更加精确。模型数据和实际资料的应用表明，该方法的准确性更高、适用性更强。关键词：地震波衰减；角道集数据；频谱比；参数提取中图分类号：P631 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.12.057Q-value Extraction Method Based on Angle Gather DataWang Xiaojie1,2,Yan Zhonghui1,2,Liu Xinxin1,2(1.Qingdao Institute of Marine Geology,Shandong,2660712.Function Laboratory for Marine Mineral Resource Geology and Exploration,Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology,Shandong,266071)Abstract：Seismic wave attenuation is an important attribute of real medium.The requirement of extraction method of seismic attenuation to the seismic data quality is relatively high.Angle gather data contains more abundant stratigraphic information than poststack seismic data,with higher signal-to noise ratio than the pre-stack seismic data;At the same time spectral ratio in S domain not only considers the change of the amplitude、frequency and other information caused by the stratigraphic absorption,but also avoids the average effect of quality factor calculation usually,which makes the estimation of quality factor more accurate.Based on the above considerations,this paper uses the method of spectral ratio in S domain to extract the slope of spectral ratio based on angel gather data,then through the three angel return-to-zero processing to obtain the strata Q value of zero offset,eliminating the effect of incident angel to the Q value,so as to obtain more accurate results.The application of model data and real data indicates the accuracy of this method higher,applicability stronger.Key words：seismic attenuation；angel gather data；spectral ratio；parameter extraction1.前言地震波在实际地层介质中传播时，会发生衰减，包括固有衰减和非固有衰减。其中固有衰减是黏弹性介质中的重要属性，该属性能反映地层中的多种信息，比如：岩性、压力、渗透率、含流体类型及饱和度等，对地震资料的解释、储层预测、油气勘探等有重要的意义1-3。人们对地震波衰减的研究始于1962年Futteman首次提出地震波的吸收衰减为地层的基本特征4。自此之后，许多地球物理工作者在地震波吸收衰减提取方面做了大量的工作。早期的方法研究主要基于叠后地震资料提出的，例如振幅衰减法、极值法、频谱比法等5。现阶段，人们开始基于叠前地震资料和反演理论进行地层吸收参数的提取，例如S域谱比法、QVO法、利用地震资料进行全波形广义线性反演地层Q值 等6-12。这些方法对地震资料的品质要求较高，需要进一步的提高。与叠后地震资料相比，角道集资料包含更多的信息，比如，反映含油气性和岩性的属性、AVA特征等；同时它比叠前道集的信噪比高，因为它是角度部分叠加资料。基于以上考虑，本文提出了基于角道集资料的地层Q值提取方法，主要是将S域谱比法应用于角道集资料中，经角度归零处理得到角度为零处的地层Q值，即零炮检距处的地层Q值，从而进行储层预测。2.方法原理(1)S域谱比法在常Q模型中，假设平面波(),Uz在黏弹性介质中传播，其传播方程为：()()()()i,0 expexp2zzUzUcQc=|（1）式中：是角频率；z是传播距离；()c是相 速度6。利用S变换将传播方程转换到S域中。假设波传播202312科研开发175Modern Chemical Research当代化工研究到目的层上下界面，根据传统的频谱比法，对于某一段频率区间内两界面处的振幅谱比并取对数为：（2）利用线性回归可以求得品质因子Q的值13-16。(2)角度归零处理由于地震波的衰减是传播路径的累加过程，角度越大，传播的路径越远，地震波衰减的越多，因此，在角道集资料中，不同角度的数据提取的为地层的拟Q值（固有衰减和角度影响之和），即地层拟Q值是随着角度的变化而变化的，记为Q，其中为入 射角17-19。图1 平层模型地震波传播示意图图1是平层模型地震波传播示意图，当入射角为零时，地震波传播到目的层上下所用的时间是1t；当入射角为时，地震波传播到目的层上下所用的时间是1tt+。假定此时的偏移距为x，地震波在该层的传播速度为V，偏移距与入射角的关系可以表示为：12tanxtV=（3）由公式（2）可得，入射角为零时，斜率值0p为：（4）当入射角为时，斜率值p为：（5）假设传播时间变化由经典的正常时差方程给出，即：2212xtVt （6）将偏移距与入射角的关系式（3）带入式（6），得：212tantt （7）将式（7）带入式（5）得：（8）假设在一个小排列的情况下，不同炮检距处Q变化不大，近似为零炮检距0Q值。上式可近似为：（9）从式（9）可以看出，频谱比斜率p与入射角正弦的平方2tan近似呈线性关系，以此做线性回归，可得到零偏移距处频谱比斜率。然后根据式（2）可得到零偏移距处地层Q值，即地层的常Q值20-22。图2 地层Q值的估算的流程图图2是地层Q值估算的具体流程。由于地层Q值的估算对地震资料的品质要求较高，角道集资料比叠前CMP道集具有更高的信噪比，比叠后资料含有更加丰富的地层信息，通过三角度的归零处理，可以消除入射角对地层Q值的影响，得到更加精确的地层Q值。3.模型试算图3 理论模型（其中速度V的单位为m/s，横坐标和纵坐标的单位为m）图4 叠前地震记录图3为一个简单的三层水平层状模型，模型参数如图3所示。图中第二层为模拟研究的目的层，中段代表含气层，两侧为不含气地层。正演模拟利用基于单程波动方程分步傅里叶波场延拓的方法23，采用单202312科研开发176Modern Chemical Research当代化工研究点激发单点接收的观测系统，其中道距为10m，炮间距为10250m，覆盖次数达到25次，空间采样间隔为5m5m，时间采样间隔为1ms。模拟计算的地震子波为雷克子波，频率为30Hz。图4是具有25次覆盖的叠前CMP道集，即每一个CMP有25道。图5 小角度数据 图6 中角度数据图7 大角度数据图5图7是针对上述模型分别抽取了小角度（5度），中角度（15度）和大角度（25度）三个角度的叠加数据。图8中（a）是分别从三角度道集数据中提取的第75道数据（经过气层位置），（b）是分别提取的地层Q值曲线，可以看出不同的角度数据有一定的差异，提取的地层Q值也有一定的差异。图9是归零处理后的结果，（a）是频谱比斜率与角度正切的关系曲线，（b）是归零后的结果，可以看出归零后地层Q值与理论模型基本一致。从而证明了方法的正确性。（a）（b）图8 不同角度数据对比（a）第75道数据；（b）Q值 (a)(b)图9 归零处理（a）频谱比斜率值与角度正切平方的关系；（b）归零后的地层Q值曲线图10图12分别是针对三个角度道集数据利用S域谱比法提取的地层Q值剖面，从三个图中分别可以看出，在含气层的位置Q值比较低，非含气层位置地层Q值比较高，同时不同角度数据提取的地层Q值大小也有差异，主要是因为偏移距不同导致传播路径的差异，从而引起地层Q值大小的差异，偏移距越大，传播路径越长，地层吸收越强，地层Q值越小，与理论相吻合，因此需要归零处理得到零偏移距处地层Q值，消除偏移距对地层Q值的影响，得到地层的固有Q值。图13是归零后的地层Q值剖面，可以看出，归零后的地层Q值剖面与理论模型最符合，值的误差最小，而小角度、中角度和大角度数据提取的地层Q值受偏移距的影响误差比较大。从而验证了方法的正确性。图10 小角度地层Q值剖面图11 中角度地层Q值剖面图12 大角度地层Q值剖面图13 归零后地层Q值剖面4.实例分析图14是某地区的一叠后地震剖面，其中井3是一口斜井，如图所示，其中黑色短线表示已知气层的位置。图15图17是分别从小角度数据、中角度数据和大角度数据利用S域谱比法提取的地层Q值剖面，从图中可以看出，在斜井气层的位置地层Q值比较低，都有202312科研开发177Modern Chemical Research当代化工研究不同程度的异常显示，但因偏移距的影响，三个角度道集数据提取的地层Q值存在不同程度的差异。图18是三角度归零后的地层Q值剖面，从图中可以看出归零后的地层Q值剖面消除了偏移距的影响，在已知气层的位置显示为“亮点”，气层区域在Q值剖面上显示为低值，异常现象更加明显。图14 叠后地震剖面图15 基于小角度数据提取的地层Q值剖面图16 基于中角度数据提取的地层Q值剖面图17 基于大角度数据提取的地层Q值剖面图18 三角度归零后的地层Q值剖面图19是某地区叠前三个角度道集。图20图22是对应三个角度提取的地层吸收Q值剖面。比较容易看出不同角度得到的Q值剖面的区别，与地震剖面的特征相吻合，但因偏移距的影响，剖面存在多解性，尤其是小角度和中角度数据提取的地层Q值异常现象不是很明显。图23是三角度道集归零之后的零炮检距处剖面，从图中可以看出归零后的Q值剖面聚合了三角度Q值剖面的优点，同时剔除了大部分的缺点，使异常现象更加明显，更能准确地反映储层信息。(a)小角度(b)中角度(c)大角度图19 某地区三角度地震剖面图20 基于小角度道集提取的Q值剖面202312科研开发178Modern Chemical Research当代化工研究图21 基于中角度道集提取的Q值剖面图22 基于大角度道集提取的Q值剖面图23 三角度归零后Q值剖面5.结论地层吸收属性作为粘弹性介质中的一种重要属性，在储层预测等方面具有重要意义。本文基于角度道集资料利用S域谱比法进行地层Q值的提取，再经过三角度归零处理得到更加精确的零角度处地层Q值剖面，即零炮检距处地层Q值剖面，消除了入射角对地层Q值的影响，从而提高了储层预测的精度，在实际资料的应用中也得到了验证。需要注意的是，角道集资料的信噪比要尽量高，减少噪音对地层Q值提取的影响；同时在地层Q值计算中，有效频带的选择也非常重要，一般选择大于主频的部分。【参考文献】1孙成禹.地震波理论与方法M.山东东营:中国石油大学出版社,2007:101-124.2刘祖沅.岩石中地震波衰减的实验研究J.地震科学研究,1983,6(1):34-40.3李振春,王清振.地震波衰减机理及能量补偿研究综述J.地球物理学进展,2007,22(4):1147-1152.4Futterman W I.Dispersive body wavesJ.Journal of Geophysical research,1962,7(13):5279-5291.5陆基孟.地震勘探原理M.东营:石油大学出版社,1993:261-270.6Rahul Dasgupta and Roger A Clark.Estimation of Q from surface reflection data J.Geophysics,1998,63(6):2120-2128.7Dasgupta R,Clarkz R A.Estimation of Q from surface seis-mic reflection dataJ.Geophysics,1998,63(12):2120-2128.8董宁,杨立强.基于小波变换的吸收衰减技术在塔河油田储层预测中的应用研究J.地球物理学进展,2008,23(2):533-538.9高静怀,毛剑,满蔚仕,等.叠前地震资料噪声衰减的小波域方法研究J.地球物理学报,2006,49(4):1155-1163.10王小杰,印兴耀.基于零相位子波地层Q值估计J.地球物理学进展,2011,26(06):2090-2098.11王小杰,印兴耀,吴国忱.基于叠前地震数据的地层Q值估计J.石油地球物理勘探,2011,46(03):423-428.12Rainer T.The determination of the seismic quality factor Q from VSP data:a comparison of different computa-tional methodsJ.Geophysical prospecting,1991,39(1):1-27.13Stockwell R G,Mansinha L,Lowe R P.Localization of the complex cpectrum:The S transformJ.IEEE Transactions on Signal Processing,1996,44(4):998-1001.14高静怀,陈文超,李幼铭,等.广义S变换与薄互层地震响应分析J.地球物理学报,2003,46(4):526-532.15刘喜武,刘洪,李幼铭,等.基于广义S变换研究地震地层特征J.地球物理学进展,2006,21(2):440-451.16邹文.S-变换时频分析技术及其在地震勘探中的应用研究D.北京:中国地质大学,2005:17-26.17Aki K,Richards P G.Quantitative SeismologyM.San Fransisco,U S A:W H Freeman and Company,1980.18Xiaojie Wang,Xingyao Yin and 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