本發(fā)明涉及該技術(shù)屬于油氣勘探儲(chǔ)層預(yù)測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及地層品質(zhì)因子Q的估算方法。

背景技術(shù)：

地層的品質(zhì)因子Q是指示地層含油氣性的重要標(biāo)志之一。因此,準(zhǔn)確求取地層的品質(zhì)因子一直是地球物理學(xué)家致力追求的目標(biāo)。迄今為止，出現(xiàn)了很多種估算吸收參數(shù)的方法。例如,振幅衰減法、解析信號(hào)法、子波模擬、相位模擬、脈沖振幅、頻譜模擬和頻譜比等。這些方法都是建立在一系列的假設(shè)之上,對(duì)地震資料的品質(zhì)要求非常高,受地震波幾何擴(kuò)散、反射、透射等干擾因素的影響較小大，因而適應(yīng)性和穩(wěn)定性要差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種穩(wěn)定性和精度高的地層品質(zhì)因子Q的估算方法。

本發(fā)明的技術(shù)思路是：首先應(yīng)用改進(jìn)廣義S變換對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻分析，然后應(yīng)用Teager-Kaiser能量算子計(jì)算地震數(shù)據(jù)的瞬時(shí)能量，最后利用單位波長(zhǎng)內(nèi)時(shí)頻瞬時(shí)能量衰減的思路，估算地層的地層品質(zhì)因子Q值，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層高精度預(yù)測(cè)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案之一如下。

一種地層品質(zhì)因子Q的估算方法，包括如下步驟：

步驟1：獲取一道地震數(shù)據(jù)，用改進(jìn)廣義S變換對(duì)該道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻分析；

所述改進(jìn)廣義S變換的離散表達(dá)式如下所示：

其中，GGST表示改進(jìn)廣義S變換，τ代表時(shí)間，令f→j/NT、t→kT和τ→nT，則改進(jìn)廣義S變換離散式可以簡(jiǎn)記為：GGST_N[n,j]，j表示離散頻率樣點(diǎn)，k和n代表離散時(shí)間樣點(diǎn)，N表示總的頻率樣點(diǎn)數(shù)，T表示時(shí)間周期；

步驟2：計(jì)算該道地震數(shù)據(jù)的瞬時(shí)能量；

步驟3：利用單位波長(zhǎng)內(nèi)時(shí)頻瞬時(shí)能量衰減的思路，估算該道地震數(shù)據(jù)各離散時(shí)間采樣點(diǎn)處的地層品質(zhì)因子Q。

本技術(shù)方案適用于用單道地震數(shù)據(jù)。可用該數(shù)據(jù)對(duì)比單井?dāng)?shù)據(jù)，解釋數(shù)據(jù)中的強(qiáng)振 幅異常并指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

進(jìn)一步，在步驟1中，所述改進(jìn)廣義S變換的窗函數(shù)為：

其中t,f分別代表時(shí)間和頻率，p和λ表示調(diào)節(jié)參數(shù)；窗函數(shù)的時(shí)間寬度隨著頻率f的增加而減小。

進(jìn)一步，在步驟2中，應(yīng)用Teager-Kaiser能量算子計(jì)算地震數(shù)據(jù)的瞬時(shí)能量；非線性二次TK算子(Teager-Kaiser能量算子)本來(lái)是應(yīng)用在語(yǔ)音信號(hào)處理中進(jìn)行能量測(cè)定的，其輸出中包含了振幅和頻率信息。它本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有效，又能夠很好地跟蹤信號(hào)的瞬時(shí)變化。應(yīng)用Teager-Kaiser能量算子計(jì)算地震數(shù)據(jù)的時(shí)頻瞬時(shí)能量。

Kaiser證明離散時(shí)間信號(hào)在t＝nΔt處的能量可以表示為：

其中：m是物體的質(zhì)量，ρ是物體的密度，n為離散時(shí)間采樣點(diǎn)的序號(hào)，x_n,x_n+1和x_n-1代表離散時(shí)間信號(hào)在n點(diǎn)，n+1點(diǎn)和n-1點(diǎn)處的采樣，n＝1,2…,Nn,Nn為總的樣點(diǎn)數(shù)；

w是圓周頻率，A_n是采樣信號(hào)在n點(diǎn)處的振幅；如果我們把m看成是物體連續(xù)密度的集中近似，那么公式(3)與地震波的能量計(jì)算公式是一致的；因此，可利用公式(3)計(jì)算地震信號(hào)的Teager-Kaiser能量，即地震波瞬時(shí)能量；

離散地震信號(hào)時(shí)頻能量計(jì)算公式如下：

E_n,j＝[GGST_N(n,j)]²-[GGST(n+1,j)]·[GGST_N(n-1,j)] (4)；

其中，E_n,j為離散地震信號(hào)的時(shí)頻能量；

地震波瞬時(shí)能量即最大瞬時(shí)頻率所對(duì)應(yīng)的Teager-Kaiser能量，由下式計(jì)算：

進(jìn)一步，在步驟3中，利用地震波瞬時(shí)能量衰減估算地層品質(zhì)因子Q的方法是：利用時(shí)頻能量瞬時(shí)衰減的思路，獲得地層品質(zhì)因子Q的估算公式，具體估算公式如下：

品質(zhì)因子是物理及工程中的無(wú)量綱參數(shù)，是表示振子阻尼性質(zhì)的物理量。地層的品質(zhì)因子是描述巖石彈性的重要參數(shù),也是指示地層含油氣性的重要標(biāo)志之一，能描述介質(zhì)對(duì)地震能量的吸收和散射，常用品質(zhì)因數(shù)Q及其倒數(shù)1/Q來(lái)度量。品質(zhì)因子與孔隙度無(wú)明顯關(guān)系，而隨著滲透率的增加呈現(xiàn)出明顯的對(duì)數(shù)減小。利用公式(6)計(jì)算該道地震數(shù)據(jù)各離散時(shí)間采樣點(diǎn)處的地層品質(zhì)因子Q值；

其中，Q為單位波長(zhǎng)內(nèi)的能量相對(duì)衰減量，即地層品質(zhì)因子；1/Q為品質(zhì)因子的倒數(shù)，為吸收系數(shù)；E₀和E_n分別是參照點(diǎn)能量和n點(diǎn)處的地震波瞬時(shí)能量；

n為離散時(shí)間采樣點(diǎn)的序號(hào)，n＝1,2…,Nn,Nn表示總的樣點(diǎn)數(shù)。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案如下。

一種地層品質(zhì)因子Q的估算方法，包括如下步驟：

步驟1：獲取地層地震數(shù)據(jù)體，地層地震數(shù)據(jù)體包含有多道地震數(shù)據(jù)；

步驟2：從地層地震數(shù)據(jù)體中選取一道地震數(shù)據(jù)，用改進(jìn)廣義S變換對(duì)該道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻分析；

所述改進(jìn)廣義S變換的離散表達(dá)式如下所示：

其中，GGST表示改進(jìn)廣義S變換，τ代表時(shí)間，令f→j/NT、t→kT和τ→nT，則改進(jìn)廣義S變換離散式可以簡(jiǎn)記為：GGST_N[n,j]，j表示離散頻率樣點(diǎn)，k和n代表離散時(shí)間樣點(diǎn)，N表示總的頻率樣點(diǎn)數(shù)，T表示時(shí)間周期；

步驟3：計(jì)算該道地震數(shù)據(jù)的瞬時(shí)能量；

步驟4：利用單位波長(zhǎng)內(nèi)時(shí)頻瞬時(shí)能量衰減的思路，估算該道地震數(shù)據(jù)各離散時(shí)間采樣點(diǎn)處的地層品質(zhì)因子Q；

步驟5：重復(fù)步驟2到步驟4，直到地層地震數(shù)據(jù)中所有道地震數(shù)據(jù)都被選取為止，通過(guò)逐道計(jì)算各道地震數(shù)據(jù)的各離散時(shí)間采樣點(diǎn)處的地層品質(zhì)因子Q值并進(jìn)行匯總，得到整個(gè)地質(zhì)體的地層品質(zhì)因子Q。

進(jìn)一步，在步驟2中，所述改進(jìn)廣義S變換的窗函數(shù)為：

其中t,f分別代表時(shí)間和頻率，p和λ表示調(diào)節(jié)參數(shù)；窗函數(shù)的時(shí)間寬度隨著頻率f的增加而減小。

進(jìn)一步，在步驟3中，應(yīng)用Teager-Kaiser能量算子計(jì)算地震數(shù)據(jù)的瞬時(shí)能量；

Kaiser證明離散時(shí)間信號(hào)在t＝nΔt處的能量可以表示為：

其中：m是物體的質(zhì)量，ρ是物體的密度，n為離散時(shí)間采樣點(diǎn)的序號(hào)，x_n,x_n+1和x_n-1代表離散時(shí)間信號(hào)在n點(diǎn)，n+1點(diǎn)和n-1點(diǎn)處的采樣，n＝1,2…,Nn,Nn為總的樣點(diǎn)數(shù)；

w是圓周頻率，A_n是采樣信號(hào)在n點(diǎn)處的振幅；如果我們把m看成是物體連續(xù)密度的集中近似，那么公式(3)與地震波的能量計(jì)算公式是一致的；因此，可利用公式(3)計(jì)算地震信號(hào)的Teager-Kaiser能量，即地震波瞬時(shí)能量；

離散地震信號(hào)時(shí)頻能量計(jì)算公式如下：

E_n,j＝[GGST_N(n,j)]²-[GGST(n+1,j)]·[GGST_N(n-1,j)] (4)；

其中，E_n,j為離散地震信號(hào)的時(shí)頻能量；

地震波瞬時(shí)能量即最大瞬時(shí)頻率所對(duì)應(yīng)的Teager-Kaiser能量，由下式計(jì)算：

進(jìn)一步，在步驟4中，利用地震波瞬時(shí)能量衰減估算地層品質(zhì)因子Q的方法是：利用時(shí)頻能量瞬時(shí)衰減的思路，獲得地層品質(zhì)因子Q的估算公式，具體估算公式如下：

利用公式(6)計(jì)算該道地震數(shù)據(jù)各離散時(shí)間采樣點(diǎn)處的地層品質(zhì)因子Q值；

其中，Q為單位波長(zhǎng)內(nèi)的能量相對(duì)衰減量，即地層品質(zhì)因子；E₀和E_n分別是參照點(diǎn)能量和n點(diǎn)處的地震波瞬時(shí)能量；

n為離散時(shí)間采樣點(diǎn)的序號(hào)，n＝1,2…,Nn,Nn表示總的樣點(diǎn)數(shù)。公式(6)將地震波振幅能量屬性與儲(chǔ)層的定性表征聯(lián)系在一起。由于公式(6)可以計(jì)算每一道地震數(shù)據(jù)n點(diǎn)處的Q值，因此，應(yīng)用此公式逐道計(jì)算n點(diǎn)處的Q值，直至整個(gè)3D數(shù)據(jù)體，就能得到地層的Q值。應(yīng)用此公式計(jì)算得到地層的Q值，就可以實(shí)現(xiàn)油氣儲(chǔ)層的有效表征和預(yù)測(cè)。

本發(fā)明受Q值計(jì)算的基本概念啟發(fā)，利用能量衰減估算地層品質(zhì)因子Q，將時(shí)頻分析技術(shù)與Teager瞬時(shí)能量相結(jié)合，提高了算法的精度和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了能量屬性和儲(chǔ)層表征的定性鏈接，能夠有效地壓制非儲(chǔ)層引起的強(qiáng)振幅異常特征，有效地區(qū)分油、水層，準(zhǔn)確定位油氣儲(chǔ)層的位置，拓展了方法的適用性。本發(fā)明將時(shí)頻技術(shù)與Teager-Kaiser能量算子相結(jié)合，充分地利用了時(shí)頻技術(shù)的高分辨性和Teager-Kaiser能量算子的強(qiáng)能量聚集性，有效地提高了Q值估算的穩(wěn)定性和瞬時(shí)性，能更準(zhǔn)確地檢測(cè)被湮沒(méi)在寬帶地震數(shù)據(jù)中的強(qiáng)振幅異常，提高了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度和方法的適用范圍。

附圖說(shuō)明

圖1是本采用本發(fā)明的實(shí)施例中的原始地震數(shù)據(jù)圖。

圖2是基于均方根振幅能量計(jì)算1/Q值。

圖3是基于本發(fā)明方法的時(shí)頻Teager-Kaiser能量算法計(jì)算的1/Q值。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1。一種地層品質(zhì)因子Q的估算方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：獲取一道地震數(shù)據(jù)，用改進(jìn)廣義S變換對(duì)該道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻分析；

所述改進(jìn)廣義S變換的離散表達(dá)式如下所示：

其中，GGST表示改進(jìn)廣義S變換，τ代表時(shí)間，令f→j/NT、t→kT和τ→nT，則改進(jìn)廣義S變換離散式可以簡(jiǎn)記為：GGST_N[n,j]，j表示離散頻率樣點(diǎn)，k和n代表離散時(shí)間樣點(diǎn)，N表示總的頻率樣點(diǎn)數(shù)，T表示時(shí)間周期；

步驟2：計(jì)算該道地震數(shù)據(jù)的瞬時(shí)能量；

步驟3：利用單位波長(zhǎng)內(nèi)時(shí)頻瞬時(shí)能量衰減的思路，估算該道地震數(shù)據(jù)各離散時(shí)間采樣點(diǎn)處的地層品質(zhì)因子Q。

在步驟1中，所述改進(jìn)廣義S變換的窗函數(shù)為：

其中t,f分別代表時(shí)間和頻率，p和λ表示調(diào)節(jié)參數(shù)；窗函數(shù)的時(shí)間寬度隨著頻率f的增加而減小。

在步驟2中，應(yīng)用Teager-Kaiser能量算子計(jì)算地震數(shù)據(jù)的瞬時(shí)能量；

Kaiser證明離散時(shí)間信號(hào)在t＝nΔt處的能量可以表示為：

其中：m是物體的質(zhì)量，ρ是物體的密度，n為離散時(shí)間采樣點(diǎn)的序號(hào)，x_n,x_n+1和x_n-1代表離散時(shí)間信號(hào)在n點(diǎn)，n+1點(diǎn)和n-1點(diǎn)處的采樣，n＝1,2…,Nn,Nn為總的樣點(diǎn)數(shù)；

w是圓周頻率，A_n是采樣信號(hào)在n點(diǎn)處的振幅；如果我們把m看成是物體連續(xù)密度的集中近似，那么公式(3)與地震波的能量計(jì)算公式是一致的；因此，可利用公式(3)計(jì)算地震信號(hào)的Teager-Kaiser能量，即地震波瞬時(shí)能量；

離散地震信號(hào)時(shí)頻能量計(jì)算公式如下：

E_n,j＝[GGST_N(n,j)]²-[GGST(n+1,j)]·[GGST_N(n-1,j)] (4)；

其中，E_n,j為離散地震信號(hào)的時(shí)頻能量；

地震波瞬時(shí)能量即最大瞬時(shí)頻率所對(duì)應(yīng)的Teager-Kaiser能量，由下式計(jì)算：

在步驟3中，利用地震波瞬時(shí)能量衰減估算地層品質(zhì)因子Q的方法是：利用時(shí)頻能量瞬時(shí)衰減的思路，獲得地層品質(zhì)因子Q的估算公式，具體估算公式如下：

利用公式(6)計(jì)算該道地震數(shù)據(jù)各離散時(shí)間采樣點(diǎn)處的地層品質(zhì)因子Q值；

其中，Q為單位波長(zhǎng)內(nèi)的能量相對(duì)衰減量，即地層品質(zhì)因子；公式(6)左邊的1/Q為品質(zhì)因子的倒數(shù)，為吸收系數(shù)；E₀和E_n分別是參照點(diǎn)能量和n點(diǎn)處的地震波瞬時(shí)能量；

n為離散時(shí)間采樣點(diǎn)的序號(hào)，n＝1,2…,Nn,Nn表示總的樣點(diǎn)數(shù)。

實(shí)施例2。一種地層品質(zhì)因子Q提取方法。首先應(yīng)用改進(jìn)廣義S變換對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻分析，然后應(yīng)用Teager-Kaiser能量算子計(jì)算地震數(shù)據(jù)的瞬時(shí)能量，最后利用單位波長(zhǎng)內(nèi)時(shí)頻瞬時(shí)能量衰減的思路，估算地層的Q值，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層高精度預(yù)測(cè)。

具體技術(shù)方案如下。

(1)地震道時(shí)頻瞬時(shí)能量的估算

應(yīng)用改進(jìn)廣義S變換計(jì)算每一道地震數(shù)據(jù)的時(shí)頻譜，主要是廣義S變換克服了S變換的窗函數(shù)以固定趨勢(shì)隨頻率變化，不能根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整的缺點(diǎn)而具有比較高的時(shí)頻分辨能力。本文采用的改進(jìn)廣義S變換的窗函數(shù)為：

其中t,f分別代表時(shí)間和頻率，p和λ表示調(diào)節(jié)參數(shù)。

窗函數(shù)的時(shí)間寬度隨著頻率f的增加而減小。改進(jìn)廣義S變換的離散表達(dá)式如下所示：

其中，GGST表示改進(jìn)廣義S變換，τ代表時(shí)間，令f→j/NT、t→kT和τ→nT，則改進(jìn)廣義S變換離散式可以簡(jiǎn)記為：GGST_N[n,j]，j表示離散頻率樣點(diǎn)，k和n代表離散時(shí)間樣點(diǎn)，N表示總的頻率樣點(diǎn)數(shù)，T表示時(shí)間周期。

Kaiser證明離散時(shí)間信號(hào)在t＝nΔt處的能量可以表示為：

這里m是物體的質(zhì)量，ρ是物體的密度，x_n,x_n+1和x_n-1代表離散時(shí)間信號(hào)在n點(diǎn)，n+1點(diǎn)和n-1點(diǎn)處的采樣，w是圓周頻率，A_n是采樣信號(hào)在n點(diǎn)處的振幅。如果我們把m看成是物體連續(xù)密度的集中近似，那么方程(3)與地震波的能量計(jì)算公式是一致的。因此，我們利用公式(3)計(jì)算地震信號(hào)的Teager-Kaiser能量，即：地震波瞬時(shí)能量，而方程(3)對(duì)于單頻信號(hào)是嚴(yán)格成立的。因此，研究將時(shí)頻分析技術(shù)與Teager-Kaiser能量算子相結(jié)合，計(jì)算地震波的時(shí)頻瞬時(shí)能量，展布地震波能量的時(shí)頻分布特征。離散地震信號(hào)時(shí)頻能量計(jì)算公式如下：

E_n,j＝[GGST_N(n,j)]²-[GGST(n+1,j)]·[GGST_N(n-1,j)] (4)

其中，E_n,j為離散地震信號(hào)的時(shí)頻能量。

地震波瞬時(shí)能量即最大瞬時(shí)頻率所對(duì)應(yīng)的Teager-Kaiser能量，由下式計(jì)算：

(2)利用瞬時(shí)能量衰減估算地層品質(zhì)因子Q

利用時(shí)頻能量瞬時(shí)衰減的思路，獲得地層品質(zhì)因子Q的估算公式：

其中，Q為單位波長(zhǎng)內(nèi)的能量相對(duì)衰減量(λ＝νT)，1/Q為品質(zhì)因子Q的倒數(shù)，為吸收系數(shù)，E₀和E_n分別是參照點(diǎn)能量和n(n＝1,2…,Nn,Nn為總的樣點(diǎn)數(shù))點(diǎn)處的地震波瞬時(shí)能量。公式(6)將地震波振幅能量屬性與儲(chǔ)層的定性表征聯(lián)系在一起。公式(6)可以計(jì)算每一道n點(diǎn)處的Q值。應(yīng)用此公式逐道計(jì)算n點(diǎn)處的Q值，直至整個(gè)三維數(shù)據(jù)體，就能得到地層的Q值，應(yīng)用此公式計(jì)算得到地層的Q值，就可以實(shí)現(xiàn)油氣儲(chǔ)層的有效表征和預(yù)測(cè)。

試驗(yàn)例。使用本方法對(duì)勝利地區(qū)埕島區(qū)塊的地震資料進(jìn)行了基于時(shí)頻瞬時(shí)能量的衰減參數(shù)提取，獲得了較好的效果。圖1是原始地震數(shù)據(jù)，黑線表示A1井和A2井所在位置，其中A1井為產(chǎn)油井，A2井為水井，而在圖1中這兩處都顯示為強(qiáng)振幅異常。圖2為 基于均方根振幅能量計(jì)算的1/Q值，圖中顯示出一些Q異常位置，并且A1井所在的油層位置Q值比較小，出現(xiàn)明顯異常，A2井所在的水層Q值比較大，異?，F(xiàn)象比較弱，但是非儲(chǔ)層位置(如虛線橢圓所圈中的位置)Q值也比較低，與含油層位置的Q值相當(dāng)，造成了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和流體識(shí)別的陷阱。圖3是基于時(shí)頻能量算法計(jì)算的1/Q值，在圖中的氣層位置Q值比較低，水層Q值比較高，并且非儲(chǔ)層位置的能量異常得到了壓制。對(duì)比圖3可以看出，本文提出的基于時(shí)頻域能量計(jì)算Q值的方法能夠更好的區(qū)分油、水層。檢驗(yàn)了方法的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性及方法的適用性。

本實(shí)施例受Q值計(jì)算的基本概念啟發(fā)，利用能量衰減估算地層品質(zhì)因子Q，將時(shí)頻分析技術(shù)與Teager瞬時(shí)能量相結(jié)合，提高了算法的精度和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了能量屬性和儲(chǔ)層表征的定性鏈接，能夠有效地壓制非儲(chǔ)層引起的強(qiáng)振幅異常特征，有效地區(qū)分油、水層，準(zhǔn)確定位油氣儲(chǔ)層的位置，拓展了方法的適用性。