擬合Q體建模技術(shù)及應(yīng)用

崔宏良，劉占軍，萬學(xué)娟，王澤丹，程展展，張學(xué)銀

（1.中國石油大學(xué)（北京）地球物理與信息工程學(xué)院，北京102200；2.東方地球物理公司華北物探處，河北任丘062552；3.東方地球物理公司研究院華北分院，河北任丘062552；4.中國石油華北油田分公司勘探部，河北任丘062552）

擬合Q體建模技術(shù)及應(yīng)用

崔宏良1，2，劉占軍2，萬學(xué)娟3，王澤丹1，4，程展展2，張學(xué)銀1，2

（1.中國石油大學(xué)（北京）地球物理與信息工程學(xué)院，北京102200；2.東方地球物理公司華北物探處，河北任丘062552；3.東方地球物理公司研究院華北分院，河北任丘062552；4.中國石油華北油田分公司勘探部，河北任丘062552）

在地震勘探中，由于傳播介質(zhì)的吸收衰減，接收到的地震信號(hào)頻率降低，嚴(yán)重影響了地震資料的品質(zhì)，因此必須對(duì)其衰減進(jìn)行補(bǔ)償。VSP數(shù)據(jù)接收的是直達(dá)波，旅行時(shí)短，信噪比高，應(yīng)用譜比法計(jì)算的Q值比較可靠。然而工區(qū)內(nèi)的VSP數(shù)據(jù)畢竟有限，僅幾口井的Q值代表不了整個(gè)區(qū)域?；诔Ｒ?guī)Q值經(jīng)驗(yàn)公式及擬合Q值計(jì)算方法，依托拾取的精確速度譜，通過VSP數(shù)據(jù)計(jì)算的Q值進(jìn)行標(biāo)定，進(jìn)而建立區(qū)域內(nèi)的擬合Q體。通過實(shí)際應(yīng)用及對(duì)比，該技術(shù)可使地震資料的能量和頻率均有所提高，計(jì)算的Q值可靠，是值得借鑒的一種新方法。

擬合Q體；吸收衰減；分辨率；振幅譜；譜比法；頻譜

0　引言

球面擴(kuò)散可導(dǎo)致地震反射信號(hào)能量降低，吸收使地震反射信號(hào)頻帶寬度變窄，其中表層吸收尤為重要，是地震分辨率降低的主要因素之一［1］。因此，補(bǔ)償表層吸收衰減，提高地震反射信號(hào)的高頻能量［2］，展寬地震記錄的有效頻帶寬度，對(duì)提高地震分辨率具有重要意義［3］。

國外關(guān)于Q值公開發(fā)表的文章比較多，據(jù)文獻(xiàn)［4］報(bào)道，1984年Grider提出利用最小平方外推因子計(jì)算Q值；1994年Amundsen等人提出了應(yīng)用VSP求取Q值的方法。國內(nèi)關(guān)于Q值的研究起步較早，李合群等［5］利用時(shí)間域振幅的衰減信息進(jìn)行吸收衰減補(bǔ)償；周輝等［6］又提出了頻率域計(jì)算品質(zhì)因子。目前計(jì)算Q值的方法較多，劉學(xué)偉等［7］提出用面波反演風(fēng)化層計(jì)算Q值；于承業(yè)等［8］提出用雙井微測(cè)井資料估算近地表Q值；Zhang等［9］通過數(shù)學(xué)模型對(duì)各種Q值計(jì)算方法進(jìn)行分析對(duì)比，設(shè)計(jì)出了一種穩(wěn)定的Q值補(bǔ)償算法。

目前，在地震資料處理中，對(duì)于Q值的應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注。然而如何提高地震資料頻率的準(zhǔn)確度是一個(gè)難題。

筆者針對(duì)ST1井區(qū)的地質(zhì)需求，在常規(guī)反Q濾波的基礎(chǔ)上，開展擬合Q體建模的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以期為提高地震資料處理的精度提供依據(jù)。

1　基本原理

1.1常用介質(zhì)參數(shù)

描述介質(zhì)吸收性質(zhì)的參數(shù)通常包括吸收系數(shù)α及品質(zhì)因子Q。

在均勻吸收介質(zhì)中，地震波振幅隨傳播距離的增大按指數(shù)規(guī)律衰減。介質(zhì)中傳播的平面波振幅方程［10］為

式中：A0為初始振幅值；r為傳播距離，m；t為傳播時(shí)間，s；α為吸收系數(shù)；w（t）為振動(dòng)函數(shù)。

介質(zhì)中地震波能量的吸收衰減，通常用品質(zhì)因子Q來度量。依據(jù)對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系表，品質(zhì)因子是一個(gè)正數(shù)，Q值越小，能量損耗越大。Q值與吸收系數(shù)的關(guān)系［11］如下：

式中：λ為地震波波長，m。

1.2利用VSP數(shù)據(jù)計(jì)算Q值的方法

在地震資料處理中，利用VSP數(shù)據(jù)求取Q值，通常采用的方法是譜比法。假設(shè)地震信號(hào)的振幅譜是隨時(shí)間按指數(shù)衰減的，則與品質(zhì)因子相關(guān)聯(lián)的公式［12］為

式中：a1（f）為參考子波的振幅譜；a2（f）為滑動(dòng)時(shí)窗內(nèi)的振幅譜；f為地震波頻率，Hz；τ為單程旅行時(shí)間，s。

于是，根據(jù)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換由式（3）得到品質(zhì)因子Q的計(jì)算公式，即

首先在一個(gè)時(shí)窗內(nèi)分析振幅譜，計(jì)算與參考振幅譜比值的對(duì)數(shù)；然后移動(dòng)時(shí)窗，保證時(shí)窗內(nèi)有足夠的重疊部分，分析振幅譜，并計(jì)算與參考振幅譜比值的對(duì)數(shù)；最后由一系列的振幅譜的對(duì)數(shù)比率，估算Q值。

1.3地震波Q值的計(jì)算方法

近年來，隨著油田精細(xì)勘探的不斷推進(jìn)，提高地震資料分辨率已深入到地震勘探的全過程。表層低降速帶介質(zhì)對(duì)地震子波衰減是造成地震資料分辨率降低的一個(gè)重要因素。由于華北探區(qū)表層調(diào)查資料豐富，因此對(duì)表層Q值的計(jì)算采用的是經(jīng)驗(yàn)公式法。

李慶忠［13］Q值計(jì)算公式為

式中：v為地層的層速度，m/s。

地震資料處理過程中，聯(lián)合表層Q值與利用VSP數(shù)據(jù)計(jì)算的Q值資料，通過以下方法建立擬合Q體模型：①轉(zhuǎn)換t-Q文件格式；②導(dǎo)入層位數(shù)據(jù)文件到三維工區(qū)；③建立構(gòu)造模型；④基于構(gòu)造模型約束下建立Q模型；⑤建立全區(qū)Q體。

由于工區(qū)內(nèi)VSP數(shù)據(jù)有限，聯(lián)合計(jì)算的Q值也是一種近似值。因此，在地震資料處理中，表層Q體的應(yīng)用效果并不明顯。為了提高地震資料處理的精度，借鑒于表層Q體建模方法，并采用表層Q值經(jīng)驗(yàn)公式在聯(lián)合資料處理時(shí)拾取精確的速度譜，從而進(jìn)行立體Q值建模。

1.4基于經(jīng)驗(yàn)公式的Q體建模

在現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)公式提供的Q值偏?。▓D1）、頻率提高的同時(shí)，地震資料中也損失了部分低頻成分。

圖1　Q補(bǔ)償前（a）與Q補(bǔ)償后（b）的疊加剖面對(duì)比Fig.1　Comparison of stacks before（a）and after（b）Q compensation

1.5擬合Q體建模技術(shù)

鑒于表層Q體與基于經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的Q體之間存在一定的差異（圖2），采用數(shù)學(xué)模型，尋找兩者之間的相似關(guān)系，并用以下3個(gè)步驟來建立擬合Q體。

圖2　不同Q值對(duì)比Fig.2　Comparison of different Q values

1.5.1Q值的標(biāo)定

在同一個(gè)點(diǎn)位采用VSP計(jì)算的Q值進(jìn)行約束標(biāo)定。

（1）根據(jù)VSP計(jì)算的Q值（QVSP）與基于經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的Q值（Qseismic）之間的差異，建立兩者的比值（M）關(guān)系，即

（2）基于公式（6）繪制散點(diǎn)數(shù)據(jù)圖（圖3）。

圖3　Q值的分段標(biāo)定Fig.3　Segmented calibration of Q values

（3）剔除誤差較大的點(diǎn)，進(jìn)行M值的分段標(biāo)定。M值以散點(diǎn)圖上數(shù)值比較穩(wěn)定的區(qū)域?yàn)榉侄螛?biāo)準(zhǔn)，選取4個(gè)深度區(qū)間：0～540 m，540～740 m，740～2 840 m，2 840～3 500 m。

1.5.2Q值的擬合

根據(jù)標(biāo)定M值的4個(gè)深度區(qū)間，進(jìn)行擬合Q值的計(jì)算（圖4）。對(duì)于標(biāo)定后的Q值與VSP計(jì)算的Q值線性誤差太大的點(diǎn)，進(jìn)行人工剔除，直到擬合之后的Q值與VSP計(jì)算的Q值非常接近為止。

圖4　擬合后的Q值對(duì)比Fig.4　Comparison between fitting Q value and the others

1.5.3擬合Q體的計(jì)算

將上述單點(diǎn)上Q值的計(jì)算方法延拓到整個(gè)數(shù)據(jù)體Q值的計(jì)算上。倘若一個(gè)工區(qū)存在多口井的VSP數(shù)據(jù)，則可以采用分區(qū)域的方法進(jìn)行區(qū)域擬合。通過抽取CMP線，提取精確的t-v數(shù)據(jù)，并采用Q值的擬合方法，計(jì)算出工區(qū)內(nèi)的擬合Q體（圖5）。

圖5　不同的Q體對(duì)比Fig.5　Comparison between two Q values

2　應(yīng)用效果

由于ST1井區(qū)的低降速帶厚度變化劇烈，受表層吸收衰減的影響，地震波高頻衰減嚴(yán)重，目的層段頻率偏低，以往的中—深層地震資料主頻為15～18 Hz，影響了地震資料的分辨率。因此補(bǔ)償吸收衰減是本次研究的重點(diǎn)。

地震資料處理中，采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的Q體效果不理想，同時(shí)由于工區(qū)內(nèi)的VSP數(shù)據(jù)有限，Q值比較單一。通過應(yīng)用擬合Q體建模技術(shù)，并與VSP計(jì)算的Q值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)剖面整體品質(zhì)較好，局部分辨率有所提高（圖6）。

圖6　不同的疊加剖面對(duì)比Fig.6　Comparison of different stacks

分析應(yīng)用不同Q值后的地震資料的頻譜，發(fā)現(xiàn)擬合Q體的頻譜與VSP計(jì)算的頻譜相似，比原始數(shù)據(jù)的頻帶增寬（圖7）。應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的Q值，雖然頻率提高，但是高頻干擾增強(qiáng)，剖面品質(zhì)降低。

圖7　不同的頻譜對(duì)比Fig.7　Comparison of different spectrums

3　結(jié)論

（1）常規(guī)表層Q值的計(jì)算方法可以延伸到立體Q值的建模，具有明顯的效果。

（2）Q體的建立受層速度的影響較大，需要準(zhǔn)確的速度譜。

（3）Q值的精細(xì)計(jì)算，其擬合過程受VSP最終計(jì)算Q值的影響。

（4）應(yīng)用Q體模型，在地震資料處理中不需要沿層拾取，剖面疊加效果與VSP計(jì)算的Q值疊加效果相似，是一種值得借鑒的方法。

致謝：本文采納了華北油田分公司勘探部唐傳章總工程師的技術(shù)思路，得到了東方地球物理公司華北物探處白旭明總工程師、研究院華北分院晏豐總工程師、新興物探處陳沅宗等人的技術(shù)指導(dǎo)與支持，在此一并表示衷心的感謝！

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（本文編輯：楊琦）

Application of fitting stereoscopic Q modeling technology

CUI Hongliang1，2，LIU Zhanjun2，WAN Xuejuan3，WANG Zedan1，4，CHENG Zhanzhan2，ZHANG Xueyin1，2
（1.College of Geophysics and Information Engineering，China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102200，China；2.Huabei Geophysical Exploration Department of BGP，CNPC，Renqiu 062552，Hebei，China；3.Huabei Branch of Geophysical Research Institute，BGP，CNPC，Renqiu 062552，Hebei，China；4.Department of Exploration，PetroChina Huabei Oilfield Company，Renqiu 062552，Hebei，China）

Due to the absorption and attenuation in seismic exploration，the received frequency is reduced，which seriously affects the quality of the seismic data.Therefore，the data must be compensated for its decay.VSP data receives the direct wave，and the traveling time is short，so it has high S/N，and Q value calculated by spectral ratio method is more reliable.However，the number of VSP wells within the region is limited，so the calculated Q value can not represent the entire region.This paper presented a combined method to calculate the fitting Q value，which is based on the Li Qingzhong formula.It relies on the exact velocity spectrum picked.This Q value is calculated after VSP calibration data，and creates a variable stereoscopic Q model.By comparing the application of actual data，this fitting Q modeling technology can improve the overall energy and frequency.This calculated Q value is reliable，and this new method is worth of learning.

fittingstereoscopic Q；attenuation；resolution；amplitude spectrum；spectral ratiomethod；frequency spectrum

TE319

A

1673-8926（2015）03-0094-04

2014-10-30；

2014-12-20

中國石油華北油田分公司科研項(xiàng)目“華北油田上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)800萬噸”（編號(hào)：41475329）資助

崔宏良（1984-），男，中國石油大學(xué)（北京）在讀碩士研究生，研究方向?yàn)閺?fù)雜地區(qū)靜校正方法應(yīng)用。地址：（062552）河北省任丘市華北油田物探公司方法研究所。電話：（0317）2729387。E-mail：664866198@qq.com