[发明专利]利用零偏VSP资料估计速度和Q值的自适应波形的反演方法

说明书

技术领域

本发明属于地球物理勘探领域，涉及一种地球模型物性参数反演方法，特别涉及一种基于高斯牛顿法利用零偏VSP地震数据反演介质速度和品质因子Q的方法。

背景技术

地震波在地层中传播时会逐渐衰减，衰减因素包括几何扩散、透射/反射损失、介质的非完全弹性等。其中由介质的非完全弹性引起的衰减是介质的固有特性，这种特性常用品质因子Q来描述。非完全弹性引起的衰减会影响地震波的振幅和相位：如果已知Q值，进行反Q滤波，则可以使地震信号的高频成分得到增强，从而提高地震资料的纵向分辨率；另外，Q值也能提供岩性、饱和度、孔隙率等信息，可用于储层识别和烃类检测。所以，反演介质的Q值具有重要的实际意义。

国内外学者提出了多种Q值直接估计的方法。时间域方法有子波模拟法^[1]、解析信号法^[2]和脉冲上升时间法等，这些方法都需要振幅保真度高的数据，而实际记录常受到几何扩散，反/透射损失等因素的影响，致使这些时间域直接法估计的Q值精度降低。频率域常用的方法有对数谱比值法^[3](LSR,log-spectrum ratio)、谱匹配法、中心频率偏移法^[4]等，这些方法首先要用一个时窗截取一段地震记录，再对截出的地震记录进行分析。这类方法中采用不同时窗对估计结果影响较大，如何最佳地选择窗的类型及长度是一个难题。利用脉冲瞬时属性的变化来估计Q值也是重要的途径之一。Mathneey和Nowack^[5]提出瞬时频率匹配法，高静怀和杨森林等人^[6]提出利用小波域地震子波包络峰值处瞬时频率估计Q值的方法WEPIF(wavelet envelope peak instantaneous frequency)。这类方法的优点是时窗易于选取或不需要加时窗，估计的Q值分辨率较高，但由于只利用了脉冲包络峰值处单个或相邻几个数据值，所以估计的Q值受随机噪声的影响很大。Tonn^[7]对近十种直接估计Q值的方法进行了比较，结果表明每种方法都有一定的适用条件。

与反射地震资料相比,VSP资料可对穿过介质的波进行直接测量,这为利用波形反演估计介质Q值及其它参数提供了条件。在这方面国内外学者开展了大量的研究工作,如：Stewart^[8]提出同时利用相邻四道记录的全波形在频率域反演速度、衰减因子、上行波和下行波等；Amundsen和Mittet^[9]只利用初至下行波和一次反射波在频率域反演相速度和品质因子Q，该方法考虑了反/透射系数随频率的变化，但要求界面位置和介质密度是已知的，这在有些实际问题中难以满足。

目前常用的各种Q值估计(或反演)方法都有其使用条件，用于具体实际问题时仍有一些问题需解决，如：在加窗截取初至下行波或一次反射波时如何选取最佳窗，在频率域如何选择最佳频带等。另外，要获得精确的Q值，还需知道准确的速度等参数。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种利用零偏VSP资料估计速度和Q值的自适应波形的反演方法，该方法利用零偏VSP资料初至波时域波形同时反演介质速度、品质因子Q值和透射系数的自适应方法，基于高斯牛顿发，通过恰当地构造目标函数和巧妙地利用约束条件，从而使得算法抗噪能力强、反演的参数精度高。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

该种利用零偏VSP资料估计速度和Q值的自适应波形的反演方法，包括以下步骤：

1）在井中布置检波器采集原始地震数据，然后对采集到的地震数据进行校正处理、噪音压制处理、真振幅恢复处理；处理后得到零偏VSP记录，记为Seis(n,t)，n=1,2,…,N.，其中N表示总的检波器个数，t表示时间轴；

2）计算VSP地震波形Seis(n,t)的振幅包络，将每道记录的初至波振幅包络峰值进行归一化处理，记归一化后的振幅包络为IA(n,t)；并分别拾取每道数据直达波的瞬时振幅峰值到达时刻t_n，用于在步骤4）中计算速度初值；

3）以检波器的位置为界面，将介质划分为N-1个薄层，第n个薄层的厚度为第n个检波器和第n+1个检波器之间的距离，记为Δz_n；则第n个薄层上方的地震记录为Seis(n,t)，下方的地震记录为Seis(n+1,t)，波由界面上方传播到界面下方的频率域正演算子为：