[发明专利]一种数据驱动的地下介质Q场估计方法

摘要

一种数据驱动的地下介质Q场估计方法，采用地震包络局部峰值作为地层结构约束来构造自适应于地层结构的分子时窗，然后采用非线性压缩映射子波振幅谱估计方法从地震道分子分解时频谱中估计正比于时变子波振幅谱的分量，接着计算质心频率，并对质心频率做筛选，减少子波干涉和噪声的影响，最后用质心频率偏移法估计得到稳健的地下介质Q场。所述分子时窗的构造方法，可以保证每个时窗内至少有一个反射子波，在减少时窗数量、提高计算效率的同时，使得这些时窗在横向上与地层结构有关，有利于保持所估计Q场的横向连续性。本发明能够有效克服复杂地质结构变化和噪声干扰的影响，得到稳定的地下介质Q场。

主权项

1.一种数据驱动的地下介质Q场估计方法，其特征在于，采用地震包络局部峰值作为地层结构约束来构造自适应于地层结构的分子时窗，然后采用非线性压缩映射子波振幅谱估计方法从地震道分子分解时频谱中估计正比于时变子波振幅谱的分量，接着计算质心频率，并对质心频率做筛选，减少子波干涉和噪声的影响，最后用质心频率偏移法估计得到稳健的地下介质Q场；具体包括以下步骤：1)提取地震道包络局部峰值；2)生成满足单位分割的原子时窗集：选择基本原子时窗函数G(t)，令Gj(t)＝G(t‑jΔt)表示中心位于第j个采样点的原子时窗，其中Δt表示时间采样间隔，对原子时窗族{Gj:1≤j≤N}按下式归一化得一组单位分割原子时窗集{gj:1≤j≤N}，这里N为地震道采样点的个数；3)构造自适应分子时窗：选择每相邻两个包络局部峰值点的中点作为各分子时窗的边界点，将边界点间的满足单位分割的原子时窗叠加起来就形成自适应于地层结构的分子时窗；设第k个分子时窗对应的包络局部峰值点位于Pk，前一个包络局部峰值点位于Pk‑1(P0＝‑P1)，后一个包络局部峰值点位于Pk+1，则此分子时窗ψk(t)，对应的第一个原子时窗的中心位于Mk‑1+1＝(Pk‑1+Pk)/2+1(M0＝0)，对应的最后一个原子时窗的中心位于Mk＝(Pk+Pk+1)/2，分子时窗由这中间的Mk‑Mk‑1个原子时窗叠加得到，即分子时窗ψk(t)由下式表示令L为分子时窗的个数，分子时窗族{ψk(t):1≤k≤L}也构成单位分割；能够保证每个分子窗内至少有一个反射子波，在减少时窗数量的同时，有效减少窗端点对子波的截断效应；4)对步骤3)得到的自适应分子时窗进行能量归一化：令Ek表示第k个分子时窗的能量，即能量归一化以后的分子时窗为{ψk(t)/Ek:1≤k≤L}；对分子时窗进行平移和调制后，得到一组分子标架；令s(t)表示地震道信号，则相应的分子分解时频变换定义为其中f为频率；5)利用非线性压缩映射提取时变子波振幅谱：设a,b为实常数，函数u(τ)∈L2[a,b]是区间[a,b]上的单峰函数，定义函数非线性压缩映射算子P定义如下其中算子参数cq>0，α,β>1，可由最小二乘法估计得到；对于第k个分子时窗中的地震记录片段，其振幅谱为其中频率f∈[0,f_M]，f_M为振幅谱的截止频率；通过非线性压缩映射算子迭代计算，可由估计得到第k个片段对应的子波振幅谱，设迭代初值为迭代格式如下：本发明取q＝1，算子参数c_q,α,β通过求解最小二乘得到；由于P算子是压缩映射，上述迭代可得到不动函数u^*，则估计的子波振幅谱为记为L_k(f)；6)计算质心频率：对于第k个分子时窗中的地震记录片段，质心频率fc,k为式中F_c为子波振幅谱的截止频率；对计算得到的质心频率处理后得到最终的质心频率7)估算地下介质Q场：用质心频率偏移法估算Q值，相应的估算公式如下式中：分别为t₁时刻频谱的质心频率和方差；是t₂时刻频谱的质心频率；时差ΔT＝t₂‑t₁；为t₁和t₂之间地层介质的品质因子；进一步推导，得到t时刻地下介质的等效Q值式中f_c,0和为初始时刻地震子波振幅谱的质心频率和方差，即f_c(t)表示t时刻地震子波振幅谱的质心频率；对于第k个分子时窗中的地震记录片段，f_c(t)对应于步骤6)中计算得到的质心频率令T_k表示第k个分子时窗的中心点所对应的时间，则第k个分子时窗中心点处的Q值为对各分子时窗中心点处估得的Q值插值后即得到稳定的地下介质Q场；其中，步骤6)中对计算得到的质心频率剖面做多次二维光滑滤波，以减少子波干涉和噪声影响，并计算滤波前后的绝对误差，去掉绝对误差较大的一些质心频率后，再次二维光滑滤波，得到最终的质心频率步骤1)中提取地震道包络局部峰值具体过程为：设s*(t)为地震道s(t)的Hilbert变换，则a(t)＝[s(t)2+s*(t)2]1/2为地震道s(t)的包络；由上式计算地震道的包络，并提取包络局部峰值点。