时变地震衰减模型的构建方法技术

本发明专利技术涉及一种时变地震衰减模型的构建方法，是为了解决现有方法在实际地震数据应用之中的不稳定问题，依据物理原理而提出的根据Wang’s子波变化特征估算层间衰减系数的全新方法，通过约束反演地震衰减模型不同波长系数的方式，构建稳定的时变地震衰减模型。其实现步骤为：（1）生成地震数据时频谱，估算各时窗功率谱的基本统计特性；（2）估算Wang’s广义子波参数；（3）估算各时窗的地震衰减系数；（4）设置傅立叶级数拟合时变地震衰减模型；（5）约束反演衰减模型的傅立叶系数，构建时变地震衰减模型。本发明专利技术具有能构建稳定时变地震衰减模型的优点。

【技术实现步骤摘要】
时变地震衰减模型的构建方法
本专利技术涉及地球物理信号分析领域，特别是涉及一种时变地震衰减模型的构建方法。
技术介绍
地震衰减系数可分为平均衰减系数和层间衰减系数，层间衰减系数也叫瞬时衰减系数。本专利技术人曾经在国际上首次提出根据反射地震数据估算平均衰减系数的方法（Qanalysisonreflectionseismicdata,GeophysicalResearchLetters,vol:31/2004/本专利技术人）即“反射地震数据的Q分析”。该方法的突破点是采用一个组合变量，即频率和时间的乘积作为单个变量而不是各自独立的频率和时间两个变量，将二维的时-频谱转化成以上述乘积变量作为单个自变量的一维函数。籍助于这个乘积变量，地震功率谱的对数转化成了线性函数，这样即可通过线性拟合方式得到衰减系数。但是，由于实际地震数据低频限波作用导致的低频振幅缺失，以及实际地震数据中含有的数据噪声，上述线性拟合即衰减系数的估算结果直接依赖于对乘积变量初始值和截止值的设置，因此，该方法对实际地震数据噪声具有一定的敏感性。上述“反射地震数据的Q分析”一文中也提出了根据平均衰减系数求取层间地震衰减系数的反演计算方法。但是，由于反演计算所用的核算子是一个三角矩阵，反演求解的过程中会存在误差逐层累积的现象，因此该方法在实际地震数据的应用之中不够稳定。实际地震数据反演所得的层间衰减系数中甚至有负值出现。这些负值衰减系数的存在违背了地层介质的实际可能特性，因而没有任何物理意义。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的上述缺陷，提出一种时变地震衰减模型的构建方法。该方法是针对现有地震数据衰减模型估算方法的缺陷，包括在平均衰减系数估算中的缺陷以及在层间衰减系数估算中的缺陷。为实现上述目的，本专利技术时变地震衰减模型的构建方法是依据物理原理而提出的根据Wang’s子波变化特征估算层间衰减系数的全新方法，通过约束反演地震衰减模型不同波长系数的方式，构建稳定的时变地震衰减模型。本专利技术的突出优点之一是依据物理原理而提出的根据Wang’s子波变化特征估算衰减系数的全新方法。另一个突出优点是，提出通过约束反演衰减模型不同波长系数的方式，构建稳定的时变地震衰减模型。因此，本专利技术具有提出估算地震衰减系数全新方法，通过约束反演衰减模型不同波长系数的方式，构建稳定时变地震衰减模型的优点。作为优化，实现步骤是：（1）生成地震数据时频谱，估算各时窗的功率谱基本统计特性；（2）估算Wang’s广义子波参数；（3）估算各时窗的地震衰减系数；（4）设置傅立叶级数拟合时变地震衰减模型；（5）约束反演衰减模型傅立叶级数的系数，构建时变的地震衰减模型。作为优化，步骤（1）估算地震数据的时频谱；采用伽柏变换估算地震数据的时频谱，并针对实际地震数据存在的信噪比问题，对时频谱进行加权平均以改善时频谱的信噪比，改善依此得到的地震衰减模型的可靠性；估算各时窗地震数据的功率谱基本统计特性，即均值频率和频率方差。步骤（1）中采用伽柏变换估算地震数据的时频谱时，针对实际地震数据存在的信噪比问题，对地震时频谱进行加权平均改善时频谱的信噪比。本专利技术提出：提取地震剖面中一组相邻地震道的时频谱，按照其局部倾角对时频谱进行加权平均；对于叠前共中心点道集，沿走时曲线对其时频谱加权平均。通过上述加权平均的方式改善地震时频谱的信噪比，从而改善依此得到的地震衰减模型的可靠性。步骤（1）估算各时窗的功率谱基本统计特性，即均值频率和频率方差。根据每个时窗的地震数据功率谱估算均值频率fm及其频率方差fσ如下：式中f是地震信号的频率，W2(f)则是其功率谱。作为优化，步骤（2）估算Wang’s广义子波参数，即固有频率和分数阶值，分为两步优化实现；首先依次估算每个时窗频谱的固有频率和分数阶值；然后对全部固有频率值采用中值滤波获得全局化的子波固有频率，并根据全局化的子波固有频率重新推算每个时窗的子波分数阶值。步骤（2）估算Wang’s广义子波参数，即固有频率和分数阶值，分为两步迭代实现。首先，根据每个时窗的频谱依次估算子波的固有频率f0和分数阶值u：然后，对全部固有频率值采用中值滤波获得全局化的子波固有频率f0，并根据全局化的子波固有频率重新推算对应于每个时窗的子波分数阶值u：作为优化，步骤（3）估算各时窗的地震衰减系数，本专利技术提出根据Wang’s子波变化特征估算地震衰减系数的全新表达式如下：式中α是地震信号的衰减系数，f0是子波的固有频率，τ是地震信号在介质中两点之间的传播时间，(ua,ub)是两时间位置的地震子波分数阶值。即本专利技术提出的上述估算衰减系数全新方法依据如下物理基础。地震信号在粘弹性介质中传播：式中Wa(f,0)和Wb(f,τ)是两时间位置地震子波的频谱，Q是地层介质的品质因子。由上式得到地震信号衰减系数如下：地震子波Wa(f,0)和Wb(f,τ)采用Wang’s子波定义：因此地震衰减系数可表达为设置f=f0，最终得到地震衰减系数估算式如下：。作为优化，步骤（3）依据物理原理提出的地震衰减系数全新表达式，也可近似表示为因此，估算地震衰减系数的表达式具有以下两个特征：首先，地震衰减系数跟(ua-ub)/τ成近似线性关系；其次，两时间位置的地震子波分数阶值(ua,ub)需要满足下列条件：。但是，分数阶值(ua,ub)因存在估算误差有可能不满足上述条件，本专利技术提出通过约束反演方式构建时变地震衰减模型。作为优化，步骤（4）设置傅立叶级数拟合时变地震衰减模型。采用傅立叶级数拟合各时窗的地震衰减系数，构建初始的时变衰减模型α(τ)：式中∆k是波数增量，{c0,ci,si}是傅立叶级数的系数。本专利技术采用不同波长及其系数表征时变衰减模型，将时变衰减模型α(τ)转换成2M+1个傅立叶级数的系数，z={c0,ci,si,i=(1,M)}。作为优化，步骤（5）约束反演衰减模型傅立叶级数的系数，构建时变的地震衰减模型；根据各时窗估算的衰减系数可得到两组平均衰减系数，一组是根据两个子波直接估算得到的平均衰减系数ᾶ(τ)，另一组是根据层间衰减系数用RMS计算得到的平均值ᾶRMS(τ)；依照上述两组平均衰减系数构建反演问题，通过反演衰减模型不同波长系数的方法，将反演问题转从一个欠定问题转化成超定问题，从而最终获得稳定的时变地震衰减模型。作为优化，步骤（5）中提出反演衰减模型的傅立叶级数系数的约束反演方法：式中(TS,TE)分别是纳入反演的平均衰减系数最浅时间和最深时间，z0是步骤(4)中给出的层间衰减系数的初始估算模型，用作反演计算的约束条件，μ是其约束系数；根据上述反演结果z最终构建地震衰减模型z→α(τ)。步骤（5）中时变衰减系数α(τ)是层间衰减系数，也叫瞬时衰减系数。设平均衰减系数为ᾶ(τ)，从起始时间点τa到任意时间点τb>τa，有两组平均衰减系数：一组是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时变地震衰减模型的构建方法，其特征在于依据物理原理而提出的根据Wang’s子波变化特征估算地震衰减系数的全新方法，并通过约束反演衰减模型不同波长系数的方式，构建稳定的时变地震衰减模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种时变地震衰减模型的构建方法，其特征在于依据物理原理而提出的根据Wang’s子波变化特征估算地震衰减系数的全新方法，并通过约束反演衰减模型不同波长系数的方式，构建稳定的时变地震衰减模型。


2.根据权利要求1所述时变地震衰减模型的构建方法，其特征在于实现步骤是：（1）生成地震数据时频谱，估算各时窗的功率谱基本统计特性；（2）估算Wang’s广义子波参数；（3）估算各时窗的地震衰减系数；（4）设置傅立叶级数拟合时变地震衰减模型；（5）约束反演衰减模型傅立叶级数的系数，构建时变的地震衰减模型。


3.根据权利要求2所述时变地震衰减模型的构建方法，其特征在于步骤（1）估算地震数据的时频谱；采用伽柏变换估算地震数据的时频谱，并针对实际地震数据存在的信噪比问题，对时频谱进行加权平均以改善时频谱的信噪比，改善依此得到的地震衰减模型的可靠性；估算各时窗地震数据的功率谱基本统计特性，即均值频率和频率方差。


4.根据权利要求2所述时变地震衰减模型的构建方法，其特征在于步骤（2）估算Wang’s广义子波参数，即固有频率和分数阶值，分为两步迭代实现；首先根据每个时窗的频谱依次估算子波的固有频率和分数阶值；然后对全部固有频率值采用中值滤波获得全局化的子波固有频率，并根据全局化的子波固有频率重新推算对应于每个时窗的子波分数阶值。


5.根据权利要求2所述时变地震衰减模型的构建方法，其特征在于步骤（3）估算各时窗的地震衰减系数，本发明提出根据Wang’s子波变化特征估算地震衰减系数的全新表达式如下：

,
式中α是地震信号的衰减系数，f0是子波的固有频率，τ是地震信号在介质中两点之间的传播时间，(ua,ub)是两时间位置的地震子波分数阶值。


6.根据权利要求5所述估算各时窗的地震衰减系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仰华，
申请(专利权)人：王仰华，
类型：发明
国别省市：北京;11