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专利名称：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
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M (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Nowackt5]提出瞬时频率匹配法，高静怀和杨森林等人Μ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。Tonnm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=Stewartte]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Mittette]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=l, 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tn，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η个薄层的厚度为第η个检波器和第η+1个检波器之间的距离，记为Λ ζη ;则第η个薄层上方的地震记录为Seis (n, t)，下方的地震记录为Seis(n+l，t)，波由界面上方传播到界面下方的频率域正演算子为:
权利要求
1.一种利用零偏VSP资料估计速度和Q值的自适应波形的反演方法，其特征在于，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=l，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tn，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η个薄层的厚度为第η个检波器和第η+1个检波器之间的距离，记为Azn ;则第η个薄层上方的地震记录为Seis (n，t)，下方的地震记录为Seis(n+l，t)，波由界面上方传播到界面下方的频率域正演算子为:
2.根据权利要求1所述的利用零偏VSP资料估计速度和Q值的自适应波形的反演方法，其特征在于，步骤7)中，迭代过程中采用非线性变换策略将反演的模型参数约束在一定的范围内；高斯牛顿法的迭代公式为:
全文摘要
本发明公开了一种利用零偏VSP资料估计速度和Q值的自适应波形的反演方法，该方法可根据实际VSP资料的信噪比及直达波受上行波干涉的程度，自适应最大限度地选取未受干扰的初至波片段，充分地利用有效信息来构造目标函数；针对Q值比其它参数更难估计的特点，通过恰当地构造数据加权矩阵提高了目标函数对Q值变化的敏感度；采用近来发展的自适应乘性正则化方法改善了非线性反演的病态问题，并通过非线性变换限定了待求参数的取值范围；推导出了雅可比矩阵各元素的解析表达式，从而减小了反问题的计算量。该方法与谱比值法和子波包络峰值瞬时频率法等相比较，该方法法受上行波影响相对较小、抗噪性能更强，反演的参数精度高。
文档编号G01V1/28GK103163554SQ201310044080
公开日2013年6月19日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者高静怀, 汪超, 王大兴 申请人:西安交通大学