基于广义S变换的近地表Q值反演与应用

发布时间：2020-04-09 15:32

【摘要】：陆上近地表对地震有效信号有很强的衰减作用,由于近地表的Q值估计相对困难以及现行Q值估计与补偿方法存在的适应性问题,目前对地震波的衰减估计和补偿处理并未有效地考虑近地表的衰减影响。本论文利用具有高分辨率时频谱特征的广义S变换,结合基于整形正则化反演的对数谱比法实现了较为准确的近地表Q值估计;其中广义S变换保证了较高的时频分析精度,有利于频率域Q值估计的准确性。然后,通过实际数据建立了层Q值和层速度的统计关系,进而实现了近地表三维Q值建模。最后,基于建立的近地表Q值模型,利用时变Q值的衰减补偿算法实现近地表地震资料衰减补偿,在保持地震记录信噪比与频谱相对特征的情况下,有效提高了地震资料的纵向分辨率。在众多Q值估计方法中,对数谱比法(LSR)具有较高的理论精度,但是由于抗噪性较弱,在实际问题的处理中稳定性较差,获得的Q值的可靠性不高,而对数谱面积差(LSAD)法则拥有较好的抗噪性。通过分析对比两种方法的优缺点,我们发现其本质区别在于权重因子的选择。因此,本论文又提出了一个Q值估计的新方法,即广义对数谱比(GLSR)法,其结合了LSR和LSAD的优势,因而准确度更高,并且对噪声的敏感度更低。模型资料和实际资料的处理试验与分析均表明了本论文研究方法的有效性。
【图文】：

井底,井口,微测井,地震波

(1) 岩性：相对于深部地层，浅层低速带处的岩性突变更为剧烈，疏松和致密程度变化不一，速度的不规律变化导致了Q值的波动，使得吸收衰减量的确定更加困难。(2) 非完全弹性性质：由于近地表地层的非均质性和粘滞性更为突出，导致对地震波的吸收衰减更为剧烈，这些都严重影响了地震资料的频谱分析、地震资料的处理以及构造和岩性解释。(3) 激发和接收到的地震波都会受到近地表的影响。由于近地表激发和接收的距离相对深部地层短，加之岩性、地层压实或者人为原因等，炮点和接收点与地层的耦合程度对地震资料有着较严重的影响，使得后续处理工作的难度加大。图 2.1(a)是微测井井底激发，井口至井底不同深度接收的地震波记录，图 2.1(b)是井底井口分别接收的频谱对比图。分析发现，井底到井口仅仅60米的距离，近地表对地震波的吸收衰减就已经相当严重了：波形和相位被剧烈改造，，振幅谱能量降低，高频分量的衰减尤为严重。

时频,衰减信号,广义,随机噪声

(a) (b) (c)图 3.1 (a) 含 20%随机噪声的合成衰减信号；(b) 广义 S 变换时频谱；(c) S 变换时频谱Fig. 3.1 (a) Synthetic attenuated record contaminated with random noise; (b) Time-frequencyspectrum based on GST; (C) Time-frequency spectrum based on ST图 3.2(a)-(b)是分别从两个时频谱中提取的有效信号的瞬时振幅谱，由于 S 变换的时间分辨率低，其在振幅谱上不能成功分离干扰波，导致陷频的出现，降低了瞬时振幅谱的分析精度，也必然会影响后续 Q 值计算的精度。然而广义 S 变换能够通过提高时间分辨率成功地分离干扰波，获得有效信号的瞬时振幅谱，继而结合整形正则化稳定地反演频谱比值，求得的 Q 值更加准确可靠。图 3.2(c)-(d)是分别基于两种时频分析得到的对数谱比曲线和线性拟合结果，基于广义 S 变换结合整形正则化获得的对数谱比曲线更稳定，而基于 S 变换结合整形正则化获得的对数谱比稳定性较差，不利于 Q 值的估计。基于广义 S 变换和标准 S 变换最终求得的 Q 值分别为 28.9629 和 19.2781。因此，模型测试结果初步表明，本文方法对近地表情况下的 Q 值求取是准确有效的，为实际近地表 Q 值估计提供了有力的理论依据。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.4

【参考文献】