拟合Q体建模技术及应用

崔宏良，刘占军，万学娟，王泽丹，程展展，张学银

（1.中国石油大学（北京）地球物理与信息工程学院，北京102200；2.东方地球物理公司华北物探处，河北任丘062552；3.东方地球物理公司研究院华北分院，河北任丘062552；4.中国石油华北油田分公司勘探部，河北任丘062552）

拟合Q体建模技术及应用

崔宏良1，2，刘占军2，万学娟3，王泽丹1，4，程展展2，张学银1，2

（1.中国石油大学（北京）地球物理与信息工程学院，北京102200；2.东方地球物理公司华北物探处，河北任丘062552；3.东方地球物理公司研究院华北分院，河北任丘062552；4.中国石油华北油田分公司勘探部，河北任丘062552）

在地震勘探中，由于传播介质的吸收衰减，接收到的地震信号频率降低，严重影响了地震资料的品质，因此必须对其衰减进行补偿。VSP数据接收的是直达波，旅行时短，信噪比高，应用谱比法计算的Q值比较可靠。然而工区内的VSP数据毕竟有限，仅几口井的Q值代表不了整个区域。基于常规Q值经验公式及拟合Q值计算方法，依托拾取的精确速度谱，通过VSP数据计算的Q值进行标定，进而建立区域内的拟合Q体。通过实际应用及对比，该技术可使地震资料的能量和频率均有所提高，计算的Q值可靠，是值得借鉴的一种新方法。

拟合Q体；吸收衰减；分辨率；振幅谱；谱比法；频谱

0　引言

球面扩散可导致地震反射信号能量降低，吸收使地震反射信号频带宽度变窄，其中表层吸收尤为重要，是地震分辨率降低的主要因素之一［1］。因此，补偿表层吸收衰减，提高地震反射信号的高频能量［2］，展宽地震记录的有效频带宽度，对提高地震分辨率具有重要意义［3］。

国外关于Q值公开发表的文章比较多，据文献［4］报道，1984年Grider提出利用最小平方外推因子计算Q值；1994年Amundsen等人提出了应用VSP求取Q值的方法。国内关于Q值的研究起步较早，李合群等［5］利用时间域振幅的衰减信息进行吸收衰减补偿；周辉等［6］又提出了频率域计算品质因子。目前计算Q值的方法较多，刘学伟等［7］提出用面波反演风化层计算Q值；于承业等［8］提出用双井微测井资料估算近地表Q值；Zhang等［9］通过数学模型对各种Q值计算方法进行分析对比，设计出了一种稳定的Q值补偿算法。

目前，在地震资料处理中，对于Q值的应用得到了广泛关注。然而如何提高地震资料频率的准确度是一个难题。

笔者针对ST1井区的地质需求，在常规反Q滤波的基础上，开展拟合Q体建模的对比实验，以期为提高地震资料处理的精度提供依据。

1　基本原理

1.1常用介质参数

描述介质吸收性质的参数通常包括吸收系数α及品质因子Q。

在均匀吸收介质中，地震波振幅随传播距离的增大按指数规律衰减。介质中传播的平面波振幅方程［10］为

式中：A0为初始振幅值；r为传播距离，m；t为传播时间，s；α为吸收系数；w（t）为振动函数。

介质中地震波能量的吸收衰减，通常用品质因子Q来度量。依据对数函数关系表，品质因子是一个正数，Q值越小，能量损耗越大。Q值与吸收系数的关系［11］如下：

式中：λ为地震波波长，m。

1.2利用VSP数据计算Q值的方法

在地震资料处理中，利用VSP数据求取Q值，通常采用的方法是谱比法。假设地震信号的振幅谱是随时间按指数衰减的，则与品质因子相关联的公式［12］为

式中：a1（f）为参考子波的振幅谱；a2（f）为滑动时窗内的振幅谱；f为地震波频率，Hz；τ为单程旅行时间，s。

于是，根据数学转换由式（3）得到品质因子Q的计算公式，即

首先在一个时窗内分析振幅谱，计算与参考振幅谱比值的对数；然后移动时窗，保证时窗内有足够的重叠部分，分析振幅谱，并计算与参考振幅谱比值的对数；最后由一系列的振幅谱的对数比率，估算Q值。

1.3地震波Q值的计算方法

近年来，随着油田精细勘探的不断推进，提高地震资料分辨率已深入到地震勘探的全过程。表层低降速带介质对地震子波衰减是造成地震资料分辨率降低的一个重要因素。由于华北探区表层调查资料丰富，因此对表层Q值的计算采用的是经验公式法。

李庆忠［13］Q值计算公式为

式中：v为地层的层速度，m/s。

地震资料处理过程中，联合表层Q值与利用VSP数据计算的Q值资料，通过以下方法建立拟合Q体模型：①转换t-Q文件格式；②导入层位数据文件到三维工区；③建立构造模型；④基于构造模型约束下建立Q模型；⑤建立全区Q体。

由于工区内VSP数据有限，联合计算的Q值也是一种近似值。因此，在地震资料处理中，表层Q体的应用效果并不明显。为了提高地震资料处理的精度，借鉴于表层Q体建模方法，并采用表层Q值经验公式在联合资料处理时拾取精确的速度谱，从而进行立体Q值建模。

1.4基于经验公式的Q体建模

在现有经验公式提供的Q值偏小（图1）、频率提高的同时，地震资料中也损失了部分低频成分。

图1　Q补偿前（a）与Q补偿后（b）的叠加剖面对比Fig.1　Comparison of stacks before（a）and after（b）Q compensation

1.5拟合Q体建模技术

鉴于表层Q体与基于经验公式计算的Q体之间存在一定的差异（图2），采用数学模型，寻找两者之间的相似关系，并用以下3个步骤来建立拟合Q体。

图2　不同Q值对比Fig.2　Comparison of different Q values

1.5.1Q值的标定

在同一个点位采用VSP计算的Q值进行约束标定。

（1）根据VSP计算的Q值（QVSP）与基于经验公式计算的Q值（Qseismic）之间的差异，建立两者的比值（M）关系，即

（2）基于公式（6）绘制散点数据图（图3）。

图3　Q值的分段标定Fig.3　Segmented calibration of Q values

（3）剔除误差较大的点，进行M值的分段标定。M值以散点图上数值比较稳定的区域为分段标准，选取4个深度区间：0～540 m，540～740 m，740～2 840 m，2 840～3 500 m。

1.5.2Q值的拟合

根据标定M值的4个深度区间，进行拟合Q值的计算（图4）。对于标定后的Q值与VSP计算的Q值线性误差太大的点，进行人工剔除，直到拟合之后的Q值与VSP计算的Q值非常接近为止。

图4　拟合后的Q值对比Fig.4　Comparison between fitting Q value and the others

1.5.3拟合Q体的计算

将上述单点上Q值的计算方法延拓到整个数据体Q值的计算上。倘若一个工区存在多口井的VSP数据，则可以采用分区域的方法进行区域拟合。通过抽取CMP线，提取精确的t-v数据，并采用Q值的拟合方法，计算出工区内的拟合Q体（图5）。

图5　不同的Q体对比Fig.5　Comparison between two Q values

2　应用效果

由于ST1井区的低降速带厚度变化剧烈，受表层吸收衰减的影响，地震波高频衰减严重，目的层段频率偏低，以往的中—深层地震资料主频为15～18 Hz，影响了地震资料的分辨率。因此补偿吸收衰减是本次研究的重点。

地震资料处理中，采用经验公式计算的Q体效果不理想，同时由于工区内的VSP数据有限，Q值比较单一。通过应用拟合Q体建模技术，并与VSP计算的Q值进行对比，结果发现剖面整体品质较好，局部分辨率有所提高（图6）。

图6　不同的叠加剖面对比Fig.6　Comparison of different stacks

分析应用不同Q值后的地震资料的频谱，发现拟合Q体的频谱与VSP计算的频谱相似，比原始数据的频带增宽（图7）。应用经验公式计算的Q值，虽然频率提高，但是高频干扰增强，剖面品质降低。

图7　不同的频谱对比Fig.7　Comparison of different spectrums

3　结论

（1）常规表层Q值的计算方法可以延伸到立体Q值的建模，具有明显的效果。

（2）Q体的建立受层速度的影响较大，需要准确的速度谱。

（3）Q值的精细计算，其拟合过程受VSP最终计算Q值的影响。

（4）应用Q体模型，在地震资料处理中不需要沿层拾取，剖面叠加效果与VSP计算的Q值叠加效果相似，是一种值得借鉴的方法。

致谢：本文采纳了华北油田分公司勘探部唐传章总工程师的技术思路，得到了东方地球物理公司华北物探处白旭明总工程师、研究院华北分院晏丰总工程师、新兴物探处陈沅宗等人的技术指导与支持，在此一并表示衷心的感谢！

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Li Qingzhong.The way to obtain a better resolution in seismic prospecting［M］．Beijing：Petroleum Industry Press，1993：31-44.

（本文编辑：杨琦）

Application of fitting stereoscopic Q modeling technology

CUI Hongliang1，2，LIU Zhanjun2，WAN Xuejuan3，WANG Zedan1，4，CHENG Zhanzhan2，ZHANG Xueyin1，2
（1.College of Geophysics and Information Engineering，China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102200，China；2.Huabei Geophysical Exploration Department of BGP，CNPC，Renqiu 062552，Hebei，China；3.Huabei Branch of Geophysical Research Institute，BGP，CNPC，Renqiu 062552，Hebei，China；4.Department of Exploration，PetroChina Huabei Oilfield Company，Renqiu 062552，Hebei，China）

Due to the absorption and attenuation in seismic exploration，the received frequency is reduced，which seriously affects the quality of the seismic data.Therefore，the data must be compensated for its decay.VSP data receives the direct wave，and the traveling time is short，so it has high S/N，and Q value calculated by spectral ratio method is more reliable.However，the number of VSP wells within the region is limited，so the calculated Q value can not represent the entire region.This paper presented a combined method to calculate the fitting Q value，which is based on the Li Qingzhong formula.It relies on the exact velocity spectrum picked.This Q value is calculated after VSP calibration data，and creates a variable stereoscopic Q model.By comparing the application of actual data，this fitting Q modeling technology can improve the overall energy and frequency.This calculated Q value is reliable，and this new method is worth of learning.

fittingstereoscopic Q；attenuation；resolution；amplitude spectrum；spectral ratiomethod；frequency spectrum

TE319

A

1673-8926（2015）03-0094-04

2014-10-30；

2014-12-20

中国石油华北油田分公司科研项目“华北油田上产稳产800万吨”（编号：41475329）资助

崔宏良（1984-），男，中国石油大学（北京）在读硕士研究生，研究方向为复杂地区静校正方法应用。地址：（062552）河北省任丘市华北油田物探公司方法研究所。电话：（0317）2729387。E-mail：664866198@qq.com