一种复杂介质近地表地层q值的估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种地震勘探方法，尤其涉及一种复杂介质近地表地层Q值的估计方 法。
【背景技术】
[0002] 地震勘探方法是寻找地下油气储集层的一类十分重要的方法，但在油气勘探中， 由于地表条件具有多样性，近地表存在疏松结构或低降速带区域等复杂情况，导致地震波 的能量被大幅吸收或衰减，降低了地震资料的分辨率。近地表地层的Q值表示地震波储存能 量与耗损能量的比率，反映了地震波每传播一个波长的距离时能量损失的程度。估计近地 表地层Q值，可以用于反Q滤波，从而补偿地层的吸收效应、校正子波相拉伸、改善同相轴连 续性以及提高地震资料分辨率。Ray 1 e igh (瑞利)面波可以提供近地表的横波速度和Q值等 信息，Xia等人在2002年提出了利用Rayleigh面波估计近地表地层Q值的方法，但该方法基 于地下为层状介质的假设，无法适应近地表地层为复杂介质的情况。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种复杂介质近地表地层Q值的估计方法，基 于Rayleigh面波模式分离构造一种新的目标函数，采用模拟退火法反演估计近地表地层Q 值，不必假定地下介质为层状介质，解决了复杂介质情况下近地表地层Q值无法估计的问 题。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种复杂介质近地表地层Q值的估计 方法，其包括以下步骤：
[0005] 1)在目标区域进行地震实验，通过多个检波器采集目标区域的实测Rayleigh面波 单炮地震记录，并记录各检波器与震源之间的距离和地震波从震源传播到各检波器所用的 时间；采用多道面波分析方法处理实测Rayleigh面波单炮地震记录，获得近地表地层的纵 波速度、横波速度以及介质密度，得出近地表地层具有N种不同的介质；
[0006] 2 )给每种介质设宙一个Q值的初始值，建立近地表地层Q值的初始向量为
其中，表示第j种介质的Q值的初始值，1 < j < N;并设定 用于模拟退火法的初始温度To;根据近地表地层Q值的初始向量#，使用地震波正演模拟工 具模拟由多道面波记录组成的合成Rayleigh面波单炮地震记录；
[0007] 3)使用高分辨率拉东变换分别对实测Rayleigh面波单炮地震记录和合成 Rayleigh面波单炮地震记录进行模式分离，得到基阶模式和各高阶模式的实测Rayleigh面 波单炮地震记录和合成Rayleigh面波单炮地震记录;根据基阶模式和各高阶模式的实测 Rayleigh面波单炮地震记录和合成Rayleigh面波单炮地震记录，分别计算基阶模式和各高 阶模式的初始目标函数值;将基阶模式和各高阶模式的初始目标函数值加权相加，得到总 的初始目标函数值；
[0008] 4)使用模拟退火法反演，得到最终的近地表地层Q值。
[0009]所述步骤3)中使用高分辨率拉东变换对实测Rayleigh面波单炮地震记录或合成 Rayleigh面波单炮地震记录进行模式分离，具体包括以下步骤：
[0010]①使用高分辨率拉东变换将实测Rayleigh面波单炮地震记录或合成Rayleigh面 波单炮地震记录从时间一空间域变换到频率一慢度域，得到实测Rayleigh面波单炮地震记 录或合成Rayleigh面波单炮地震记录的频率-慢度剖面，基阶模式和各高阶模式的实测 Rayleigh面波单炮地震记录或合成Rayleigh面波单炮地震记录在频率-慢度剖面内均具有 清晰的范围，且相互之间不重叠；
[0011] ②在频率一慢度剖面内将代表基阶模式和各高阶模式的实测Rayleigh面波单炮 地震记录或合成Rayleigh面波单炮地震记录的范围分别确定，通过去除频率一慢度剖面内 基阶模式或某一高阶模式范围外的其他阶模式的实测Rayleigh面波单炮地震记录或合成 Rayleigh面波单炮地震记录的值，得到分别只包含基阶模式或某一高阶模式的实测 Ray 1 e i gh面波单炮地震记录或合成Ray 1 e i gh面波单炮地震记录的频率一慢度剖面；
[0012] ③采用拉东逆变换将基阶模式和各高阶模式的实测Rayleigh面波单炮地震记录 或合成Rayleigh面波单炮地震记录从频率-慢度域变换回时间一空间域，得到分离开的基 阶模式和各高阶模式的实测Rayleigh面波单炮地震记录或合成Rayleigh面波单炮地震记 录。
[0013] 所述步骤3)中根据基阶模式和各高阶模式的实测Rayleigh面波单炮地震记录和 合成Rayleigh面波单炮地震记录计算目标函数值，具体包括以下步骤：
[0014] a、在基阶模式和各高阶模式的实测Rayleigh面波单炮地震记录和合成Rayleigh 面波单炮地震记录中分别选定一个Rayleigh面波的传播速度，在基阶模式和各高阶模式的 实测Rayleigh面波单炮地震记录和合成Rayleigh面波单炮地震记录中分别选择清晰的同 相轴，并在基阶模式和各高阶模式的实测Rayleigh面波单炮地震记录和合成Rayleigh面波 单炮地震记录中分别沿着各自的同相轴拾取振幅值；
[0015] b、根据基阶模式和各高阶模式的实测Rayleigh面波单炮地震记录和合成 Rayleigh面波单炮地震记录的振幅值，分别计算基阶模式和各高阶模式的目标函数值；
[0016] c、将基阶模式和各高阶模式的目标函数值加权相加，得到总的目标函数值。
[0017]所述步骤b中目标函数值的计算公式为：
[0018]
[0019]式中，E(Q)表示Q值对应的目标函数值;η表示实测Ray 1 eigh面波单炮地震记录或 合成Rayleigh面波单炮地震记录中包含的面波记录的道数，t表示第t道实测Rayleigh面波 单炮地震记录或合成Rayleigh面波单炮地震记录的道数，1 < t < n;Ht表示记录第t道实测 Rayleigh面波单炮地震记录信号的检波器与震源之间的距离;T(Ht)表示地震波从震源传 播到记录第t道实测Rayleigh面波单炮地震记录信号的检波器所用的时间；A° bs(T(Ht))和 Asyn(T(Ht))分别表示实测Rayleigh面波单炮地震记录和合成Rayleigh面波单炮地震记录 中T(H t)时刻拾取的振幅值；
[0020]或者目标函数值的计算公式为：
[0021]
[0022] 式中，Wt表示以T(Ht)为中心取的时间窗；e°bs(T(H t))和esyn(T(Ht))分别表示实测 Rayleigh面波单炮地震记录和合成Rayleigh面波单炮地震记录在时间窗Wt内的振幅能量。 [0023] 所述步骤4)中使用模拟退火法反演近地表他层0倌，县体包栝以下击骤，
[0024] 第一步、建立近地表地层Q值的迭代向量》
其中Q| 表示第i次迭代时第j种介质的Q值，1 < j < N，i 2 1;令i = 1;
[0025] 第二步、令f = QH，迭代目标函数E(Qi) = E(QH)，迭代温度Ti = μLi;其中，μ是常 数，取μ = 〇·99;
[0026] 第三步、生成近地表地层Q值的比对向量
其中，@ 表示第i次迭代时生成的第j种介质的比对Q值，1 < j <N，i<l;根据近地表地层Q值的比对 向量巧，使用地震波正演模拟工具模拟比对Rayleigh面波单炮地震记录;使用高分辨率拉 东变换分别对实测Rayleigh面波单炮地震记录和比对Rayleigh面波单炮地