谱比法求取地震子波
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01
研究目的
02 研究内容
03 应用实例分析
04 结论与认识
1
研究目的
1.求取地层介质的Q值；
2. 提高地震成像精度,进行吸收衰减补偿。
01
PART ONE
普通反褶积与引入Q值的反褶积对 比 (Margrave 2002)
2
02
PART TWO
研究内容
3
2.1 Q值估算方法 时间域
利用时间域波形，振幅特征，如上升时间法；
300
200
100
0
-100
-200
0
50
100 频 率 Hz
150
200
250
第20道数据的Gabor变换得到的时频谱
提取的t2=0.24s，t1=0.19s子波振幅谱
二次谱模拟法提取出地震子波后，还需要 准确确定估算品质因子Q值的频带范围，因为 低频和高频成分两个子波的振幅谱均有重叠， 不稳定
17
2.8 二次谱模拟方法的分析与应用 （1）实际地震资料的不同时刻子波提取
5-60Hz 的 子 波 振 幅 谱 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 t2=0.24s t1=0.19s
拟合的直线方程 -4.5
-5
y=-0.0482x-4.3166
-5.5
-6
20
3.1 反Q滤波 （2）二维地震剖面
反Q滤波处理对比图
从图中看出，地震剖面深层的信号得到补 偿，同相轴更加清晰。
21
结论与认识
04
PART FOUR
（1）将二次谱模拟法提取 子波与谱比法结合起来估算Q 值有较好的效果，将其应用到 反Q滤波处理中，能够提高分 辨率进行吸收衰减补偿。 （2）但是进行反Q滤波处 理时，噪声同时也得到补偿， 所以处理之前应尽量提高地震 剖面的信噪比。
11
2.7 不同类型子波衰减模拟 （2）钟型子波
钟型子波 1 0.8 0.6 0.4
拟合的直线方程
0 -20 -40 -60
decibels
5
Distance 0m Distance 250m Distance 500m Distance 750m Distance 1000m
4 3 2 1 0 -1 -2 -3 y=-0.0115x-0.81
1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 y=-0.0115x-0.81 y=-0.0080x-0.0153
0.8
-40
0.6
-60 -80
decibels
0.4
振幅
-100 -120
0.2
0
-140 -160
-1.5 -2
0 100 200 300 400 500 600 frequency (Hz) 700 800 900 1000 -2.5
幅度
0
1.2
-1 -0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0 0.02 时 间 (s) 反射系数序列
0.04
0.06
0.08
0.1
1
1
振幅
0.8
0 -1 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 时 间 (s) 合成记录 0.14 0.16 0.18 0.2
0.6
-5
0.4
S(f) 是初始时刻地震波的振幅谱 R(f) 是时间t之后的地震波的振幅谱
5
2.2 谱比法的原理
Q=50， V=2000m/s 时 不 同 传 播 距 离 处 的 子 波 振 幅 谱 1.4 0 250m 500m 750m 1000m
1.2
1
0.8
0.6
0.4
模拟雷克子波 在不同传播距离 (0m 250m 500m 750m 1000m)处的 振幅谱 Q=50,V=2000m/s
22
700
800
900
1000
雷克子波的波形
不同距离处的振幅谱
选取0m,250m拟合出的直 线
直线方程为y=-0.0079x-3.5,经过计算得Q 值为49.8，近似等于正演模拟所用的Q=50
13
2.8 二次谱模拟方法的分析与应用
30
25
20
红色：雷克子 波的二次谱 蓝色：合成地 震记录的二次 谱
地层元素
-0.2
-180
-0.4 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 时 间 (t) 0.2 0.3 0.4 0.5 -200
0
50
100 频率f
150
200
250
俞氏子波的波形
不同距离处的振幅谱
选取0m,250m拟合出的直 线
直线方程为y=-0.0080x-0.0153,经过计算 得Q值为49.3与正演模拟所用的Q=50接近。
-6.5
0
10
20
30 40 频 率 Hz
50
60
70
-7
0
10
20
30
40
50
60
截频处理后的子波振幅谱（5-60Hz)
拟合的直线方程
确定的截频范围是5-60Hz，从图中可以看 出，截频之后的拟合直线方程y=-0.0482x4.3166，计算所得的Q值为31.9
18
03
PART THREE
应用实例分析
-50
0.5
-100
decibels
振幅
0
-0.5 -0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0 0.1 时 间 (t)
0.2
0.3
0.4
0.5 -250
0
100
200
300
400 500 600 frequency (Hz)
700
800
900
1000
-8
0
100
200
300
400
500 频率f
600
15
10
5
0
地震子波的振 幅谱是光滑的，或 俘获伽马能谱 者说它总是比反射 系数序列的振幅谱 光滑。因此地震子 波与反射系数序列 的振幅谱在频率域 是可分的。
250
0
50
100
150
200
雷克子波，与合成地震记录的二次谱
14
2.8 二次谱模拟方法的分析与应用 （1）合成记录的子波提取
雷克子波 1
1.4
来自百度文库
-0.05
-0.1
-0.15 -0.1
0
0.1
0.2
衰减子波传播的正演模型
0.3 0.4 seconds
0.5
0.6
0.7
不同距离处的子波的波形
10
2.6 不同类型子波衰减模拟及Q值估算 （1）俞氏子波
俞氏子波 1
拟合的直线方程
0 -20 Distance 0m Distance 250m Distance 500m Distance 750m Distance 1000m
0.2
振幅
-80 -100 -120 -140
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0 0.1 时 间 (t)
0.2
0.3
0.4
0.5
-160
0
50
100 频率f
150
200
250
0
100
200
300
400 500 600 frequency (Hz)
700
15
2.8 二次谱模拟方法的分析与应用 （1）实际地震资料的不同时刻子波提取
-2 0
-1.5
-0.5
0.5
1.5
-1
0
1
2 x 10
5
0.2
0.5
0.4 0.6 0.8
1 时 间 t(s)
时 间 (s)
1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 50 100 150 200 道数 250 300 350
频率域
利用振幅谱，主频，带宽等频谱特征的变化来构建Q值估算方法， 如谱比法（应用最广）,峰值法
时频域
提取时频谱信息用于Q值反演和估算
统计分析 成 基于岩石物理实验测试数据以及VSP资料Q值反演估算
4
2.2 谱比法原理
R f t ln S f Q f ln G
19
3.1 反Q滤波 （1）单道记录
2 1 0 -1 -2 x 10
5
反 Q滤 波 处 理 后 的 地 震 道
0 x 10
6
0.5
1
1.5
2
2.5
原 始 的 地 震 道
1 0.5 0 -0.5 -1
0
0.5
1
1.5
2
2.5
反Q滤波处理对比图
从图中看出，反Q滤波之后，地震道后半 部分的振幅有所增强，说明估算的Q值较准确
图16 二维地震剖面和第20道地震记录
图为一实际的二维地震剖面的灰度显示图， 该地震资料共有391道，采样间隔为2ms,共 1101个采样点，取地震资料中第20道作为实际 单道进行地震子波的提取研究
16
1.5 2 2.5
2.8 二次谱模拟方法的分析与应用 （1）实际地震资料的不同时刻子波提取
0-250Hz 的 子 波 振 幅 谱 500 t2=0.24s t1=0.19s 400
谱模拟法模拟子波（Rosa 1985,1991）
8
2.4 研究思路
基于谱比法， 利用二次谱模拟法 来提取不同时刻的 地震子波振幅谱, 进而可以估算Q值
1.模拟不同类型子波在地层中传播 情况 2.进行二次谱模拟方法的分析与应 用
3.Q值的实际应用：反Q滤波
9
2.5 衰减子波波传播模拟
B( f , t ) A(t ) B0 ( f ) exp(
800
900
1000
钟型子波的波形
不同距离处的振幅谱
选取0m,250m拟合出的直 线
直线方程为y=-0.0115x-0.81,经过计算得Q 值为34.4，与正演模拟所用的Q=50相差较大。
12
2.7 不同类型子波衰减模拟 （3）雷克子波
雷克子波 1
拟合的直线方程 0 Distance 0m Distance 250m Distance 500m Distance 750m Distance 1000m 0 -1 -2 -3 -4 -150 -5 -6 -200 -7 y=-0.0079x-3.5
振幅
0 5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 时 间 (s) 0.14 0.16 0.18 0.2
0.2
0
0
50
100
150
200
250
雷克子波，反射系数序列及合成的地震记录
原始子波（红色）、合成记录（蓝色）、 提取的子波（绿色）振幅谱
绿色的是雷克子波的振幅谱，蓝色的是合 成记录的振幅谱，红色的是用二次谱模拟方法 提取的子波的振幅谱图，提取的子波振幅谱和 原始的雷克子波振幅谱几乎相同
0
100
200
300
400
500
600
700
选取250m处与0m处的子波振幅谱通过谱比法拟合得到的直线
7
2.3 谱比法存在的问题 不同时刻的子波的振幅谱难以确定
两种解决办法： 1.地震记录的振幅谱直接 作为子波振幅谱进行计算 （王秋成 2011） 2. 从地震记录的振幅谱中 近似模拟出子波振幅谱 （Rosa 1985,1991)
0.2
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
不同传播距离处的子波振幅谱
6
2.2 谱比法的原理
拟合的直线方程 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 y=-0.0079x-3.5
t 0.0079 Q 250m 0m t V Q 49.8
800 900 1000
0.1
ft
Q
)
Fig. 3: For Q=50 An initial minimum phase wavelet (red) is shown after various propagation distances (blue) Distance = 1000 Distance = 750 0.05 Distance = 500 Distance = 250 0 Distance = 0
研究目的
02 研究内容
03 应用实例分析
04 结论与认识
1
研究目的
1.求取地层介质的Q值；
2. 提高地震成像精度,进行吸收衰减补偿。
01
PART ONE
普通反褶积与引入Q值的反褶积对 比 (Margrave 2002)
2
02
PART TWO
研究内容
3
2.1 Q值估算方法 时间域
利用时间域波形，振幅特征，如上升时间法；
300
200
100
0
-100
-200
0
50
100 频 率 Hz
150
200
250
第20道数据的Gabor变换得到的时频谱
提取的t2=0.24s，t1=0.19s子波振幅谱
二次谱模拟法提取出地震子波后，还需要 准确确定估算品质因子Q值的频带范围，因为 低频和高频成分两个子波的振幅谱均有重叠， 不稳定
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2.8 二次谱模拟方法的分析与应用 （1）实际地震资料的不同时刻子波提取
5-60Hz 的 子 波 振 幅 谱 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 t2=0.24s t1=0.19s
拟合的直线方程 -4.5
-5
y=-0.0482x-4.3166
-5.5
-6
20
3.1 反Q滤波 （2）二维地震剖面
反Q滤波处理对比图
从图中看出，地震剖面深层的信号得到补 偿，同相轴更加清晰。
21
结论与认识
04
PART FOUR
（1）将二次谱模拟法提取 子波与谱比法结合起来估算Q 值有较好的效果，将其应用到 反Q滤波处理中，能够提高分 辨率进行吸收衰减补偿。 （2）但是进行反Q滤波处 理时，噪声同时也得到补偿， 所以处理之前应尽量提高地震 剖面的信噪比。
11
2.7 不同类型子波衰减模拟 （2）钟型子波
钟型子波 1 0.8 0.6 0.4
拟合的直线方程
0 -20 -40 -60
decibels
5
Distance 0m Distance 250m Distance 500m Distance 750m Distance 1000m
4 3 2 1 0 -1 -2 -3 y=-0.0115x-0.81
1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 y=-0.0115x-0.81 y=-0.0080x-0.0153
0.8
-40
0.6
-60 -80
decibels
0.4
振幅
-100 -120
0.2
0
-140 -160
-1.5 -2
0 100 200 300 400 500 600 frequency (Hz) 700 800 900 1000 -2.5
幅度
0
1.2
-1 -0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0 0.02 时 间 (s) 反射系数序列
0.04
0.06
0.08
0.1
1
1
振幅
0.8
0 -1 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 时 间 (s) 合成记录 0.14 0.16 0.18 0.2
0.6
-5
0.4
S(f) 是初始时刻地震波的振幅谱 R(f) 是时间t之后的地震波的振幅谱
5
2.2 谱比法的原理
Q=50， V=2000m/s 时 不 同 传 播 距 离 处 的 子 波 振 幅 谱 1.4 0 250m 500m 750m 1000m
1.2
1
0.8
0.6
0.4
模拟雷克子波 在不同传播距离 (0m 250m 500m 750m 1000m)处的 振幅谱 Q=50,V=2000m/s
22
700
800
900
1000
雷克子波的波形
不同距离处的振幅谱
选取0m,250m拟合出的直 线
直线方程为y=-0.0079x-3.5,经过计算得Q 值为49.8，近似等于正演模拟所用的Q=50
13
2.8 二次谱模拟方法的分析与应用
30
25
20
红色：雷克子 波的二次谱 蓝色：合成地 震记录的二次 谱
地层元素
-0.2
-180
-0.4 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 时 间 (t) 0.2 0.3 0.4 0.5 -200
0
50
100 频率f
150
200
250
俞氏子波的波形
不同距离处的振幅谱
选取0m,250m拟合出的直 线
直线方程为y=-0.0080x-0.0153,经过计算 得Q值为49.3与正演模拟所用的Q=50接近。
-6.5
0
10
20
30 40 频 率 Hz
50
60
70
-7
0
10
20
30
40
50
60
截频处理后的子波振幅谱（5-60Hz)
拟合的直线方程
确定的截频范围是5-60Hz，从图中可以看 出，截频之后的拟合直线方程y=-0.0482x4.3166，计算所得的Q值为31.9
18
03
PART THREE
应用实例分析
-50
0.5
-100
decibels
振幅
0
-0.5 -0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0 0.1 时 间 (t)
0.2
0.3
0.4
0.5 -250
0
100
200
300
400 500 600 frequency (Hz)
700
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1000
-8
0
100
200
300
400
500 频率f
600
15
10
5
0
地震子波的振 幅谱是光滑的，或 俘获伽马能谱 者说它总是比反射 系数序列的振幅谱 光滑。因此地震子 波与反射系数序列 的振幅谱在频率域 是可分的。
250
0
50
100
150
200
雷克子波，与合成地震记录的二次谱
14
2.8 二次谱模拟方法的分析与应用 （1）合成记录的子波提取
雷克子波 1
1.4
来自百度文库
-0.05
-0.1
-0.15 -0.1
0
0.1
0.2
衰减子波传播的正演模型
0.3 0.4 seconds
0.5
0.6
0.7
不同距离处的子波的波形
10
2.6 不同类型子波衰减模拟及Q值估算 （1）俞氏子波
俞氏子波 1
拟合的直线方程
0 -20 Distance 0m Distance 250m Distance 500m Distance 750m Distance 1000m
0.2
振幅
-80 -100 -120 -140
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0 0.1 时 间 (t)
0.2
0.3
0.4
0.5
-160
0
50
100 频率f
150
200
250
0
100
200
300
400 500 600 frequency (Hz)
700
15
2.8 二次谱模拟方法的分析与应用 （1）实际地震资料的不同时刻子波提取
-2 0
-1.5
-0.5
0.5
1.5
-1
0
1
2 x 10
5
0.2
0.5
0.4 0.6 0.8
1 时 间 t(s)
时 间 (s)
1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 50 100 150 200 道数 250 300 350
频率域
利用振幅谱，主频，带宽等频谱特征的变化来构建Q值估算方法， 如谱比法（应用最广）,峰值法
时频域
提取时频谱信息用于Q值反演和估算
统计分析 成 基于岩石物理实验测试数据以及VSP资料Q值反演估算
4
2.2 谱比法原理
R f t ln S f Q f ln G
19
3.1 反Q滤波 （1）单道记录
2 1 0 -1 -2 x 10
5
反 Q滤 波 处 理 后 的 地 震 道
0 x 10
6
0.5
1
1.5
2
2.5
原 始 的 地 震 道
1 0.5 0 -0.5 -1
0
0.5
1
1.5
2
2.5
反Q滤波处理对比图
从图中看出，反Q滤波之后，地震道后半 部分的振幅有所增强，说明估算的Q值较准确
图16 二维地震剖面和第20道地震记录
图为一实际的二维地震剖面的灰度显示图， 该地震资料共有391道，采样间隔为2ms,共 1101个采样点，取地震资料中第20道作为实际 单道进行地震子波的提取研究
16
1.5 2 2.5
2.8 二次谱模拟方法的分析与应用 （1）实际地震资料的不同时刻子波提取
0-250Hz 的 子 波 振 幅 谱 500 t2=0.24s t1=0.19s 400
谱模拟法模拟子波（Rosa 1985,1991）
8
2.4 研究思路
基于谱比法， 利用二次谱模拟法 来提取不同时刻的 地震子波振幅谱, 进而可以估算Q值
1.模拟不同类型子波在地层中传播 情况 2.进行二次谱模拟方法的分析与应 用
3.Q值的实际应用：反Q滤波
9
2.5 衰减子波波传播模拟
B( f , t ) A(t ) B0 ( f ) exp(
800
900
1000
钟型子波的波形
不同距离处的振幅谱
选取0m,250m拟合出的直 线
直线方程为y=-0.0115x-0.81,经过计算得Q 值为34.4，与正演模拟所用的Q=50相差较大。
12
2.7 不同类型子波衰减模拟 （3）雷克子波
雷克子波 1
拟合的直线方程 0 Distance 0m Distance 250m Distance 500m Distance 750m Distance 1000m 0 -1 -2 -3 -4 -150 -5 -6 -200 -7 y=-0.0079x-3.5
振幅
0 5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 时 间 (s) 0.14 0.16 0.18 0.2
0.2
0
0
50
100
150
200
250
雷克子波，反射系数序列及合成的地震记录
原始子波（红色）、合成记录（蓝色）、 提取的子波（绿色）振幅谱
绿色的是雷克子波的振幅谱，蓝色的是合 成记录的振幅谱，红色的是用二次谱模拟方法 提取的子波的振幅谱图，提取的子波振幅谱和 原始的雷克子波振幅谱几乎相同
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选取250m处与0m处的子波振幅谱通过谱比法拟合得到的直线
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2.3 谱比法存在的问题 不同时刻的子波的振幅谱难以确定
两种解决办法： 1.地震记录的振幅谱直接 作为子波振幅谱进行计算 （王秋成 2011） 2. 从地震记录的振幅谱中 近似模拟出子波振幅谱 （Rosa 1985,1991)
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不同传播距离处的子波振幅谱
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2.2 谱比法的原理
拟合的直线方程 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 y=-0.0079x-3.5
t 0.0079 Q 250m 0m t V Q 49.8
800 900 1000
0.1
ft
Q
)
Fig. 3: For Q=50 An initial minimum phase wavelet (red) is shown after various propagation distances (blue) Distance = 1000 Distance = 750 0.05 Distance = 500 Distance = 250 0 Distance = 0