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反Q滤波是一种有效的补偿地震衰减的技术,它不仅可以补偿地震记录的振幅衰减和频率损失,而且还可以改善记录的相位特性,从而改善同相轴的连续性,提高弱反射波能量和地震资料的分辨率和信噪比。同时反Q滤波估算得出的Q值对油气储存识别具有重要意义。
地震信号是非平稳信号,这类信号的统计量(相关函数,功率谱)随着时间发生变化。傅立叶分析难以描述非平稳信号各频率成分随时间变化的特性,而时频分析是分析此类信号的有效手段。它将信号在时间一频率域内展开,能够反映信号频率成分随时间变化的特性。Gabor变换是一种线性的时频变换,它通过窗函数的时移和频率调制来揭示信号的时频特征。为了使时频分布获得良好的时频分辨率和聚集性,窗函数类型以及窗函数宽度的选择至关重要,本文提出使用Malvar窗来替代Gauss窗作为时频变换的时窗,对地震信号进行时频分析,在此基础上对信号反Q滤波。
反Q滤波方法建立在一定的品质因子Q的数学模型之上。本文同时详细论述了复相速度模型与Kolsky模型。利用复相速度模型将地震波的衰减和频散表示为振幅和相位的算子。将反Q滤波补偿看成带衰减传播的逆传播过程,与弹性情况进行比较,得出反Q滤波振幅、相位补偿算子,同时用最小二乘方法对Q值进行估算。通过Malvar时窗时频变换获得的信号的时频谱,结合反Q滤波振幅、相位算子,以及Q值估算方法,具体实现对地震信号的反Q滤波。
通过对分层Q值模型以及高斯型分层速度模型,使用边界元方法理论合成得到的地震记录进行反Q滤波数值试验。实验结果表明:利用基于Malvar时窗时频变换计算得到的Q值与先前设定Q值基本相符,反Q滤波补偿后的信号与无衰减信号对比,振幅和相位都得到很好恢复。偏移成像后结果信噪比与分辨率都得到改善。