地震相干体技术

储层地球物理实验室ReservoirGeophysicsLaboratory地震相干体技术概述4主要内容1相干体的概念2相干体技术的历史3相干体算法介绍相干体技术的应用注意事项5相干体技术在油气勘探中的应用相干体的概念相干体技术是利用地震信号相干值的变化来描述地层、岩性等的横向非均匀性，进而研究断层、微断裂的空间分布，地质构造异常及岩性的整体空间展布特征。相干体是指由三维地震数据体经过相干处理而得到的一个新的数据体，其基本原理是在三维数据体中，求每一道每一样点处小时窗内分析点所在道与相邻道波形的相似性，形成一个表征相干性的三维数据体，即计算时窗内的数据相干性，把这一结果赋予时窗中心样点。(Amoco公司)相干体地震数据参数测试:1.相干体算法2.时间孔径3.倾角扫描间隔4.空间孔径用相干体算法求每一道每一样点处的相干值相干体的概念由三维地震数据得到相干切片的方法三维地震数据相干体沿解释层位提取的地震数据子体层拉平相干体计算相干水平切片相干时间切片提取给定时间的相干值沿解释层位提取相干值相干体计算4主要内容1相干体的概念2相干体技术的历史3相干体算法介绍相干体技术的应用注意事项5相干体技术在油气勘探中的应用相干体技术的历史相干体技术原来是Amoco公司的专利，1995年由Amoco公司的MikeBahorich引进石油勘探业。相干体分析技术是当时地球物理界最具突破性的奇思妙想，Amoco公司把这些算法简称为“C1”，“C2”和“C3”。该技术揭示了波场的空间变化情况，直接从3D地震数据体中定量地得到断层和地层特征，不受任何解释误差的影响，极大地提高了解释精度，并能得到很多通常被忽略的重要信息，因而很快得到了广泛认可。1996，相干技术公司（CTC）成功地将相干体技术商业化并拥有该技术唯一的许可证；1999年，CoreLab公司收购CTC公司；2000CoreLab从BPAmoco公司购得相干体技术全套专利。此后，相干体技术在地震油气勘探领域得到了广泛的应用和发展，近年来又发展了基于几何结构张量的相干体技术等，在与可视化结合、与小波变换结合、相干体的自动化解释研究等方面都有较大发展，并向叠前地震数据应用的方向延伸。4主要内容1相干体的概念2相干体技术的历史3相干体算法介绍相干体技术的应用注意事项5相干体技术在油气勘探中的应用相干体算法介绍第一代相干体技术：基于互相关的相干体技术(Correlation)第二代相干体技术：基于相似的相干体技术(Semblance)（1）基于多道相似的相干体技术（2）基于曼哈顿距离的波形相似性算法（3）基于复地震道的相干体技术第三代相干体技术：基于本征结构的相干体技术(Eigenstructure)新一代相干体技术（1）基于几何结构张量的相干体技术（2）基于高阶统计量的相干体技术（3）基于小波变换的多尺度相干体分析技术（4）基于曲波变换的相干体分析技术第一代相干体技术：基于互相关的相干体技术相关算法是根据随机过程的互相关分析，计算相邻地震道的互相关函数来反映同相轴的不连续性。这种算法只能有三道参与计算。在纵测线方向t时刻计算归一化互相关：112221,,,,(,,,),,,,iiiiiiiiiiutxyutpxyCtpxyutxyutpxy在横测线方向t时刻计算归一化互相关：113221,,,,,,,,,,,iiiiiiiiiiutxyutqxyCtqxyutxyutqxy地震道的空间组合模式第一代相干体技术：基于互相关的相干体技术相关运算法计算速度相对较快，但由于参与计算的地震道数少，对于有相干噪声的资料，仅用两道数据确定视倾角会有很大误差。再者，三点互相关算法假设地震道是零平均信号，当相关时窗长度超过地震子波长度时，这种假设才基本成立，即要求窗口大于地震反射的最长周期，显然，这样降低了计算得到的相干体数据的垂向分辨率。振幅数据切片C1算法相干体切片式中，Cii（i=1，2）为第i道的自相关量；Cij（i=1，2）为第i道和第j道的互相关量。视倾角（p,q）中p和q分别为x方向和y方向上的地震道之间的时移量。沿视倾角（p,q）的相干值C1为：定义一个以分析点为中心的包含J道的椭圆或矩形分析时窗，则相干值C2为分析时窗内平均道的能量与所有道的能量比,即：式中：下标j表示落在分析时窗内的第j道；xj和yj表示第j道与分析时窗内中心点t在x和y方向的距离；p和q分别表示分析时窗内中心点，所在局部反射界面x和y方向的视倾角。以分析点为中心的椭圆分析窗口以分析点为中心的矩形分析窗口212211()(,,)1()KJjjjkKjKJjjjkKjutktpxqyJCtpqutktpxqyJ第二代相干体技术（1）基于多道相似的相干体技术振幅数据切片C2算法相干体切片第二代相干体技术（1）基于多道相似的相干体技术应用基于多道相似的算法可以对任意多道地震数据计算相干性，对地震资料的质量限制不是很严，能够较精确地计算有噪声数据的相干性、倾角和方位角。用一个适当大小的分析窗口，能够较好地解决提高分辨率和提高信噪比之间的矛盾，而用相关算法则不能解决这个问题。因此，该算法具有较好的适用性和分辨率，而且具有相当快的计算速度。对于地震数据体中的相干计算道，设G为中心道，H为相邻道，定义归一化的Manhattan距离计算公式为：式中：Md为归一化的Manhattan距离，n为相关时窗长度（样点数），d为地层倾斜时的时间延迟值，N为中心道G相关时窗中点的时间样点值。在式中当中心道G与相邻道H相同时，Md等于零；当中心道G与相邻道H完全不相似即极性相反时，Md等于1；在其它情况下，Md的值介于0与1之间。基于归一化的Manhattan距离的相干算法只涉及两个随机信号的加减运算，不涉及普通相干计算中的两个随机信号的乘积运算，因此具有较高的运算效率。北偏东45度3点直线型道组合相干体切片2/2/2/2/|)||(|||nNknNkdkknNknNkdkkdHGHGM北偏西45度3点直线型道组合相干体切片拐角型3道组合相干体切片第二代相干体技术（2）基于曼哈顿距离的波形相似性算法如果在小的垂向时窗内应用基于多道相似的相干体算法，在计算零值附近同相轴的相干体时会造成一些假象，一旦地震信号的振幅低于背景噪音，相干算法将识别为地震数据不相干，将产生低相干的假象。应用复地震道技术就可以解决这个问题，对应的相干体计算公式为：式中：上标H表示地震数据的希尔伯特变换或正交地震道。当地震道的数据为零时，其对应的正交地震道数据的量值最大；当正交地震道的数据为零时，其实际地震数据的量值最大，这样相干体的算法就比较稳定，保真性好。221122111()()(,,)1()()KJKJHjjjjjjkKjkKjHKJHjjjjjjkKjutktpxqyutktpxqyJJCtpqutktpxqyutktpxqyJ振幅数据切片相干体切片第二代相干体技术（3）基于复地震道的相干体技术该矩阵对应的协方差矩阵为：第三代相干体是通过计算地震数据体的本征值获得的。在算法分析中，首先从给定的分析时窗内提取多道地震数据生成样点矢量，由这些样点矢量构成矩阵：111212122212JJNJNNNJddddddDddd21121111212221111212111NNNnnnnnJnnnNNNNnnnnnJTTmnnJJNJNJnnnNNNnnJnnJnJnnnddddddddddCDDddddddd该协方差矩阵是一个对称的、半正定矩阵，其所有的本征值大于或等于0。计算协方差矩阵的本征值和本征向量，那么基于本征结构相干性估计可定义为：maxmaxmax311()JJjjjjjCTrCc第三代相干体技术：基于本征结构的相干体技术基于本征结构分析的相干体算法应用了主元素分析的思想，在主元素分析中，第一主元素总是通过协方差矩阵本征向量构成的立体角与发散椭球面长轴吻合。椭球面的主轴是由矩阵的本征向量确定的，本征值等于椭球面半轴长度。最大本征值反映了原始观测点信息的公共部分，即相干性。相同的两道及通过协方差矩阵本征向量构成的椭圆trace1trace2trace1trace2minoraxismajoraxis“1”“0”不同的两道及通过协方差矩阵本征向量构成的椭圆trace1trace2trace1trace2minoraxismajoraxis“1”“0”第三代相干体技术：基于本征结构的相干体技术（a）振幅数据切片；（b）C1算法切片；（c）C2算法切片；（c）C3算法切片；几种相干算法比较第三代相干体技术：基于本征结构的相干体技术本征算法是通过多道本征分解处理来计算波形相似性的一种方法，虽然该算法计算速度较低，但它具有比相似系数算法更高的分辨率。接着，使用方向导数构建梯度结构张量：Randen等提出用几何结构张量方法(GeometricStructuralTensor)进行地震三维结构属性的研究，这种几何结构张量包含了反射界面的倾角和方位角信息，可以稳健地估算时窗内分析点的反射界面的倾角和方位角。首先，计算三维数据体每一点梯度矢量：第三步，平滑张量矩阵T的元素：第四步，计算平滑后的张量矩阵的特征值及相干值：新一代相干体技术（1）基于几何结构张量的相干体技术断层的自动识别（a）原始地震剖面及（b）GST处理后的相干剖面GST相干切片解释（a）振幅数据切片及（b）GST相干切片新一代相干体技术（1）基于几何结构张量的相干体技术高阶统计量具有许多优点，从提高相干体算法抑制噪声的能力和减小计算量的角度出发，陆文凯等人将高阶统计量方法与相干体技术相结合，以C1算法为基础，提出了一种新的基于高阶统计量的相干体(CHOS)算法，该算法仅需三道地震记录同时参与运算：式中：是地震道与之间的时间延迟，是地震道与之间的时间延迟。最后得到的某一样点处的相干值为：1(,,)iiuxyt12(,,)iiuxyt11(,,)iiuxyt(,,)iiuxyt2新一代相干体技术（2）基于高阶统计量的相干体技术振幅数据切片CHOS算法相干体切片C2算法相干体切片C3算法相干体切片新一代相干体技术（2）基于高阶统计量的相干体技术多分辨率分析又叫多尺度分析，其中小波变换是其主要的分析手段。同傅氏变换相比较，小波变换具有更好的局部化特性，可以任意调节空间的分辨率，即有“变焦”功能，被誉为数字上的显微镜。利用小波变换可以很方便地进行多分辨率分析，从而进行精细的油藏描述和解释。将小波变换多尺度思想应用到相干体中，使小波多分辨率相干体在断层和裂缝的分频解释中见到更加明显的效果。新一代相干体技术（3）基于小波变换的多尺度相干体分析技术(a)(b)(c)(d)(e)(f)(a)原始地震剖面段(b)-(f)不同频段的小波分解王西文等将小波分析引人到相干计算中，首先利用小波域分频方法计算地震数据各个频带内的瞬时特征参数，然后用互相关算法计算各个频带内的地震相干数据体,最后通过重构系数，对一定频带内的相干体放大或缩小主要突出特定频段的相干体，分频重构的相干体易于突出被忽略的小断层信息。新一代相干体技术（3）基于小波变换的多尺度相干体分析技术（a）低频相干切片（b）中频相干切片（c）高频相干切片将小波变换多尺度思想应用到相干体中，使小波多分辨率相干体在断层和裂缝的分频解释中见到更加明显的效果。但小波变换方向性提取不足,只能在水平、垂直、对角线等几个有限的方向进行表示和检测,