地震相干体技术ppt课件.ppt

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1、地震相干体技术概述,主要内容,相干体的概念,相干体技术的历史,相干体算法介绍,相干体技术的应用注意事项,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:相干体算法时间孔径倾角扫描

2、间隔空间孔径,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,相干体计算,主要内容,相干体的概念,相干体技术的历史,相干体算法介绍,相干体技术的应用注意事项,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Mike Bahorich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

3、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；2000 Core Lab 从BP Amoco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。,主要内容,相干体的概念,相干体技术的历史,相干体算法介绍,相干体技术的应用注意事项,相干体技术在油气勘探中的应用,相干体算

4、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

5、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：,在横测线方向t时刻计算归一化互相关：,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,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

6、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,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

7、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

8、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,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 ，

9、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。,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：,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：,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

10、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,不同的两道及通过协方差矩阵本征向量构成的椭圆,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

11、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(Geometric Structural Tensor) 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

12、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：,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

13、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

14、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 ,不能有效检测和表示信号中的线状变化特征。Curvelet变换结合了Ridgelet变换的各向异性(anisotropy )特点和小波变换的多尺度 (multis

15、cale)特点,具有很强的方向性, 能为信号处理提供更多的信息。将曲波变换与相干算法相结合，可得到裂缝发育带的强度及走向分布图。,新一代相干体技术,（4）基于曲波变换的相干体分析技术,离散Curvelet变换：,离散反Curvelet变换：,Curvelet变换特性：,Curvelet变换与小波的区别：,新一代相干体技术,（4）基于曲波变换的相干体分析技术,实际分析中，为了突出某一特定频率段的地震数据体的特征，提出突出特定频段特征并兼顾地震数据的总体特特征的方法，给出了相应的曲波变换公式：,根据需要突出的地质特征，对式中的加权系数取不同的值，再进行曲波反变换，就得到了突出特定频带的地震数据体。

16、,（b）合成地震记录（子波为40HZ的雷克子波）,（a） Mars2模型数据,（a）低频带地震数据 （b）中频带地震数据 （d）高频带地震数据,新一代相干体技术,（4）基于曲波变换的相干体分析技术,P波在各向异性介质中传播时具有不同的旅行速度，从而导致P波振幅响应随方位而发生变化的特性，即：P波方位各项异性原理。 测线与裂缝平行时振幅变化最强；随着测线与裂缝夹角的增大，振幅逐渐减弱；至测线与裂缝方向垂直时，振幅最弱。并且P波通过垂直裂缝体后，与均匀介质相比，表现为振幅降低的响应特征。 据此可以对得到的方位相干数据体进行进一步的分析比较，寻找变化最强的数据子体及其所对应的方向，得到裂缝发育带及其

17、走向的分布图。裂缝发育强度应用下式表示：,其中， 表示N个方向的相干子体中变化最剧烈的数据，裂缝发育带走向也由此值所对应的方位所决定。 表示N个方向的相干子体中变化最弱的数据。 由裂缝发育强度还可以得到裂缝发育带走向分布图，由下式计算得到：,其中， 表示N个方向的相干子体中变化最剧烈的数据对应的方向编号。,新一代相干体技术,（4）基于曲波变换的相干体分析技术,新一代相干体技术,（4）基于曲波变换的相干体分析技术,利用Curvelet变换的多尺度特征，根据需要突出的特征不同，通过调整权值系数比例，突出不同频率段的地质特征 利用Curvelet变换的多方向特征，结合Curvelet变换和相干体技术

18、的优点，计算断层裂缝发育强度及方向,新一代相干体技术,（4）基于曲波变换的相干体分析技术,曲波相干体计算技术流程图,多尺度相干体分析技术,新一代相干体技术,（4）基于曲波变换的相干体分析技术,C3算法常规相干体切片,C3算法粗尺度相干体切片,C3算法细尺度相干体切片,C3算法中尺度相干体切片,新一代相干体技术,（4）基于曲波变换的相干体分析技术,断裂与裂缝发育带方向切片,断裂与裂缝发育带强度切片,断裂及裂缝发育带强度和方向计算,主要内容,相干体的概念,相干体技术的历史,相干体算法介绍,相干体技术的应用注意事项,相干体技术在油气勘探中的应用,相干体技术的应用注意事项,时间孔径（Temporal

19、Aperture）的选取倾角方位角参数的选取空间孔径（Temporal Aperture）的选取应用地震相干数据体解释断层的局限性,时间孔径（或时窗长度）是最重要的参数。大部分参数测试中都包含有得到最好时间孔径这一参数，此参数的建议范围为：大约是目标反射体最高频率波长的一半到最低频率的一个波长之间。 长时间孔径可以压制相干体内噪音，但是在较长的计算因子下，范围较窄的同相轴，如河道等将变的模糊不清。通常来说，当要高度突出地层特征或低角度断层时，应使用小的时间孔径；当要突出持续性地质特征，如高角度断层时，应使用较长的时间孔径。,时间孔径的选取,不同时间孔径时的C3算法相干体切片,时窗长度为28ms

20、,时窗长度为44ms,时间孔径的选取,不同时间孔径时的C2算法相干体切片,时窗长度为28ms,时窗长度为44ms,若将相干时窗大小看作是与地震波视周期T有关，则常规处理（频率2050Hz）地震剖面中地震波视周期T约为50ms。当相干时窗小于T/2时,由于相干时窗窄小，看不到一个完整的波峰或波谷，据此计算的相干数据往往反映的是噪声成分；而当相干时窗大于3T/2时，相干时窗大、视野宽，可见多个同相轴,据此计算的相干数据往往反映的是波组的不连续性，均衡了许多细小变化；时窗接近于T，成像效果最好。,时窗长度为60ms,+/-3 samples,+/-9samples,+/-6 samples,时间孔径

21、的选取,不同时间孔径时的相干体切片,倾角方位角参数的选取,标准的倾角计算方式为Bins 方式，在此计算方式中，通这些小立方体（bins）来计算每个小立方体的相似度，相似度最高的小立方体被认为具有正确的倾角和倾角方位角。与倾角采样参数因子一样，必须提供主测线和联络测线方向的最大倾角与方位角，单位为毫秒/道 。 Dip/azimuth 小立方体（bins）同时在主测线和联络测线方向对称产生，也就是说，若倾角的最大值为4.0，则倾角在主测线和联络测线方向的最大范围为-4.0到4.0。倾角采样因子将控制倾角小立方体参与运算的数量。低采样率对于大部分地区来说是足够的；然而，在倾角陡峭以及具有不同倾斜方向

22、的倾角的地区，应该增加倾角采样参数因子的数值。,波形相似性的计算是沿着倾角面进行计算的，参与运算的倾角面是通过空间孔径中所定义的道数来确定的。在此倾角面上，道与道之间的波形差异是通过位于这个时间范围内的采样中心进行运算的。,（a）倾角选取示意图; （b） p、q分别指示inline方向和crossline方向的时间倾角矢量,振幅数据切片,倾角方位角参数的选取,Max dip 2.2ms/trace 19 dip bins,Max dip 3ms/trace 19 dip bins,Max dip 1ms/trace 19 dip bins,选取不同倾角时的相干体切片,19 dip bins8.

23、5ms dip max,倾角方位角参数的选取,61 dip bins8.5ms dip max,37 dip bins8.5ms dip max,19 dip bins3ms dip max,选取不同小立方体(bins)个数时的相干体切片,空间孔径的选取,相干体通过地震道的空间组合，每个空间点的属性值反映的是原数据体中多道、多点信息。它实际上是将异常体的共性体现在每一个点上，是一种特殊的空间加权，因此，相干体在异常体的识别上有更高的信躁比和分辨率。,地震道空间组合模式,5 traces,空间孔径的选取,就参加运算的道数来说，即采用多少道组合，才能较好地反映出储集层的特征，如非均质性、裂缝发育方

24、向、断层类型、岩性及含油气性的空间变化等。为了使平行于纵测线和横测线方向上的地质异常体在相干数据体中均有所反应，相关道要以计算相干值的采样点所在道为中心(在纵测线和横测线上均有)。从断层成像清晰度和随机噪声压制程度看，一般参与相干计算的道数越多，平均效应越大，对断层的分辨率越低，这时突出的主要是大断层；相反，相干道数少，平均效应小，就会提高对地层边界、断层、特别是突出了对小断层的分辨率。所以在计算地震相干性时要根据研究地质目的的不同来选择参与计算的相干道数。,9 traces,选取不同道数时的相干体切片,应用地震相干数据体解释断层的局限性,应用地震相干数据体进行断层的自动和半自动解释，首先要求

25、地震资料的信噪比要高，否则无法利用不相干数据带进行断层解释。引起低值异常的原因可能有如下几种：断层及其附近；地层或岩性变化，特殊的沉积体系；地层倾角比较大；缺少反射；数据质量差等。不相干数据异常体可能代表小断层、小岩性异常体或灰岩缝洞等地质现象，所以应用地震相干数据体进行断层的自动和半自动解释时，要进行综合对比才能分辨清楚。地震相干数据体不是对所有的断层都能识别： 当垂直落差在一个视周期T或视周期的整数倍时，断层在地震相干数据体上反而没有反映。由于垂直断层为地震波视周期的整数倍，会造成波峰连波峰，相干系数大，因而在地震相干数据剖面上，不相干数据带有断层处没有反映，这给断层的自动解释带来一定的困

26、难。 相干数据体对大断层的倾斜断面反映不灵敏，这可能是受计算时窗短所限，还有可能是未作倾角扫描所致，这方面的工作有待深入研究。,主要内容,相干体的概念,相干体技术的历史,相干体算法介绍,相干体技术的应用注意事项,相干体技术在油气勘探中的应用,相干体技术在油气勘探中的应用,应用相干体技术进行沉积环境分析 相同沉积环境中形成的地质体具有相似的结构，在地震剖面上反映为相似的波形特征。一般地 、高能环境下的沉积地层对应的地震波形相对紊乱。通过相干计算得知 ,在高能环境下沉积的地层所对应的反射同相轴的相似性较差，在低能环境下沉积的地层所对应的地震波形相对较连续 ,对应的反射波形在相邻道上 的相似性较好,

27、这样可以通过相干体时间切片来分析沉积环境的变化。应用相干体技术可以确定断层、砂体和复杂地质构造 ,还可以进行裂缝预测 一般情况下 ，断层或波形畸变、地层或岩性所引起的地震属性的突变等，在相干体上都会产生一个窄条低值区 ，相干技术可用来识别地层边界 断层 、岩性尖灭 。将相干数据体进行可视化显示 ，则能更方便、快捷地识别出微小断层 ，可清晰地显示断层的空间形态与砂体的空间展布规律，为研究断层和砂体提供快捷的工具。相干体技术大大缩短了三维地震数据的解释周期。用来查明复杂断块构造 ，发现微小圈闭 ，寻找有利的构造油气藏 当沉积相单元发生变化时，地震反射波的特征必定发生相应的变化，因此可以利用相干体技

28、术将地震特征的横向变化定量化，据此推断沉积相的变化和断裂的发育程度,确定有利的沉积相和构造带。目前，相干体技术在碳酸盐岩的岩溶储层预测中也取得了很好的应用效果。,利用相干技术 ,可以突出那些相邻地震道资料的不连续性 ，压制连续性 ，使特殊的地质现象更加清晰，更易于解释。尤其是相干数据体的时间切片，比常规三维地震数据的时间切片所反映的地质异常现象更加清楚和直观。,断层识别,地震波同相轴发生错动或波形横向变化，都将使得相干数值发生明显地变化，在相干切片上可直观地显示断层。,相干体技术在油气勘探中的应用,岩性识别,由于火山岩体区地震属性的相干性较差，可运用相干处理技术形成相干数据体和相干切片，其中相干性波动大，多数团状、非线状或非规律性片状的区域，是火山岩在相干体中的表现 。,相干体技术在油气勘探中的应用,利用地震相干、倾角和方位 角的叠合显示分析储层裂缝,相干体切片，可直观地显示微断裂、裂缝的相对发育程度；显示地层厚度、岩性等变化所致的相干性差异 。 层倾角和方位角图的线状或大小（色彩）变化反映了裂缝的发育状况，线状显示越密集、色彩越丰富，则预示裂缝越发育。,相干体技术在油气勘探中的应用,