地震相干体技术课件

地震相干体技术概述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相干体技术是利用地震信号相干值的变化来描述地层、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。相干体技术的历史相干体技术原来是Amoco公司的专利，1994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(Co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：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算法是第一代相干体技术：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：第一代相干体技术：基于互相关的相干体技术相关运算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第二代相干体技术（1）基于多道相似的相干体技术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。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对于地震数据体中的相干计算道，设G为中心道，H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。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如果在小的垂向时窗内应用基于多道相似的相干体算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该矩阵对应的协方差矩阵为：第三代相干体是通过

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基于本征结构分析的相干体算法应用了主元素分析的思（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。（a）振幅数据切片；（b）C1算法切片接着，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接着，使用方向导数构建梯度结构张量：Randen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断层的自动识别（a）原始地震剖面及（b）GST处理后的相干剖

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高阶统计量具有许多优点，从提高相干体算法抑制噪振幅数据切片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多分辨率分析又叫多尺度分析，其中小波变换是其主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）高频相干切片王西文等将小波分析引人到相干计算中，首先利用小

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(multiscale)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。裂缝描述岩石尺度微米至厘米级地质尺度米级至千米级多尺度性矿物尺度纳米至微米级地层尺度厘米至米级裂缝张开度裂缝三要素裂缝密度

裂缝走向裂缝发育带：裂缝较集中、裂缝密度比较大的岩体或围体、区带。新一代相干体技术（4）基于曲波变换的相干体分析技术将小波变换多尺度思想应用到相干体中，使小波多分离散Curvelet变换：离散反Curvelet变换：Curvelet变换特性：多尺度性、多方向性Curvelet变换与小波的区别：

具有任意角度的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离散Curvelet变换：离散反Curvelet变换：C

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。

（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，

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P波在各向异性介质中传播时具有不同的旅行速度，从新一代相干体技术（4）基于曲波变换的相干体分析技术地震数据体Curvelet变换三个频带地震数据体相干体算法三个反映不同特征的相干体地震数据体Curvelet变换多方向地震数据体相干体算法多方向相干数据体裂缝发育强度裂缝带走向

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地震数据体新一代相干体技术（4）基于曲波变换的相干体分析技术地震数据输入分方向相干体计算参数设置曲波变换参数设置计算多尺度地震数据多尺度相干体计算参数设置多尺度相干体计算分方向相干体计算多尺度相干体数据切片显示裂缝发育带强度数据切片显示裂缝发育带走向数据分色标切片显示计算裂缝发育带走向及强度数据体计算裂缝发育带走向及强度参数设置曲波变换参数设置计算分方向地震数据曲波相干体计算技术流程图新一代相干体技术（4）基于曲波变换的相干体分析技术地震数据输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

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

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相干体算法介绍相相干体技术的应用注意事项时间孔径（TemporalAperture）的选取倾角方位角参数的选取空间孔径（TemporalAperture）的选取应用地震相干数据体解释断层的局限性相干体技术的应用注意事项时间孔径（TemporalAper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时窗长度为44ms时间孔径（或时窗长度）是最重要的参数。大部分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20～50Hz）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2+/-3samples+/-9samples+/-6samples河道内部细节明显大连续性河道大连续性断层时间孔径的选取不同时间孔径时的相干体切片+/-3samples+/-9samples+/-6sa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倾角方位角参数的选取标准的倾角计算方式为Bin振幅数据切片倾角方位角参数的选取FaultsDipfeaturesMaxdip2.2ms/trace19dipbinsMaxdip3ms/trace19dipbinsMaxdip1ms/trace19dipbins选取不同倾角时的相干体切片振幅数据切片倾角方位角参数的选取FaultsDipfeat19dipbins—8.5msdipmax倾角方位角参数的选取61dipbins—8.5msdipmax37dipbins—8.5msdipmax19dipbins—3msdip

max选取不同小立方体(bins)个数时的相干体切片19dipbins—8.5msdipmax倾角方位角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空间孔径的选取相干体通过地震道的空间组合，每个空5traces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。9traces选取不同道数时的相干体切片5traces空间孔径的选取就参加运算的道数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：①断层及其附近；②地层或岩性变化，特殊的沉积体系；③地层倾角比较大；④缺少反射；⑤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：

①

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难。

②

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。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4主要内容1相干体的概念2相干体技