地震数据相干体分析技术

地震数据相干体分析技术（感谢著作者：中油集团经济技术研究中心汪红李万平）地震数据相干体分析技术一、技术原理及主要技术内容相干处理不同于常规地震资料处理,它不是对反射波成像,而是通过分析波形的相似性对三维数据体的不连续性进行成像。

CTC、LGC、GQS等多家公司均有相干处理的软件产品投放市场。

由于各公司的优势技术不同,解决问题的出发点不尽相同,因此在相干处理过程中考虑的因素有所差异,相干处理的最终效果各有所长,但他们所采用的方法原理基本相同(图1)。

相干体技术主要利用互相关和相似性算法，再根据不同参数计算多种连续属性。

当地质平面连续时，道和道之间有高的相关值或相似值，当地层不连续时，相关值或相似值出现低值异常。

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。

地震数据中有明显的垂直断层或波形扭曲变化时，一般会产生清晰可辨的低连续值窄带，在切片上能得到突出的反映。

逐级的海进层序会产生广泛的中等连续值区，陡倾角地层而没有用倾角校正时会产生宽的低连续带。

同样，数据质量差或缺少反射，也可以产生宽的低不连续带。

对第一道，和相邻的2、4或8道作互相关，然后分析相关系数来确定连续性属性值，并把它分配给中心采样值。

可以输出多种连续性属性值：①最大；②最小；③中值；④方差等。

“最小”的方法是选取和相邻的道作互相关系数中的最小值作为中心采样值。

这是用得最多的方法，这种方法有效地突出了数据中的不连续性，对分析断层和地层引起的低值异常最有用。

“最大”的方法是选取和相邻的道作互相关系数中的最大值作为中心采样值。

“中值”是选取和相邻的道作相互关系数中的中值作为中心采样值。

还有“方差”等。

除“最小”的方法外，其他方法都一定程度地存在着抹掉横向上剧烈变化的问题，对分析低相似值不利，没有用“最小”的方法效果好。

实现步骤如下：①根据选择的模式和相邻的2、4或8道作互相关；②确定归一化的互相关值；③把归一化作为输入来计算连续性属性；④把计算的连续性属性分配到中心采样道；⑤沿道往下移动相关窗口重复处理来计算下一个采样的属性值。

相干体计算公式为：其中：φ是任何相邻道G和H在时间t和倾角d的计算的相关系数；N是相关窗口内的采样数。

二、应用条件及范围从上面的计算公式可知，相干运算中的参数选取相干数据体处理效果好坏主要受两个参数影响,即参与相干计算的地震道数和选取的时窗大小。

断层(尤其是大断层)常产生多个相位(波组)的不连续;而地层边界引起的不连续一般较小,只涉及2～3个相位。

如果适当地控制这两个参数,可为精细解释断层的组合及空间展布和作地层边界分析服务。

为了分析这两个参数对处理结果的影响,文献［5］采用锁定时窗、改变道数和锁定道数、更改时窗的方法作对比试验。

从断层成像清晰度和随机噪声压制程度看,参与计算的道数越多,平均效应越大,对随机噪声压制作用越大,大断层的成像越清晰;而相干道数减少,会提高对地层边界、小断层的分辨率。

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。

即参数选用9道、50ms时,断层和地层边界的成像效果均最佳。

通过试验认为,当作反映与地层边界有关的相干性处理时,考虑到由于其引起频率的微小变化往往存在于随机噪声中,为获得这些信息,一般选择3道、50ms;而在作反映断层的相干性处理时,则要根据需要而定,对于大断层一般选择9道、50～100ms,小断层则可适当地减少道数和缩小时窗。

相干体数据来自三维数据体，因此首先要求地震资料的信噪比要高,同时建议相干性处理后,利用图像增强技术(如滤波等)减少噪声，使成象更清晰。

为了判别相干体中的不连续性是由断层还是由地层边界引起的,还需对研究区的地质背景、构造样式有所了解,单靠一种方法很难解决相干体中的多解性问题。

文献［9］列举了应用地震相干数据体解释断层的局限性：（1）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。

（2）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（3）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。

三、技术功能（技术指标）相干法是一种不连续性的拾取手段。

根据波形的相似性，将三维地震反射数据体从其连续性过渡到数据体的不连续性，其良好性能表现在：1、识别平行于地层走向的断层常规振幅时间切片对研究垂直于地层走向的断层是有效的，但当断层平行于地层走向时，由于断层轮廓与层理的轮廓重叠在一起，很难看清断层。

相干性计算压制横向一致的结构特征，有效地去掉层理的影响。

因而，三维相干体可以揭示任意方向上的断层。

2、提高解释效率和精度相干体技术不是基于传统的人工解释，而是客观真实地反映地震记录的内部情况，所以大大地减少了解释所用的时间，同时又显著地增强了效果。

相干体技术可以根据不同的地区和情况设计特殊算法来满足不同的需求，比如可以沿着特殊的构造或沉积体系的走向，也可以针对构造特点设计特殊的算法来追踪复杂砂体的特征，比如储层的倾角和方位角。

经过特殊处理的相干体，当用三维可视化方式显示时，可以直接“透视”到体内部，使断层和特殊的沉积体积的显示得到加强和突出，使解释结果更为可靠和快捷。

3、对断层进行自动解释文献［9］指出，通过相干体数据自动获得的断层解释结果，与平面组合的可靠性约有60－70％的把握。

并通过实践得知，在66ms计算时窗下，地震相干数据体上能反映垂直落差为T/4－3T/4的小断层。

具体的步骤和功能如下：（1）地震相干数据体的动画浏览。

在一个工区资料解释之前，首无在地震相干数据体上进行动一浏览，这种浏览可以沿主线测线（inline）和时间方向(time)，开展小断层的调查，了解断层的空间分布。

这项工作不需要进行地震反射层位的解释就可实现。

这种断层的动画浏览，在常规的地震数据体上是实现不了的，这是它的最大优点。

图2 常规地震数据3120ms振幅时间切片（2）地震相干数据体时间切片的解释。

这种解释打破了常规的解释思路，不需要先观察垂直剖面，对地震反射层位进行解释，也不需要考虑很多地质因素，只需在地震相干数据体的时间切片上对不相干数据带进行解释，这种切片对断层的反映灵敏、清晰、准确。

图3 地震相干数据体3120ms时间切片图2是3120ms的常规地震数据振幅时间切片。

图3是3120ms 的地震相干数据体时间切片，图中的白色条带为不相干数据，白色条带上的细线条为地震相干数据体时间切片的断层解释结果。

在地震相干数据体时间切片上反映的众多小断层，在地震数据振幅时间切片是很难解释清楚的。

即便是技术很高、经验丰很多的解释专家，在如图2的地震数据振幅时间切片上很难把断层解释清楚。

而一般解释水平的解释员却可以如图3的地震相干数据体时间切片上轻松自如地完成断层的空间解释。

图4 3120ms地震相干数据体时间切片与3120ms常规地震数据振幅时间切片叠合显示图4为把3120ms地震相干数据体时间切片的解释结果（图中的白色线条）覆盖显示在3120ms常规地震数据振幅时间切片上，此图充分反映了地震相干数据体时间切片对小断层解释的极大优越性，即显示上的高分辨率和解释上的高效率。

（3）对地震相干数据体进行立体解释。

在这种立体显示中开展地震解释比单纯用地震相干数据体时间切片解释更直观，可以通过对不相干数据的横向和纵向（即空间）分布进行观察，使我们对地震相干数据体的解释更有把握。

特别是对地震相干数据体进行任意切割显示时，解释员就会对某些地震相数据体时间切片上的不相干数据带的空间分布认识得更为确切，解释得更加合理。

（4）在垂直剖面上对地震相干数据体时间切片的解释结果进行检查验证。

在以上地震相干数据体时间切片和地震相干数据体立体解释工作的基础上，再回到地震垂直剖面上，验证以上的断层解释是否合理，精细确认断层的位置。

当把地震相干数据体时间切片解释的结果显示在垂直剖面上时，可以看出地震相干数据体时间切片的解释结果可以反映断层的位置。

在此基础上，再根据地震相干数据体时间切片的解释结果，在垂直剖面上确定断层线。

然后再把在垂直剖面上所解释的断层投影显示在地震相干数据体时间切片上，经过这样的反复验证，直到可靠地完成断层的解释工作。

4、性能对比分析已证明的边界检测、瞬时相位切片、振幅切片等平面分析技术在解释断层、断层组合、地层上下接触关系上非常有用,但与相干切片相比仍存在一些不足之处[5]。

1）边界检测技术和相干技术：边界检测技术是公认的适合检测小断层和研究断层平面组合的有用技术。

但在复杂断块发育区(如逆冲断裂带),这种解释技术也有其局限性;另外,它受层位解释精度影响也较大。

2）振幅切片和相干切片：振幅切片是用于断层平面走向识别的常规技术。

但因受地层走向影响,在识别平行或近平行地层走向的断层时较困难;而相干切片却能清楚地反映各种类型的断层,弥补了这一缺陷。

3）瞬时相位切片和相干切片：瞬时相位是用来分析地层上、下接触关系的有利手段。

对于资料品质好且地层较平缓的地区,瞬时相位切片和相干切片的功能相当;但在地层倾角较大地区的不整合面上,瞬时相位切片的效果不如相干切片四、研究进展相干体(Coherence Cube)技术是在1995年SEG65届年会上,由阿莫科(Amoco)石油公司首先公布的用于描述断层和地层特征的一种解释性处理技术。

在这次年会上共发表7篇论文,引起了地球物理勘探界的很大反响。

目前有关相干体的报道，基本上是应用实例。

相干体技术的出现,被视为三维地震领域里的革命,加深了对三维数据的地质理解。

该项技术由相干技术公司(CTC)和阿莫科油公司申请了美国专利。

在我国,石油物探部门于1996年开始使用相干体技术,取得了较好的应用效果1995年Mike Bahorich 【5】首先全面系统地提出用相干数据体来解释断层和地层特征的三维地震不连续性。