相干体技术算法研究及其在地震资料解释中的应用

来源:用户上传      作者: 张卫东

　　摘要：相干体技术算法是应用在地震中的一项高新技术，它能检测出是否有不连续的相轴和地震波出现。随着社会不断进步，这项技术也开始逐渐提升，已经可以用来探测断层、河流和特殊岩性体等，该技术在三维地震资料解释方面起到了很大的作用。
　　关键词：相干体技术；相干算法；地震解释
　　中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）22-0043-02
　　相干体技术算法最初只是一种互相关的算法，现在已经发展到相似算法和本征结构算法，由于使用了协方差矩阵的形式进行处理，相干体技术算法已经有三种之多，分别是基于相类似的系数算法、在本征结构分析基础上的算法和基于相关的算法。这三种算法都有不同的优点和缺点，为了能够有效地勘探地区的断层和岩性等空间展布特征，要加大力度开展相干体技术算法的研究，提高其质量和速度。
　　1 相干体技术的原理构成
　　为了能够通过横向变化来研究由地层岩性变化和构造分割所引起的地震，就要采用地震相干体技术这一方法了。不同于以往的地震资料的处理手法，反射波成像并不是相干处理的主要操作对象，不连续性进行成像的目标是三维数据体，而这是通过波形的相似性分析出来的。引起地震反射波振幅、极性发生变化的原因大多数是因为火成岩体、地质体边界、陷落和柱断层等情况的出现。理论性地说，当比较连续的地层近于水平的时候，周边的地震道之间就会出现较高的相关值。而当地层倾斜连续时，周边的地震道相关值就会有所下降。最后当地层不连续时，就会有一些突变特点开始出现在地震道的周边。根据相干分析的原理对常规三维地震数据体附近的地震道进行分析的行为就称为相干处理，这样的处理手法会形成顺层相干切片或三维相干数据体，告诉了我们在三维数据体上出现断断续续的区域的原因是断层、火成岩体、地质体边界、陷落柱、资料品质差等，并且三维数据体的横向分辨率也能有效提高，这样解释人员就能对断层及岩性的识别更加准确和直观，将工作的准确率和效率迅速提高。
　　2 相干体技术算法在应用中的研究
　　使用协方差矩阵是一种能够有效将相干体技术的三种算法统一起来的办法，协方差矩阵能够将空间数据点之间的位置分布关系表现出来。我们可以把某一变量空间点坐标列表当作是协方差矩阵来看，本征值和对应的本征向量解释为点的位置几何特征。那么就很明显地看出，会有一个点出现在坐标系中，由矩阵的行元素确定其坐标，这样，N×N阶协方差矩阵可表示为一个N维的以原点为中心的椭球面上的点在N维空间的坐标值（N=2为椭圆）。例如，我们可以用两个向量描述出一个2×2阶协方差矩阵在与原始观测点同一坐标系的空间内，每个向量的开始点为原点，终点坐标为变量的方差值和协方差值。方差值沿变量坐标轴放置，协方差值位于参与协方差计算的另一变量坐标上。确定协方差矩阵结构的向量终点的椭圆包含了观测点的全部特征。一般地（N>2），观测点位于相应维数的发散椭球面内。矩阵的本征向量确定了椭球面的主轴，对应原始观测坐标轴的倾角特征，而本征值等于椭球面半轴
　　长度。
　　2.1 相干体技术的相关算法
　　通过随机过程的互相关分析的算法我们称之为相关算法。这种算法是为了反映同相轴的不连续性而去计算相邻地震道的互相关函数。其中互相关算法存在的一个缺陷就是用两道数据确定视倾角会对有相干噪声的资料造成很大的误差。由于计算量相当大，利用高阶协方差矩阵的特征求解并不适合大数据量的三维地震勘探。而且我们假设三点互相关算法的地震道是零平均信号，当地震子波长度不大于相关时窗长度时，才能保证这种假设是正确的，即要求地震反射的最长周期不能大于窗口，那么在这种情况下就会降低计算得到的相干体数据的垂向分辨率。此外当其形成了一个不一样的2×2阶协方差矩阵后，就会在任意时刻、任意延迟中每一道都与其相邻道互相关，如果对方程进行扩充，就需要对高阶协方差矩阵使用特征插值分析方法进行更精确的分析，使之适合于三道以上的数据。
　　2.2 相干体技术的相似系数算法
　　相干体技术的相似系数算法的特点是可以对任意多道地震数据计算相干性，而且不严格要求对地震资料的质量就能够对有噪声数据的相干性、倾角和方位角进行相对精确的计算。对比于相干体技术的相关算法而言，相似系数算法为了能够有效解决分辨率提高导致信噪一并提高的矛盾，就需要选择一个大小适中的分析窗口了。因此相似系数算法的适用性和分辨率都称得上是优秀的，而且计算速度也相当的快。
　　2.3 相干体技术基于本征结构分析的算法
　　多道参与计算这一特点主要存在于本征结构分析的算法当中，主元素分析的思想也在其中发挥了作用。主元素分析的实质正是线性滤波，因此相比较于相关算法和相似系数算法，在有噪音的环境中它也能提供理想的分辨率。但是基于本征结构分析算法的计算是相当耗时的，这是因为它的分析主要是针对矩阵的本征结构。由于所有本征值之和等于半正定矩阵的积，所以该算法的最大本征值的计算主要归结为协方差矩阵。
　　3 相干数据体在地震资料解释中的应用
　　相干数据体可以用三个步骤来解释，首先是对相干数据进行的浏览，其次是调查好小特殊岩性体以及断层的情况，最后就是对于空间分布要有充分的理解，需要说明的是对于地震反射层位不需要过多的解释就能将空间分布理解这项工作做好。所以在多数时候都是利用连续性高的数据去对应连续的地层；而对于层序特征都是采用中等宽连续性数据的，例如海侵/海退序列；对相干数据体切片这种解释不同于常规的解释思路，对于垂直剖面的观察并不需要进行，只须着重解析在相干数据体切片上的不相干数据。
　　相干体技术主要是对地质异常体，如断层、水流、砂坝、超覆体等进行检测，这样就能在相干性水平切片上的现象。由于三维数据体也是相干体的一部分，因此该数据体也同样就有灵活性这一特点，在计算过程中相似系数相干体算法可以同时产生倾角/方位属性数据体，这样就能使获得的信息更多。这是一种比较稳定且准确的产生倾角/方位属性的方法，而且是同时产生于计算相干体当中，缩短了计算时间，大幅度降低了解释周期。
　　4 结语
　　相干体技术算法作为一种新的技术，对于断层及裂缝的分布规律和延展形态可以直观地描述出来，清晰地确定河道水系的形态、储层的轮廓以及储层内部的不均匀性。为此我们要更加努力地区开展相干体技术算法的研究，提高其质量和速度。
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