三维地震数据断层强化处理方法与流程

本发明涉及油气勘探与构造地质调查领域，更具体地，涉及一种三维地震数据断层强化处理方法。

背景技术：

中国东部渤海湾盆地早第三世和松辽盆地侏罗-白垩纪(断陷期)时期，构造活动强烈，形成大量断层，断层对地层沉积、油气运移和构造圈闭等起到重要控制作用，是油气勘探中重点描述要素。渤海湾盆地下第三系和松辽盆地侏罗-白垩系断陷层埋深大，地震资料频率、信噪比较低，断点、断面成像效果往往不佳。特别是松辽盆地断陷期，构造运动活跃、火山活动频繁，碎屑岩沉积受火山喷发、侵入的影响，地震成像精度降低，断点、断层反射特征模糊，识别解释困难。

为提高断层解释精度，往往需要开展地震相干体处理，改善断层成像。自1995年bahorich发表地震相干体分析技术一文以来，相干体技术已被广泛应用于断层识别解释，在构造解释中起到越来越重要的作用。经过二十多年的发展，先后研发出了四代相干体技术。

第一代相干体技术是基于互相关的相干体技术，基于互相关的算法只用了3道地震数据，但在三维地震数据体中的实际应用效果显著，比地震振幅切片等地震属性对断层的刻画更清楚，在欧洲北海等地区三维地震断层解释中得到广泛应用。

第二代相干体技术主要有基于多道相似、方差、曼哈顿距离的波形相似性估算或复地震道的相干体技术，以前两种技术较为常用，基于多道相似的相干体技术形成于常规速度和层析速度分析基础上，计算中需要定义一个空间和时间的孔径，即三维数据分析时窗的大小，同时还需在数据体的每个数据点上定义它的方位和倾角，增加计算相干体的地震道数量，就增加了相干体数据计算量，但提高了相干体的信噪比；方差是每道与平均道的差异估值，如果所有的道都相同，那么相干体的方差估值为零，相似系数估算值为1，然而，即使所有的地震道波形完全相同，如果他们的振幅不同，但此时基于互相关估算的相干系数也为1，就是说基于方差的相干体计算只考虑波形，未考虑振幅等其它信息，地震方差数据体目前已成为断层解释或断层自动追踪解释的重要基础。

第三代相干体技术是基于本征值结构的相干体技术，这种方法需要初始估算的倾角或方位角，这两种产状的估算可以按一定间隔进行扫描实现，而本征值结构的相干算法本身就可以实现按一定间隔进行倾角或方位角扫描，首先从数据体中提取分析时窗内的一组地震道数据生成样点矢量，样点矢量在分析时间t的±k的垂直时窗内，在由时间t的视倾角p和q决定的平面上，通过数据样点插值生成，每一个样点矢量组成新数据矩阵的行。再由新生成数据矩阵的列，进行自相关和互相关，生成协方差矩阵，根据协方差矩阵，计算其本征值及其对应的本征向量。如果分析时窗内所有道的波形都一致，则本征值相干系数等于1，如果波形一致，但振幅不同，此时相似性相干系数和方差型相干系数都不等于0。在基于本征值结构的相干体中利用复地震道技术可以改善数据相干成像效果，目前的生产科研中该项相干体技术得到最为广泛的应用，一些成熟商业解释软件已经具有基于本征值结构的相干体计算模块。

新一代的相干体技术是基于几何结构张量的相干体技术，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t的反射界面的倾角和方位角，非常适合地震数据体的自动解释和三维地震结构属性分析。首先，定义一个三维数据的地震信号体，它有固定的倾角和方位，其地震振幅样点的方向导数矢量由三个方向的地震振幅样点方向导数生成一个3x3的局部方向导数的协方差矩阵，由该矩阵可以得到3个本征值及其对应的本征向量。应用3个本征值，定义了一张叫“混沌”的度量属性，用于描述地层的内部结构，此方法可以很好地展示地震数据中断层的空间展布。目前该相干体技术在国内外处于研究完善阶段，尚未形成商业软件。

相干体技术的出现和迅速发展，大大提高了三维地震中断层成像质量，已成为地震解释中重要的断层识别技术。众多的研发、应用人员撰写了数量庞大的相干体技术文章。

苑书金梳理了地震相干体技术的产生及发展历程，详细叙述了每一代相干体技术的原理与算法、适用条件，简要列举了应用实例、效果，展望了地震相干体技术的发展趋势，分析了影响相干体分辨率的因素及地震解释中相干体技术的应用条件。

张军华等人在三代相干体技术理论分析的基础上，提出了改进的相干体算法，并开发了相应的软件，在大港油田tjh地区，应用改进算法的相干体技术研究了目的层地层结构与储层变化，刻画了断层。

王西文等人研究提出了基于小波变换的地震相干体算法，提出了用模拟地震子波的小波函数的小波变换，得到分频瞬时相位，再计算相干体的算法1和用小波变换得到的实、虚部计算相干体的算法2，为了突出小断层特征，用分频计算出的相干体进行重构。实际资料计算表明，算法2抗噪能力强，算法1比算法2在小断层刻画中小广告更明显。

但是，相干体技术的应用需要满足一定条件，在构造破碎与地层分布复杂地区，如果地震资料品质又不高，相干体技术的应用效果就会打折扣，难以清楚表征出断层特征。在松辽盆地南部白垩系断陷层地震解释中，由于目的层埋藏深、产状变化大、火山岩广泛分布、多期构造活动叠加及断层发育等因素共同影响，地震资料信噪比较低，目的层反射波组及断面波特征不清楚。利用第三代相干体技术，改善了断层成像质量，但受地震信噪比低、地层产状多变、岩性横向变化大等不利条件制约，相干体数据中断面波特征并不十分清楚、突出，而且，经过与地震数据对比，部分不相干反映的不是断层信息，而是岩性横向变化产生的地震反射变弱或不连续，这样，相干体数据就包含较强的多解性与不确定性，难以提高断层识别解释精度。因此，有必要开发一种适用于低信噪比三维地震数据的断层强化处理方法，以提高断面成像与断层识别解释精度。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明提出了一种三维地震数据断层强化处理方法，其能够将扩散滤波处理与中值滤波处理相结合，提高了断层识别精度，解决了断面信息和层位连续性强化的问题。

本发明提出了一种三维地震数据断层强化处理方法。所述方法可以包括：基于地震数据体，确定目的层的时窗范围，并对所述地震数据体进行预处理；统计所述地震数据体的属性，进而计算构造导向体；基于所述构造导向体与所述地震数据体，计算所述目的层的时窗范围内的地震相干体；基于所述地震相干体与所述地震数据体的属性，获得地震数据体中的每个地震数据对应的相干值，进而设定断层相干门槛值；针对所述相干值小于所述断层相干门槛值的地震数据，对所述地震数据采用扩散滤波处理，获得扩散滤波数据体，针对所述相干值大于所述断层相干门槛值的地震数据，对所述地震数据采用中值滤波处理，获得中值滤波数据体，对所述扩散滤波数据体和中值滤波数据体进行融合获得断层增强数据体。

优选地，对所述地震数据体进行预处理包括：去除相干噪音与随机噪音。

优选地，所述地震数据体的属性包括：所述地震数据体的波形、反射轴的地层倾角与方位角。

优选地，所述计算构造导向体包括：基于所述地层倾角与所述方位角计算倾角体，作为所述构造导向体。

优选地，计算所述目的层的时窗范围内的地震相干体包括：基于所述构造导向体与所述地震数据体，计算目的层的时窗范围内的相邻道之间波形的相似性，获得所述地震相干体。

优选地，对所述地震数据采用扩散滤波处理包括：通过梯度结构张量估计所述地震数据体的不连续面；判断在时窗范围内是否存在不连续面，如果不存在不连续面，则沿所述地层倾角和方位角对所述地震数据体进行平滑，获得扩散滤波数据体。

优选地，对所述地震数据采用中值滤波处理包括：根据所述地层倾角，沿地层倾斜方向对所述地震数据体进行中值滤波，获得中值滤波数据体。

优选地，确定所述地震数据体中的地震剖面断点，读取地震相干体中与地震剖面断点对应的相干值，设定所述相干值为断层相干门槛值。

本发明的有益效果在于：对于具有较高的保幅、保真性，目的层具有一定信噪比的原始地震数据，通过将扩散滤波处理与中值滤波处理相结合，提高了断层识别精度，实现了精细断层、层位解释及构造落实，为圈闭评价与高效勘探开发奠定坚实基础。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的三维地震数据断层强化处理方法的步骤的流程图。

图2a和图2b分别示出了根据本发明的一个实施例的地震数据体的剖面与地震相干体的剖面的示意图。

图3a和图3b分别示出了根据本发明的一个实施例的地震数据体的剖面与扩散滤波数据体的剖面的示意图。

图4a和图4b示出了根据本发明的一个实施例的地震数据体的剖面与中值滤波数据体的剖面的示意图。

图5a和图5b分别示出了根据本发明的一个实施例的地震数据体的剖面与断层增强数据体的剖面的示意图。

图6a和图6b分别示出了根据本发明的一个实施例的断层剖面与断层增强数据体的剖面的示意图。

图7a和图7b分别示出了根据本发明的一个实施例的地震数据体的切片与断层增强数据体的切片的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的三维地震数据断层强化处理方法的步骤的流程图。

根据本发明的三维地震数据断层强化处理方法可以包括：

步骤101，基于地震数据体，确定目的层的时窗范围，并对地震数据体进行预处理；根据合成地震记录标定及目的层顶、底反射层初步解释成果来确定目的层的时窗范围；

步骤102，统计地震数据体的属性，进而计算构造导向体；

步骤103，基于构造导向体与地震数据体，计算目的层的时窗范围内的地震相干体；计算目的层的时窗范围内的相邻道之间波形的相似性，得到的数据体即地震相干体；

步骤104，基于地震相干体与地震数据体的属性，获得地震数据体中的每个地震数据对应的相干值，进而设定断层相干门槛值；假设完全相干，即地震数据波形、倾角和方位角等属性完全一致，定义相干值为1，那么，相干值越小表示不相干性越强；

步骤105，针对相干值小于断层相干门槛值的地震数据，对地震数据采用扩散滤波处理，获得扩散滤波数据体，针对相干值大于断层相干门槛值的地震数据，对地震数据采用中值滤波处理，获得中值滤波数据体，对扩散滤波数据体和中值滤波数据体进行融合获得断层增强数据体；中值滤波处理增加了同相轴的连续性，扩散滤波处理突出了断层信息，使断层附近同相轴锐化，为了便于构造解释，需要地震数据中断层发育区域同相轴锐化，断层不发育区域同相轴连续；根据断层相干门槛值，相干值小于断层相干门槛值的数据，对地震数据采用扩散滤波处理，获得扩散滤波数据体，相干值大于断层相干门槛值的数据，对地震数据采用中值滤波处理，获得中值滤波数据体，进而融合获得断层增强数据体，能同时解决断面信息和层位连续性强化的问题。

在一个示例中，对地震数据体进行预处理包括：去除相干噪音与随机噪音。例如，可通过中值滤波和带通滤波去除地震数据体的相干噪音与随机噪音，中值滤波一般能绝对阻止噪音峰值，对数据序列进行局部平滑，但对随机出现的小振幅值有时不能完全平滑，因此在中值滤波之后需要做带通滤波，平滑脉冲中的小振幅，提高目的层信噪比。

在一个示例中，地震数据体的属性包括：地震数据体的波形、反射轴的地层倾角与方位角。

在一个示例中，计算构造导向体包括：基于地层倾角与方位角计算倾角体，作为构造导向体。通过地层倾角与方位角依次在地震数据体的主测线方向与联络测线方向进行计算，获得倾角体，即为构造导向体。

在一个示例中，计算目的层的时窗范围内的地震相干体包括：基于构造导向体与地震数据体，计算目的层的时窗范围内的相邻道之间波形的相似性，获得地震相干体。基于构造导向体与地震数据体，计算目的层的时窗范围内的相邻道之间波形的相似性，根据相似性得到的数据体即为地震相干体，降低了地层倾角、方位角变化所产生的不相干，突出了断面产生的不相干。

在一个示例中，确定地震数据体中的地震剖面断点，读取地震相干体中与地震剖面断点对应的相干值，设定相干值为断层相干门槛值。根据地震剖面断点解释位置，确定地震数据体中的地震剖面断点，由于地震数据体与地震相干体的数据是一一对应的，可以读取地震相干体中与地震剖面断点对应的相干值，设定该相干值为断层相干门槛值。

在一个示例中，对地震数据采用扩散滤波处理包括：基于构造导向体，通过梯度结构张量估计地震数据体的不连续面；判断在时窗范围内是否存在不连续面，如果不存在不连续面，则沿地层倾角和方位角对地震数据体进行中值滤波平滑，获得扩散滤波数据体。一般通过1-5次迭代就可以除去地震数据中的随机噪音和相干噪音，增强目的层的不相干成像质量。

在一个示例中，对地震数据采用中值滤波处理包括：基于构造导向体与地层倾角，沿地层倾斜方向对地震数据体进行中值滤波，获得中值滤波数据体。通过沿地层倾斜方向对地震数据体进行中值滤波，可以降低非断层因素造成的地震反射同相轴的振幅不一致性和连续性减弱，提高正常地层反射的连续性和波组特征。

本发明对于具有较高的保幅、保真性，目的层具有一定信噪比的原始地震数据，通过将扩散滤波处理与中值滤波处理相结合，提高了断层识别精度，实现了精细断层、层位解释及构造落实，为圈闭评价与高效勘探开发奠定坚实基础。

应用示例

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

图2a和图2b示出了根据本发明的一个实施例的地震数据体的剖面与地震相干体的剖面的示意图。

基于地震数据体，确定目的层的时窗范围，通过中值滤波和带通滤波去除地震数据体的相干噪音与随机噪音。统计地震数据体的属性，包括波形、反射轴的地层倾角与方位角，通过地层倾角与方位角依次在地震数据体的主测线方向与联络测线方向进行计算，获得倾角体，即为构造导向体。基于构造导向体与地震数据体，计算目的层的时窗范围内的相邻道之间波形的相似性，根据相似性得到的数据体即为地震相干体，如图2b所示，与图2a的地震数据体剖面对比，地震相干体降低了地层倾角、方位变化所产生的不相干，突出了断面产生的不相干。

图3a和图3b示出了根据本发明的一个实施例的地震数据体的剖面与扩散滤波数据体的剖面的示意图。

图4a和图4b示出了根据本发明的一个实施例的地震数据体的剖面与中值滤波数据体的剖面的示意图。

图5a和图5b示出了根据本发明的一个实施例的地震数据体的剖面与断层增强数据体的剖面的示意图。

图6a和图6b示出了根据本发明的一个实施例的断层剖面与断层增强数据体的剖面的对比示意图。

图7a和图7b示出了根据本发明的一个实施例的地震数据体的切片与断层增强数据体的切片的示意图。

基于地震相干体与地震数据体的属性，获得地震数据体中的每个地震数据对应的相干值，假设完全相干，即地震数据波形、倾角和方位角等属性完全一致，定义相干值为1，那么，相干值越小表示不相干性越强。根据地震剖面断点解释位置，确定地震数据体中的地震剖面断点，由于地震数据体与地震相干体的数据是一一对应的，可以读取地震相干体中与地震剖面断点对应的相干值为0.5，则设定0.5为断层相干门槛值，针对相干值小于0.5的数据，采用扩散滤波处理，根据地震数据体计算构造导向体，统计反射轴的地层倾角与方位角，进而基于构造导向体，通过梯度结构张量估计地震数据体的不连续面；判断在时窗范围内是否存在不连续面，如果不存在不连续面，则沿地层倾角和方位角对地震数据体进行平滑，获得扩散滤波数据体，如图3b所示，与图3a的地震数据体剖面对比，扩散滤波数据体锐化了隐藏的断层信息，提高了断层成像精度；针对相干值大于0.5的数据，采用中值滤波处理，基于构造导向体与地层倾角，沿地层倾斜方向对地震数据体进行中值滤波，获得中值滤波数据体，如图4b所示，与图4a的地震数据体剖面对比，中值滤波数据体降低了非断层不相干性，增强了波组的连续性和一致性，进而融合获得断层增强数据体，如图5b、图6b与图7b所示，与图5a、图6a与图7a对比，本发明提高了断层构造解释与成图精度。

综上所述，本发明对于具有较高的保幅、保真性，目的层具有一定信噪比的原始地震数据，通过将扩散滤波处理与中值滤波处理相结合，提高了断层识别精度，实现了精细断层、层位解释及构造落实，为圈闭评价与高效勘探开发奠定坚实基础。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。