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软件介绍

NORSAR二、三维模型地震正演软件
   NORSAR软件是挪威NORSAR Innovation AS(NORSAR科学院)研发的二、三维模型地震正演软件。NORSAR的主要产品包括NORSAR-2D、NORSAR-3D、VelRock和SeisRox。NORSAR2D和NORSAR3D运行于Unix、Linux环境,SeisRox运行于Linux、Windows环境。NORSAR软件主要用于以下勘探开发领域:


NORSAR二维模型正演
   ·NORSAR-2D二维模型地震正演软件应用于二维野外观测系统设计、地质模型验证、辅助地震解释和储层分析。 
   ·二维建模时,可以考虑粘弹性,能够创建复杂的构造模型,轻松实现变速度场建模。 
   ·NORSAR-2D包含了利用射线追踪进行时深转换的功能。同简单的垂向拉伸相比,这种方法能够得到更加准确的深度域模型,尤其在地层倾斜地区。层速度场可以从叠加速度场转换得到。 
   ·NORSAR-2D模型正演的核心算法是两点射线追踪及波前面构建,能够模拟炮集、VSP、叠加剖面和叠后时间偏移剖面。 
   ·通过NORSAR-2D能够优化野外地震观测系统设计方案,确保得到高质量的地震数据,减少勘探风险。通过将模型正演结果与实际地震或解释层位相比较,可以评估解释方案、地质模型,辅助地震解释等。 
   ·结合岩石物理分析工具(VelRock)可以研究不同储层流体的地震响应,包括油水界面及岩性流体边界的地震响应,为储层精细分析提供依据。 
   ·通过射线追踪或波前成像手段,研究波在传播过程中的能量变化,可以进行AVO分析;借助于模型,能够加深对VSP资料的理解,指导建立井间模型。 
   ·通过波前面传播方法,能够高效计算Green函数,输出的结果可用于偏移处理。 
   ·NORSAR-2D还提供了一系列附加模块,用于后续的数据分析,如振幅分析、照明图分析等。
   ·NORSAR-2D提供很好的数据输入、输出接口。通过OpenSpirit接口,NORSAR能够与其它解释软件和平面图软件进行通讯。

1、二维地质模型构建
   采用交互式建模方法,快速、准确地建立地质模型。能够构建伴有空变或时变参数的复杂构造模型。交互式建模工具包括:
   1)利用地震位图进行二维解释;
   2)利用测井数据空间插值属性模型;
   3)利用叠加速度求取层速度;
   4)建立一维、二维空变属性;
   5)基于沉积特征,对块体进行属性插值;
   6)射线成像法时深转换;
   7)利用岩石物理工具VelRock交互建立模型属性,例如纵横波速度、密度;
   8)NORSAR-2D、3D具有良好的兼容性。可以将NORSAR-3D工区中定义的主测线、联络测线投影到NORSAR-2D中。
   右图分别为盐丘模型,及交互解释示例。



2、两点射线追踪与波前面构建
   能够模拟初至波、多次波和回转波,能够处理P波、S波及转换波,可以输出旅行时和振幅值。射线追踪可以模拟:
   1)沿某方向的炮记录;
   2)共炮点道集;
   3)VSP数据;
   4)模拟叠加地震数据;
   5)模拟叠后时间偏移地震数据。
   右图为两点射线追踪示例。

3、各向异性模型(ARM)
   各向异性模型模块(ARM)是NORSAR-2D软件的扩展软件包。地层速度存在各向异性时,可通过各向异性模块(ARM)建立各向异性速度场,进而模拟各向异性介质的波场传播。 
   
右图为各向异性中的射线成像示例。

4、合成地震记录
   利用正演运算的结果,生成合成地震记录。可形成共炮点道集、叠加地震数据以及时间偏移地震数据体。可建立地震子波。 
   可以将合成地震记录输出为SEG-Y格式的文件。 合成地震记录显示模块中,地震波形可以用波形或变面积等多种形式显示,可以将地震波形与从射线追踪或解释系统中得到的旅行时叠合显示。
   右图为叠加地震数据合成记录示例。

5、振幅分析与照明分析
   NORSAR-2D提供了振幅分析与照明分析模块,用于正演结果的后续分析。
   通过同岩石物理模块VelRock结合,能够进行流体替换,快速分析不同岩性组合、不同流体的地震响应。
   NORSAR-2D还包含振幅分析模块Trace Analyser等,用于正演结果的分析。
   右图为流体替换与振幅分析示例。

NORSAR三维模型正演
   ·NORSAR-3D是目前市场上唯一商业化的三维模型地震正演软件,主要应用于三维地震数据采集观测系统辅助设计、三维地质模型验证、辅助地震解释和储层分析。
   ·NORSAR-3D利用其独特的开放式三维地质模型构建工具,可以灵活、快捷地建立复杂三维地质模型,能够建立粘弹性模型、各向异性模型。通过同岩石物理模块结合,能够准确、快速地修改地质模型的矿物组合、流体成分以及孔隙形状等,形成新的地质模型属性,以此来探讨不同储层的地震响应。 
   ·NORSAR-3D的主要正演算法是波前面构建,具有运算效率高、射线阴影区少等特点,适合于大规模三维地质模型正演。在正演运算中,可以利用模型的相似性来加快正演运算速度,能够进行并行运算。
   ·NORSAR-3D的观测系统设计模块能够设计复杂的观测系统,炮点、检波点可以置于模型任何位置,能够针对复杂地表情况辅助设计观测系统。
   ·照明图分析、玫瑰图分析、合成地震记录以及模拟偏移振幅分析(SMA)是NORSAR-3D的正演运算结果分析工具。同时,它还能够为叠前深度偏移提供旅行时数据体。利用照明图、玫瑰图能够直观地分析目的层的射线密度、振幅变化等,利用模拟偏移振幅模块能够对叠前深度偏移振幅进行有效性分析。

1、灵活、快捷的三维地质模型构建
   NORSAR-3D提供了简捷、创新性的模型构建方法,即开放式地质模型构建方法。它允许模型中存在地层、速度场缺失。例如:针对勘探初期不完善的深度域模型,可以立即进行射线追踪,即使地层界面有可能存有空洞及无定义区域。
   在NORSAR-3D的开放式建模中,地层界面采用三角网格形式,地层属性参数(地层速度、密度、衰减因子等)和地层界面都可以通过外部数据的输入或者交互编辑方式建立。
   NORSAR-3D有多种方式来创建地层界面,能够创建和编辑侵入体、穹隆、尖灭等构造,能够方便地对模型地层界面进行移动、拉伸、扩展、重采样、旋转和平滑。
   NORSAR-3D模型中可以考虑粘弹性和各向异性,也可以通过同岩石物理模块的交互改变模型的矿物组合、流体成分以及孔隙形状等。也可以输入GOCAD软件建立的模型。 
   右图分别为构建三维地质模型模拟三角洲沉积,及利用二维线构建三维模型示例。



2、功能强大的模拟工具:波前面成像
   在NORSAR-3D中,正演是通过波前面成像实现的。炮点和检波器可以定义在模型的任何地方。可以自己建立观测系统,也可以加载观测系统定义文件(如SPS、P1/90以及文本文件)。
   NORSAR-3D能够高效率地进行射线追踪计算,特别适用于有许多炮点和检波器的大工区。NORSAR-3D能够考虑相邻炮点的相似性,当对大尺度工区进行模拟时,可以节约模拟时间。
   NORSAR-3D支持并行算法。在进行大尺度勘测工区模拟时,使用波前面成像并行处理模块能够利用网络上的节点参与运算,提高计算效率。
   波前成像计算和存储一系列能够被检波器接收到的信息,包括旅行时、振幅因子、入射角度、透射角度、反射点、反射角度等。能够进行共炮点波前成像和自激自收波前成像。
   右图为波前面构建示例。

3、基于各向异性的波前面构建
   通过建立各向异性模型,三维地质模型能够更合理、准确地描述地下介质。
   NORSAR-3D中各向异性的描述主要通过三个Thomsen各向异性参数来实现,各向异性参数以属性的方式加入到三维模型中。可以产生各向异性模型的正演数据体。
   右图为各向同性、近似各向异性、各向异性建模时的PSDM成像示例,红线表示原始模型。

4、利用岩石物理分析进行储层研究
   VelRock岩石物理模块将介质的地质属性同地震响应联系起来。通过模拟不同矿物、流体和孔隙类型引起的地震响应变化,辅助分析、预测地下储层的属性变化。可以考虑的储层属性:
   1)孔隙流体的构成及饱和度;
   2)孔隙流体分布;
   3)基质的构成、粘土含量;
   4)孔隙度及孔隙几何等。
   VelRock和NORSAR相结合,可以将岩石物性同研究目标单元联系起来,对目标单元进行细致地模拟、分析。这一方法也广泛地应用到四维地震勘探中。
   右图分别为VelRock岩石物理模型应用于NORSAR建模示例,及利用岩石物理模块进行振幅分析示例。



5、观测系统设计和照明图、玫瑰图分析
   照度图、玫瑰图分析是重要的正演模拟分析工具,它们利用波前成像得到的数据,通过三维显示来辅助观测系统建立和地质模型分析。
   能够针对目的层生成照度分析图、玫瑰图等,进行三维显示。该照度图可以以网格文件、GoCAD软件格式或者三角网格格式输出。 主要功能、特点:
   1)利用照明图可以对近百种射线属性进行显示,辅助分析照明效果;
   2)利用照明图分析确定观测孔径;
   3)利用照明图分析覆盖、振幅,对勘探数据进行控制;
   4)辅助设计观测系统偏移距、方位;辅助设计偏移孔径;辅助分析上覆地层效应;
   5)利用玫瑰图方法,确定最佳观测系统。
   右图分别为照明图分析(振幅分布)及玫瑰图分析示例。



6、叠前深度偏移振幅分析(SMA)
   NORSAR独特的偏移振幅分析工具。它通过利用每个反射点周围的射线波场,模拟柯希霍夫积分,得到目的层的模拟叠前深度偏移振幅。
   SMA是一种重要的质量控制工具。理想的反射振幅反映的是目的层反射系数的信息,但实际上,反射振幅除了包含真实的目的层岩性、流体信息外,更多地会受到观测系统、上覆介质传播过程以及目的层几何形状的影响,这些影响因素导致偏移振幅中存在许多假象。利用SMA,地质、地球物理工作者能够简单、快速地从实际叠前深度偏移振幅中分辨这些解释陷阱,得到如实反映目的层岩性、流体信息的偏移振幅。
   右图为实际叠前深度偏移振幅与利用SMA得到的叠前深度偏移振幅对比示例。

7、叠前深度偏移旅行时数据
   NORSAR-3D为叠前深度偏移设计了生成旅行时数据体的功能。在复杂的观测系统模型中,该功能显示了提高叠前深度偏移成像质量的能力。使用该功能,能够达到以下目的:
   1)计算初至时间、最大能量到达时间、最短射线旅行时等;
   2)基于弹性参数计算的振幅值;
   3)对于复杂模型,通过明确定义地层分界面来计算准确的旅行时和振幅值;
   4)交互式质量控制界面,可以监控旅行时、振幅、射线路径、波前成像和模型参数;
   5)计算射线追踪方向、振幅值、几何传播方向等可选工具;
   6)源码工具包使得外部系统能够读取生成的二进制文件。
   右图为从炮点到检波器的射线追踪图示例。

8、照明射线分析
   照明射线分析是一三维交互式射线模拟工具,在其中可以显示三维模型、各种地质层位断层及各种正演模拟结果,如玫瑰图、照明图等。照明射线分析的最大特点是能够快速计算、显示地下某一点处的射线路径及照明情况,帮助用户分析上覆构造、岩性等对波场传播路径及目的层照明、能量分布等的影响,辅助观测系统设计,辅助地震资料处理等。
   右图为利用照明射线分析目的层照明示例。

SeisRox三维模型正演
   SeisRox是一套基于全新概念的三维地质模型正演软件,主要应用于地质模型验证、辅助地震解释、储层分析、四维地震研究以及三维野外观察系统设计等领域。主要有以下特点:
   1)SeisRox核心是局部快速叠前深度偏移成像(SimPLI)专利技术,采用SimPLI算法直接形成模型的叠前深度偏移剖面。这种方法不同于以往的一维褶积算法,也不同于NORSAR-3D中先形成炮集,然后通过一系列处理过程形成叠前深度偏移剖面(PSDM)的算法。
   2)SeisRox中地质模型由两部分构成,一是背景模型,二是局部模型。局部模型是重点研究的感兴趣区域。在背景模型上设定好属性后,一般只需要进行一次正演运算(利用波前面构建)。局部模型属性的扰动变化独立于背景模型。通过岩石物理模块不断修正局部模型的属性(速度、密度等),快速得到局部模型的PSDM(利用SimPLI算法),同实际地震记录比较,直到满足要求,以此来辅助地质模型验证、储层分析等。
   3)三维模型由三类不同的属性组成:地质属性(如岩性组合、流体含量和孔隙形状等);弹性属性(如速度、密度和粘弹系数等,可以通过岩石物理变换将得到);反射属性(通过AVO方程等由弹性属性变换得到)。
   4)背景模型中,利用波前面构建得到地震响应,求取Green函数;局部模型中,利用SimPLI得到地震响应(叠前深度偏移刨面)。局部模型的构建可以基于解释层位,也可以依靠属性场(如地震速度场)。
   利用SeisRox,地震解释、储层分析人员能够在地质模型环境下进行分析、解释,这些地质模型包含着不同的物理属性。建立了地质模型,就可以对任何模型参数进行扰动,解释人员能够立即观察到扰动对地震成像的影响,了解地质模型参数同地震响应之间的关系,分析地质模型参数的不确定性。可加载NORSAR-3D模型,通过插件同Petrel交互。
   下图为SeisRox模型构成;右图为利用SeisRox分析模型属性变化对PSDM成像的影响(左、右分别是属性变化前后的属性图和叠前深度偏移成像)。

软件数据接口
   NORSAR-3D软件设计了和其它软件的数据输入、输出接口:
   ·输入多种格式的二、三维层位网格数据和地层参数属性网格文件;
   ·输入多种格式的三维地层参数属性体文件;
   ·输入GOCAD格式的三角网格层面文件;输入GOCAD软件创建的模型;
   ·NORSAR-2D和NORSAR-3D模型的相互转换;
   ·输入SPS、P1/90等观测系统定义文件;
   ·波前成像产生的多种属性可以输出成ASCII格式及SEG-Y格式文件;
   ·生成网格形式或GOCAD格式的照度图;
   ·存储图像为PostScript,CGM,TIFF等格式。