一種用於顯示三維地震數據反射結構的處理方法

2023-05-22 07:53:21

專利名稱：一種用於顯示三維地震數據反射結構的處理方法
技術領域：
本發明涉及石油勘探領域，具體涉及三維地震數據反射結構的顯示處理技術。
背景技術：
勘探地震數據中包含了地下地層構造和所包含巖石的信息，我們可以利用地震數據進行地下地層的構造解釋，同時各種地震屬性用於油氣儲集層巖石性質和含油氣性解釋，其中大多數是利用勘探地震數據的振幅特徵，近幾年，勘探人員開始重視地震數據中所包含的地下地層的內部的結構信息，即地層的反射結構，因為它與油氣藏的形態有關，同時也與油氣藏的形成過程(如沉積環境和構造運動)有密切的關係。與一般的地質野外測量相比，地震構造解釋不能直接提供地下地層內部巖石的結構信息，但在三維地震勘探的數據體中，隱含著地下地層的內部的結構信息。利用相干技術或傾角掃描技術可以從三維地震數據中獲取局部地層的結構特徵——傾角和方位角，但到目前為止，包括所有的商業軟體系統在內，都是將這兩種關係緊密的參數分開單獨顯示，形成傾角圖像和方位角圖像，這種顯示方式不能直觀地反映地下地層的構造形態。而一般的三維可視化方法顯示構造界面則需要預先進行構造解釋，即對地震數據中的反射波進行人工追蹤後得到構造界面後，才能顯示出立體的圖像。

發明內容
本發明要解決的技術問題是針對現有技術的不足，將反映地下地層和巖石結構的兩種空間屬性(傾角和方位角)顯示在一張圖像上，用具有立體視覺效果的圖片更直觀反映出地下巖石(包括地層分界面和斷層)的空間結構形態，便於地質解釋人員更快和更好地了解三維地震數據體所反映的地下巖石和地層的構造和結構信息。
本發明的技術方案是本發明利用三維地震數據體中計算出的傾角和方位角數據體，因為這兩個參數決定了地震數據體反映的地下地層和巖石結構的空間形態，也就是地層或巖石界面的幾何特徵。利用可視化原理，採用虛擬光照技術，即數據體每一個點的傾角和方位角唯一確定了代表該點所在空間界面的法線，界面的法線與光線夾角的餘弦函數與光照強度乘積就是該點的亮度值。這樣就可以計算數據體或切片中每一單元點的光照亮度，形成光照亮度數據體。並抽取切片顯示成具有立體視覺的光照亮度平面圖像，也就是在一幅圖上直接顯示反映出兩個空間結構——傾角和方位角——的屬性。
一種用於顯示三維地震數據反射結構的處理方法，具體包括下述步驟(1)輸入數據以石油勘探三維地震數據處理得到的2個三維地震數據體方位角三維數據體和傾角三維數據體，作為輸入數據；所述的方位角三維數據體和傾角三維數據體均是三維數據表，其中一維是測線、一維是道、一維是時間或深度，共三維。在具體的數據體中，時間或深度一維，可以是時間，反映地震波的回波時間長短，也可以是深度，反映地層的深度，其代表的都是與測線、道垂直的第三維，不論這一維是時間還是深度，在三維數據體中的格式都是一樣的，不影響後續的步驟。兩個數據表的大小相同，每一維都具有相對應的單元點；即兩個三維數據體的單元點數量、位置完全一樣，分別反映的是同一個空間點上的方位角數值、傾角數值；其中測線一維記為ix，包括若干條測線，測線號依次記為1至nx；
道一維記為iy，包括每條測線上有若干條道，道號依次記為1至ny；時間或深度一維記為it，包括每道上含有若干個時間採樣點或深度採樣點，時間採樣點號或深度採樣點號依次記為1至nt；方位角三維數據表中，每一個確定的測線、道、時間或深度採樣點三維數據點(ix，iy，it)上，有一個確定的方位角數據，記為amz(ix，iy，it)，的範圍是0≤＜2π；傾角三維數據表中，每一個確定的測線、道、時間或深度採樣點三維數據點(ix，iy，it)上，有一個確定的傾角數據θ，記為dip(ix，iy，it)，θ的範圍是0≤θ＜π/2；(2)輸入參數輸入確定的一個光源光線方位角』和一個光源光線傾角θ』作為光線照射角度，輸入確定的光線照射強度L；輸入確定的背景亮度Lbak；(3)計算三維光照亮度體三維光照亮度體是一個三維數據表，根據上述的輸入數據和輸入參數，按下列公式計算三維光照亮度體中每一單元點的亮度值SS＝Lcosα+Lbak式中S為亮度，L為光源光照強度，Lbak為背景亮度，α為該點上光源光線和界面法線間的夾角，由下式計算cosα＝sinθsinθ′cos(-′)+cosθcosθ′式中θ為該點的傾角，為該點的方位角，θ′為光源光線的傾角，′為光源光線的方位角；
(4)在屏幕上顯示三維光照亮度體的二維亮度面將上述三維光照亮度體進行切片，得到二維的光照亮度面；將該二維光照亮度面上的每一個單元點的亮度值顯示在計算機屏幕上。
在屏幕上顯示三維光照亮度體的二維亮度面，可以採用不同切片形式，即在三維體中可以截取不同的二維面，可以是平面也可以是曲面。通常在本領域採用下述兩種切片方式一種是採用等時間切片方式，即時間一維給定一個確定數值，只取測線和道兩維上的等時間值截面切片上各單元點的光照亮度數值；將測線和道兩維等時間切片上的光照亮度顯示在計算機屏幕上。當時間或深度一維是深度時，同樣可以採用等深度切片的方式，即深度一維給定一個確定數值，只取測線和道兩維上的等深度值截面切片上各單元點的光照亮度數值；將測線和道兩維等深度切片上的光照亮度顯示在計算機屏幕上。等時間或等深度切片方式相當於在三維光照亮度體中切取一個平面，該平面垂直於時間或深度軸，在屏幕上顯示該平面上各點的光照亮度。
另一種是採用沿層切片方式，即給定一個測線和道兩維上的時間採樣點坐標表，該坐標表本身是二維數據表，該坐標表中每一個單元格的位置就代表了測線和道兩維的數值，坐標表單元格中的數據值反映了時間採樣點坐標，因此該坐標表的每一個單元格包含了測線、道、時間採樣點3維的坐標數值，即每一個單元格代表了三維空間中的一個點，該二維坐標表構成三維數據體中的一個二維曲面切片。在三維光照亮度體只取該二維曲面切片上的光照亮度數值；將沿層切片上的光照亮度顯示在計算機屏幕上。同理，當時間或深度一維是深度時，將上述的時間採樣點換為深度採樣點，即同樣為沿層切片方式。
在使用計算機實現本方法時，需要輸入的光源光線方位角』和光源光線傾角θ』，採用在計算機屏幕上用滑鼠點取一個球面光照圖標的方式確定該球面光照圖標是一個圓，其圓心坐標定義為(O，O)，其半徑為R；當滑鼠移到該圓內一個確定點(x，y)上點擊時，計算機按下列公式計算光源光線方位角』和光源光線傾角θ』r2＝x2+y2』＝arctan(x/y)θ′＝arcsin(r/R)得到的′和θ』作為輸入的光源光線方位角和光源光線傾角。
屏幕上顯示的切片上的光照亮度數值可以儲存在計算機上的一個亮度數據文件中，以便進一步分析。
在計算機上屏幕顯示的切片光照亮度圖的周邊，可以標註出測線和道的坐標數值，以便更方便直觀地進行分析。
在實際計算中，如果取L＝Lbak＝127，這樣計算出來的S值範圍在
之間，所計算出的亮度值可直接作為灰度圖像的象素值。
本發明的有益效果是由於本發明所形成的切片圖像具有立體視覺，所以利用該技術，地震資料處理人員可以檢驗處理結果的合理性；在做地質構造解釋(一般是人工拾取構造面)之前，解釋人員可以直觀地了解地下地層的構造狀況，可快速制定解釋方案；在構造解釋之後，還可以用沿構造層切片檢驗構造解釋的正確性，還可以用這種切片反映地層內部的細微結構，進一步解釋地層和巖石的沉積特徵。


圖1是界面法線與光源光線夾角示意圖。
圖2是顯示在計算機屏幕上的切片光照亮度圖。
具體實施例方式
下面結合實施例進一步描述本發明，本發明的範圍不受這些實施例的限制。
實施例1一種用於顯示三維地震數據反射結構的處理方法，具體包括下述步驟(1)輸入數據以石油勘探三維地震數據處理得到的2個三維地震數據體方位角三維數據體和傾角三維數據體，作為輸入數據；所述的方位角三維數據體和傾角三維數據體均是三維數據表，其中一維是測線、一維是道、一維是時間，共三維。兩個數據表的大小相同，每一維都具有相對應的單元點；即兩個三維數據體的單元點數量、位置完全一樣，分別反映的是同一個空間點上的方位角數值、傾角數值；其中測線一維記為ix，包括若干條測線，測線號依次記為1至nx；道一維記為iy，包括每條測線上有若干條道，道號依次記為1至ny；時間一維記為it，包括每道上含有若干個時間採樣點，時間採樣點號依次記為1至nt；方位角三維數據表中，每一個確定的測線、道、時間採樣點三維數據點(ix，iy，it)上，有一個確定的方位角數據，記為amz(ix，iy，it)，的範圍是0≤＜2π；傾角三維數據表中，每一個確定的測線、道、時間採樣點三維數據點(ix，iy，it)上，有一個確定的傾角數據θ，記為dip(ix，iy，it)，θ的範圍是0≤θ＜π/2；(2)輸入參數輸入確定的一個光源光線方位角』和一個光源光線傾角θ』作為光線照射角度，即設定光源沿這個入射角度照向反射面；輸入確定的光線照射強度L；輸入確定的背景亮度Lbak；光線傾角記為dip0，光線方位角記為amz0；(3)計算三維光照亮度體三維光照亮度體是一個三維數據表，根據上述的輸入數據和輸入參數，按下列公式計算三維光照亮度體中每一單元點的亮度值SS＝Lcosα+Lbak式中S為亮度，L為光源光照強度，Lbak為背景亮度，α為該點上光源光線和界面法線間的夾角，由下式計算cosα＝sinθsinθ′cos(-′)+cosθcosθ′式中θ為該點的傾角，為該點的方位角，θ′為光源光線的傾角，′為光源光線的方位角；見圖1。
(4)在屏幕上顯示三維光照亮度體的二維亮度面將上述三維光照亮度體進行切片，得到二維的光照亮度面；將該二維光照亮度面上的每一個單元點的亮度值顯示在計算機屏幕上。
在屏幕上顯示三維光照亮度體的二維亮度面，採用沿層切片方式，即給定一個測線和道兩維上的時間採樣點坐標表，該坐標表本身是二維數據表，該坐標表中每一個單元格的位置就代表了測線和道兩維的數值，坐標表單元格中的數據值反映了時間採樣點坐標，因此該坐標表的每一個單元格包含了測線、道、時間採樣點3維的坐標數值，即每一個單元格代表了三維空間中的一個點，該二維坐標表構成三維數據體中的一個二維曲面切片。在三維光照亮度體只取該二維曲面切片上的光照亮度數值，將沿層切片上的光照亮度顯示在計算機屏幕上。
在使用計算機實現本方法時，需要輸入的光源光線方位角』和光源光線傾角θ』，採用在計算機屏幕上用滑鼠點取一個球面光照圖標的方式確定；得到的切片上的光照亮度數值儲存在計算機上的一個亮度數據文件中，以便進一步分析。
在計算機上屏幕顯示的切片光照亮度圖的周邊，標註出測線和道的坐標數值，以便更方便直觀地進行分析，見圖2。
在實際計算中，取L＝Lbak＝127，這樣計算出來的S值範圍在
之間，所計算出的亮度值可直接作為灰度圖像的象素值。
實施例2按照本發明的技術方案，在第1步輸入數據和第2步輸入參數之後，將第3步計算三維光照亮度體和第4步在屏幕上顯示三維光照亮度體的二維亮度面合併，先進行切片，再計算亮度。
不論採用沿層切片方式，還是等時間或等深度切片方式，都可以確定需要顯示的二維截面各單元點坐標表，直接用第3步中的公式計算該二維截面上各單元點的亮度值S，再顯示到屏幕上。
即把第3步先計算三維數據體中所有單元點的亮度值進行簡化，只計算需要顯示所抽取的切片上各單元點的亮度值。其實質原理與權利要求書中的技術方案完全一樣，仍屬於本發明保護範圍。用於只需要顯示很少幾個截面上亮度的情況，這樣可以減少計算量和數據量。但一般情況下，由於工作中需要進行很多不同的切片顯示，因此應該一次計算出所有三維數據點上的亮度值，顯示不同的切片只要直接讀取亮度數值即可，避免重複計算各點的亮度值。
本發明的處理方法對其他地質勘探領域的三維數據處理，如地質雷達探測數據體的顯示處理，同樣可以適用。
權利要求
1一種用於顯示三維地震數據反射結構的處理方法，其特徵是該方法包括下述步驟(1)輸入數據以石油勘探三維地震數據處理得到的2個三維地震數據體方位角三維數據體和傾角三維數據體，作為輸入數據；所述的方位角三維數據體和傾角三維數據體均是三維數據表，其中一維是測線、一維是道、一維是時間或深度，共三維，兩個數據表的大小相同，每一維都具有相對應的單元點；其中測線一維記為ix，包括若干條測線；道一維記為iy，包括每條測線上有若干條道；時間或深度一維記為it，包括每道上含有若干個時間採樣點或深度採樣點；方位角三維數據表中，每一個確定的測線、道、時間或深度採樣點三維數據點(ix，iy，it)上，有一個確定的方位角數據，記為amz(ix，iy，it)，的範圍是0≤＜2π；傾角三維數據表中，每一個確定的測線、道、時間或深度採樣點三維數據點(ix，iy，it)上，有一個確定的傾角數據θ，記為dip(ix，iy，it)，θ的範圍是0≤θ＜π/2；(2)輸入參數輸入確定的一個光源光線方位角』和一個光源光線傾角θ』作為光線照射角度，輸入確定的光線照射強度L；輸入確定的背景亮度Lbak；(3)計算三維光照亮度體三維光照亮度體是一個三維數據表，根據上述的輸入數據和輸入參數，按下列公式計算三維光照亮度體中每一單元點的亮度值SS＝Lcosα+Lbak式中S為亮度，L為光源光照強度，Lbak為背景亮度，α為該點上光源光線和界面法線間的夾角，由下式計算cosα＝sinθsinθ′cos(-′)+cosθcosθ′式中θ為該點的傾角，為該點的方位角，θ′為光源光線的傾角，′為光源光線的方位角；(4)在屏幕上顯示三維光照亮度體的二維亮度面將上述三維光照亮度體進行切片，得到二維的光照亮度面；將該二維光照亮度面上的每一個單元點的亮度值顯示在計算機屏幕上。
2根據權利要求1所述的用於顯示三維地震數據反射結構的處理方法，其特徵是所述的在屏幕上顯示三維光照亮度體的二維亮度面，是採用等時間切片方式或等深度切片方式，即時間或深度一維給定一個確定數值，只取測線和道兩維上的等時間值或等深度值截面切片上各單元點的光照亮度數值；將測線和道兩維等時間切片或等深度切片上的光照亮度顯示在計算機屏幕上。
3根據權利要求1所述的用於顯示三維地震數據反射結構的處理方法，其特徵是所述的在屏幕上顯示三維光照亮度體中的二維亮度面，是採用沿層切片方式，即給定一個測線和道兩維上的時間或深度採樣點坐標表，該坐標表中每一個格均包含了測線、道、時間採樣點3維的坐標數值，該坐標表構成三維數據體中的一個二維曲面切片，在三維光照亮度體中，只取該二維曲面切片上的光照亮度數值；將沿層切片上的光照亮度顯示在計算機屏幕上。根據權利要求2或3所述的用於顯示三維地震數據反射結構的處理方法，其特徵是需要輸入的光源光線方位角』和光源光線傾角θ』，採用在計算機屏幕上用滑鼠點取一個球面光照圖標的方式確定；切片上的光照亮度數值儲存在一個亮度數據文件中。根據權利要求4所述的用於顯示三維地震數據反射結構的處理方法，其特徵是在計算機上屏幕顯示的切片光照亮度圖的周邊，標註出測線和道的坐標數值。
全文摘要
本發明涉及石油勘探領域，具體涉及三維地震數據反射結構的顯示處理技術。利用計算出的傾角和方位角三維數據體，採用虛擬光照方式，計算三維地震數據體中每點的亮度值，並通過切片方式將這兩種屬性顯示在一張圖像上，這種切片的平面圖像能反映地震數據體所包含的地層和巖石結構信息，並具有立體視覺。地震解釋人員利用這種切片圖像可更快捷和直觀地了解地下地層和巖石界面的構造形態。本發明主要用於石油地質地震勘探，也可以用於涉及三維數據體顯示的其他行業。
文檔編號G01V1/34GK1896768SQ200510083849
公開日2007年1月17日 申請日期2005年7月14日 優先權日2005年7月14日
發明者郭全仕 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院