CN100363756C - 一种用于显示三维地震数据反射结构的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油勘探领域，具体涉及三维地震数据反射结构的显示处理技术。利用计算出的倾角和方位角三维数据体，采用虚拟光照方式，计算三维地震数据体中每点的亮度值，并通过切片方式将这两种属性显示在一张图像上，这种切片的平面图像能反映地震数据体所包含的地层和岩石结构信息，并具有立体视觉。地震解释人员利用这种切片图像可更快捷和直观地了解地下地层和岩石界面的构造形态。本发明主要用于石油地质地震勘探，也可以用于涉及三维数据体显示的其他行业。

Description

一种用于显示三维地震数据反射结构的处理方法

技术领域

本发明涉及石油勘探领域，具体涉及三维地震数据反射结构的显示处理技术。

背景技术

勘探地震数据中包含了地下地层构造和所包含岩石的信息，我们可以利用地震数据进行地下地层的构造解释，同时各种地震属性用于油气储集层岩石性质和含油气性解释，其中大多数是利用勘探地震数据的振幅特征，近几年，勘探人员开始重视地震数据中所包含的地下地层的内部的结构信息，即地层的反射结构，因为它与油气藏的形态有关，同时也与油气藏的形成过程(如沉积环境和构造运动)有密切的关系。与一般的地质野外测量相比，地震构造解释不能直接提供地下地层内部岩石的结构信息，但在三维地震勘探的数据体中，隐含着地下地层的内部的结构信息。利用相干技术或倾角扫描技术可以从三维地震数据中获取局部地层的结构特征——倾角和方位角，但到目前为止，包括所有的商业软件系统在内，都是将这两种关系紧密的参数分开单独显示，形成倾角图像和方位角图像，这种显示方式不能直观地反映地下地层的构造形态。而一般的三维可视化方法显示构造界面则需要预先进行构造解释，即对地震数据中的反射波进行人工追踪后得到构造界面后，才能显示出立体的图像。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

针对现有技术的不足，将反映地下地层和岩石结构的两种空间属性(倾角和方位角)显示在一张图像上，用具有立体视觉效果的图片更直观反映出地下岩石(包括地层分界面和断层)的空间结构形态，便于地质解释人员更快和更好地了解三维地震数据体所反映的地下岩石和地层的构造和结构信息。

本发明的技术方案是：

本发明利用三维地震数据体中计算出的倾角和方位角数据体，因为这两个参数决定了地震数据体反映的地下地层和岩石结构的空间形态，也就是地层或岩石界面的几何特征。利用可视化原理，采用虚拟光照技术，即数据体每一个点的倾角和方位角唯一确定了代表该点所在空间界面的法线，界面的法线与光线夹角的余弦函数与光照强度乘积就是该点的亮度值。这样就可以计算数据体或切片中每一单元点的光照亮度，形成光照亮度数据体。并抽取切片显示成具有立体视觉的光照亮度平面图像，也就是在一幅图上直接显示反映出两个空间结构——倾角和方位角——的属性。

一种用于显示三维地震数据反射结构的处理方法，具体包括下述步骤：

(1)输入数据：

以石油勘探三维地震数据处理得到的2个三维地震数据体：方位角三维数据体和倾角三维数据体，作为输入数据；

所述的方位角三维数据体和倾角三维数据体均是三维数据表，其中：一维是测线、一维是道、一维是时间或深度，共三维。在具体的数据体中，时间或深度一维，可以是时间，反映地震波的回波时间长短，也可以是深度，反映地层的深度，其代表的都是与测线、道垂直的第三维，不论这一维是时间还是深度，在三维数据体中的格式都是一样的，不影响后续的步骤。两个数据表的大小相同，每一维都具有相对应的单元点；即两个三维数据体的单元点数量、位置完全一样，分别反映的是同一个空间点上的方位角数值、倾角数值；

其中：测线一维记为ix，包括若干条测线，测线号依次记为1至nx；

道一维记为iy，包括每条测线上有若干条道，道号依次记为1至ny；

时间或深度一维记为it，包括每道上含有若干个时间采样点或深度采样点，时间采样点号或深度采样点号依次记为1至nt；

方位角三维数据表中，每一个确定的测线、道、时间或深度采样点三维数据点(ix，iy，it)上，有一个确定的方位角数据，记为amz(ix，iy，it)，的范围是0≤＜2π；

倾角三维数据表中，每一个确定的测线、道、时间或深度采样点三维数据点(ix，iy，it)上，有一个确定的倾角数据θ，记为dip(ix，iy，it)，θ的范围是0≤θ＜π/2；

(2)输入参数：

输入确定的一个光源光线方位角’和一个光源光线倾角θ’作为光线照射角度，输入确定的光线照射强度L；

输入确定的背景亮度L_bak；

(3)计算三维光照亮度体：

三维光照亮度体是一个三维数据表，根据上述的输入数据和输入参数，按下列公式计算三维光照亮度体中每一单元点的亮度值S：

S＝Lcosα+L_bak

式中：S为亮度，

L为光源光照强度，

L_bak为背景亮度，

α为该点上光源光线和界面法线间的夹角，由下式计算：

cosα＝sinθsinθ′cos(-′)+cosθcosθ′

式中：θ为该点的倾角，

为该点的方位角，

θ′为光源光线的倾角，

′为光源光线的方位角；

(4)在屏幕上显示三维光照亮度体的二维亮度面：

将上述三维光照亮度体进行切片，得到二维的光照亮度面；将该二维光照亮度面上的每一个单元点的亮度值显示在计算机屏幕上。

在屏幕上显示三维光照亮度体的二维亮度面，可以采用不同切片形式，即在三维体中可以截取不同的二维面，可以是平面也可以是曲面。通常在本领域采用下述两种切片方式：

一种是采用等时间切片方式，即时间一维给定一个确定数值，只取测线和道两维上的等时间值截面切片上各单元点的光照亮度数值；将测线和道两维等时间切片上的光照亮度显示在计算机屏幕上。当时间或深度一维是深度时，同样可以采用等深度切片的方式，即深度一维给定一个确定数值，只取测线和道两维上的等深度值截面切片上各单元点的光照亮度数值；将测线和道两维等深度切片上的光照亮度显示在计算机屏幕上。等时间或等深度切片方式相当于在三维光照亮度体中切取一个平面，该平面垂直于时间或深度轴，在屏幕上显示该平面上各点的光照亮度。

另一种是采用沿层切片方式，即给定一个测线和道两维上的时间采样点坐标表，该坐标表本身是二维数据表，该坐标表中每一个单元格的位置就代表了测线和道两维的数值，坐标表单元格中的数据值反映了时间采样点坐标，因此该坐标表的每一个单元格包含了测线、道、时间采样点3维的坐标数值，即每一个单元格代表了三维空间中的一个点，该二维坐标表构成三维数据体中的一个二维曲面切片。在三维光照亮度体只取该二维曲面切片上的光照亮度数值；将沿层切片上的光照亮度显示在计算机屏幕上。同理，当时间或深度一维是深度时，将上述的时间采样点换为深度采样点，即同样为沿层切片方式。

在使用计算机实现本方法时，需要输入的光源光线方位角’和光源光线倾角θ’，采用在计算机屏幕上用鼠标点取一个球面光照图标的方式确定：

该球面光照图标是一个圆，其圆心坐标定义为(0，0)，其半径为R；当鼠标移到该圆内一个确定点(x，y)上点击时，计算机按下列公式计算光源光线方位角’和光源光线倾角θ’：

r²＝x²+y²

’＝arctan(x/y)

θ′＝arcsin(r/R)

得到的′和θ’作为输入的光源光线方位角和光源光线倾角。

屏幕上显示的切片上的光照亮度数值可以储存在计算机上的一个亮度数据文件中，以便进一步分析。

在计算机上屏幕显示的切片光照亮度图的周边，可以标注出测线和道的坐标数值，以便更方便直观地进行分析。

在实际计算中，如果取L＝L_bak＝127，这样计算出来的S值范围在[0，254]之间，所计算出的亮度值可直接作为灰度图像的象素值。

本发明的有益效果是：

由于本发明所形成的切片图像具有立体视觉，所以利用该技术，地震资料处理人员可以检验处理结果的合理性；在做地质构造解释(一般是人工拾取构造面)之前，解释人员可以直观地了解地下地层的构造状况，可快速制定解释方案；在构造解释之后，还可以用沿构造层切片检验构造解释的正确性，还可以用这种切片反映地层内部的细微结构，进一步解释地层和岩石的沉积特征。

附图说明

图1是界面法线与光源光线夹角示意图。

图2是显示在计算机屏幕上的切片光照亮度图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步描述本发明，本发明的范围不受这些实施例的限制。

实施例1：

一种用于显示三维地震数据反射结构的处理方法，具体包括下述步骤：

(1)输入数据：

以石油勘探三维地震数据处理得到的2个三维地震数据体：方位角三维数据体和倾角三维数据体，作为输入数据；

所述的方位角三维数据体和倾角三维数据体均是三维数据表，其中：一维是测线、一维是道、一维是时间，共三维。两个数据表的大小相同，每一维都具有相对应的单元点；即两个三维数据体的单元点数量、位置完全一样，分别反映的是同一个空间点上的方位角数值、倾角数值；

其中：测线一维记为ix，包括若干条测线，测线号依次记为1至nx；

道一维记为iy，包括每条测线上有若干条道，道号依次记为1至ny；

时间一维记为it，包括每道上含有若干个时间采样点，时间采样点号依次记为1至nt；

方位角三维数据表中，每一个确定的测线、道、时间采样点三维数据点(ix，iy，it)上，有一个确定的方位角数据，记为amz(ix，iy，it)，的范围是0≤＜2π；

倾角三维数据表中，每一个确定的测线、道、时间采样点三维数据点(ix，iy，it)上，有一个确定的倾角数据θ，记为dip(ix，iy，it)，θ的范围是0≤θ＜π/2；

(2)输入参数：

输入确定的一个光源光线方位角’和一个光源光线倾角θ’作为光线照射角度，即设定光源沿这个入射角度照向反射面；输入确定的光线照射强度L；

输入确定的背景亮度L_bak；

光线倾角记为dip0，光线方位角记为amz0；

(3)计算三维光照亮度体：

三维光照亮度体是一个三维数据表，根据上述的输入数据和输入参数，按下列公式计算三维光照亮度体中每一单元点的亮度值S：

S＝Lcosα+L_bak

式中：S为亮度，

L为光源光照强度，

L_bak为背景亮度，

α为该点上光源光线和界面法线间的夹角，由下式计算：

cosα＝sinθsinθ′cos(-′)+cosθcosθ′

式中：θ为该点的倾角，

为该点的方位角，

θ′为光源光线的倾角，

′为光源光线的方位角；

见图1。

(4)在屏幕上显示三维光照亮度体的二维亮度面：

将上述三维光照亮度体进行切片，得到二维的光照亮度面；将该二维光照亮度面上的每一个单元点的亮度值显示在计算机屏幕上。

在屏幕上显示三维光照亮度体的二维亮度面，采用沿层切片方式，即给定一个测线和道两维上的时间采样点坐标表，该坐标表本身是二维数据表，该坐标表中每一个单元格的位置就代表了测线和道两维的数值，坐标表单元格中的数据值反映了时间采样点坐标，因此该坐标表的每一个单元格包含了测线、道、时间采样点3维的坐标数值，即每一个单元格代表了三维空间中的一个点，该二维坐标表构成三维数据体中的一个二维曲面切片。在三维光照亮度体只取该二维曲面切片上的光照亮度数值，将沿层切片上的光照亮度显示在计算机屏幕上。

在使用计算机实现本方法时，需要输入的光源光线方位角’和光源光线倾角θ’，采用在计算机屏幕上用鼠标点取一个球面光照图标的方式确定；得到的切片上的光照亮度数值储存在计算机上的一个亮度数据文件中，以便进一步分析。

在计算机上屏幕显示的切片光照亮度图的周边，标注出测线和道的坐标数值，以便更方便直观地进行分析，见图2。

在实际计算中，取L＝L_bak＝127，这样计算出来的S值范围在[0，254]之间，所计算出的亮度值可直接作为灰度图像的象素值。

实施例2：

按照本发明的技术方案，在第1步输入数据和第2步输入参数之后，将第3步计算三维光照亮度体和第4步在屏幕上显示三维光照亮度体的二维亮度面合并，先进行切片，再计算亮度。

不论采用沿层切片方式，还是等时间或等深度切片方式，都可以确定需要显示的二维截面各单元点坐标表，直接用第3步中的公式计算该二维截面上各单元点的亮度值S，再显示到屏幕上。

即把第3步先计算三维数据体中所有单元点的亮度值进行简化，只计算需要显示所抽取的切片上各单元点的亮度值。其实质原理与权利要求书中的技术方案完全一样，仍属于本发明保护范围。用于只需要显示很少几个截面上亮度的情况，这样可以减少计算量和数据量。但一般情况下，由于工作中需要进行很多不同的切片显示，因此应该一次计算出所有三维数据点上的亮度值，显示不同的切片只要直接读取亮度数值即可，避免重复计算各点的亮度值。

本发明的处理方法对其他地质勘探领域的三维数据处理，如地质雷达探测数据体的显示处理，同样可以适用。

Claims (5)

1.一种用于显示三维地震数据反射结构的处理方法，其特征是：该方法包括下述步骤：

(1)输入数据：

以石油勘探三维地震数据处理得到的2个三维地震数据体：方位角三维数据体和倾角三维数据体，作为输入数据；

所述的方位角三维数据体和倾角三维数据体均是三维数据表，其中：一维是测线、一维是道、一维是时间或深度，共三维，两个数据表的大小相同，每一维都具有相对应的单元点；

其中：测线一维记为ix，包括若干条测线，测线号依次记为1至nx；

道一维记为iy，包括每条测线上有若干条道，道号依次记为1至ny；

时间或深度一维记为it，包括每道上含有若干个时间采样点或深度采样点，时间采样点号或深度采样点号依次记为1至nt；

方位角三维数据表中，每一个确定的测线、道、时间或深度采样点三维数据点(ix，iy，it)上，有一个确定的方位角数据，记为amz(ix，iy，it)，的范围是0≤＜2π；

倾角三维数据表中，每一个确定的测线、道、时间或深度采样点三维数据点(ix，iy，it)上，有一个确定的倾角数据θ，记为dip(ix，iy，it)，θ的范围是0≤θ＜π/2；

(2)输入参数：

输入确定的一个光源光线方位角’和一个光源光线倾角θ’作为光线照射角度，输入确定的光线照射强度L；

输入确定的背景亮度L_bak；

(3)计算三维光照亮度体：

三维光照亮度体是一个三维数据表，根据上述的输入数据和输入参数，按下列公式计算三维光照亮度体中每一单元点的亮度值S：

S＝Lcosα+L_bak

式中：S为亮度，

L为光源光照强度，

L_bak为背景亮度，

a为该点上光源光线和界面法线间的夹角，由下式计算：

cosα＝sinθsinθ′cos(-′)+cosθ cosθ′

式中：θ为该点的倾角，

为该点的方位角，

θ′为光源光线的倾角，

′为光源光线的方位角；

(4)在屏幕上显示三维光照亮度体的二维亮度面：

将上述三维光照亮度体进行切片，得到二维的光照亮度面；将该二维光照亮度面上的每一个单元点的亮度值显示在计算机屏幕上。

2.根据权利要求1所述的用于显示三维地震数据反射结构的处理方法，其特征是：所述的在屏幕上显示三维光照亮度体的二维亮度面，是采用等时间切片方式或等深度切片方式，即时间或深度一维给定一个确定数值，只取测线和道两维上的等时间值或等深度值截面切片上各单元点的光照亮度数值；将测线和道两维等时间切片或等深度切片上的光照亮度显示在计算机屏幕上。

3.根据权利要求1所述的用于显示三维地震数据反射结构的处理方法，其特征是：所述的在屏幕上显示三维光照亮度体中的二维亮度面，是采用沿层切片方式，即给定一个测线和道两维上的时间或深度采样点坐标表，该坐标表中每一个格均包含了测线、道、时间采样点3维的坐标数值，该坐标表构成三维数据体中的一个二维曲面切片，在三维光照亮度体中，只取该二维曲面切片上的光照亮度数值；将沿层切片上的光照亮度显示在计算机屏幕上。

4.根据权利要求2或3所述的用于显示三维地震数据反射结构的处理方法，其特征是：需要输入的光源光线方位角’和光源光线倾角θ’，采用在计算机屏幕上用鼠标点取一个球面光照图标的方式确定；切片上的光照亮度数值储存在一个亮度数据文件中。

5.根据权利要求4所述的用于显示三维地震数据反射结构的处理方法，其特征是：在计算机上屏幕显示的切片光照亮度图的周边，标注出测线和道的坐标数值。

Images