CN102043164A - 一种利用遥感信息的地震测线优选设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种在地震施工前期进行根据测线理论部署确定优选位置的利用遥感信息的地震测线优选设计方法，先采集遥感图像，利用野外实测控制点对遥感图像进行融合处理；根据移动限制条件与地震采集参数，得到一条以上的可选测线，按整道距产生评价点集，得到各项评价因子指标值，将评价因子指标值归一化处理，加权计算整条测线的优度，排序，选出优度最大直线测线进行施工。本发明可在满足探测地下目标条件下选择较好的测线位置，可以克服复杂地表地震工程中地震测线布设调整的局限性，提高测线可实施性，改善激发和接收条件，提高信噪比。

Description

一种利用遥感信息的地震测线优选设计方法

技术领域

本发明涉及油田地震勘探和遥感技术，是一种在地震施工前期进行根据测线理论部署确定优选位置的利用遥感信息的地震测线优选设计方法。

背景技术

地震勘探首先在满足探测地下目标情况下布设地震测线，并根据地表地貌及地质情况选择较好的测线位置。在石油地震勘探遇到复杂地貌条件时，由于复杂地表区地震数据采集困难、资料品质差，造成地震资料静校正难、信噪比低、速度分析和成像更难。目前，主要是根据地震勘探目标设计理论部署测线，由人工辅以地形图进行野外踏勘与人工判别，这种方法要花费大量的人力物力，耗费大量的时间。尤其遇到高陡山地勘探，会受视野及可实施条件限制，且很难全面顾及其他影响因素。也时常出现室内与野外脱节，部署测线野外不可实施或部署方案不利于激发点、接收点选择，影响资料品质。如果仅凭以往施工经验或以往对探区模糊的认识进行设计会出现失误，造成财力、物力和时间的浪费。如果在测线部署阶段就对测线的可实施性和激发接收条件进行评价，并选出有利的测线部署方案，就能改善激发接受条件，缩短作业周期，减少丢道，从而改善资料品质并降低勘探成本。

遥感具有快速、宏观、直观、信息量丰富等特点。通过选择适当类型的遥感数据，可以从中提取影响地震勘探部署质量的几类地表信息作为部署评价的基础。从多光谱遥感数据中提取的地表岩性可利用不同岩性的激发接收条件差异选择有利的测线位置。地表相对湿度可以判定地表相对含水情况，用于优化选择激发接收地段。

遥感信息也包含在复杂地表地震测线部署中可用的信息，通过实地采集控制点并经正射校正处理的大比例尺正射遥感影像定位精度高，能够反映1米以内的地表物体，可以用以直观了解地面激发接收条件和可实施条件，如：降低海拔高度与坡度、增加测线的可实施性，利用遥感立体像对提取的DEM可以更精确地反映高程属性，并通过它提取更精确的数字坡度模型。在遥感信息在地震勘探工程的应用中，叶友龙的《卫星遥感影像图在野外地震勘探中的应用》(2005)公开了将地震测线简单叠加到遥感影像图上，形成直观的地震测线施工影像地图的方法；叶勇等人《基于遥感信息的地震测线优选方法》(2008)和胡艳等人《遥感技术在优化地震测线部署中的应用》(2005)公开了利用从遥感信息中提取的DEM(数字高程模型)、坡度、相对湿度、岩性等信息进行优化地震测线部署的技术。上述技术中没有对激发优度、平整度和强制规避区评价因子的使用做描述，没有公开如何计算归一化因子。这些方法使得地震测线设计方法在复杂地表地震工程中地震测线布设调整有局限性，测线可实施性，激发和接收条件，信噪比较差。

发明内容

本发明目的在于针对复杂地表地震工程中地震测线布设调整的局限性，提供一种用于地震勘探测线优化，提高测线可实施性，改善激发和接收条件，提高信噪比的利用遥感信息的地震测线优选设计方法。

本发明通过以下技术方案实现：

1)采集分辨率在5米以上的遥感图像，并利用野外实测控制点对遥感图像进行地理坐标精校，镶嵌、图像融合，在此基础上根据不同地物在遥感图像上的不同光谱特征分辨物体，解译地质岩性、地理地貌等信息，作为单独的图层。结合数字高程模型DEM，坡度，湿度作为测线评价指标。

2)在理论测线部署基础上，根据移动限制条件与地震采集参数，在限制范围内平移或旋转，得到一条以上的可选测线。

步骤2)所述的限制条件与地震采集参数是根据已知的地震设计确定，包括平移限制距离、旋转限制角度、旋转中心、移动步距与步角。

上述的旋转中心是选择在构造高点或与联络测线的交点处。

3)对每条可选测线，按整道距产生评价点集，将步骤1)得到的数字高程模型DEM、坡度、相对湿度、岩性图层与点集对应，得到评价点集相应点位的各项评价因子指标值。

步骤3)所述的可选测线评价因子指标值按以下方式确定：

平均高程：在数字高程模型DEM上提取每条可选测线中评价点集上对应的高程值，其算术平均值即为该条测线的平均高程；

平均坡度：利用数字高程模型DEM采用邻近高程分析法得到坡度图，提取每条可选测线中评价点集上对应的坡度值，其算术平均值即为该条测线的平均坡度；

平均相对湿度：利用多光谱遥感影像，采用樱帽变换得到相对湿度图，提取每条可选测线中评价点集上对应的相对湿度值，其算术平均值即为该条测线的平均相对湿度；

坡度大于45度的艰难点数：统计测线评价点集上坡度大于45度的总数；

临道起伏：逐点计算相邻评价点集之间的高程差，计算其总量。反映地表的变化复杂程度；

有利岩性度：根据以往经验或在不同岩性区的现场试验结果确定岩性优劣度，然后统计穿越各类岩性的长度，计算测线有利岩性度；

施工难度：根据山体走向选取适当窗口产生沿测线走向或垂直测线走向的多尺度方向坡度，结合地表精细分类，圈定会发生整段丢道丢炮的高难度区段；

强制规避区：利用已有的遥感解译方法，从遥感图像中圈定出人文地物(水渠、公路、建筑等)、地面障碍物、稀有植被等局部丢炮段，水库、文物等不可实施钻井的地段和不可实施的高陡地段；

平均平整度：利用数字高程模型DEM逐点计算测线评价点在实施钻井所需最小场地内所有点的平整度，每条可选测线中各点平整度的算术平均值即为该条测线的平均平整度；

平均激发优度：利用高程、坡度、相对湿度、岩性、平整度等因子加权线性评价得到激发优度，激发优度值越大，说明在该点的激发地貌条件越佳。每一项因子在不同地区的权重是不同的，在高陡山区由于首先必须考虑实现钻井，因此坡度的权重值最大，具体权重值需要根据施工区域的情况考虑每个因子对激发条件的影响程度。逐点计算每条可选测线中评价点集的激发优度，其算术平均值即为该条测线的平均激发优度。

4)将评价因子指标值归一化处理：

步骤4)所述的评价因子指标值归一化处理是：

平均高程归一化因子＝255×(平均高程-探区最小高程)÷(探区最大高程-探区最小高程)；

平均坡度归一化因子＝255×(平均坡度-探区最小坡度)÷(探区最大坡度-探区最小坡度)；

平均湿度归一化因子＝255×(平均湿度-探区最小湿度)÷(探区最大湿度-探区最小湿度)；

有利岩性长度归一化因子＝255×有利岩性长度÷测线长度；

艰难点数归一化因子＝255×艰难点数÷评价点数；

临道起伏归一化因子＝255×临道起伏÷评价测线集的最大临道起伏；

施工难度归一化因子＝255×高难度区段长度÷评价测线集的最大高难度区段长度；

强制规避区归一化因子＝255×强制规避区长度÷评价测线集的最大强制规避区长度；

平均平整度归一化因子＝255×(平均平整度-探区最小平整度)÷(探区最大平整度-探区最小平整度)；

平均激发优度归一化因子＝255×(平均激发优度-探区最小激发优度)÷(探区最大激发优度-探区最小激发优度)。

5)按照以下公式加权计算整条测线的优度：

测线优度＝C₀×平均高程+C₁×平均坡度+C₂×平均相对湿度+C₃×艰难点数+C₄×临道起伏+C₅×有利岩性长度+C₆×施工难度+C₇×强制规避区+C₈×平均平整度+C₉×平均激发优度；

式中Ci为权重系数，C₂、C₅、C₈、C₉为正数，C₀、C₁、C₃、C₄、C₆、C₇为负数；

6)根据每条测线优度进行可选测线排序，选出优度最大直线测线进行施工。

步骤6)所述的选出的直线测线直线施工或没有施工条件时，在测线最大偏移角度范围内添加拐点，依据限制条件与评价点距，将端点与每个可选拐点连接生成新的可选测线，按步骤3)-6)评价新的可选测线，优选出折线测线进行施工。

上述限制条件包括搜索窗口尺寸、偏移距、搜索步距、拐点角度。

本发明利用遥感数据反映的地震工区地貌、地形、地质条件等信息对测线位置的激发与接收条件、可实施性、施工难度、丢道丢炮的多少进行评价，并在满足探测地下目标条件下选择较好的测线位置，得到更好的地震资料。可以克服复杂地表地震工程中地震测线布设调整的局限性，提高测线可实施性，改善激发和接收条件，提高信噪比。

附图说明

图1为本发明尺度方向坡度计算示意图。

具体实施方式

通过实地采集控制点并经正射校正处理的大比例尺正射遥感影像定位精度高，能够反映1米以内的地表物体，可以用以直观了解地面激发接收条件和可实施条件，如：降低海拔高度与坡度、增加测线的可实施性，利用遥感立体像对提取的DEM可以更精确地反映高程属性，并通过它提取更精确的数字坡度模型。本发明在测线部署中利用遥感信息在复杂地表地震测线部署中的信息，解决地震测线优选设计方法。

本发明采用以下步骤实现：

1、采集分辨率在5米以上的遥感图像，首先使用1∶5万地形图选择控制点进行预校正，基于经过预处理的图像进行GCP选择，需要多选部分备用GCP，其一是保留部分点作为检验点，其二是为部分艰难或变化剧烈的区域保留备选，防止不能到位或室内识别出现误判而不可实施。在野外根据预选GCP进行实测控制点采集，对遥感图像进行地理坐标精校，镶嵌、图像融合，在此基础上根据不同地物在遥感图像上的不同光谱特征分辨物体，解译地质岩性、地理地貌等信息，作为单独的图层，利用数字高程模型DEM采用邻近高程分析法得到坡度图，利用多光谱遥感影像，采用樱帽变换得到相对湿度图，将以上各图层输入地理信息系统中(如ArcView等)，与测线在同一坐标系统中，以便提取各项评价因子指标值。

2、在理论测线部署基础上，根据移动限制条件与地震采集参数，包括平移限制距离、旋转限制角度、旋转中心(一般选择在假想构造高点或与联络测线的交点处)，根据专题信息分辨率选择移动步距与步角，在限制范围内平移或旋转，得到一条以上的可选测线；

3、对每条可选测线，按整道距(如道距为50米，则每50米产生一个点)产生评价点集，将步骤1)得到的数字高程模型DEM、坡度、相对湿度、岩性等各项图层与点集对应，得到评价点集相应点位的高程、坡度、湿度、穿越的岩性等图层数值，在此基础上根据平均高程、平均坡度、平均相对湿度、坡度大于45度的艰难点数、临道起伏、有利岩性度、施工难度、强制规避区、平均平整度和平均激发优度等评价因子指标评价测线的优劣性。

步骤3)所述的可选测线评价因子指标值按以下方式确定：

平均高程：在数字高程模型DEM上提取每条可选测线中评价点集上对应的高程值，其算术平均值即为该条测线的平均高程，

i∈[1，N]，N为评价点数，Z_i为点高程。

平均坡度：提取每条可选测线中评价点集上对应的坡度值，其算术平均值即为该条测线的平均坡度，

S_i为点坡度。

平均相对湿度：提取每条可选测线中评价点集上对应的相对湿度值，其算术平均值即为该条测线的平均相对湿度，

W_i为点相对湿度。

坡度大于45度的艰难点数：统计测线评价点集上坡度大于45度的总数，反映施工难度与丢道丢炮的可能性大小。

临道起伏：逐点计算相邻评价点集之间的高程差，计算其总量。反映地表的变化复杂程度及测线整体起伏大小。

有利岩性度：根据以往经验或在不同岩性区的现场试验结果确定岩性优劣度，然后统计穿越各类岩性的长度，计算测线有利岩性度，Ro＝∑Aj×Lj，j∈[1，M]，M为穿越岩性区数，A_j为该岩性优劣度，L_j为测线穿越该岩性的长度。

施工难度：在高陡山地坡度计算方法需要特别选取。根据山体走向选取适当窗口产生沿测线走向或垂直测线走向的多尺度方向坡度，尺度方向坡度计算方法见图1，其中DX、DY的大小决定坡度的尺度，Zi(i∈[1，9])的取值多样，取单点高程或窗口(虚线窗口)中高程的极值、均值、中值等。计算公式如1式。

$S=\arctan (\sqrt{{[(Z7-Z1+2(Z8-Z2)+Z9-Z3)/8\mathrm{DX}]}^2+{[(Z3-Z1+2(Z6-Z4)+Z9-Z7)/8\mathrm{DY}]}^2)}---\left(1\right)$

结合地表精细分类，圈定会发生整段丢道丢炮的高难度区段，并统计穿越高陡区段长度。

强制规避区：利用已有的遥感解译方法，从遥感图像中圈定出人文地物(水渠、公路、建筑等)、地面障碍物、稀有植被等局部丢炮段，水库、文物等不可实施钻井的地段和不可实施的高陡地段。其中高陡地段利用基于DEM的地貌分类方法和利用多尺度方向坡度分析方法提取。

平均平整度：利用数字高程模型DEM逐点计算测线评价点在实施钻井所需最小场地内所有点的平整度，每条可选测线中各点平整度的算术平均值即为该条测线的平均平整度。平整度F＝R/[(ZM-Zm)*Slp]，其中R为评价面积即根据施工方式选择最小施工场地面积，ZM为评价面积内高程极大值，Zm为评价面积内高程极小值，Slp为点坡度。

平均激发优度：利用高程、坡度、相对湿度、岩性、平整度等因子加权线性评价得到激发优度，激发优度值越大，说明在该点的激发地貌条件越佳。每一项因子在不同地区的权重是不同的，在高陡山区由于首先必须考虑实现钻井，因此坡度的权重值最大，具体权重值需要根据施工区域的情况考虑每个因子对激发条件的影响程度。激发优度mSp＝V*mGeo*F，其中V为横向偏移优度，一般取V＝1；mGeo为微地貌优度，利用山脊冲沟分布与大尺度坡度联合计算获得；F为平整度。逐点计算每条可选测线中评价点集的激发优度，其算术平均值即为该条测线的平均激发优度。

4、将评价因子指标值归一化处理：

步骤4)所述的评价因子指标值由于量纲不同，需统一到同一尺度进行比较，即归一化处理，归一化处理方法：

平均高程归一化因子＝255×(平均高程-探区最小高程)÷(探区最大高程-探区最小高程)；

平均坡度归一化因子＝255×(平均坡度-探区最小坡度)÷(探区最大坡度-探区最小坡度)；

平均湿度归一化因子＝255×(平均湿度-探区最小湿度)÷(探区最大湿度-探区最小湿度)；

有利岩性长度归一化因子＝255×有利岩性长度÷测线长度；

艰难点数归一化因子＝255×艰难点数÷评价点数；

临道起伏归一化因子＝255×临道起伏÷评价测线集的最大临道起伏；

施工难度归一化因子＝255×高难度区段长度÷评价测线集的最大高难度区段长度；

强制规避区归一化因子＝255×强制规避区长度÷评价测线集的最大强制规避区长度；

平均平整度归一化因子＝255×(平均平整度-探区最小平整度)÷(探区最大平整度-探区最小平整度)；

平均激发优度归一化因子＝255×(平均激发优度-探区最小激发优度)÷(探区最大激发优度-探区最小激发优度)。

5、按照以下公式加权计算整条测线的优度：

测线优度＝C₀×平均高程+C₁×平均坡度+C₂×平均相对湿度+C₃×艰难点数+C₄×临道起伏+C₅×有利岩性长度+C₆×施工难度+C₇×强制规避区+C₈×平均平整度+C₉×平均激发优度；

式中Ci为权重系数，C₂、C₅、C₈、C₉为正数，C₀、C₁、C₃、C₄、C₆、C₇为负数；

6、根据每条测线优度进行可选测线排序，选出优度最大直线测线进行施工。

步骤6)所述的选出的直线测线施工不可实施或施工条件太差，需要添加拐点进行折线设计。在测线最大偏移角度范围内添加拐点，依据限制条件与评价点距，将端点与每个可选拐点连接生成新的可选测线，按步骤3)-6)评价新的可选测线，优选出折测线进行施工。

上述限制条件包括搜索窗口尺寸、偏移距、搜索步距、拐点角度。

Claims (8)

1.一种利用遥感信息的地震测线优选设计方法，其特征是通过以下步骤实现：

1)采集分辨率在5米以上的遥感图像，并利用野外实测控制点对遥感图像进行地理坐标精校，镶嵌、图像融合处理；

2)在理论测线部署基础上，根据移动限制条件与地震采集参数，在限制范围内平移或旋转，得到一条以上的可选测线；

3)对每条可选测线，按整道距产生评价点集，将步骤1)得到的数字高程模型DEM、坡度、相对湿度、岩性图层与点集对应，得到评价点集相应点位的各项评价因子指标值；

4)将评价因子指标值归一化处理：

5)按照以下公式加权计算整条测线的优度：

测线优度＝C₀×平均高程+C₁×平均坡度+C₂×平均相对湿度+C₃×艰难点数+C₄×临道起伏+C₅×有利岩性长度+C₆×施工难度+C₇×强制规避区+C₈×平均平整度+C₉×平均激发优度；

式中Ci为权重系数，C₂、C₅、C₈、C₉为正数，C₀、C₁、C₃、C₄、C₆、C₇为负数；

6)根据每条测线优度进行可选测线排序，选出优度最大直线测线进行施工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤1)所述的融合处理是在此基础上根据不同地物在遥感图像上的不同光谱特征分辨物体，解译地质岩性、地理地貌等信息，作为单独的图层，结合数字高程模型DEM，坡度，湿度作为测线评价指标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤2)所述的限制条件与地震采集参数是根据已知的地震设计确定，包括平移限制距离、旋转限制角度、旋转中心、移动步距与步角。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是：上述的旋转中心是选择在构造高点或与联络测线的交点处。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤3)所述的可选测线评价因子指标值按以下方式确定：

平均高程：在数字高程模型DEM上提取每条可选测线中评价点集上对应的高程值，其算术平均值即为该条测线的平均高程；

平均坡度：利用数字高程模型DEM采用邻近高程分析法得到坡度图，提取每条可选测线中评价点集上对应的坡度值，其算术平均值即为该条测线的平均坡度；

平均相对湿度：利用多光谱遥感影像，采用樱帽变换得到相对湿度图，提取每条可选测线中评价点集上对应的相对湿度值，其算术平均值即为该条测线的平均相对湿度；

坡度大于45度的艰难点数：统计测线评价点集上坡度大于45度的总数；

临道起伏：逐点计算相邻评价点集之间的高程差，计算其总量。反映地表的变化复杂程度；

有利岩性度：根据以往经验或在不同岩性区的现场试验结果确定岩性优劣度，然后统计穿越各类岩性的长度，计算测线有利岩性度；

施工难度：根据山体走向选取适当窗口产生沿测线走向或垂直测线走向的多尺度方向坡度，结合地表精细分类，圈定会发生整段丢道丢炮的高难度区段；

强制规避区：利用已有的遥感解译方法，从遥感图像中圈定出人文地物、地面障碍物、稀有植被等局部丢炮段，水库、文物不可实施钻井的地段和不可实施的高陡地段；

平均平整度：利用数字高程模型DEM逐点计算测线评价点在实施钻井所需最小场地内所有点的平整度，每条可选测线中各点平整度的算术平均值即为该条测线的平均平整度；

平均激发优度：利用高程、坡度、相对湿度、岩性、平整度因子加权线性评价得到激发优度，激发优度值越大，说明在该点的激发地貌条件越佳。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤4)所述的评价因子指标值归一化处理是：

平均高程归一化因子＝255×(平均高程-探区最小高程)÷(探区最大高程-探区最小高程)；

平均坡度归一化因子＝255×(平均坡度-探区最小坡度)÷(探区最大坡度-探区最小坡度)；

平均湿度归一化因子＝255×(平均湿度-探区最小湿度)÷(探区最大湿度-探区最小湿度)；

有利岩性长度归一化因子＝255×有利岩性长度÷测线长度；

艰难点数归一化因子＝255×艰难点数÷评价点数；

临道起伏归一化因子＝255×临道起伏÷评价测线集的最大临道起伏；

施工难度归一化因子＝255×高难度区段长度÷评价测线集的最大高难度区段长度；

强制规避区归一化因子＝255×强制规避区长度÷评价测线集的最大强制规避区长度；

平均平整度归一化因子＝255×(平均平整度-探区最小平整度)÷(探区最大平整度-探区最小平整度)；

平均激发优度归一化因子＝255×(平均激发优度-探区最小激发优度)÷(探区最大激发优度-探区最小激发优度)。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤6)所述的选出的直线测线直线施工或没有施工条件时，在测线最大偏移角度范围内添加拐点，依据限制条件与评价点距，将端点与每个可选拐点连接生成新的可选测线，按步骤3)-6)评价新的可选测线，优选出折线测线进行施工。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征是：上述限制条件包括搜索窗口尺寸、偏移距、搜索步距、拐点角度。

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