CN103424773A - 一种基于层位拉平法的古地貌恢复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于层位拉平法的古地貌恢复方法，属于油气及煤层气地震勘探与开发领域。本发明方法包括：(1)定义地质层位；(2)定义地质层位的顺序；(3)在两个相邻的地质层位之间划分小层；(4)定位两个相邻的地质层位之间的两个相邻的小层之间的垂直方向最大距离；(5)将该两小层间的道数据都按所述垂直方向最大距离进行插值，插值完成后，该两小层之间的垂直方向距离都是相等的，完成了该两小层的层位拉平；(6)对所有两个相邻的地质层位重复步骤(3)至步骤(5)，完成全部的层位拉平；(7)削蚀部分填充零值。本发明方法的步骤易于用计算机来实现，并能保证古地貌恢复理论所要求的实际效果。
Description
技术领域
本发明属于油气及煤层气地震勘探与开发领域，具体涉及一种基于层位拉平法的古地貌恢复方法。
背景技术
古地貌恢复是沉积体制研究中的重要组成部分，其恢复的结果是古地貌图，是指盆地发育某一时期的某个界面上等深度线所表示的此界面表面凹凸状态图，古地貌恢复的主要方法有：残余厚度法、印模法、层序地层法、沉积学方法、层位拉平法等，具体如下：
残余厚度法将待恢复地貌结束剥蚀开始上覆地层沉积时作为一等时面，选取沉积地层中某一特殊层段为基准面，将其拉平，该面以上残余厚度的大小表示古地貌的形态。
印模法将待恢复地貌结束剥蚀开始上覆地层沉积时视为一等时面，利用上覆地层与残余古地貌之间的“镜像”关系，通过上覆地层的厚度半定量恢复古地貌的形态。
层序地层法建立上覆地层的层序地层格架，选择区域性等时面将其拉平，最后将各单井底面用平滑曲线连起来，恢复古地貌形态。
沉积学方法通过编制古地质图了解古构造格局及各地区的剥蚀程度，了解研究区古地形特点，对沉积相及古环境分析，研究沉积地层的发育特点和沉积时空配置特征，定性恢复古地貌。
层位拉平法是在层序地层学和物探技术上发展起来的，假设各层序原始厚度不变，在三维地震体系中，以沉积基准面或最大洪泛面为参照，选取对比层序的参照顶底面，将底面时间减去顶面时间，即将顶面拉平，将拉平的面视为古沉积时的湖平面，得到底面的形态即层序地层沉积前的相对古地貌。
具体来说，地震数据的层位拉平法是对某一层解释后，校正到一个任意时刻的基准面上，命该层位上下的所有反射都随着作相应的时间校正。进行层位拉平处理，可以去掉构造变形的影响。层位拉平可分为层位拉平剖面和层位拉平切片，它们均是在给定的时窗内按一定时间间隔拾取和显示振幅，频率，相位，速度剖面和切片等信息，地震数据及解释过的构造数据，经过拉平处理后可以得到的剖面就是层位古地貌恢复剖面。对某一层位古地貌恢复后的地震剖面就相当于恢复了该层沉积时形态即是古地貌恢复的一种体现。利用层位古地貌恢复剖面可以研究各构造层的接触关系和构造发育史。
以上这些技术方法的理论依据大体相同，但在使用存储在计算机中的地震数据(SEGY标准格式)进行以上技术方法的软件实现时存在很大的实际操作及编程难度。特别是现有的层位拉平法古地貌恢复技术在遇到地质构造复杂、断层繁多的地震数据时，不能很好的还原古地貌恢复后的地震剖面。
发明内容
本发明提供一种基于层位拉平法的古地貌恢复方法，其目的在于解决目前的古地貌恢复技术在利用存储在计算机中的SEGY标准格式的地震数据进行古地貌恢复软件实现时所遇到的逻辑复杂、操作不容易实现以及编码困难等实际问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于层位拉平法的古地貌恢复方法，所述方法包括以下步骤：
(1)定义地质层位：
在原始地震剖面上依据地质构造理论来定义地质层位，并记录这些地质层位相对于原始地震剖面的坐标信息；
(2)定义地质层位的顺序：
将步骤(1)中定义好的地质层位按地质年代的先后顺序进行编号，并记录这些地质层位的顺序信息；
(3)在两个相邻的地质层位之间划分小层：
在编号后的地质层位中的两个相邻的地质层位之间，按同相轴或等时方式划分出多个小层；
(4)定位两个相邻的地质层位之间的两个相邻的小层之间的垂直方向最大距离：
找到两个相邻的地质层位之间的两个相邻的小层之间的垂直方向最大距离，其长度为相对应的地震道上的n个样点数；
(5)将该两小层间的道数据都按所述垂直方向最大距离进行插值，插值完成后，该两小层之间的垂直方向距离都是相等的，即完成了该两小层的层位拉平；
(6)对所有两个相邻的地质层位重复步骤(3)至步骤(5)，完成全部的层位拉平，得到层位拉平后的地震数据；
(7)削蚀部分填充零值：
在完成步骤(6)后，原始地震剖面上的削蚀部分自动成为一个矩形区域，在层位拉平后的地震数据中将此矩形区域中的所有数据都设为浮点数值0，得到恢复后的古地貌数据。
所述步骤(1)中，所述原始地震剖面是利用存储在计算机中的SEGY标准格式的地震数据显示出来的；所述坐标信息是依照标准的计算机屏幕坐标系来定义的。
所述步骤(3)中，两个相邻地质层位间划分的小层的数量在2～20之间。
所述步骤(3)中，所述同相轴是指地震记录上各道振动相位相同的极值的连线；所述按同相轴划分是指在两个相邻的地质层位间沿同相轴做连续的曲线；
所述等时划分是指在两个相邻的地质层位间以平行于顶层或平行于底层来平均划分出若干条曲线；所述顶层是指两个相邻的地质层位中位于上方的地质层位，所述地层是指两个相邻的地质层位中位于下方的地质层位。
所述步骤(4)中找到两个相邻的地质层位之间的两个相邻的小层之间的垂直方向最大距离是这样实现的：将两个小层间的所有道数据做比较，找到的具有最多样点数的垂直距离就是所述垂直方向最大距离。
所述步骤(5)中，插值的方法采用线性插值算法或逐次线性插值算法或双线性插值算法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明创新性地利用形态几何恢复技巧(体现在3至7这些步骤中)及相应的插值算法对目前的层位拉平法做出相应的技巧改造，只需通过七个步骤即可较好的实现某一地震剖面地震数据的古地貌恢复，使得利用本发明的古地貌恢复技术更加利于计算机算法的实现，并能保证古地貌恢复理论所要求的实际效果；
(2)本发明方法的实现主要基于地震数据的插值处理和一些简单的几何原理，这些都有很多成熟的计算机算法来实现，其输入和输出都是标准segy格式的地震数据；
(3)应用本发明方法所恢复的古地貌恢复振幅切片，可以观察显示窗内与作图层位属于同一构造层的各薄层的振幅强弱变化规律，用以推断该构造层内的岩性变化，发现有意义的砂岩透镜体或河道砂体。
附图说明
图1是本发明方法步骤中定义层位的示意图。
图2是本发明方法步骤中划分小层的示意图。
图3是本发明方法步骤中定义层位顺序及做小层间垂直线的示意图。
图4是利用本发明方法得到的古地貌恢复结果图。
图5是本发明方法的步骤框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
如图5所示，本发明方法包括以下步骤：
(1)定义地质层位：
在标准地震数据(SEGY格式)所显示的某一地震剖面上，依据地质构造理论来定义地质层位，并记录这些地质层位相对于地震剖面的坐标信息，如图1所示，图1中，h0、h1、h2及全部曲线的信息都可以依照标准的计算机屏幕坐标系来定义坐标信息。
具体来说，由于地震反射产生于岩石的物性界面，这些界面主要是由具有速度-密度差的层(或层理)面和不整合面组成，因此原始地震反射平行于层面和不整合面，地震剖面上能量强的反射同相轴具有重要地质意义，如识别地层界面、不整合面、断层等，通过地震界面的几何形态来雕刻地质体形态，继而识别沉积体系，如前积反射识别三角洲。在地震剖面上首先进行断层解释，然后根据地震反射同相轴的强度及其连续性进行地震层位的拾取，由解释的断层线和拾取的层位线构成封闭多边形，该封闭的空间可以叫做地质体，地质层位一般情况上显示为曲折的线段。
图5中的“地震数据”就是指标准地震数据(SEGY格式)所显示的某一地震剖面；图5中的“构造解释(层位、断层)”就是指在该地震剖面上首先进行断层解释，然后根据地震反射同相轴的强度及其连续性进行地震层位的拾取；完成以上两步，地质层位就算定义好了，在进行地震层位拾取时不是完全依照地震反射同相轴来创建的，还要参考据构造理。
(2)定义层位顺序：
将已定义好的地质层位按地质年代先后进行编号(在解释时就已经做好地质层位的排序，此步骤中只是给地质层位按先后顺序编上序号)，并记录这些层位的顺序信息，即图1中的h0至h2，其中，h0的地质年代小于h2的地质年代，以此类推。地质年代(geologictime)就是指地球上各种地质事件发生的时代。它包含两方面含义：其一是指各地质事件发生的先后顺序，称为相对地质年代；一般来说从地质层位上来看，越深的层位地质年代就越大。
(3)在相邻的两层位间划分小层；(同相轴划分，等时划分)
在毗邻的两层位间，按同相轴或等时方式来合理的划分多个小层，两个层位间划分的小层的数量，主要看地质解释人员对于此段区域(两层位之间)的理解，还可能利用一些计算机辅助软件来进行解释，这些软件都可以自由定义层位间的小层数。但一般考虑到计算机的运算能力，把小层数设定在2～20之间最常见。每个层位的上边缘就是第一个小层，下边缘就是最后一个小层，图2中的例子是按等时方式将h1和h2之间划分出了hs1和hs2两个小层。同相轴是指地震记录上各道振动相位相同的极值(俗称波峰或波谷)的连线称为同相轴；在两层间沿同相轴做连续的曲线即叫做同相轴划分。等时划分是指在两层之间平行于顶层(即h1)或平行于底层(即h2)来平均划分若干曲线，如图2所示，图2中的细线表示大层，粗线表示小层；后面的步骤都是在等时划分的层上进行的。对于同相轴划分，后面的步骤也一样的。
(4)当完成步骤(3)的工作后，定位此两层位中的小层与小层问垂直方向最大距离。如图2所示(图2中的斜线表示断层。)，找到小层hs1与小层hs2间垂直方向最大距离，其长度为相对应地震道上的n个样点数。查找最大距离的方法为将两个小层间的道数据做比较，最多样点的就是最大距离；
(5)将两小层间的道数据(地震数据包括许多道数据，道数据都是垂直的，因此道数据又被称为垂直地震数据)都按垂直方向最大距离插值。在原始剖面上，两小层之间的垂直方向距离基本上都是不等长的，插值完成后，就等长了：
将两小层间的道数据都按垂直方向最大距离插值，以h1和h2之间的小层为例，即将hs1与hs2间每道数据据都按步骤(4)所得出的n个样点数来插值，插值方法可以用最常见的线性插值算法或逐次线性插值算法或双线性插值算法或其它相关的插值算法。具体来说，如果用计算机语言来进行插值处理，可以将每道道数据都放入一个不同的数组，从而形成一个二维数组，对这个二维数组做循环插值即可。图3中的圆圈数字是表示大层的编号，同一编号表示同一个大层；
(6)依此类推，完成全部的层位拉平插值，即依次完成h0和h1之间的各个相邻小层、h1和h2之间各个相邻小层以及其它所有各层之间的插值。其效果见图4，hs1和hs2变成了平行线，其间距为最大垂直距离，所有层位都变成了平行线，这就完成了层位拉平，因为每个层位在当时的地质年代都是一个地表，所以一般认为地表都是平的；
(7)削蚀部分填充零值：因为地震剖面上从构造上来看，可能会有削蚀的部分，此部分在完成层位拉平后会形成一个矩形区域(也就是完成步骤(6)后会自动生成该矩形区域，而且该矩形区域全部集中在左上角，如图4左上角的黑白格子所示)，这个区域在原始地震数据上是不存在的，即此块是没有任何地震数据的，原因是这块经过漫长的地质年代已经消失了，后期的地震采集工作是无法采集到这块区域的任何信息的。层位拉平后所生成的新的地震数据可将此区域的数据都设为浮点数值0。其效果如图4中的带有黑白方格的矩形部分所示。图4中，h0和h1之间分了3个小层，h1和h2之间分了3个小层，而③和④之间也是同样分小层，为了清晰没有将所有小层画出来。
步骤(4)和(5)是本发明的关键创新点，如图5中的“关键技术”所示。本发明方法不仅适用于二维地震数据也同样适用于三维地震数据。对于三维地震数据，其实际上可以采用二维地震数据的方式来完成，三维地震数据体分为若干的线数据，线数据就相当于一个二维地震剖面，依次用本发明的方法完成对这些线数据的处理后，即相当于完成了整个三维数据体。其处理方式与二维地震数据的处理完全一样，因此就不再附图说明了。
本发明方法的步骤不多，而且主要基于地震数据的插值处理和一些简单的几何原理，这些都有很多成熟的计算机算法来实现，图5既是计算机的实现流程也可以是整个方法的技术流程，其输入和输出都是标准segy格式的地震数据。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (6)
1.一种基于层位拉平法的古地貌恢复方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)定义地质层位：
在原始地震剖面上依据地质构造理论来定义地质层位，并记录这些地质层位相对于原始地震剖面的坐标信息；
(2)定义地质层位的顺序：
将步骤(1)中定义好的地质层位按地质年代的先后顺序进行编号，并记录这些地质层位的顺序信息；
(3)在两个相邻的地质层位之间划分小层：
在编号后的地质层位中的两个相邻的地质层位之间，按同相轴或等时方式划分出多个小层；
(4)定位两个相邻的地质层位之间的两个相邻的小层之间的垂直方向最大距离：
找到两个相邻的地质层位之间的两个相邻的小层之间的垂直方向最大距离，其长度为相对应的地震道上的n个样点数；
(5)将该两小层间的道数据都按所述垂直方向最大距离进行插值，插值完成后，该两小层之间的垂直方向距离都是相等的，即完成了该两小层的层位拉平；
(6)对所有两个相邻的地质层位重复步骤(3)至步骤(5)，完成全部的层位拉平，得到层位拉平后的地震数据；
(7)削蚀部分填充零值：
在完成步骤(6)后，原始地震剖面上的削蚀部分自动成为一个矩形区域，在层位拉平后的地震数据中将此矩形区域中的所有数据都设为浮点数值0，得到恢复后的古地貌数据。
2.根据权利要求1所述的基于层位拉平法的古地貌恢复方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述原始地震剖面是利用存储在计算机中的SEGY标准格式的地震数据显示出来的；所述坐标信息是依照标准的计算机屏幕坐标系来定义的。
3.根据权利要求1所述的基于层位拉平法的古地貌恢复方法，其特征在于：所述步骤(3)中，两个相邻地质层位间划分的小层的数量在2～20之间。
4.根据权利要求1所述的基于层位拉平法的古地貌恢复方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述同相轴是指地震记录上各道振动相位相同的极值的连线；所述按同相轴划分是指在两个相邻的地质层位间沿同相轴做连续的曲线；
所述等时划分是指在两个相邻的地质层位间以平行于顶层或平行于底层来平均划分出若干条曲线；所述顶层是指两个相邻的地质层位中位于上方的地质层位，所述地层是指两个相邻的地质层位中位于下方的地质层位。
5.根据权利要求1所述的基于层位拉平法的古地貌恢复方法，其特征在于：所述步骤(4)中找到两个相邻的地质层位之间的两个相邻的小层之间的垂直方向最大距离是这样实现的：将两个小层间的所有道数据做比较，找到的具有最多样点数的垂直距离就是所述垂直方向最大距离。
6.根据权利要求1所述的基于层位拉平法的古地貌恢复方法，其特征在于：所述步骤(5)中，插值的方法采用线性插值算法或逐次线性插值算法或双线性插值算法。
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