基于图像处理的三维地震层位和断层识别研究

论文摘要

在地震勘探中,地震资料解释是一个非常重要的环节,而层位和断层则是地震资料解释的最核心部分之一。传统三维地震解释都是采用人工解释方法,通过在地震剖面上对相邻地震道进行数字化形成层位线,然后通过内插得到层位面,这种方法识别的层位不仅结果不可进行反复验证,而且需要耗费大量的人力和时间。为此本文围绕三维地震层位和断层识别和自动提取问题,采用基于图像处理的方法开展了三维地震层位和断层自动解释算法的研究,并在此基础上进行了原型系统设计。首先,针对通过基于地震道的方法在搜索相邻地震道时遇到断裂情况或者信号弱的地方容易出现错误或者搜索到错误层位的问题,根据层位在地震图像中所表现出很强的方向性,提出了基于分水岭算法和方向滤波的地震图像增强方法,去除噪声的同时使层位同相轴信号更加连续。在追踪过程中,根据层位的图像增强结果和方向特征进行种子扩散搜索,同时结合基于地震道的振幅匹配方法对搜索结果进行调整,使得追踪结果位于地震道波峰位置。实验分析表明该算法可以适应信号较好的层位自动识别。然后,针对目前断层自动解释方法只能处理线性特征明显的大断层问题,结合人工解释二维地震剖面的思路,得到了一种人工交互和自动识别联合的三维地震断层解释方案。采用二维层位线约束和角点检测联合分析提取断点位置,通过结构方向滤波技术和地震道相似处理等增强图像中的断层,利用图像识别方法提取断层线。最终根据三角剖分实现断层面的三维重建,显示出断层面。通过测试分析,本文方法断点检测的准确性为20%左右,可以帮助解释人员从整体上分析地质构造,为寻找断点提供一种参考。最后,在本文层位和断层自动解释算法基础上,开发了一个基于PC机自动解释原型系统,实现了三维地震层位和断层识别过程和结果显示。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 层位自动追踪研究现状
• 1.2.2 断层提取研究现状
• 1.3 本文主要研究工作
• 1.4 论文框架
• 第2章 三维地震层位和断层特征分析
• 2.1 三维地震数据概述
• 2.2 层位在地震图像中的特征
• 2.3 断层在地震图像中的特征
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于方向滤波的地震图像增强和层位提取
• 3.1 引言
• 3.1.1 问题分析
• 3.1.2 总体思路
• 3.2 层位拾取中的图像增强处理
• 3.2.1 基于分水岭算法的图像预处理
• 3.2.2 方向场计算和优化
• 3.2.2.1 方向场的计算方法
• 3.2.2.2 层位的方向场计算优化
• 3.2.3 方向滤波
• 3.3 二维地震图像中的层位自动提取
• 3.3.1 全局层位搜索
• 3.3.2 地震道匹配优化
• 3.3.3 与人工解释对比分析
• 3.4 三维层位自动提取
• 3.4.1 主要流程
• 3.4.2 中心扩散层位搜索方法
• 3.4.3 实验分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 三维地震断层的图像特征提取和识别
• 4.1 引言
• 4.1.1 问题分析
• 4.1.2 总体思路
• 4.2 基于角点检测的断点特征提取
• 4.2.1 角点检测技术
• 4.2.2 断点检测
• 4.2.3 沿层断点信息的提取
• 4.3 地震断层特征的图像增强处理
• 4.3.1 结构方向滤波处理
• 4.3.2 道相似性处理
• 4.4 基于图像识别方法的断层提取
• 4.4.1 主要流程
• 4.4.2 方向滤波预处理
• 4.4.3 断层提取
• 4.5 综合分析
• 4.5.1 定量评价方法
• 4.5.2 实验分析
• 4.6 交互式三维断层面提取与重建
• 4.6.1 人工辅助断层线提取
• 4.6.2 基于三角剖分的三维重建
• 4.7 本章小结
• 第5章 原型系统开发
• 5.1 总体结构
• 5.2 技术实现
• 5.3 系统界面
• 5.3.1 三维可视化系统框架
• 5.3.2 二维地震解释框架
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录