地震体数据可视化与分析研究

摘要

体绘制技术是一种重要的科学计算可视化方法，它能够将体数据中所隐藏的信息，交互地以图形图像方式展示给用户。在医学、气象学和油气地震勘探等领域，体绘制技术被广泛应用，用于辅助用户分析数据、发现其中蕴含的科学规律。随着大量复杂油气勘查难题的出现，传统三维地震可视化解释技术面临着新的挑战。因此研究地震体数据可视化与分析技术，具有重要的理论意义和实用价值。本文主要研究地震体数据可视化与分析中的关键技术。提出了三种地震体数据可视化与分析算法，集成这些算法并开发了地震体数据可视化与分析原型系统，大量实验结果验证了本文算法的有效性。
　　 ⑴提出基于光线不透明度调整的区间体绘制算法，克服传输函数设置复杂、多特征相互遮挡和特征剥离依赖视点等现有体绘制算法的局限性。本文采用区间体定义体数据结构特征，区间体是三维空间中标量值属于特定范围的所有数据的集合，能够更准确描述视觉特征。本文提出的基于光线不透明度调整的区间体绘制算法，通过区间体的数值局部相关性计算，自动识别体数据的主要区间体，依据区间体识别结果自动设置传输函数；通过分析投射光线上区间体的不透明度分布，定义区间体绘制方程，保证所有区间体同时可见。应用本文提出的基于光线不透明度调整的区间体绘制算法，用户能够交互地剥离并绘制区间体，剥离结果不依赖视点。
　　 ⑵提出保特征量化方法和特征增强体绘制算法，解决高动态范围地震体数据在采用传统量化方法时所带来的特征丢失问题。在普通显示器上绘制高动态范围地震体数据，需要对其进行量化预处理。通过对高动态范围地震体数据分段可视化分析，定义体数据的细节结构、局部相关结构和奇异点结构等特征。采用迭代保边滤波算法分离细节结构特征，根据局部相关性统计属性获得局部相关结构特征，然后分离奇异点结构特征。基于结构特征分类结果及它们对体绘制结果的影响，提出保特征量化准则和优化策略，实现高动态范围地震体数据量化。对于量化后地震体数据，为抑制噪声对体绘制结果的影响，提出了特征增强体绘制算法。
　　 ⑶提出鲁棒多尺度地震层位识别与可视化方法，解决复杂层位识别和分类难题。地震层位能够揭示岩石属性变化，层位识别对地质构造解释非常重要。现有层位识别算法由于受噪声干扰往往无法有效工作，经过非连续点所识别的层位常常会产生歧义连接问题。为抑制噪声，增强层位连续性，本文提出了基于多属性滤波的地震体数据结构增强算法。该方法采用体数据强度、空间距离和局部结构定义滤波权值；根据倾角属性旋转滤波核窗口，保证滤波处理沿地震层位进行，增强层位连续性；基于相干体属性平移滤波核窗口，避免平滑非连续特征；参照紊乱度属性自适应调整滤波参数，调整不同噪声水平区域的滤波效果。对于滤波后的地震体数据，提出多尺度层位识别方法，根据层位平坦度，在层位识别过程中自动调整识别尺度实现层位自动分类。为观察所识别层位，还给出了多体可视化与层位识别过程可视化方法。
　　 ⑷介绍了集成上述特征增强体绘制技术与层位识别技术的地震体数据可视化与分析系统，该系统实现了地震属性计算与多属性体可视化、地震体数据剖面分析与处理等功能。本研究工作结合了地震属性分析、可视化算法和图形硬件技术，为解决复杂油气勘查难题，探索新的思路和技术手段。大量实验结果验证了本文所提方法的有效性。

目录

文摘

英文文摘

图目录

表目录

第1章 概论

1.1 体数据可视化技术概述

1.2 体绘制算法

1.2.1 传输函数

1.2.2 体绘制积分

1.2.3 积分合成

1.2.4 基于GPU光线投射体绘制算法

1.2.5 预积分

1.3 体绘制技术研究现状和发展趋势

1.4 地震体数据可视化与分析概述

1.5 地震体数据可视化与分析相关技术

1.5.1 地震数据采集

1.5.2 地震属性分析

1.5.3 地震体数据可视化

1.5.4 基于可视化的地震解释

1.6 地震体数据可视化与分析研究现状和发展趋势

1.7 研究内容与贡献

1.8 本文的组织结构

第2章 基于光线不透明度调整的区间体绘制

2.1 引言

2.2 相关工作

2.3 基于光线不透明度调整的区间体绘制

2.3.1 算法基本原理

2.3.2 IVRROM算法流程

2.3.3 区间体自动识别

2.3.4 光线不透明度分析

2.3.5 区间体绘制方程

2.3.6 区间体剥离绘制

2.4 预积分区间体绘制

2.5 IVRROM与标准体绘制比较

2.6 IVRROM与POMVR比较

2.7 算法实现细节

2.8 实验结果与讨论

2.9 本章小结

第3章 地震体数据保特征量化及特征增强绘制

3.1 引言

3.2 地震体数据量化

3.2.1 量化算法简介

3.2.2 地震体数据结构特征分类

3.2.3 地震体数据保特征量化

3.2.4 优化量化策略

3.2.5 实验结果和讨论

3.2.6 小结

3.3 地震体数据特征增强绘制

3.3.1 特征增强体绘制算法

3.3.2 IVRROM算法应用于地震体数据

3.3.3 小结

3.4 本章小结

第4章 鲁棒多尺度地震层位识别与可视化

4.1 引言

4.2 相似性地震属性计算

4.2.1 相似性地震属性简介

4.2.2 地震体数据结构张量特征分析

4.2.3 基于结构张量的地震相似性属性计算

4.2.4 小结

4.3 地震体数据结构增强滤波算法

4.3.1 相关算法

4.3.2 基于多属性滤波的地震体数据结构增强算法

4.3.3 自适应参数调整

4.3.4 实验结果分析

4.3.5 小结

4.4 多尺度地震层位识别与可视化

4.4.1 多尺度层位识别

4.4.2 层位可视化

4.4.3 实验结果和分析

4.4.4 小结

4.5 本章小结

第5章 地震体数据可视化与分析系统

5.1 系统总体目标

5.2 系统框架和功能

5.2.1 数据管理与量化

5.2.2 结构增强滤波

5.2.3 地震属性计算

5.2.4 切片处理与分析

5.2.5 交互可视化

5.2.6 交互层位识别

5.2.7 系统主界面

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 本文研究工作总结

6.2 研究工作展望

参考文献

攻读博士学位期间主要的研究成果

致谢