一种基于地震数据的海底水道定量描述参数自动提取方法

摘要

本发明公开了一种基于地震数据的海底水道定量描述参数自动提取方法，包括以下步骤：A、水道平面形态的绘制；B、水道剖面形态的绘制；C、水道平面表征参数的测量；D、水道剖面表征参数的测量；E、天然堤表征参数的测量；本发明可以有效地在大量且无规则的三维地震坐标自动追寻出水道平面以及剖面的形态。根据平面以及剖面的形态对应的坐标点，自动测量出水道以及天然堤的表征参数。

说明书

技术领域

本发明涉及地质资源与地质工程，具体的涉及一种基于地震数据的海底水道定量描述参数自动提取方法。

背景技术

三维地震勘探技术是地球物理勘探中最重要的方法，也是当前全球石油、天然气、煤炭等地下天然矿产的主要勘探技术。三维地震勘探不仅能获得一张张地震剖面图，还能获得一个三维空间上的数据体。三维数据体的信息点的密度可达12.5米×12.5米(即在12.5米×12.5米的面积内便采集一个数据)，而二维测线信息点的密度一般最高为1千米×1千米。由于三维地震勘探获得信息量丰富，地震剖面分辨率高，地下的古河流、古湖泊、古高山、古喀斯特地貌、断层等均可直接或间接反映出来。地质勘探人员利用高品质的三维地震资料找油找气，中国近期发现的渤海湾南堡大油田、四川普光大气田、塔里木盆地塔中Ⅰ号大气田等，全要归功于高精度的三维地震勘探技术。

三维地震数据广泛应用于深海油气勘探，通过对其二维剖面人工解释，可用三维可视化形式，直观地反映出海底水道的空间形态。尽管一些商业软件可通过三维可视化方法，定性展示出海底水道空间形态，但无法实现海底水道定量描述参数的提取和测量。地质资源与地质工程领域中，常规海底水道定量描述参数拾取方法主要是通过人工方式，即人工选取横切水道流动方向的地震剖面，进而基于水道地震识别结果，人工测量水道宽度、深度等定量描述参数，这不仅存在人为误差，而且工作效率低下，导致水道定量描述参数数据不可靠、可用信息量少等问题，从而严重制约着深海砂体内部结构和定量规模的钻前预知，降低了井位设计和开发概念设计的质量，增加了钻探风险。

目前没有能根据三维坐标自动追踪出水道流动方向的技术方法，对于三维构型形态的识别与划分多为人工工作，导致了构型形态解释的低效与描述的误差，阻碍了利用地震数据对构型单元进行多维地、精确地定量描述。此外，以往研究技术也缺少水道内部充填结构的三维形态自动刻画。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于地震数据的海底水道定量描述参数自动提取方法，目的在于根据三维地震数据所提供的深海水道构型的剖面以及平面坐标，定义各类几何表征参数，并利用一定的数学方法自动测量各项表征参数的大小。

本发明采用下述的技术方案：

一种基于地震数据的海底水道定量描述参数自动提取方法，包括以下步骤：

A、绘制水道平面形态：根据地震切片水道U形界面中Z坐标的最小值点确定水道的最深点，即泓谷点的位置，再依据泓谷点左右两侧Z坐标最大值点确立水道两岸至高点的位置；通过左右两岸至高点的坐标计算两点连线的中点坐标，即水道中轴点坐标；连续地震切片中至高点以及中轴点的连线构成了水道的平面形态，所述中轴点的连线为中轴线，代表了水道的流动路径；

B、绘制水道剖面形态：根据相邻中轴点之间的连线，计算出相邻中轴点连线的中垂面，确立沿水道流动方向剖面的延展方向，中垂面上的坐标点构成了水道剖面的形态；

C、测量水道平面表征参数：根据水道中轴线上的坐标点，测量整个水道的平面表征参数以及水道弯曲的平面表征参数；

D、测量水道剖面表征参数：根据水道剖面的坐标点，测量水道的剖面表征参数；

E、测量天然堤表征参数：根据水道两岸至高点外侧的楔状体的形态，测量天然堤剖面的表征参数。

优选的，所述水道的平面表征参数包括水道的径直长度、水道的流动长度、水道的曲率，所述水道弯曲的平面表征参数包括水道弯曲的长度、水道弯曲的幅度、水道弯曲的冲击角。

优选的，所述水道的剖面表征参数包括水道的最大宽度、水道的最小宽度、水道的最大深度、水道的最小深度、水道的左宽度与右宽度、水道的左深度与右深度。

优选的，所述天然堤剖面的表征参数包括天然堤的高度、天然堤的横向延展、天然堤的外坡倾斜度。

优选的，所述中垂面上的坐标点来源于不同的地震切片。

本发明的有益效果是：

本发明公开了一种基于地震数据的海底水道定量描述参数自动提取方法，该方法可以有效地在大量且无规则的三维地震坐标中自动追寻出水道平面以及剖面的形态。根据平面以及剖面的形态对应的坐标点，自动测量出水道以及天然堤的表征参数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1为本发明原始三维地震数据展示的水道轮廓示意图；

图2为本发明地震切片中水道两岸至高点的位置以及水道两岸的轨迹示意；

图3为本发明中轴线以及两岸轨迹线确立的水道平面形态示意图；

图4为本发明相邻中轴点的中垂面确立的水道剖面形态示意图；

图5为本发明测量水道及水道弯曲平面表征参数的示意图；

图6为本发明测量水道及外天然提剖面表征参数的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1至图2所示，一种基于地震数据的海底水道定量描述参数自动提取方法，包括如下步骤：

A、水道平面形态的绘制：如图1至图3所示，连续的地震切片绘制出了水道的三维形态，每个地震切片都包含了大量的三维坐标；然而大量的三维坐标没法直接用于测量水道的平面或剖面的表征参数，所以根据地震切片中水道U形界面中Z坐标(纵向坐标)最小点确立水道泓谷点的位置，再依据泓谷点两侧Z坐标最大的点确立水道两岸至高点的位置；通过水道左右两岸(J和K)至高点X与Z坐标得到其连线的中点V坐标，即中轴点坐标,表示如下：

连续的地震切片中至高点以及中轴点的连线构成了水道的平面形态，其中，中轴点的连线，即为中轴线，又代表了水道的流动路径；

B、水道剖面形态的绘制：如图4所示，根据相邻中轴点之间的连线，计算出相邻中轴点连线的中垂面，确立沿水道流动方向剖面的延展方向，中垂面上的坐标点构成了水道剖面的形态；

水道沿流动方向的剖面是常规研究中水道剖面形态的正常观测标准，而非水平切片，因为水道切片在高弯曲处的剖片形态解释存在非常大的误差；作中轴线上相邻中轴点(p_n与p_n+1)的中垂线L_P，表示如下：

到中垂线L_P所在横断面Y坐标最接近的点构成了水道剖面的形态，即相邻中轴点之间的中垂面上的坐标点，这些点来源于不同的地震切片。

C、水道平面参数的测量：根据水道中轴线上的坐标点，测量整个水道的平面表征参数以及水道弯曲的平面表征参数，如图5所示：

1)、水道的径直长度:

基于平面形态中轴线上的坐标点的Y坐标大小，从中轴线上所有的坐标点中筛选出水道的起点S与终点E，其中起点为Y坐标最小的点，终点为Y坐标最大的点。然后利用欧几里德距离公式与起点与终点的X、Y坐标求得水道的径直长度D，表示如下：

2)、水道的流动长度:

若中轴线上水道起点到终点间的坐标点个数为n，水道起点与终点间的曲线则视为n-1个相邻中轴点所连线段的集合；根据相邻中轴点的X与Y坐标并利用公式(1)的欧几里德距离公式求得不同线段的长度(D_i，0<i<n),通过相加这些相邻线段的欧几里德距离，得到起点与终点间的曲线长度，即流动长度，表示如下：

3)、水道的曲率:

进而根据以上所求的水道曲线长度C与水道径直长度D的比值求得水道的曲率Sin,表示如下：

4)、水道弯曲的长度:

若水道弯曲在中轴线上起点与终点间的坐标点个数为m，水道弯曲起点与终点间的曲线则视为m-1个相邻中轴点所连线段的集合；与计算水道流动长度的方法一样，弯曲起点与终点间的曲线长度C_b，为起点与终点间m-1个相邻中轴点所连线段长度(D_j，0<j<m)的叠加，表示如下：

5)、水道弯曲的幅度:

根据弯曲起点与弯曲终点的平面坐标可确立一条直线L，直线L的表达式为：

A₀x+B₀y+C₀＝0>

根据弯曲处在中轴线上X坐标最大或最小的坐标点，确立弯曲顶点F的坐标为(x_F,y_F),顶点到直线L的距离，即水道弯曲幅度D_a，表示如下：

6)、水道弯曲的冲击角:

根据水道弯曲处在水道两岸连线中X坐标最小或最大的坐标点，确立水道左右两岸上弯曲顶点的位置Ai(x_Ai,y_Ai)与Ao(x_Ao,y_Ao).过弯曲顶点F(同时也是Ai与Ao连线的中点)，作Ai与Ao连线的中垂线LM，表示如下：

然后利用与公式(6)相同的点到直线距离表达公式，计算弯曲起点到中垂线LM的距离D_s；根据与公式(1)相同的两点间距离公式，计算弯曲起点与弯曲顶点F的距离D_as；进而D_s与D_as的比值为水道冲击角的余弦值，水道冲击角a的表示如下：

D、水道剖面参数的测量：根据水道剖面的坐标点，测量水道的剖面表征参数，如图6所示：

1)、水道的最大宽度:

根据剖面中Z坐标最小的点确立水道剖面中泓谷点Z的位置，然后根据泓谷点两侧Z坐标最大的点确立剖面中左右两岸至高点的位置，进而根据剖面中两岸至高点(PL-左岸与PR-右岸)的剖面上X坐标差的绝对值，计算水道的最大宽度W_max，表示如下：

W_max＝|x_PL-x_PR|>

2)、水道的最小宽度:

根据PL与PR中Z坐标较小的点确立较低堤岸点PLOW，较高的堤岸点则为PHIGH。当确立了PLOW的位置，在另一边水道岸上寻找PLOW的投影点，即Z坐标与PLOW最为接近的点PCO；PLOW与PCO的X坐标差的绝对值，即水道的最小宽度W_min，表示如下：

W_min＝|x_PLOW-x_PCO|>

3)、水道的最大深度:

根据泓谷点Z与较高的堤岸点PHIGH的Z坐标的差的绝对值，获得水道的最大深度(D_max)，表示如下：

D_max＝|Z_PHIGH-Z_Z|>

4)、水道的最小深度:

根据泓谷点Z与较低的堤岸点PLOW的Z坐标的差的绝对值，获得水道的最大深度D_min，表示如下：

D_min＝|Z_PLOW-Z_Z|>

5)、水道的左宽度与右宽度:

最大宽度所在水平直线L_h的表达式由PHIGH的Z坐标所确定，表达如下：

y＝Z_PHIGH>

泓谷点在Z水平直线L_h投影点ZT,即直线上与Z有相同X坐标的点，把水道最大宽度又分为左宽度与右宽度；左宽度W_left为左岸至高点PL与投影点ZT的X坐标差的绝对值，表示如下：

W_left＝|x_PL-x_ZT|>

右宽度W_right为左岸至高点PR与投影点ZT的X坐标差的绝对值，表示如下：

W_right＝|x_PR-x_ZT|>

6)、水道的左深度与右深度:

根据泓谷点(Z)与左堤岸至高点PL的Z坐标的差的绝对值，获得水道的左深度D_left，表示如下：

D_left＝|z_PL-z_Z|>

根据泓谷点Z与右堤岸至高点PR的Z坐标的差的绝对值，获得水道的右深度D_right，表示如下：

D_right＝|z_PR-z_Z|>

E、天然堤参数的测量：根据水道两岸至高点外侧的楔状体的形态，测量天然堤剖面的表征参数。

1)、天然堤的高度：

如果原始资料中包含两侧外天然堤的形态坐标，则在剖面中根据水道两岸至高点向两侧的Z坐标最小的坐标的确立天然堤尖灭点的位置(IL与IR)。以左侧天然堤为例，水道左岸至高点PL与左侧天然堤尖灭点IL的Z坐标差的绝对值，即为天然堤的高度H_L，表示如下：

H_L＝|Z_PL-Z_IL|>

2)、天然堤的横向延展：

以左侧天然堤为例，水道左岸至高点PL与左侧天然堤尖灭点IL的X坐标差的绝对值，即为天然堤的横向延展E_L，表示如下：

E_L＝|x_PL-x_IL|>

(3)天然堤的外坡倾斜度：

以左侧天然堤为例，左侧天然堤尖灭点(IL)所在水平直线LI的表达式为:

y＝Z_IL>

水道左岸至高点PL在水平直线LI上的投影点LP，即在直线LI上与PL有相同X坐标的点；通过如公式(1)所示的相同的两点间距离公式，计算求得PL与LI的距离D1，LP与LI的距离D2；D1与D2的比值即左侧天然堤的外坡倾斜度的余弦值，左侧天然堤的外坡倾斜度a_L的表示如下：

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。