利用邊緣檢測(cè)技術(shù)從相干切片中提取斷層多邊形

邱兆泰

河北省煤田地質(zhì)局物測(cè)地質(zhì)隊(duì),河北 邢臺(tái) 054000

利用邊緣檢測(cè)技術(shù)從相干切片中提取斷層多邊形

邱兆泰

河北省煤田地質(zhì)局物測(cè)地質(zhì)隊(duì),河北 邢臺(tái) 054000

相干數(shù)據(jù)體在識(shí)別小斷層方面有著廣泛應(yīng)用，本文在相干技術(shù)的基礎(chǔ)上使用了邊緣檢測(cè)技術(shù)從相干切片中提取斷層多邊形。這種解釋方法在斷層的延伸位置、破碎帶寬度、陷落柱等地質(zhì)異常體的大小方面，解釋精度比常規(guī)方法有很大提高，并能識(shí)別出斷距僅為3m～5m的小斷層。

相干數(shù)據(jù)體; 邊緣檢測(cè)技術(shù); 斷層多邊形;識(shí)別小斷層

引言

為更好發(fā)揮相干數(shù)據(jù)體技術(shù)在全三維地震資料解釋中的作用，進(jìn)一步提高斷層及巖性異常體解釋的精度和效率，使相干數(shù)據(jù)體技術(shù)充分有效地體現(xiàn)，在地震數(shù)據(jù)解釋中，利用相干數(shù)據(jù)切片，采用邊緣檢測(cè)技術(shù)從中提取斷層多邊形，將包含在相干切片中的有關(guān)斷層的走向，延展長(zhǎng)度，斷層寬度，異常體（陷落柱）大小等信息提取出來(lái)，然后把它投影到測(cè)區(qū)底圖上，從而大幅度提高了對(duì)三維地震地質(zhì)構(gòu)造的解釋效率。

1 方法原理

通過(guò)對(duì)三維地震資料相干處理，可使斷層等信息在相干切片上，把這些相干切片保存為二維圖像，然后利用圖像的邊緣檢測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)相干切片上的斷層多邊形檢測(cè)。其原理如下:

將相干切片視為灰度曲面，利用圖像的邊緣檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行邊緣檢測(cè)。在灰度曲面中，我們把周圍像素灰度有階躍變化或屋頂?shù)茸兓哪切┫袼氐募戏Q為邊緣。圖像的邊緣對(duì)應(yīng)著圖像灰度的不連續(xù)性。圖像的邊緣很少是從一個(gè)灰度跳到另一個(gè)灰度這樣的理想狀況,通常都具有有限的寬度呈現(xiàn)出陡峭的斜坡狀。

設(shè)灰度曲面r={x， y，f(x，y)}， 其中x， y分別為橫、縱坐標(biāo)，f(x，y)是圖像的灰度值，并且f(x，y)具有連續(xù)的二階導(dǎo)數(shù)。那么對(duì)圖像各個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行微分或求二階微分來(lái)確定邊緣像素點(diǎn)。一階微分圖像的峰值處對(duì)應(yīng)著圖像的邊緣點(diǎn)；二階微分圖像的過(guò)零點(diǎn)處對(duì)應(yīng)著圖像的邊緣點(diǎn)。

常用的邊緣檢測(cè)算子有Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Krisch算子、高斯-拉普拉斯算子。

高斯-拉普拉斯(LaPIacian)算子是不依賴于邊緣方向的二階微分算子，是一個(gè)標(biāo)量而不是向量，具有旋轉(zhuǎn)不變即各向同性的性質(zhì)，在圖像處理中經(jīng)常被用來(lái)提取圖像的邊緣。其表示式為:

在數(shù)字圖像情況下的近似式為

由于噪聲點(diǎn)對(duì)邊緣檢測(cè)有一定的影響，所以高斯拉普拉斯算子是效果比較好的邊緣檢測(cè)算子。它把高斯平滑濾波器和拉普拉斯銳化濾波器結(jié)合起來(lái), 先平滑掉噪聲, 再進(jìn)行邊緣檢測(cè),既有效的檢測(cè)了邊緣又抑制了噪聲影響。所以效果比其它檢測(cè)方法更好。常用的高斯拉普拉斯算子是5×5的模板:

2 應(yīng)用實(shí)例

山西的地震資料一般是比較好的，同相軸連續(xù)，構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，陷落柱發(fā)育，小斷層較多。相干體數(shù)據(jù)在解釋中發(fā)揮了很大的作用。由于相干體數(shù)據(jù)對(duì)同相軸錯(cuò)斷很敏感，所以小斷層在切片中很容易表現(xiàn)出來(lái)，但是斷層小，斷層與目的層的交面線即目的層上的斷層多邊形很不容易畫出來(lái)。于是，筆者在山西長(zhǎng)平三維地震資料解釋中，試用了邊緣檢測(cè)技術(shù)對(duì)相干切片進(jìn)行了斷層多邊形檢測(cè)。這種方法快速，相對(duì)精確。事實(shí)證明很好用。圖1是3煤層相干沿巖層切片。圖2是對(duì)此切片進(jìn)行邊緣檢測(cè)的斷層多邊形檢測(cè)結(jié)果。從中可以看到斷層多邊形被清晰地檢測(cè)出來(lái)，斷層組合關(guān)系、斷層破碎帶寬度包括陷落柱的大小也真實(shí)得到反映。該區(qū)陷落柱較多，從圖2中可以看到大小不等的許多陷落柱。圖3是構(gòu)造解釋圖。當(dāng)然，在實(shí)際報(bào)告中有取舍。因?yàn)閳?bào)告中只提供了大于落差5米的斷層。事實(shí)上，在后來(lái)的揭露中舍掉的許多小的構(gòu)造，比如小的陷落柱或小的斷層，斷距在4米～3米甚至還小，在圖2中均有顯示。這說(shuō)明相干切片中的許多信息還是有用的，值得注意。特別是資料比較好的區(qū)域，更應(yīng)該注意。這種采用邊緣檢測(cè)技術(shù)提取斷層多邊形的方法很快也很實(shí)用。其實(shí)，用不同方法對(duì)相干切片進(jìn)行邊緣檢測(cè)，可以得到不同程度的邊緣檢測(cè)，然后與實(shí)際地震剖面進(jìn)行比對(duì)，還可以發(fā)現(xiàn)許多疑點(diǎn)，比如同相軸的輕微錯(cuò)斷，加以注意，可以發(fā)現(xiàn)很小的斷層。

圖1 3煤層相干沿巖層切片

圖2 對(duì)切片進(jìn)行邊緣檢測(cè)的斷層多邊形檢測(cè)結(jié)果

圖3 煤構(gòu)造解釋圖

3 結(jié)語(yǔ)

使用邊緣檢測(cè)技術(shù)對(duì)相干切片進(jìn)行斷層多邊形檢測(cè)，提高了相干切片斷層解釋的精度和效率。其中解釋最小斷層斷距3m，此項(xiàng)技術(shù)在資料較好區(qū)，如果輔之以選取種子點(diǎn)進(jìn)行的三維層位自動(dòng)追蹤，則可以很快做出時(shí)間構(gòu)造圖。從而提高三維地震資料的解釋效率、縮短解釋周期。

[1]梅向明，黃敬之.微分幾何[M].第二版.北京高等教育出版社，1988

[2]楊淑瑩.VC ++圖像處理程序設(shè)計(jì)[M] 第二版北京.清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社.2005

[3]孫夕平，杜世通.相干體技術(shù)計(jì)算研究及其在地震資料解釋中的應(yīng)用[N].石油大學(xué)學(xué)報(bào)2003自然科學(xué)版27232-40

[4]張向君，李幼銘，鐘吉太等.三維相干切片斷層多邊形檢測(cè)[J].物探化探計(jì)算技術(shù)200123（4）295～298

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.006

邱兆泰(1966－),男,?？? 高級(jí)工程師,研究領(lǐng)域?yàn)槊禾镂锾?煤田地質(zhì)。河北省煤田地質(zhì)局物測(cè)地質(zhì)隊(duì),河北省邢臺(tái)市。