螞蟻+RGB屬性融合技術(shù)在淮北QD礦斷層解釋中的應(yīng)用

解潔清

(中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院，河北，涿州 072750)

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螞蟻+RGB屬性融合技術(shù)在淮北QD礦斷層解釋中的應(yīng)用

解潔清

(中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院，河北，涿州 072750)

螞蟻+RGB屬性融合解釋方法將基于顏色空間的多屬性融合技術(shù)引入屬性分析中，克服了單一屬性在準(zhǔn)確反映地質(zhì)體賦存形態(tài)及異常的不足。該解釋方法對(duì)于突出各分頻屬性中能量近似區(qū)域有很好的效果,可以突出共性、弱化差異。以淮北QD礦的解釋為例，利用螞蟻數(shù)據(jù)體提取了方差屬性、傾角屬性體、及相干屬性體。通過比較，三種屬性無論對(duì)大斷層還是小斷層，都存在著不足，如反映不清晰、或不連續(xù)等。將通過螞蟻+RGB屬性融合后，其斷層在數(shù)據(jù)體上的形態(tài)與邊界反映清晰。該項(xiàng)技術(shù)在該礦共解釋斷層149條，其中與常規(guī)解釋一致的為99條，新解釋斷層50條。解釋成果經(jīng)礦方實(shí)際采掘驗(yàn)證，吻合率達(dá)80%以上。

小斷層； RGB屬性；多屬性融合；螞蟻體

0 引言

三維地震勘探雖然在小斷層識(shí)別方面已經(jīng)取得了較好的效果，但受各種干擾因素影響和解釋技術(shù)的約束,分辨3～5m小斷層能力難以滿足礦方要求。特別是小斷層等小構(gòu)造往往與冒頂、突水、瓦斯突出等事故伴生，這不僅導(dǎo)致煤層開采難度增大、造成綜采工作面總體使用效率低下、而且還存在隱伏的安全隱患。因此，許多煤礦對(duì)采區(qū)小斷層解釋精度的要求越來越高，并對(duì)3～5m小斷層的解釋、識(shí)別列入勘探要求之中，這對(duì)利用地震勘探識(shí)別小斷層的工作提出了更高的要求。本文主要基于高保真、高保幅、高分辨二次精細(xì)地震數(shù)據(jù)處理，利用地震多屬性螞蟻+RGB融合分析技術(shù)，針對(duì)淮北某礦區(qū)的微小斷裂構(gòu)造發(fā)育進(jìn)行了屬性敏感性的分析與研究，獲得了良好的效果。

1 RGB屬性融合解釋方法原理

常規(guī)地震屬性彩色顯示技術(shù)是通過某種變換將屬性數(shù)值映射呈彩色圖像，一次只能顯示一種屬性。但對(duì)于多個(gè)地震屬性，這種單個(gè)屬性逐一彩色顯示方法不能很好地反映整體趨勢(shì)，突出區(qū)域性異常。為了解決這一問題，基于顏色空間的多屬性融合技術(shù)被引入屬性分析中。通過RGB顏色融合技術(shù)，可以大幅度提高地質(zhì)目標(biāo)的識(shí)別精度。RGB 色彩融合技術(shù)是將時(shí)頻分析得到的低、中、高不同頻段的數(shù)據(jù)分別用為R(紅色)、G(綠色)、B(藍(lán)色)三原色進(jìn)行融合顯示。這種顯示方法對(duì)于突出各分頻屬性中能量近似特征區(qū)域有很好的效果,可以突出共性、弱化差異。

定義單個(gè)R、G、B 三個(gè)窗體, 如公式(1):

(1)

其中，fR、fG、fB是三個(gè)頻率窗的中心頻率，fBW是信號(hào)的帶寬，k是常數(shù)，用來控制帶寬的大小。

則地震每一個(gè)參數(shù)點(diǎn)的頻譜u(f)即可分為R、G、B三個(gè)頻帶：

(2)

其中，cR、cG、cB分別為三個(gè)頻帶頻譜能量占總能量的比值。將上式以頻率f離散化，并寫成矩陣形式：

(3)

由于方程(3)通常是超定方程組，利用最小二乘法去逼近每一時(shí)刻瞬時(shí)的頻率振幅譜，使振幅譜和RGB函數(shù)之間的殘余能量最小，定義殘余能量為:

(4)

根據(jù)最小二乘法，對(duì)于(4)式，分別對(duì)cR、cG、cB求導(dǎo)，并令其結(jié)果為零，得到cR、cG、cB的值，再將求得的cR、cG、cB三個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)化到0～255之間，用三原色顯示方法，即可得到RGB色彩融合的顯示結(jié)果。

2 螞蟻+RGB融合方法流程

由于煤田地震屬性數(shù)據(jù)量大，數(shù)值量級(jí)差異大，小斷層屬性異常往往淹沒在區(qū)域背景上，同時(shí)小斷層在某構(gòu)造單元中具有相同性質(zhì)，特別是存在一些離散數(shù)值(干擾)，因此對(duì)地震屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行“去偽存真，突出異常”處理。

采用構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波方法只對(duì)平行于地震同相軸的信息進(jìn)行，而對(duì)垂直于地震同相軸方向的信息不做任何平滑。

采用螞蟻算法對(duì)提取的屬性增強(qiáng)異常邊界特征，突出特殊的地層不連續(xù)性(小斷層)，增強(qiáng)小斷層的識(shí)別能力。

鑒于“螞蟻”+相似類屬性的強(qiáng)大斷裂顯示效果，以“螞蟻”+RGB屬性為解釋基礎(chǔ)，勾勒小斷層并用于斷層驗(yàn)證。具體的解釋流程見圖1。

圖1 地震多屬性解釋流程圖Figure1 Seismic prospecting multi-attribute fusion interpretation flow chart

3 應(yīng)用實(shí)例

淮北QD礦屬華北型地層，位于肖西復(fù)向斜南段，蒙城背斜北傾伏端之間的過渡地帶，全區(qū)為新生界覆蓋，并與下伏煤系呈角度不整合關(guān)系。主要可采煤層為8煤層，對(duì)該煤層進(jìn)行小斷層構(gòu)造的精細(xì)解釋，分辨出小斷層構(gòu)造所處的位置。全區(qū)斷裂構(gòu)造受區(qū)域性NE向大斷層的影響，將煤系切割成NE向條狀地塹、地壘式構(gòu)造。區(qū)內(nèi)以北東、北北東向與近東西走向的兩組斷裂發(fā)育為主，同時(shí)發(fā)育北西向調(diào)節(jié)斷層，這幾組斷裂的相互交切，形成了似網(wǎng)狀的斷裂平面組合模式。工區(qū)局部發(fā)育小型構(gòu)造。

在二次精細(xì)處理的數(shù)據(jù)體基礎(chǔ)上，進(jìn)行構(gòu)造濾波，然后進(jìn)行螞蟻數(shù)據(jù)體的提取(圖2)。在此基礎(chǔ)上對(duì)8煤層的層位提取多種屬性，包括螞蟻+方差屬性體、螞蟻+傾角屬性體、螞蟻+相干屬性體以及螞蟻+RGB屬性融合的數(shù)據(jù)體(圖3、圖4)。

圖2 QD東部采區(qū)8煤層螞蟻體屬性圖Figure 2 Coal No.8 ant colony body attribute in QD coalmine eastern winning district

(a)

(b)

(c)

(d)

圖3為小斷層后在各種屬性體上的響應(yīng)，由此可以看出，F(xiàn)1斷層在螞蟻+方差屬性上斷斷續(xù)續(xù)，在螞蟻+傾角屬性上延展長度不足，在螞蟻+相干屬性上無法識(shí)別，而在螞蟻+RGB屬性融合后F1斷層更加清晰，利于分辨。

(a)

(b)

(c)

(d)

圖4為大斷層后在各種屬性體上的響應(yīng)，從圖中可以看出，F(xiàn)2斷層在螞蟻+方差屬性上延展長度不足，在螞蟻+傾角屬性上識(shí)別不清，在螞蟻+相干屬性上不連續(xù)，而在螞蟻+RGB屬性融合后F2斷層更加清晰，利于分辨。

從幾種屬性的對(duì)比明顯看出，采用螞蟻+RGB屬性融合技術(shù)驗(yàn)證效果較好，突出了區(qū)域性異常，弱化了屬性之間的差異性。

綜合分析，根據(jù)RGB顏色融合出來的屬性蘊(yùn)藏著方差屬性、傾角屬性以及相干屬性的異常響應(yīng)信息, 并在此基礎(chǔ)上將異常信息刻畫得更加精確清晰，而且能分析解釋出來更多的異常，大大提高了區(qū)內(nèi)斷層解釋的準(zhǔn)確性。區(qū)內(nèi)利用螞蟻+RGB屬性融合的成果圖以及融合前后在8煤層中解釋的斷層前后對(duì)比如下圖5所示：

圖5 螞蟻+RGB屬性融合成果圖(左)及斷層解釋成果對(duì)比圖(右)Figure 5 Ant colony plus RGB attribute fusion results (left) and comparison of fault interpreted results (right)

圖5中，紅色細(xì)線表示常規(guī)解釋斷層以及巷道采掘揭露斷層共114條；螞蟻+屬性體新解釋斷層149條，其中綠色細(xì)線為應(yīng)用螞蟻+其他屬性體新解釋的斷層， 藍(lán)色細(xì)線為應(yīng)用螞蟻+RGB屬性融合技術(shù)后新解釋的斷層。新解釋斷層與與常規(guī)解釋一致的屬性解釋斷層為99條，新解釋斷層為50條。

4 結(jié)論

從淮北QD礦的實(shí)例分析可知，在正演模型指導(dǎo)下，基于巷道約束，通過調(diào)試參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)造濾波的基礎(chǔ)上，利用螞蟻+RGB多屬性融合技術(shù)，提高了煤礦采區(qū)小斷層的解釋精度，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了可靠的依據(jù)。

螞蟻+RGB屬性融合不是簡單的相加，能夠彌補(bǔ)各種屬性之間的不足，使融合之后呈最優(yōu)化顯示。但是，融合之前要考慮單屬性的特點(diǎn)，選擇對(duì)異常響應(yīng)較為敏感的屬性進(jìn)行融合效果會(huì)更好。

致謝：感謝中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院教授級(jí)高工張興平，高工孟凡彬，中國礦業(yè)大學(xué)碩士楊文強(qiáng)在論文中給予的指導(dǎo)與幫助。

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Application of Ant Colony plus RGB Attribute Fusion Technology on Fault Interpretation in QD Coalmine, Huaibei

Xie Jieqing

(Geophysical Prospecting Research Institute, CNACG, Zhuozhou, Hebei 072750)

The ant colony plus RGB attribute fusion interpretation method is introduced the multi-attribute fusion technology based on color space multi-attribute fusion technology into the attribute analysis, thus can overcome single attribute deficiency on geologic body occurrence mode accurate reflection and anomaly highlighting. The method has good effect on highlighting of frequency division attributes energy approximation region, thus can highlight commonness and weaken difference. Taking the Huaibei QD coalmine interpretation as an example, using ant colony data volume extracted variance, dip angle and coherence attribute volumes. Through comparison, whether to major or minor faults, the three attribute volumes all have deficiencies, such as on indistinct reflection or discontinuity etc. Through ant colony plus RGB attribute fusion, the fault form and boundary can be clearly reflected on data volumes. Through application of the technology for the coalmine has interpreted 149 faults, in which, in accordance with conventional interpretation 99, new interpreted 50. After coalmine actual winning and opening verification, the coincidence rate of interpreted results can be 80% above.

minor fault; RGB attribute; multi-attribute fusion; ant colony body

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.05.13

1674-1803(2017)05-0065-04

淮北礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司科研及技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目：淮北礦區(qū)小構(gòu)造精細(xì)解釋及導(dǎo)水通道富水性分析技術(shù)研究與實(shí)踐；國家“十三五”科技重大專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目(2016ZX05041-002)、(2016ZX05043001)。

解潔清(1984—),女,河北保定人，工程師,河北工程大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)，主要從事煤田地震勘探生產(chǎn)與理論研究工作。

2017-02-01

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

責(zé)任編輯：孫常長