gdi＋在復雜地區(qū)三維地震資料采集設(shè)計中的應用

1、第3 2 卷 第6 期物探 化探計 算技術(shù) 2 0 1 0 年I 1 月文章編 號 ：l 0 0 1 一 l 7 4 9 ( 2 0 1 0 ) O 6 _ _ 0 5 8 7 _ _ o 7G D I +在 復 雜 地 區(qū)三維 地 震 資料 采 集 設(shè)計 中的應 用 朱圣軍， 陳建國( 江漢石 油 管理 局 地球 物理勘 探 公 司 ， 湖 北 潛 江 4 3 3 1 0 0 )摘 要 ：隨著油氣勘探向復雜地區(qū)延伸 ， 三維地震 資

2、料采集難度 日益 突出。在復雜地區(qū)許 多激 發(fā)點位于多個禁炮區(qū)內(nèi)， 依 靠手工很難完成激發(fā)點的正確篩選。這里采用基于 G D I +生成禁炮 區(qū)， 可以 自 動選擇所有非禁炮區(qū)內(nèi)的激發(fā)點。實際應用表 明： 方法具有建立速度快、 運行穩(wěn)定可 靠等特點， 并取得 了 好的應用效果。關(guān)鍵詞：油氣勘探； 三維地震資料采集； 禁炮區(qū)； 緩沖區(qū)； G D I +中圖分類 號 ：P3 1 5 ． 6 3文 獻標識 碼 ：A0 前 言 三維地震是指按照

3、一定的采樣格網(wǎng)密度采集 獲取地下地震信息的方法 ， 具有很高的勘探精度 ，可 以從 三維 空間來 了解地 下地 質(zhì)構(gòu) 造情況 ， 并 獲得 精確而詳細的地下圖像 ， 三維地震已經(jīng)成為石油和 天然氣勘探開發(fā)的主要工具。三維地震資料采集 采用將整個勘探區(qū)域劃分為接收格網(wǎng)和激發(fā)格網(wǎng) ，接收點和激發(fā)點分別位于格 網(wǎng)的節(jié)點上 ， 在激發(fā)點 上采 用人 工地震 的方 法進行 激 發(fā) ， 在 接收格 點上 接 收地下反射信號 。受人工地震的限制 ，

4、所選擇的激 發(fā)點 必須 離地表 建 筑 和各 種 地 物 有一 定 的安 全 距 離 ， 在地表條件 比較簡單的草原 、 戈壁等地區(qū)， 選擇 安全 區(qū)域 內(nèi) 的激 發(fā)點往 往依 靠人 工來 完成 。隨著 油氣勘探 開 發(fā) 的深 入 ， 三 維地 震逐步 向地 表條件復雜的城鎮(zhèn) 、 水網(wǎng)延伸。在復雜地區(qū)進行三 維勘探 ， 涉及到的地表障礙物多 ， 每種地表障礙物 厶 廠] 都有不同的安全距離， 一個激發(fā)點可能位于一個或 多個 禁炮 區(qū) 內(nèi)

5、 ， 依靠 手工很 難判 斷和正 確選擇 位于 安全 區(qū) 內(nèi)的激發(fā) 點 。通過試驗 ， 采用 G D I + 建立不同震源激發(fā)方式 下地表障礙物的禁炮 區(qū)， 排除禁炮 區(qū)內(nèi)的激發(fā)點 ，實現(xiàn) 自動選擇位于安全區(qū)域 內(nèi)的激發(fā)點 ， 達到優(yōu)選 激發(fā)點， 降低采集施工 的安全風 險、 提高地震 資料 采集效果 和施工效率之 目的。l不 同震源 的禁炮 區(qū)和安全 區(qū) 三維地震采集一般采用炸藥震源， 可控震源和 空氣槍震源 ， 涉及 的地表障礙物可

6、分為點狀地物 、線狀地物和 面狀 地物。見 圖 1 ， 不 同的地表 障礙 物 ， 在不同的震源激發(fā)下有不同的安全距離。1 ． 1基本 地表 障礙 物的禁 炮 區(qū) ( 1 )點狀地物的禁炮區(qū)。點狀地物是指煙囪、水塔 等獨立地表障礙物。 禁炮 區(qū)是 以地物 中心點 狀地物( 煙 囪)線狀 地物( 公路)面狀地物( 高層建筑)面狀地物( 環(huán)形公路)圖 1三 種 基 本 地 表 障 礙 物 F i g ． 1T h r e et y p e

7、so fb a s i c a lg r o u n do b j e c t s收 稿 日期 ：2 0 1 0—0 5— 2 5改 回 日 期 ：2 0 1 0一 O 9— 2 86 期 朱圣軍等 ： G D I + 在復雜地 區(qū)三維地震 資料采集設(shè)計 中的應用5 8 9區(qū)域是空氣槍震源安全 區(qū)。設(shè) ： A= 所有地表障礙 物 的空氣槍震源禁炮區(qū)之和 ； B= 所有設(shè)計空氣槍 施工的大面積面狀水域區(qū)域之和 ； 則空氣槍震源安 全 區(qū)

8、為 ：C：Bn( AnB)1 ． 5 安全 區(qū)內(nèi)的激發(fā) 點 在建立禁炮區(qū)后 ， 就可 以依據(jù)激發(fā)點與每個禁 炮區(qū)的位置關(guān)系 ， 來判 斷激發(fā)點是否位 于禁炮 區(qū)內(nèi)。對于采用空氣槍震源 ， 除了要判斷激發(fā)點是否 位于禁炮區(qū)內(nèi)之外 ， 還要判斷激發(fā)點是否位于指定 的空氣槍震源施工 面狀水域 內(nèi)， 并 以此來確定位于 安全 區(qū) 內(nèi)的所有 激發(fā) 點 。在 三種 震源 同時存在 時 ，依次建立每種震源下的禁炮區(qū)和輸 出每種震源安 全區(qū)內(nèi)的激發(fā)點。

9、2 復雜對象 的禁炮 區(qū)生成方 法 禁炮 區(qū)的本質(zhì) 就是緩 沖 區(qū) ， 所謂 緩 沖 區(qū)是 指 在 點、 線 、 面等實體的周圍建立的一定寬度的區(qū)域 ， 這 個寬度就是安全距離 ， 建立禁炮區(qū)的過程就是緩沖 區(qū)建立 的過程。在點 、 線和 面的緩 沖區(qū)建立過程 中， 點的緩沖區(qū)建立非常簡單 ， 而線 的緩沖區(qū)生成 非常重要 ， 是面狀緩沖區(qū)的基礎(chǔ)。因此 ， 對緩沖區(qū) 生成的研究 ， 主要針對線對象和面對象進行。2 ． 1常 用禁炮 區(qū)

10、生成方 法 緩沖區(qū)的建立 目前主要有柵格算法和矢 量算 法 二類 。代表性柵格算法有基于柵格數(shù)據(jù) 的距離變換 法 和數(shù)學 形態(tài) 學 擴張 法 ， 其 基 本原 理 是 將 點 、線和面的矢量數(shù)據(jù) ， 轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù) ， 進行像元加 粗 ， 然后作邊緣提取。多數(shù)柵格算法原理簡單且易 于實現(xiàn) ， 但不易獲得矢量邊界 ， 高 內(nèi)存 占用 和低精 度是該算法 的主要缺點， 所能處理的數(shù)據(jù)量受到機 器硬件設(shè)備 的限制 ， 因此 ， 矢量方法成為研

11、究者普 遍關(guān) 注 的熱 點 。矢量方法原理通常較為復雜 ， 但在機器精度范 圍內(nèi)不降低原始數(shù)據(jù)精度。在緩沖區(qū)生成 的矢量 算法中， 常用 的是 角平分線算法和凸角 圓弧算法 ，在此基 礎(chǔ)上 也 出現(xiàn) 了一 些新 的或 改進算 法 。( 1 ) 角平分線算法。以線 目標為軸線， 并分別 在其二側(cè) 作距軸線一定 距離 ( 緩 沖半徑 ) 的平行 線 ， 來生成緩沖 區(qū)邊界 的簡便 方法。該方法也 稱 “ 簡單平行線法” ， 其優(yōu)點 是簡單

12、、 易于實現(xiàn) ， 缺點 在于難 以最大限度地保證緩沖區(qū)邊界線 的等寬性 ，在對復雜對象的實現(xiàn)過程中， 計算復雜且難以適應 各種異常情況。( 2 ) 凸角圓弧算法。該算法 的基本原 理是在 軸線首點及末點處 ， 作軸線 的垂線 ， 并按緩沖 區(qū)半 寬 E截出左右邊界的起訖點 。在軸線的其它各個 拐點上， 首先判斷該點的凹、 凸特性 ， 在凸側(cè)用圓弧 彌合 ， 而在凹側(cè)則用 與該點所關(guān)聯(lián) 的， 前后二鄰邊 距軸線的偏移量為 E的二平行線交點

13、 ， 來 生成對 應頂點 ( 如 圖 5所示 ) 。由于在 凸側(cè)用 圓弧彌合 ，使 凸側(cè)平行邊界與軸線等寬 。而在凹側(cè) ， 平行邊界 相交在角平分線上 ， 如圖 6 所示。交點距軸對應頂 點 的距 離為 ：d = E ／ c o s ( A ／ 2 ) 或 d ： E ／ s i n ( B ／ 2 )該算法能最大限度地保證平行曲線的等寬性，排除了角平分線算法所帶來的眾多異常情況 ， 但是 生成緩沖區(qū)邊界過程相對復雜。／， 、、 ／

14、 圖 5凸角圓弧 算法原理 F i g ． 5T h ep r i n c i p l eo fa r ea l g o r i t h m o fc o n v e xa n g l e圖 6凹側(cè)雙線 寬度與 曲線彎 曲程度的關(guān) 系F i g ． 6T h er e l a t i o nb e t w e e nd o u b l e— — l i n ew i d t ha n dC H IV ed e g r e eo fc

15、 r o o ko nt h ec o n c a v es i d e( 3 ) 緩沖區(qū)半徑旋轉(zhuǎn)生成算法 。在分析和研 究角平分線算法和凸角圓弧算法基礎(chǔ)上 ， 作者提出了一種簡便的方法 ， 通過緩沖半徑分別組成 目 標對 象的各點旋轉(zhuǎn)生成 目 標緩 沖區(qū)邊界 ， 簡化了緩沖區(qū) 邊界的生成過程 ， 并對緩沖區(qū)生成過程中出現(xiàn)的特 殊情況進行了處理 ， 應用遞歸方法管理和存儲緩沖 區(qū)邊 界 的 自相交 多邊 形 。( 4 ) 多邊形疊置方