СПОСОБ ХРОНОСТРАТИГРАФИЧЕСКОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ СЕЧЕНИЯ S СЕЙСМИЧЕСКОГО ОБРАЗА

Данное изобретение относится к способу хроностратиграфической интерпретации сейсмического поперечного сечения или блока, т.е. к геологической регистрации (записи) сейсмического поперечного сечения или блока.

Данное изобретение относится к области поиска нефти и позволяет осуществить переход из геофизической сферы в геологическую.

СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ

Способ согласно изобретению относится к сейсмическим поперечным сечениям или сейсмическим блокам. Сейсмическое поперечное сечение образуется при сближении в плоскости пробных одномерных сигналов, называемых сейсмическими следами. Аналогично сейсмический блок образуется при сближении сейсмических следов в объеме. Выражение "сейсмическое сечение" (разрез) относится либо к сейсмическому поперечному сечению, либо к срезу сейсмического блока. Сейсмическое сечение дает вид размещения ряда соседних сейсмических следов, находящихся в плоскости сечения. Эти виды - сейсмические образы ("картины") называются далее в отчете о применении способа сейсмическими образными сечениями. В сейсмическом образе световая интенсивность пиксела (элемента изображения) пропорциональна сейсмической величине, представленной одноразмерными сигналами.

Хроностратиграфическая интерпретация сейсмических поперечных сечений или сейсмических блоков включает синтез сейсмических горизонтов в поперечном сечении блока. Для осуществления синтеза горизонтов разработано несколько методов. Результаты их в той или иной мере зависят от геологического окружения, образ которого дается сейсмическим сечением.

Так в областях, где геологические слои являются в основном моноклинальными (моноклинальный доминантный тип), синтез горизонтов, посредством замера сходства между соседними следами, дает хорошие результаты. С другой стороны, в областях с более нарушенной геологией, предпочтительно сначала вычислить градиентные векторы световой интенсивности между соседними пикселами, а затем осуществить горизонтальный синтез, интегрируя поле ориентации вычисленных градиентных векторов.

В докладе Марка Дониаса, представленном 28.01.99 в Университете Бордо I, озаглавленном "Характеристика ориентационных полей посредством анализа главных компонентов и оценки кривизны применительно к сейсмическим образам", (подробно описаны вышеупомянутые схемы выполнения горизонтального синтеза (синтеза горизонтов).

Горизонтальный синтез, примененный к каждому пикселу сечения сейсмического образа, создает столько горизонтов, сколько пикселов имеет образ. Сейсмические горизонты в виде отсчетных отметок (разметки) локальной геологии не могут пересекаться. С другой стороны, они не могут и совпадать, сливаться в некоторых местах и смешиваться в одно, либо же расходиться. Слияние горизонтов ведет к концепции накопления синтезов.

Для осуществления накопления горизонтальных синтезов выделяют (очерчивают) матрицу, идентичную по величине сейсмическому образу. Каждый элемент матрицы связан с пикселом образа и вначале получает нулевое значение. Для каждого пиксела образа рассчитывается непрерывная кривая, соответствующая синтезу горизонта, проходящего через упомянутый пиксел.

Все кривые непрерывности идут поперечно вертикальному размеру образа. При расчете кривых непрерывности, элемент матрицы увеличивается на единицу всякий раз, когда пиксел, с которым он связан в образе, пересекается кривой непрерывности.

Расчет кривой непрерывности, поперечной вертикальному размеру сечения образа в данном пикселе, состоит в расчете градиентов световой интенсивности для всех пикселов, входящих в соседство с выбранным пикселом, далее в расчете локального градиента из замеров градиентов, полученных по соседству (в окрестности выбранного пиксела), и в указании локального градиента выбранного пиксела. Далее кривая непрерывности развертывается посредством поперечной маркировки от пиксела к пикселу, начиная с выбранного пиксела вплоть до вертикальных боковых границ образа в обоих направлениях, указанных локальным градиентом и его обратным дополнением, посредством итерационного повторения двух предыдущих операций.

Когда просканированы все пикселы сечения сейсмического образа, матрица, осуществляющая накопление синтезов, представлена в виде нового образа, в котором световая интенсивность каждого пиксела пропорциональна числу, накопленному в соответствующем элементе матрицы, причем это число не меньше единицы. Границы, наблюдаемые на этом образе, дают хорошее представление об организации геологических слоев в подпочве.

ЗНАЧЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В способе, согласно изобретению, используется образ, полученный при накоплении синтезов с целью определения геологических осаждений такими, какими они осаждались, а не такими, какими они ныне наблюдаются в виде слоев. Для осуществления этого, согласно данному способу, определяется преобразование (трансформация) вертикальной шкалы сейсмического сечения, замеренной в сейсмические промежутки времени, в геологическую вертикальную шкалу, замеренную в сейсмических промежутках времени. Таким образом, способ дает возможность определять скорости осаждения, которые управляют отложением геологических слоев. В частности, с его помощью выделяются геологические разрывы, т.е. эрозии и пустоты (щели).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предметом данного изобретения является способ хроностратиграфической интерпретации сечения S, сейсмического образа, включающего горизонтальный размер или ширину и вертикальный размер или высоту в направлении подпочвы, и состоящего из колонок пикселов, который состоит в следующем:

- в определении матрицы М, идентичной по величине сечению S образа и состоящей из элементов, каждый из которых связан с пикселом сечения S образа и которому изначально придано нулевое значение;

0 - в расчете для каждого пиксела i сечения S образа кривой непрерывности Ci, проходящей через этот пиксел поперечно вертикальному размеру сечения S образа;

- в увеличении элемента матрицы М на одну единицу всякий раз, когда пиксел, с которым он связан в сечении S образа, пересекается с кривой Ci;

при этом данный способ отличается тем, что он состоит далее в следующем:

- в построение для каждой колонки С матрицы М гистограммы Нс, состоящей из стольких классов, сколько имеется элементов в данной колонке С, причем каждый класс соответствует одному из элементов

колонки С и содержит число проб (образцов), равное величине, накопленной в соответствующем элементе матрицы М, а эта величина равна числу кривых, проходящих через пиксел, связанный с упомянутым элементом; при этом общее число проб, распределенных в гистограмме, построенной для каждой колонки, равно общему числу пикселов в сечении S образа;

- в выравнивании каждой гистограммы Нс для получения

выровненной гистограммы Нс';

- в определении пустого сечения S' образа, ширина которого в пикселах идентична ширине в пикселах сечения S образа, а высота в пикселах равна числу классов гистограммы Нс';

- в указании распределения, определяемого выравненной гистаграммой Нс' для каждой колонки С' сечения S' образа, посредством размещения на каждом пикселе колонки С' количественного значения (содержания) связанного с ним класса Нс';

- в выделении в сечении S' образа групп смежных пикселов, содержащих пробы, и разметке (помечании) каждой из этих групп;

- в размещении на каждом пикселе сечения S образа пометки, данной группы пикселов, к которой он отнесен в сечении S' образа, и дисплегировании помеченного сечения S образа.

Согласно другой характерной черте, расчет кривой непрерывности Ci, идущей поперечно вертикальному размеру сечения S образа в данном пикселе i, состоит в следующем:

- в расчете градиентов интенсивности света (освещенности) для всех пикселов в окружности Vi пиксела i;

- в расчете местного градиента Gi, исходя из замеров градиента в окружности Vi, и указании градиента Gi для пиксела i;

- в поперечном движении от пиксела к пикселу, начиная с пиксела i, вплоть до вертикальных боковых границ сечения S образа в обоих направлениях, указанных градиентом Gi и его обратным дополнением - Gi посредством итерационного повторения двух предыдущих операций.

Настоящее изобретение может также применяться к трехразмерным блокам сейсмических образов. Поэтому предметом изобретения является также способ хроностратиграфической интерпретации блока В сейсмического образа, включающего два горизонтальных размера, а именно ширину и глубину, и вертикальный размер или высоту в направлении подпочвы и, состоящего из колонок пикселов, который состоит в следующем:

- в определении блока N, идентичного по величине блоку В образа и состоящего из элементов, каждый из которых связан с пикселом блока В образа и изначально имеет нулевое значение;

- в расчете для каждого пиксела i блока В образа поверхности непрерывности Si, проходящей через упомянутый пиксел и идущей поперечно вертикальному размеру блока В образа;

- в увеличении элементов блока N на единицу всякий раз, когда пиксел, с которым он связан в блоке В образа, пересекается поверхностью Si;

при этом данный способ отличается тем, что он состоит далее в следующем:

- в построении для каждой колонки С блока N гистограммы Нс, состоящей из такого числа классов, сколько имеется элементов в данной колонке С;

причем каждый класс соответствует одному элементу колонки С и содержит число проб, равное величине, накопленной в соответствующем элементе блока N, а эта величина равна числу поверхностей, проходящих через пиксел, связанный с этим элементом; при этом общее число проб, распределенных в гистограмме, построенной для каждой колонки, равно общему числу пикселов в блоке В образа;

- в выравнивании каждой гистограммы Нс с целью получения выравненной гистограммы Нс';

- в определении (очерчивании) пустого блока В' образа, ширина и глубина которого в пикселах идентична ширине и глубине в пикселах блока В образа, а высота которого в пикселах равна числу классов в гистограмме Нс';

- в указании распределения, определяемого выравненной гистограммой Нс' для каждой колонки с' блока В' образа, посредством размещения в каждом элементе колонки с' содержания, связанного с ним класса Нс';

- в выделении в блоке В' образа групп смежных пикселов, содержащих пробы, и нанесении меток на каждую из этих групп;

- в размещении на каждом пикселе блока В образа метки, данной группе пикселов, к которой он причислен в блоке В' образа, и в дисплегировании помеченного блока В образа.

Согласно другой характерной черте изобретения, расчет поверхности непрерывности Si, поперечной вертикальному размеру блока В образа в данном пикселе i, состоит в следующем:

- в вычислении градиентов световой интенсивности для всех пикселов, включенных в окрестность каждого пиксела колонки пикселов Ki;

- в осуществлении для каждого пиксела колонки Ki анализа главных компонентов на градиентах, вычисленных в окрестности Vi пиксела i, с целью определения пары векторов направления, направленных вдоль плоскости, касательной к поверхности Si в пикселе i колонки Ki;

- в соосном (концентрическом) продвижении от колонки к колонке, начиная с колонки Ki, вплоть до вертикальных боковых границ блока В образа посредством итерационного повторения двух предыдущих операций.

ФИГУРЫ

Фигуры 1а и 1в представляют в разных масштабах одно и то же сечение сейсмического образа до применения способа согласно изобретению;

Фигура 2а представляет кривую непрерывности, связанную с пикселом сечения сейсмического образа;

Фигура 2в представляет вид всех кривых непрерывности;

Фигура 3а представляет гистограмму, связанную с вертикалью фигуры 2в;

Фигура 3в показывает ту же гистограмму в выровненном виде;

Фигура 4 представляет выровненное сечение образа, называемое хроностратиграфическим сечением образа;

Фигура 5а представляет раздвоенное выровненное сечение;

Фигура 5в показывает то же сечение с метками;

Фигура 6 представляет помеченное сечение сейсмического образа после применения способа согласно изобретению.

ПОЛНОЕ ОПИСАНИЕ

Способ, согласно изобретению, представляет собой способ автоматической хроностратиграфической интерпретации сечения сейсмического образа. Ниже, со ссылками на фигуры, раскрывается методика осуществления данного способа.

На фигуре 1а представлено сечение S сейсмического образа. Это сечение названо сейсмическим, так как оно представляет собой картину подпочвы, возникшую в результате сейсмической исследовательской съемки. Сечение S образа имеет два размера. Его горизонтальная протяженность ограничена по горизонтальной оси, а вертикальная - по вертикальной оси в направлении подпочвы. Сечение образа S состоит из пикселов, равномерно размещенных по горизонтальной оси и по вертикальной оси. В частности, сечение S образа содержит колонки пикселов в таком числе, которое равно частному от деления горизонтального протяжения на горизонтальный масштаб, а число пикселов в каждой колонке равно частному от деления вертикального протяжения на вертикальный масштаб (единицу масштаба). В частности, вертикальная черная линия 10 на фигуре 1а представляет колонку пикселов, являющуюся основанием для последующих фигур в описании способа.

Для осуществления способа согласно изобретению выделяют матрицу М, идентичную по величине сечению S образа. Число рядов в матрице М равно числу пикселов в колонке сечения S образа, а число колонок в матрице М, равное числу колонок в сечении S образа, равно числу пикселов в строке этого сечения образа. Таким образом матрица М состоит из стольких элементов, сколько имеется пикселов в сечении S образа, и каждый элемент связан с пикселом сечения S образа. Все элементы матрицы М выражаются целыми числами и вначале имеют нулевое значение.

Для каждого пиксела i сечения S образа рассчитывают кривую непрерывности Ci, проходящую через этот пиксел поперечно вертикальному размеру сечения S образа. Расчет этой кривой Ci включает вычисление локального градиента Gi световой интенсивности у пиксела i.

Световая интенсивность, связанная с пикселом, определяется как представление на палитре, например, на палитре серых тонов (уровней) сейсмического свойства, например, амплитуды сейсмического сигнала, при условиях, принятых в примере, большая амплитуда образуется светлым пикселом, а низкая амплитуда - темным пикселом. Далее можно вычислить градиент световой интенсивности Gi между пикселом i и соседними пикселами, причем этот градиент на деле явится градиентом соответствующего сейсмического свойства. Градиент Gi включает горизонтальный компонент и вертикальный компонент и определяется, в частности, анализом главных компонентов, примененным ко всем градиентам, вычисленным по всем пикселам, включенным в окрестность Vi пиксела i. Окрестность Vi определяется окном с центром в пикселе i, предпочтительно окном размером 7 пикселей ×7 пикселей.

Главное направление протяженности (вытянутости) пучка замеров градиентов в окрестности Vi, заданное направлением первой оси инерции дает возможность определить местное направление градиента Gi, которое приписывается пикселу i.

На фигуре 2а показана кривая непрерывности Ci, связанная с пикселом i.

Кривая Ci названа кривой непрерывности, так как она идет внутри образа от пиксела i к пикселам, обнаруживающим характеристики, сходные с пикселом i. Кривая Ci идет поперечно вертикальному размеру сечения S образа, как показано на фигуре 1в, в том же масштабе, что и на фигуре 2а, на которой можно различить горизонт, синтезированный кривой Ci. Кривая Ci получена продвижением от пиксела к пикселу в последовательных направлениях, определяемых последовательными градиентами Gi, вычисляемыми непрерывно, и их обратными дополнениями - Gi. Вследствие этого величина производной кривой непрерывности Ci в каждой пиксельной точке, из которых она состоит, является величиной локальных градиентов, вычисленных в этих пикселах.

Всякий раз, когда кривая непрерывности Ci проходит через пиксел i, элемент матрицы М, соответствующий пикселу i, увеличивается на одну единицу.

Элементы матрицы М являются как бы счетчиками, связанными с пикселами сечения S образа.

На фигуре 2в показан вид всех поперечных кривых непрерывности. Чем круче диаграмма поперечных кривых, тем больше число наложенных поперечных кривых. В частности, если сечение S образа отображает, например, величину амплитуды сейсмического сигнала, то кривая Ci, начинающаяся в пикселе i, дает непрерывность амплитуды по сечению S образа на основе сходства с амплитудой, наблюдаемой в пикселе i. Если величина амплитуды в пикселе i очень велика, то кривая, проходящая от пиксела i в образе будет следовать за геологической разметкой.

Когда насчитаны все кривые непрерывности, в элементах матрицы М содержатся результаты расчета кривых непрерывности, проходящих через каждый пиксел сечения S образа, в строгом соответствии со связью элемент-пиксел. Именно содержание матрицы М отображено на фигуре 2в.

Для каждой колонки матрицы М, соответствующей колонке пикселов, взятых из образа, представленного на фигуре 2в, строится гистограмма Нс, подобная представленной на фигуре 3а, связанная с колонкой С, отмеченной вертикальной черной чертой на фигуре 2в. Эта гистограмма состоит из такого числа классов, которое равно числу пикселов в данной колонке С. Каждый класс гистограммы связан с элементом в колонке матрицы М, который соответствует пикселу в соответствующей колонке пикселов сечения S образа; чем больше число кривых непрерывности, проходящих через этот пиксел, тем полнее соответствующий класс Нс. Соответственно гистограмма Нс фигуры 3 показывает распределение кривых непрерывности по вертикали 10, схематически изображенных на сечении S образа, причем это распределение точно соответствует колонке матрицы М, связанной с сечением S образа.

Число проб, содержащихся в классах разных гистограмм, связанных с разными колонками, изменяется от минимума до максимума, которые являются целыми положительными числами. Минимум один, так как всегда имеется, по крайней мере, одна кривая непрерывности, проходящая через каждый пиксел.

Максимум изменяется, но он ограничен общим числом кривых непрерывности, которое есть не что иное, как общее число пикселов сечения S образа.

Затем алгоритм выравнивания применяется к каждой гистограмме Нс с целью получения соответствующих выровненных гистограмм Нс'. Для осуществления этого можно, например, использовать алгоритм, описанный в работе Р.Гонсалеса и Р.Вудса "Цифровая обработка образов" (1992 г., опубликована издательством Эддисон-Весли), либо работу Ж-П.Кокере и С.Филиппа "Анализ образов: фильтрация и сегментация" (1995 г., опубликована издательством Массон). При применении алгоритма выравнивания к гистограмме фигуры За происходит перераспределение размещенного содержания согласно новому распределению, представленному на гистограмме Нс' фигуры 3в. Алгоритм выравнивания гистограммы, первая цель которого состоит в том, чтобы повысить контрастность изображения, имеет в данном случае цель перераспределения размещенного содержания посредством разбивки его на большее число классов с более равномерным распределением.

Число классов выровненной гистограммы Нс' равно числу классов гистограммы Нс, умноженному на показатель расширения, зависящий от желательной разрешающей способности (желательной степени разложения).

При осуществлении способа, согласно изобретению, выделяют (отграничивают) новое сечение S' образа, ширина которого в пикселах идентична ширине сечения S образа, а высота в пикселах равна числу классов гистограммы Нс'. Изначально сечение S образа пусто, т.е. все пикселы представляются черными.

Новый образ строится в сечении S' образа на основе всех выровненных гистограмм посредством указания распределения, определяемого соответствующей выравненной гистограммой для каждой колонки сечения S' образа. Для осуществления этого вновь распределенные по классам выровненных гистограмм пробы (образцы) используются при вычислении световой интенсивности для каждого пиксела, связанного с каждым классом. Световая интенсивность пиксела в сечении S' образа, например в палитре серых тонов, зависит от числа проб, содержащихся в классе, связанном с этим пикселом. Таким образом световая интенсивность пиксела будет равна нулю и пиксел в сечении S' образа предстанет черным, если в классе, связанном с этим пикселом, нет пробы. Аналогично световая интенсивность не будет равна нулю и пиксел предстанет серым (светлей или темней), если связанный с ним класс содержит большее или меньшее число проб.

Важно отметить, что упорядоченное содержание - одно и то же для всех гистограмм, выровнены они или нет. Каждая гистограмма показывает разное распределение, но сумма содержимого всех классов идентична для всех гистограмм. Именно этот инвариант дает возможность рассматривать сечение S' образа в качестве хроностратиграфического сечения образа, т.е. подчеркиваемые им границы рассматриваются как изохроны в геологическом смысле.

На фигуре 4 показано хроностратиграфическое сечение S' образа, построенное исходя из выровненных гистограмм. Осуществленное тут преобразование дает возможность перейти от глубинной геофизической вертикальной шкалы в метрах или миллисекундах к шкале геологического времени, проградуированной в миллионах лет. В частности, можно отметить вертикальную линию 11, выделяющую на фигуре 4 колонку пикселов, изначально выбранную на фигуре 1а.

Затем хроностратиграфическое сечение S' образа раздваивается посредством размещения единицы в каждом пикселе, содержащем отличную от нуля величину, и посредством сохранения нулевой величины в каждом, не содержащем информации пикселе. В раздвоенном образе, показанном на фигуре 5а, белые области видны на черном фоне. Белые области (зоны) означают, что тут пикселы содержат хотя бы некоторую сейсмическую информацию, в то время, как черный фон указывает на отсутствие информации, т.е. что в связанных с пикселами классах выровненных гистограмм нет проб. С геологической точки зрения черный фон указывает на периоды провалов (зазоров), или периоды эрозии, так как в периоды, обозначенные черными сегментами, наблюдаемыми по вертикали хроностратиграфического сечения S' образа, нет отложения осаждений.

Раздвоенный образ размечается посредством размещения в соответствующих белых областях совсем других значков или красок, так что в двух отдельных белых областях (зонах) никогда не имеется одних и тех же значков или одного цвета окраски. На фигуре 5в показан результат разметки раздвоенного образа сечения фигуры 5а.

В заключение с каждой колонкой сечения образа фигуры 5в осуществляется преобразование, обратное выравниванию гистограммы, а именно пробы, упорядоченные посредством выровненной гистограммы, возвращаются в исходный класс первоначальной гистограммы.

Первоначальное поперечное сечение реконструируется приданием каждому пикселу того цвета, который был ему приписан при разметке. Результат обратного преобразования показан на фигуре 6, Помеченные области (обозначены цифрами от 12 до 15) на фигуре 5в соответствуют областям с теми же номерами на фигуре 6. В частности, на фигуре 5в можно заметить, что область 12 почти подразделена на зоны 12 и 12', но так как они связаны маленьким перешейком W, у них остается та же маркировка. На фигуре 6 также можно перейти от зоны 12 к зоне 12', так как их разделение прерывается перешейком W.

Фигура 6 очень близка первоначальному геологическому сечению области одной и той же маркировки (модели разметки), т.е. зонам относительно регулярного однородного отложения осаждений. Две соприкасающиеся зоны с разной маркировкой указывают на изменение геологической формации, т.е. на новый режим осаждения, такой, как например, создается при переходе от трансгрессивных явлений к регрессивным. Более того при распознавании геологических пометок, содержащихся в помеченном сечении образа, показанного на фигуре 6, можно надежным образом датировать в пространстве все наблюдаемые геологические события.

Способ в целом, согласно изобретению, также применим в трехразмерном пространстве - в блоке сейсмического образа. Блок сейсмического образа определяется двумя горизонтальными осями и вертикальной осью в направлении подпочвы. При этом применении способа поверхности непрерывности, идущие поперечно вертикальному размеру блока образа, являются аналогами кривых непрерывности, поперечных вертикальному размеру сечения образа и лишь этап расчета этих поверхностей при применении способа отличается от вышеприведенного.

Для определения поверхностей непрерывности блока образа, проходящих через все пикселы блока образа, последовательно сканируются все колонки блока образа. Для выбранной колонки Ki блока образа определяются одновременно все плоскости, касательные к поверхностям непрерывности в каждом пикселе, входящем в колонку Ki. Для осуществления этого сначала вычисляют местный градиент световой интенсивности Gi у каждого пиксела колонки Ki в окрестности Vi данного пиксела; окрестность Vi в данном случае представляет собой кубик 7×7×7 пикселов. Градиенты являются векторами, имеющими три компоненты вдоль трех размеров блока образа. В каждом пикселе i колонки Ki они определяются анализом главных компонентов, применяемым ко всем градиентам, вычисленным у всех пикселов, входящих в окрестность Vi пиксела i. Анализ трехразмерных главных компонент градиентов, вычисленных в окрестности Vi пиксела i, приводит к определению трех ортогональных векторов, а именно, главного вектора Fi 1, связанного с первой осью инерции, определяющего линию наибольшего наклона плоскости, касающейся пиксела i, главного вектора Fi 2, связанного со второй осью инерции, перпендикулярной предыдущей оси, и, направленного вдоль плоскости, касающейся пиксела i, и главного вектора Fi 3, связанного с третьей осью инерции, перпендикулярной плоскости, касающейся пиксела i. Пара векторов направления (Fi 1, Fi 2), идущих вдоль плоскости, касательно к искомой поверхности непрерывности и проходящих через этот пиксел, получена таким образом для каждого пиксела i колонки Ki.

Вышеописанная процедура итерационно повторяется при продвижении анализа главных компонентов концентрически от колонки к колонке, начиная с колонки Ki вплоть до вертикальных боковых границ блока образа.