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34.Petrel蚂蚁体介绍及参数设置

1)什么是蚂蚁体?

蚂蚁体是Petrel所独有的为了更好突出显示断层、裂缝等地震数据体中不连续部分的一种地震属性体。之所以称为蚂蚁,是由于在Petrel地震数据中探测不连续的断层或者裂缝时,采取类似蚂蚁系统的追踪方法来进行追踪断层或者裂缝。蚂蚁体在突出显示断层或者裂缝方面具有较好的作用。

2)蚂蚁体工作流程

主要分为四步,如图1.59 -1所示: (1)地震数据处理;(2)边界探测 ;(3)边界增强;(4)断层提取。

3)地震数据处理

主要有中值滤波(Median Filtering),构造平滑(Structural Smooth),高斯空间滤波(Gaussian Spatial Filtering),带通滤波(Bandpass Filtering)等方法。应用这些方法目的都是为了去除原始地震数据中的随机噪声,从而可以增强地震同相轴的横向连续性,同时将断层等边界部位良好的保存下来。这几种方法是对地震数据突出断层显示的良好处理。

(1)中值滤波(Median)

中值滤波是一种能够很好的保存断层等边界特征的地震属性,对去除高振幅的随机噪声效果比较好(对处理椒盐噪声效果也比较好)。

因此中值滤波经常用于保留断层等边界特征,并对边界之间进行平滑的属性。

一般中值属性滤除的主要为快速变化的信号,这些快速变化的信号可能会对杂乱属性的提取如混沌体和振幅对比体的提取产生一些无效的效应。

中值滤波的提取主要有三个参数,分别为在三个方向上的滤波窗口的大小,一般可以应用采样点数来定义滤波的窗口大小。算法在计算时迭代计算输入数据体,对于每个采样点,收集其滤波窗口范围内的临近点并输出其中值。

注意:中值滤波并不适用于地震数据的滤波,因为可以导致一些高频的噪声(例如陡峭的边界),而这些高频噪声在带宽有限的数据中是不存在的。不过中值滤波对压制随机噪声是非常有效的。

(2)构造平滑是对地震数据信号的平滑处理,从而能够增强地震同相轴的连续性。其主要的组成部分倾角和方位角的计算可以用来确定局部构造。然后会沿着构造的方向来进行高斯平滑。

Dip Guiding:决定平滑的方向是否沿着构造的方向

不勾选:进行常规的三维高斯平滑

勾选:沿着构造的方向进行高斯平滑

Edge Enhancement:是否突出显示边界的选项

Filter Size(滤波窗口大小):控制用于估计构造平滑的横向地震道数和纵向采样点数。其值为高斯滤波的标准差。设定的值越大,横向上地震道数和垂向上采样点数会越多。根据其设定原理,一般其影响范围为以其位置为中心两侧的两倍的地震道数。如值设定为1.5时,两侧会各有3道参与运算,总共7道参与实际运算。

此外,构造平滑体对于水平亮点的成像显示也非常有效。运用不带倾角校正的构造平滑体,一些水平特征如流体界面可以突出显示出来。

(3)高斯空间滤波(Gaussian Spatial Filtering)

高斯滤波实质上是一种信号的滤波器,高斯滤波高斯滤波其用途是信号的平滑处理,我们知道数字图像用于后期应用,其噪声是最大的问题,由于误差会累计传递等原因,很多图像处理教材会在很早的时候介绍Gauss滤波器,用于得到信噪比SNR较高的图像(反应真实信号)。与此相关的有Gauss-Lapplace变换,其实就是为了得到较好的图像边缘,先对图像做Gauss平滑滤波,剔除噪声,然后求二阶导矢,用二阶导的过零点确定边缘,在计算时也是频域乘积=>空域卷积。

滤波器就是建立的一个数学模型,通过这个模型来将图像数据进行能量转化,能量低的就排除掉,噪声就是属于低能量部分。

由于高斯函数的傅立叶变换仍是高斯函数, 因此高斯函数能构成一个在频域具有平滑性能的低通滤波器。可以通过在频域做乘积来实现高斯滤波。均值滤波是对信号进行局部平均, 以平均值来代表该像素点的灰度值。矩形滤波器(Averaging Box Filter)对这个二维矢量的每一个分量进行独立的平滑处理。通过计算和转化 ,得到一幅单位矢量图。这个 512×512的矢量图被划分成一个 8×8的小区域 ,再在每一个小区域中 ,统计这个区域内的主要方向 ,亦即将对该区域内点方向数进行统计,最多的方向作为区域的主方向。于是就得到了一个新的64×64的矢量图。这个新的矢量图还可以采用一个 3×3模板进行进一步的平滑。

(4)带通滤波(Bandpass filtering)

对地球物理信号进行处理的过程中,滤去高、低频信号,保留中频信号的滤波方法叫带通滤波。

4)边界探测

(1)混沌体(Chaos)

地震数据体中的混沌信号是测量缺少倾角和方位角组织结构的一种估计方法。混沌体可以受天然气运移路径、盐体侵入等的影响,用来将杂乱的信号特征进行分类。混沌体其属性值介于0-1之间。SigmaX, SigmaY and SigmaZ:XYZ方向上的sigma值是用来计算地震数据杂乱程度的窗口大小,其值越大,结果越平滑。

混沌体可以用来进行断层、裂缝成像,和地震杂乱特征的分类。同时混沌体可以反映一些局部地质特征,由于其可能会受到天然气运移路径,盐体侵入,礁相构造,河道充填等的影响。

(2)方差体(Variance)

在地震信号中估算局部方差的法。可以应用垂向平滑进行去噪处理,对于边界探测非常有用。滤波长度(Inline Crossline范围):滤波长度控制着水平方向上用来估算方差的地震道数,其值越大,地震道数越多,一般情况下,Inline和Crossline方向上的滤波长度设定为同样值。最大值11,最小值1,默认值3。

垂向平滑(毫秒):垂向平滑控制了进行水方差计算的上连通程度。大值(大于80ms)可以有效减少噪声,但是同时对于边界清晰度的涂抹较为严重。其最优长根据数和目标体的不同而不同,但一般32-64ms是一个比较理想的起始值 。最小0,最大值200,默认值15。

倾角校正:方向性参数可以添加到差体的计算当中。这应用主成分分析功能(PCA),而其主成分为倾角估计方法。其值越大,结果平滑。最小值0,最大值5,默认值1.5。

平面可信度控制:倾角度到的算法会沿着某一平面计算方法,并估其相应的倾角的可信度,计算出来的可信度高于所设定值地方应用倾角督导,低标设定值的地方应用标准的水平方向方差计算方法。

方差体可以用于探测边界,例如水平向上同相轴振幅的不连续性。如果应用短计算窗口,方差体对于一些地层沉积特征具有良好反映,例如礁相、河道、决口扇等。应用倾角督导的方差体探测断层比较明显,而非倾角督导的方差对于地沉积特征(如河道)反映则好。

(3)倾角偏差(Dip Deviation)

用来追踪沿着某一方向的信号的快速变化,使边界或者尖灭等可视化。截断角度(Threshold angle)这个参数会删除计算出来小于截断角度的倾角偏差。它能够增强显示大的偏差。例如在据中遇到断层距显示。最小值0,最大值90 ,默认值0。倾角偏差属性对于处理消极大陆边缘的塑性岩石比较有效,在那些地方断层的下降盘可以看到明显倾角。

(4)蚂蚁体(AntTrack)

蚂蚁体在初始时会使用代理(蚂蚁)来去设定相应的搜索范围与方向,代理会沿着所设定的方向去估算断层,代理(蚂蚁)其在估算断层的时候其最大偏差为搜索方向的15%。

消极蚂蚁(Passive Ant):是一种保守的估计断层方法,只会沿着信号较强的方向进行估计,对于区域断层估计比较有效。

积极蚂蚁(Aggressive Ant):允许蚂蚁以更加灵活的方式去探测断层,对于探测主要大断层和小断层比较有效。

对于蚂蚁体有以下几个参数需要设定。

A. Initial ant boundary (number of voxels)

B. Ant track deviation

C. Ant step size (number of voxels)

D. Illegal steps allowed

E. Legal steps required

F. Stop criteria

Initial ant boundary(number of voxels)初始边界

初始边界是确定蚂蚁分布的参数,决了每只蚂蚁的搜索半径。此参数决定着蚂蚁体提取的计算时间,由于其值决定了地震数据体中的蚂蚁分布量。

如果只是为了在蚂蚁体中探测区域大断层,可以将此参数设定的相对大一些(5-7个像素),如果想在蚂蚁体中提取更加小的断层或裂缝,则建议将其值设定较小一些(3-4个像素)。

一般来讲,将此参数设定为小于3个像素,并不能给提取的蚂蚁体增加更详细信息。

初始半径其值以像素来定义,如果蚂蚁在搜索半径内搜索不到局部最大或者在搜索半径内做出沿着某一方向搜索,则蚂蚁会被消灭。

最小值:1

最大值:30

默认值:消极为7,积极为5

Ant track deviation蚂蚁追踪偏差

蚂蚁追踪偏差控制着蚂蚁在追踪过程中偏离局部最大的程度,蚂蚁在追踪过程会假设为一平面,其偏差最大为偏离其初始方向15度。

这种方法允许蚂蚁可以接受下一步在其预测位置的两侧任意一侧一个像素的局部最大位置。如果局部最大在蚂蚁的步长范围之外,那么其蚂蚁追踪参数则会起作用。

如果局部最大偏离蚂蚁搜索的平面较大,则蚂蚁不能够追踪到他们。因此,其参数会允许蚂蚁偏离局部最大。从而可以使得蚂蚁沿着构造的方向追踪更长距离。

值为1时允许蚂蚁在其有效步长范围内偏离一个像素来去搜索局部最大。如果局部最大没有找到,则认为蚂蚁的搜索为无效的步长。如果搜索到局部最大,离局部最大最近的位置则认为为有效的步长。

蚂蚁追踪偏差其参数控制着蚂蚁在有效步长范围内能够找到局部最大值搜索偏离可能的像素数。 如果能找到其最大值,则其最近的有效步长则会应用。

最小值0,最大值3,默认值2。

Ant step size (number of voxels)蚂蚁步长(以像素数为标准)

这个参数定义了蚂蚁在每次搜索的时候每次步长搜索的像素数。这个参数越大,则蚂蚁搜索的距离越远,但是这会导致结果的精度下降。

最小值:2;最大值:10;默认值:3

这个参数决定了蚂蚁在一步搜索时能够在多远范围内搜索局部最大。

Illegal steps allowed允许的无效步长

允许的无效步长定义了蚂蚁在找不到边界值(断层)时其能够继续追踪距离(以数来丈量)。可以接受的边界值(断层)意味着找到局部最大。

例如,蚂蚁目前在一有效的位置上,但是其前方一个步长内并没找到局部最大,这在搜索搜索过程中记为一个无效步长。应用之前定义的初始搜索方向,蚂蚁会继续往下搜索下一个步长,如果还没有找到局部最大,则记为第二个无效步长。如果这时允许的步长数设置为1,那么蚂蚁会停止沿着当前方向的搜索。如果找到了有效的局部最大,则蚂蚁会记录这时路径,此路径包括有效的位置(局部最大)和无效的位置。无效的步长只当有效的步长记录完毕之后才会计算出来。

允许的无效步长决定了蚂蚁如果没有知道局部最大时可以继续搜索距离(以步长数计)。

最小值:0;最大值:3;默认值:消极的蚂蚁为1,积极的蚂蚁为2;

Legal steps required需要的有效步长数

需要的有效步长数控制了如何将搜索到连续断层与无方向噪声所区分开。此参一般允许的无效步长数一起使用。

此参数可以表达为包含有效断层边界值的步长个数。

例如,在蚂蚁前方搜索到一个有效的断层边界,此时记为1个有效步长,如果蚂蚁继续往前,并遇到了另外一个有效的断层边界,此时记为第2个有效步长。如果此时将参数定义为2,则蚂蚁追踪会认为这是有效的并将其记录下来。如果此时参数设置为3,而蚂蚁在其前方并没有找到效的断层边界,此时蚂蚁总共找到了两个有效步长,因次此次搜索追踪认为其不是一条断层,因此在输出的结果中也不会记录。

有效的步长数这个参数定义了蚂蚁可以继续搜索追踪的含有有效断层边界的步长的个数。

Stop criteria停止标准

停止标准是指在蚂蚁的整个搜索生命(搜索空间)中无效步长所占百分比。

当蚂蚁在搜索追踪过程中记录有效步长和无效步长的个数逐渐增多,并且无效步长的个数距离达到蚂蚁搜索范围的一定比例时,我们就不能够确定所搜索追踪出来的结果是不是一条有效的断层,因此我们设定此停止标准比例来停止此次搜索追踪。

蚂蚁的搜索停止标准可以使蚂蚁在其无效步长在总路径中的个数超出预定的百分比时搜索停止。如果在此平面范围内断层有效的像素数所占的比例超过了停止标准,则蚂蚁沿着那个方向的搜索会停止。

最小值:0;最大值:50 ;默认值:消极的蚂蚁为5,积极的蚂蚁为10。

Stereonet Tab

应用此工具,我们可以限制允许蚂蚁沿着那个方位角和倾去搜索断层。这个工具可以控制生成不同方向上的断裂系统,从而使不同的断裂系统更加快捷去解释。

在其窗口中选中的部分为蚂蚁所不搜索追踪的部分,你可以控制蚂蚁搜索的方向与断层倾角。如果将窗口中部分选定为灰色,则灰色倾向和倾角方位的断层不会被记录,不管断层在数据体中是否实际存在。

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