陳俊，程金星 （中石化江蘇油田分公司物探技術研究院，江蘇 南京210046）

傳統(tǒng)的沉積相分析研究方法是根據(jù)已鉆井的巖性、電性資料建立單井相，再由多口井的單井相外推到平面沉積相進行分析，以發(fā)現(xiàn)砂巖發(fā)育區(qū)域。該方法適合井多地區(qū)的精細勘探，而對于以尋找單砂體為目標的深凹區(qū)域隱蔽油氣藏的勘探，通常由于目的層相關鉆井資料缺乏或不足，其分析精度明顯下降，不能滿足勘探要求，需要運用地震屬性提取與分析技術提高沉積相分析效果。但在實際運用中普遍存在困難：地震屬性類型多，彼此存在地震相特征差異；單一屬性地震相特征信息量少，解釋存在多解性；多屬性聯(lián)合解釋既需要找出共有特征，又需要區(qū)分彼此特征差異，不僅工作量大，而且解釋很難統(tǒng)一。如何從眾多的地震屬性中快速而有效地提煉出地震相特征成為研究的熱點問題。Guo等[1]將主成分分析 （PCA）技術和RGB（紅 （R）、綠 （G）、藍 （B））顏色融合技術聯(lián)合應用于譜分解數(shù)據(jù)，提高了譜分解數(shù)據(jù)對河道的識別能力；Liu等[2]提出一種根據(jù)自定義頻潛范圍，對譜分解后的不同頻率數(shù)據(jù)體，采用基于余弦函數(shù)變換的RGB顏色融合技術。由于RGB顏色空間的R、G、B三基色彼此耦合，任一分量的改變都會改變光譜信息，給圖像處理帶來困難。此外，R、G、B三基色構成的RGB顏色空間不符合人們對顏色的理解和認識習慣。通常人們對顏色的認識基于顏色的3個特征：明度 （I）、色度（H）、飽和度 （S），其中H決定光譜的主波長，是光譜在質的方面的區(qū)別；S表征光譜的主波長在明度中的比例；I表示光譜的亮度大小。在IHS色彩空間中，I、H、S三者相互獨立，光譜信息主要體現(xiàn)在H和S上，從視覺特點上分析，I的改變對光譜信息影響較小，因此在IHS色彩空間對圖像處理較為方便。為此，筆者在前人研究的基礎上，把計算機圖像處理的RGB－IHS變換引入到地震屬性融合處理中，給出了相應的地震屬性融合算法。同時，為了提高融合效果，采用二維傅里葉變換濾波技術提高圖像信噪比，利用地層切片技術解決層間地震屬性提取的地質時間非一致性問題，建立了地震屬性融合的具體實現(xiàn)方法。

1 技術方法

地震屬性融合方法步驟主要包括：①敏感地震屬性類型選擇；②利用地層切片技術提取地震屬性；③提高地震屬性切片信噪比；④地震屬性融合處理。

1.1 敏感地震屬性類型選擇

地震屬性是地震波傳播介質的幾何形態(tài)、幾何結構、巖性、物性、充填流體性質變化對地震波產生影響并記錄其中的信息，是從地震疊前或疊后數(shù)據(jù)中經(jīng)過數(shù)學計算得到的有關地震波幾何學、運動學、動力學或統(tǒng)計學特征的特殊測量值。至今，地震屬性種類不少于200種，不同工區(qū)和不同儲層對所預測對象敏感的地震屬性是不完全相同的，即使在同一工區(qū)、同一儲層，預測對象不同，對應的敏感地震屬性也是有差異的[3]。對于給定的研究區(qū)域，需要篩選出一組敏感的地震屬性，其方法是：①依據(jù)地震屬性不同類型的數(shù)學物理學意義及地質應用進行類型選擇 （如構造解釋類、儲層描述類、流體識別類[4]）；②在類型確定的情況下，根據(jù)以往應用經(jīng)驗選取一組敏感屬性；③在類型確定的情況下，進行測試選擇，即根據(jù)已知地震、鉆井和測井資料的標定結果選取一組敏感屬性。地震屬性選擇遵循的一般原則是：①盡量選擇物理含義清晰的地震屬性；②避免同時選擇物理含義相近的地震屬性；③盡量避免選擇沒有經(jīng)過數(shù)據(jù)影射變換而只是通過簡單數(shù)學計算得到的地震屬性。

1.2 地層切片技術

地震切片是地震屬性提取與分析的手段，主要類型包括：時間切片、沿層切片、等比例切片和地層切片。時間切片及沿層切片分別受地層傾角及厚度橫向變化的影響，所切出的數(shù)據(jù)不是來自相同地質年代。等比例切片是在2個界面之間等比例內插一系列層位，沿這些內插出的層位，按固定時窗長度逐一生成切片，當時窗厚度大于地層厚度時會引起時窗穿層，即出現(xiàn) “穿時”現(xiàn)象。地層切片是結合以上3種切片的特點，以2個等時層序界面為頂、底，按照地層接觸關系等比例內插一系列的層位，用相鄰2個層位控制時窗長度并逐一生成切片[5，6]。地層切片不僅解決了 “穿時”問題，而且考慮了沉積速率隨平面位置的變化，比前3種切片更加合理，更接近于等時沉積界面。實際應用方法是：①選擇2個地質時間相同的層序界面，厚度不宜太大；②根據(jù)地層接觸關系生成內插模型，接觸關系包括平行頂?shù)住⑾鹘?、超覆、河道、斷層等；③根?jù)層序厚度等比例插出一系列的層位，沿這些內插出的層位變時窗逐一生成切片。

由于層序界面解釋通常是沿同相軸波峰追蹤，地層切片體數(shù)據(jù)不是來自指定的地質層位范圍，需要進行90°相移，即：

式中：x、y為平面坐標，m；t為時間坐標，ms；φ是相位，（°）；D （x，y，t）、U （x，y，t）分別表示為90°相移前、后的地層切片體；H []為希爾伯特變換。

1.3 地震屬性切片去噪

地震屬性切片是一種二維圖像，現(xiàn)有的圖像去噪方法很多，主要有頻域和空間域去噪2類，其中二維傅里葉變換法是常用的去噪方法。假設地震屬性切片為f （x，y），則有二維正反傅里葉變換為：

式中：μ、η分別是對應x、y的波數(shù)，m－1；F （μ，η）為f （x，y）的二維頻譜。作二維高頻切除可壓制圖像中的高頻噪聲。實際運用往往采用二維快速傅里葉算法。

1.4 多屬性融合成像技術

由于單屬性反映的地層信息相對單一，且存在多解性，而多屬性逐一解釋既要抽取彼此的 “共性”，又要找出彼此的 “個性”，不僅工作量大，而且難以得到一個綜合或統(tǒng)一的解釋結果。多屬性融合成像技術可有效解決這些問題，它是借助計算機圖形的RBG顏色空間和IHS色彩空間的相互映射，即通過RGB－IHS正變換和反變換來實現(xiàn)的。

1.4.1 RGB顏色空間

如圖1所示，RGB顏色空間是一個三維坐標系統(tǒng)，紅、綠、藍分別為3個坐標軸，坐標值的大小表示相應顏色的亮度，取值范圍為0～255，表示每種顏色的取值有256種，按256×256×256計算，RGB顏色空間有16777216種顏色。在坐標原點上，任一基色均沒有亮度，即原點為黑色，三基色都達到最高亮度時則表現(xiàn)為白色。亮度較低的等量三基色產生灰色的影調，立方體對角線稱為灰色軸。存放每種顏色信息的地方稱為通道，其中R、G、B的3個通道分別存儲紅色、綠色和藍色的信息，每個通道是以灰度圖的形式來顯示圖像的。由于人眼對彩色的變化遠比對灰度的變化敏感，而且在RGB顏色空間，R、G、B三基色相互耦合，通過三通道灰度值的改變很難按照人們的感知習慣指定顏色，所以計算機很難用三基色進行定量的彩色計算和彩色圖像處理。

1.4.2 IHS色彩空間

圖1 RGB顏色體空間

圖2 IHS色彩體空間

明 度 （I）、 色 度（H）、飽和度 （S）是人的色彩感覺三元素，明度是指彩色光的強度，對人眼的感覺就是彩色光的亮度；色度為色調，它是區(qū)分不同彩色的特征，以光波長為基礎；飽和度反映了彩色的濃淡，即表示彩色光中純光譜波長被白光沖淡的程度。如圖2所示，IHS色彩空間是一個柱形坐標系統(tǒng)，I、H、S分別為高度、方位角和徑向距離：I沿軸線從底部的黑變到頂部的白；H和S為在垂直于I的平面上的一對極坐標；H由角度表示，規(guī)定0°為紅色，120°為綠色，240°為藍色，則0～240°覆蓋了所有可見光譜的彩色；S是色度環(huán)的原點 （圓心）到彩色點的半徑的長度，圓心的飽和度為0，圓周上的飽和度為1。

1.4.3 RGB－IHS正反變換

旋轉RGB顏色立方體使其對角線與IHS色彩柱形體的中軸線重合，如圖3、4所示，依據(jù)坐標旋轉變換可實現(xiàn)彼此的空間映射關系，則有RGB－IHS正變換：

圖3 IHS空間示意圖

圖4 RGB與IHS空間關系圖

式中：I、H、S分別表示計算機圖形色彩空間的亮度、色度及飽和度；R、G、B分別表示計算機圖形顏色空間的紅、綠、藍；v1、v2分別為對應于H、S極坐標的直角坐標。

RGB－IHS反變換為：

如圖5所示，多屬性融合成像主要處理步驟包括：

1）挑選并提取3種敏感地震屬性，逐一作去噪處理。

2）把去噪后地震屬性逐一映射到RGB顏色空間，即：

式中：C（i）（x，y）為顏色空間域的地震屬性；S（i）（x，y）為地震屬性；分別為地震屬性的最小值和最大值；i＝1，2，3表示3種不同的地震屬性。

3）在RBG顏色空間中定義地震屬性值域，即選擇C（i）（x，y）的值域，再作灰度擴展和直方圖調整處理[7]。

4）作RGB顏色三通道定義，即把C（i）（x，y）與顏色三通道一一對應，得到R （x，y）、G （x，y）、B （x，y）。

5）進行RGB－IHS正變換。

6）在IHS 色彩空間域定義I （x，y）、H （x，y）、S （x，y）值域。

7）作RGB－IHS反變換。

敏感地震屬性的選擇一般從構造解釋類、儲層描述類、流體識別類3大地震屬性類型中各挑選一種最敏感的屬性；地震屬性二維濾波的主要目的是去除高頻噪聲，因此濾波的方法為低通濾波；步驟3）RBG顏色空間域的值域定義，灰度擴展和直方圖調整處理可使各屬性特征更加突出。在此基礎上，通過步驟6）IHS色彩空間域的3個分量的值域定義，既可起到去除各分量 “圖像毛刺”的作用，又可使圖片的色彩及其鮮艷程度達到最佳效果。該步驟處理需要把握的一般原則是：I反映的是整張圖片的能量強度或亮度，在地學上主要反映地質體幾何特征；H反映的是巖性、物性、流體的特征變化；S則反映巖性、物性、流體特征變化的顯著程度。多屬性融合成像處理后，合成圖片的顏色由處理前的256色提高到16777216色，與單屬性圖像相比實現(xiàn)了地震相的精細分類，使地震相顯得更為清晰，減少解釋工作量并降低解釋的多解性。

圖5 多屬性融合成像處理流程

2 應用效果分析

圖6是3種地震屬性按照圖5流程作融合處理的前、后對比圖，其中圖6（a）是地震屬性融合后的結果，圖6（b）、（c）、（d）分別是融合前的瞬時振幅、瞬時相位、Q因子3種地震屬性。從圖6（b）、（c）、（d）單一地震屬性中很難得出地質解釋，而圖6（a）通過對3種地震屬性的融合成像，可以清楚地看出南北2個物源體系的沉積特征：在北部物源體系中，清晰地呈現(xiàn)出砂體的平面展布形態(tài)，東北方向亮白色的部分是一個以東北方向為物源的三角洲前緣砂體，西北方向的灰色區(qū)域則是大型斷裂坡折帶下的陡坡扇砂體；在南部物源體系中，深灰色區(qū)域反映了扇三角洲前緣砂體。因此，根據(jù)多屬性融合成像切片可以直觀、立體地勾勒出砂體的平面分布范圍及發(fā)育規(guī)模，為該區(qū)巖性油氣藏的鉆探提供依據(jù)。

圖6 多屬性融合成像前后對比

3 結論

1）基于RGB－IHS正反變換的地震屬性融合方法是一種適應人的色彩感覺習慣的圖像融合方法，適合于人機交互的實現(xiàn)。

2）敏感屬性選擇、地層切片、二維傅里葉濾波是多屬性融合的重要配套方法和技術。

3）RGB－IHS兩種空間的閾值、灰度擴展和直方圖調整等是決定融合質量的技術關鍵。

4）多屬性融合可大幅度提高地質目標的識別精度，減少解釋工作量，降低解釋多解性。

[1]Guo H，Lewis S，Marfurt K J.Mapping multiple attributes to three and four component color models－a tutorial[J].Geophysics，2008，73 （3）：7～19.

[2]Liu J L，Marfurt K J.Multicolor display of spectral attributes[J].The Leading Edge，2007，26 （3）：268～271.

[3]印興耀，周靜毅 .地震屬性優(yōu)化方法綜述 [J].石油地球物理勘探，2005，40（4）：482～489.

[4]王霞，汪關妹，劉東琴，等 .地震體屬性分析技術及應用 [J].石油地球物理勘探，2012，47（1）：45～49.

[5]楊宏偉，郭曉麗 .地震沉積學在濱5斷塊的應用研究 [J].石油天然氣學報 （江漢石油學院學報），2012，34（9）：226～230.

[6]齊宇，劉震，孫立春，等 .深水海底扇儲層地震沉積學研究 [J].石油天然氣學報 （江漢石油學院學報），2011，33（1）：68～71.

[7]章孝燦，黃智才，趙元洪 .遙感數(shù)字圖像處理 [M].杭州：浙江大學出版社，1996.137～151.