gdi＋在復(fù)雜地區(qū)三維地震資料采集設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、第3 2 卷 第6 期物探 化探計(jì) 算技術(shù) 2 0 1 0 年I 1 月文章編 號(hào) ：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(fù) 雜 地 區(qū)三維 地 震 資料 采 集 設(shè)計(jì) 中的應(yīng) 用 朱圣軍， 陳建國(guó)( 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(fù)雜地區(qū)延伸 ， 三維地震 資

2、料采集難度 日益 突出。在復(fù)雜地區(qū)許 多激 發(fā)點(diǎn)位于多個(gè)禁炮區(qū)內(nèi)， 依 靠手工很難完成激發(fā)點(diǎn)的正確篩選。這里采用基于 G D I +生成禁炮 區(qū)， 可以 自 動(dòng)選擇所有非禁炮區(qū)內(nèi)的激發(fā)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用表 明： 方法具有建立速度快、 運(yùn)行穩(wěn)定可 靠等特點(diǎn)， 并取得 了 好的應(yīng)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(hào) ：P3 1 5 ． 6 3文 獻(xiàn)標(biāo)識(shí) 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(lái) 了解地 下地 質(zhì)構(gòu) 造情況 ， 并 獲得 精確而詳細(xì)的地下圖像 ， 三維地震已經(jīng)成為石油和 天然氣勘探開(kāi)發(fā)的主要工具。三維地震資料采集 采用將整個(gè)勘探區(qū)域劃分為接收格網(wǎng)和激發(fā)格網(wǎng) ，接收點(diǎn)和激發(fā)點(diǎn)分別位于格 網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上 ， 在激發(fā)點(diǎn) 上采 用人 工地震 的方 法進(jìn)行 激 發(fā) ， 在 接收格 點(diǎn)上 接 收地下反射信號(hào) 。受人工地震的限制 ，

4、所選擇的激 發(fā)點(diǎn) 必須 離地表 建 筑 和各 種 地 物 有一 定 的安 全 距 離 ， 在地表?xiàng)l件 比較簡(jiǎn)單的草原 、 戈壁等地區(qū)， 選擇 安全 區(qū)域 內(nèi) 的激 發(fā)點(diǎn)往 往依 靠人 工來(lái) 完成 。隨著 油氣勘探 開(kāi) 發(fā) 的深 入 ， 三 維地 震逐步 向地 表?xiàng)l件復(fù)雜的城鎮(zhèn) 、 水網(wǎng)延伸。在復(fù)雜地區(qū)進(jìn)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(gè)激發(fā)點(diǎn)可能位于一個(gè)或 多個(gè) 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(diǎn) 。通過(guò)試驗(yàn) ， 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(diǎn) ，實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)選擇位于安全區(qū)域 內(nèi)的激發(fā)點(diǎn) ， 達(dá)到優(yōu)選 激發(fā)點(diǎn)， 降低采集施工 的安全風(fēng) 險(xiǎn)、 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(diǎn)狀地物 、線狀地物和 面狀 地物。見(jiàn) 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(diǎn)狀地物的禁炮區(qū)。點(diǎn)狀地物是指煙囪、水塔 等獨(dú)立地表障礙物。 禁炮 區(qū)是 以地物 中心點(diǎn) 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(fù)雜地 區(qū)三維地震 資料采集設(shè)計(jì) 中的應(yīng)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(jì)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(diǎn) 在建立禁炮區(qū)后 ， 就可 以依據(jù)激發(fā)點(diǎn)與每個(gè)禁 炮區(qū)的位置關(guān)系 ， 來(lái)判 斷激發(fā)點(diǎn)是否位 于禁炮 區(qū)內(nèi)。對(duì)于采用空氣槍震源 ， 除了要判斷激發(fā)點(diǎn)是否 位于禁炮區(qū)內(nèi)之外 ， 還要判斷激發(fā)點(diǎn)是否位于指定 的空氣槍震源施工 面狀水域 內(nèi)， 并 以此來(lái)確定位于 安全 區(qū) 內(nèi)的所有 激發(fā) 點(diǎn) 。在 三種 震源 同時(shí)存在 時(shí) ，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(diǎn)。

9、2 復(fù)雜對(duì)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(diǎn)、 線 、 面等實(shí)體的周圍建立的一定寬度的區(qū)域 ， 這 個(gè)寬度就是安全距離 ， 建立禁炮區(qū)的過(guò)程就是緩沖 區(qū)建立 的過(guò)程。在點(diǎn) 、 線和 面的緩 沖區(qū)建立過(guò)程 中， 點(diǎn)的緩沖區(qū)建立非常簡(jiǎn)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(duì)緩沖區(qū) 生成的研究 ， 主要針對(duì)線對(duì)象和面對(duì)象進(jìn)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(xué) 形態(tài) 學(xué) 擴(kuò)張 法 ， 其 基 本原 理 是 將 點(diǎn) 、線和面的矢量數(shù)據(jù) ， 轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù) ， 進(jìn)行像元加 粗 ， 然后作邊緣提取。多數(shù)柵格算法原理簡(jiǎn)單且易 于實(shí)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(diǎn)， 所能處理的數(shù)據(jù)量受到機(jī) 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(diǎn) 。矢量方法原理通常較為復(fù)雜 ， 但在機(jī)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(jìn)算 法 。( 1 ) 角平分線算法。以線 目標(biāo)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(lái)生成緩沖 區(qū)邊界 的簡(jiǎn)便 方法。該方法也 稱 “ 簡(jiǎn)單平行線法” ， 其優(yōu)點(diǎn) 是簡(jiǎn)單

12、、 易于實(shí)現(xiàn) ， 缺點(diǎn) 在于難 以最大限度地保證緩沖區(qū)邊界線 的等寬性 ，在對(duì)復(fù)雜對(duì)象的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中， 計(jì)算復(fù)雜且難以適應(yīng) 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(diǎn)及末點(diǎn)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(diǎn) 。在軸線的其它各個(gè) 拐點(diǎn)上， 首先判斷該點(diǎn)的凹、 凸特性 ， 在凸側(cè)用圓弧 彌合 ， 而在凹側(cè)則用 與該點(diǎn)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(diǎn)

13、 ， 來(lái) 生成對(duì) 應(yīng)頂點(diǎn) ( 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(diǎn)距軸對(duì)應(yīng)頂 點(diǎn) 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(lái)的眾多異常情況 ， 但是 生成緩沖區(qū)邊界過(guò)程相對(duì)復(fù)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(jiǎn)便的方法 ， 通過(guò)緩沖半徑分別組成 目 標(biāo)對(duì) 象的各點(diǎn)旋轉(zhuǎn)生成 目 標(biāo)緩 沖區(qū)邊界 ， 簡(jiǎn)化了緩沖區(qū) 邊界的生成過(guò)程 ， 并對(duì)緩沖區(qū)生成過(guò)程中出現(xiàn)的特 殊情況進(jìn)行了處理 ， 應(yīng)用遞歸方法管理和存儲(chǔ)緩沖 區(qū)邊 界 的 自相交 多邊 形 。( 4 ) 多邊形疊置方