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1、地震纹理属性在JJD工区断层识别中的应用张军华1 王伟2 谭明友3 崔世凌3 陈海云3（1, 中国石油大学（华东）资源信息学院, 东营, 257061；2，东方地球物理公司研究院, 涿州, 072751；3, 中国石化成功油田物探研究院, 东营, 257022）摘要：纹理分析是图像处置中的一种经常使用技术，通过构建地震纹理基元和灰度共生矩阵，能够将此项技术推行到地球物理领域，并可在断层识别、边缘检测和沉积相划分等方面取得应用。文章通过算法研究和程序开发，结合JJD工区应用实例，取得了有必然理论意义和研究价值的结论：1）基于灰度共生矩阵提取的纹理属性，是一种专门好的凸显断层和裂痕信息的地震属性；
2、2）能够依如实际地质问题，提取不同方向的纹理属性，并用RGB技术进行多属性的融合；3）地震纹理基元的窗大小取999为宜；4）要依照具体情形选取合理的灰度级别，关于常规三维地震数据，灰度级别取16或32比较理想。 关键词：纹理；体素；灰度共生矩阵；RGB技术；断层 1引言纹理（Texture）是按必然规那么进行排列所形成的重复模式，或以必然的形式转变而产生的图案【1-3】。自然界中，许多植物、动物、矿物，都有其独特的纹理特点。利用它，人们能够方便地识别或区分事物。在图像处置领域，利用纹理分析，能够在图像分割、模式识别、形状分析、纹理合成和图像紧缩等方面取得普遍应用。地层由于受构造运动的阻碍，也会
3、产生断层、裂痕等地质现象，从而留下地质年代变迁的印记。这些痕迹，从图形学上来讲，能够以为它们确实是纹理，能够借助于图像处置的方式、手腕，来凸显其内部特点，从而有效地识别断层或裂痕，为找油找气提供更好的依据【4,5】。在过去的勘探历程中，地球物理工作者通过不断尽力，已经用三维地震勘探技术较好地查明落差和断距较大的断层，而关于落差和断距较小的断层识别，不仅在理论上仍是在实践上都有专门大困难。相干体算法也从Bahorich和Farmer【6】的第一代的相互关算法、进展到Marfurt【7,8】的第二代多道相似算法和第三代特点值相干算法，近几年以Gao Dengliang【9-11】为首的研究小组利用
4、纹理属性进行断层识别研究并取得了一系列功效。本文借鉴其纹理分析的相关方式原理，研究了三维纹理体的提取算法，取得了纹理能量、熵、对照度和相关性等纹理属性体，讨论了纹理基元大小选择、灰度级确信、RGB数据融合等应用要素，并在JJD实际工区中取得了较好的应用成效。2基于灰度共生矩阵的纹理分析方式灰度共生矩阵是一种用来分析图像纹理特点的重要方式，它最先由Haralick 于1973提出。通过计算图像中必然距离和必然方向的两个像素之间的灰度相关性，可对图像的所有像素进行统计，从而反映出图像在方向、相邻距离、转变幅度及快慢上的综合信息【12,13】。关于一个已经用灰度来描述的图像G来讲，沿着某一方向统计其
5、距离为的任意两个像素点知足必然条件显现的概率p(i, j)： （1）式中，i, j=0, 1, 2, , L- 1，L为图像的灰度级数；x，y是图像中的像素坐标； 是处的灰度值；Nx, Ny 别离为图像的行列数。p值经归一化处置后，写成灰度共生矩阵形式： （2）容易推知，R是一对称阵，位置偏移由x方向和y方向的两个量组成。一样来讲，较小那么反映图像的整体纹理散布，而较大的那么反映小区域的细微转变。用灰度共生矩阵可提取多种特点值，最经常使用的是以下四个特点：（1）角二阶矩或能量它是纹理灰度转变均一的气宇，反映了灰度散布均匀程度和纹理粗细度。 （3）（2）熵熵能够气宇纹理的随机性。当共生矩阵中所有
6、值均相等时，它取得最大值；相反，若是共生矩阵中的值超级不均匀时，其值较小。 （4） （3）对照度对照度是灰度共生矩阵主对角线周围的惯性矩，它气宇矩阵值的散布和局部转变，可反映了清楚度和纹理的沟纹深浅。 （5）（4）相关性它气宇空间灰度共生矩阵元素在行或列方向上的相似程度，因此，相关值大小反映了局部灰度相关性。 （6）其中： ； ； ； 。3三维地震纹理体的提取原理 纹理基元的引入地震数据体的振幅用灰度来表示，并按必然的窗去截取数据，可构建地震纹理基元（Texture element）【8】。图1别离展现了以体、剖面和道表示的纹理基元（纹理元）。体面道 图1 地震纹理元示用意 图2 纹理基元体的
7、不同方向Figure 1 the chart of seismic texture element Figure 2 the different directions of seismic texture element volume 地震资料灰度共生矩阵的构建 地震资料灰度共生矩阵可在地震纹理元基础上构建，它反映了地震纹理体在方向、距离、转变幅度方面的综合信息。关于图1所示的纹理基元体，其灰度共生矩阵的矩阵元素值可通过下式来计算，即： （7）式中，为纹理基元体中点的灰度值；和表示距离为的两个像素点；表示纹理体中沿着某一方向距离为的任意两个像素点知足以上条件的概率统计；,表示方向，特殊地，=9
8、0，=0对应X轴方向；=0，=0对应Y轴方向；=90对应Z轴方向；L表示灰度级数。4实际资料应用及分析选取成功油田JJD工区作为应用实例，该区域断裂比较发育，断层和裂痕对油气储集和疏导起要紧的作用，因此有效地识别断层和裂痕具有重要的研究价值。计算时采用滑动纹理窗，提取的属性包括纹理能量、对照、熵和纹理相关性等四种属性。另外，还讨论了不同的计算方向、时窗大小和灰度级别等应用要素问题。 不同纹理属性的对照分析图3(a)为某工区一沿层振幅切片，为了检测断层，用纹理属性来进行分析。通过实验，采纳16级灰度级别和999的三维滑动窗提取纹理体属性，然后抽取沿层切片进行对照分析。那个地址提取了纹理能量属性（
9、图3(b)），纹理对照度属性（图3(c)），纹理熵属性（图3(d)）和纹理相关性属性（图3(e)）。对照图3种纹理属性咱们发觉，以上四种属性大体上都能较好地识别南部大的断层，中部多条断层层次感也比原始切片要好，纹理对照度和相关属性还较好地指示了北部的向斜构造。断层 断层 （a）原始切片 （b）纹理能量（a）original slice （b）texture energy断层 断层 断层 向斜向斜（c）纹理对照度 （d）纹理熵 （e）纹理相关性（c）texture contrast （d）texture entropy （e）texture correlation图3 纹理属性及对照Figure
10、 3 texture attribute and contrast 计算方向对属性结果的阻碍下面咱们讨论纹理的方向性，图4给出了3个不同方向提取的纹理对照度属性，最后用RGB融合技术对三个方向属性进行融合。从图中能够发觉，不同方向的属性反映的断层是不一样的，其中x方向（横测线方向）较好地反映了东西向的断层；y方向（主测线方向）在图中还专门好地展现出一古河道来，这对油气储集的熟悉有重要意义；z方向要紧反映深度方向信息，较其他两个方向，此方向提取的属性，断层信息相对要清楚一点；咱们还可用数据融合RGB技术综合三个方向的属性，取得富有层次感、清楚的断层信息。（a）x方向 （b）y方向（a） X di
11、rection （b）Y direction （c）z方向 （d）三方向RGB融合 （c） Z direction （d）RGB merge of three direction图4 不同方向的纹理属性对照Figure 4 texture attribute compare of different direction 窗口大小对属性结果的阻碍纹理计算确信要涉及到窗口问题，那个地址以纹理相关性z方向属性为例进行说明。对照图5纹理相关性属性，咱们能够发觉，图5（a）尽管整体信息比较丰硕，但背景噪音相当严峻，图像模糊，图5（b）相对好一些，但局部噪音也比较严峻，而图5（c）最好，背景噪音少，断层清
12、楚。可见窗口大小对纹理属性阻碍仍是专门大的，小窗口背景噪音比较严峻，大的窗口那么图像清楚，固然太大窗，也会带来信息被滑腻掉的问题，通过对照我们以为999体窗口比较理想。（a） 333窗口 （b） 555窗口 （c） 999窗口（a） window of 333 （b） window of 555 （c）window of 999图5 窗口大小对纹理属性的阻碍对照Figure 5 texture attribute contrast with different window 灰度级别对属性结果的阻碍在纹理属性提取时，除要注意窗口大小的选择，还要注意灰度级别的选择。图6以纹理相关性z方向属性为例
13、，给出了同一窗口大小、不同灰度级别的属性图对照。从图中能够看出，并非是灰度级别越大越好，用较大的灰度级别，其内部结构的不同性并非能拉大（图6(d)）。此外灰度级别越大，计算速度会越慢。关于本区数据，取灰度级为16或32，成效较好。(a) L=8 (b) L=16(c) L=32 (d) L=64图6灰度级别对纹理属性的阻碍对照Figure 6 texture attribute contrast with different gray level5结论通过理论分析和实际应用，取得以下熟悉或结论：（1）基于灰度共生矩阵提取的纹理属性，是一种专门好的凸显断层和裂痕信息的地震属性。（2）纹理属性提取
14、涉及到方向问题，不同的方向反映的信息不同，能够依照地质需要提取某方向的信息，也可用RGB技术来综合各个方向的信息。（3）由于纹理属性是体属性提取，与窗口大小有紧密关系，要依照不同的情形选取适合的窗，不然容易模糊信息乃至产生假象，一样窗口大小取999为宜。（4）灰度级别对纹理属性结果也有阻碍，要依照具体情形具体分析，通过实验选择适合的灰度级别；另外灰度级别还会阻碍程序的计算速度，灰度级别越大，速度就越慢。综合考虑，关于本工区灰度级别取16或32为宜。参考文献【1】 刘晓民.纹理研究及其应用综述.测控技术.(5):4【2】 杨淑莹，胡军，曹作良基于图像纹理分析的目标物体识别方式天津理工学院学报.2
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19、ege of Geo-Resources and Information, China Petroleum University, DongYing, 2570612, Research Institute of Orient Geophysical Company, Zhuozhou, 0727513, Geophysical Prospecting Research Institute of Shengli Oilfield, Dongying, 257022AbstractTexture analysis is a common technology in image processin
20、g, which can be extended to the field of geophysical prospecting by constructing seismic texture primitive and gray level co-occurrence matrix. It can be used in fault identification, edge detection and sedimentary facies delineation division. Through the algorithm research, programming and practica
21、l application, we get some theoretical and the valuable conclusions: 1)The texture attribute which based on gray level co-occurrence matrix is a good attribute in highlighting the information of faults and fractures. 2) According to actual geological problems, we can extract texture attributes of di
22、fferent directions, and use RGB technology for the integration of multi-attributes. 3)The window of seismic texture element we should adopt 999. 4) We should select a reasonable level of gray of different conditions, and commonly select 16 or 32 for conventional three-dimensional seismic data.Key Wo
23、rds: texture; voxel; gray level co-occurrence matrix; RGB technology; fault第一作者简介：张军华，男，博士，教授，1965年4月生。1987年，毕业于华东石油学院物探专业，获学士学位；1995年，毕业于石油大学应用地球物理专业，获硕士学位；2002年毕业于石油大学地球探测与信息技术专业，获博士学位。长期从事地震资料处置和说明方式研究，并有较长的从事工作站说明的经历。1998年晋升为副教授，2004年晋升为教授。编著有地震数据处置方式本科生教材和地震属性分析技术专著。曾在石油大学学报（自然科学版）、石油地球物理勘探、地震学报、石油物探、物探与化探、物探化探计算技术等杂志上发表论文50篇。通信地址：山东省 东营市 中国石油大学（华东）地球资源与信息学院 张军华： 257061 E-mail：（0546）8392830(o) (东营校区) (青岛校区)
