断层空间参数自动提取方法与流程

本发明涉及油气运移定量评价过程中相关参数的自动计算方法，具体涉及一种根据地质解释层位数据以及断层边界数据来自动计算断层空间几何参数的方法，属于油气勘探信息
技术领域：
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背景技术：
：油田的勘探是围绕生、储、盖、运、圈、保六大要素来开展综合研究工作的，其中，油气运移过程要素将上述要素有机地联系在一起，对油气运移过程的研究更是其中的重点。在过去很长一段时间，油气运移过程研究都还处于定性的层面，对其进行定量评价是当前业界的热点及难点问题。对断层的定量评价研究是油气运移定量评价研究的重要组成部分，断层在油气的运移过程中起着至关重要的作用。当断层封闭时，可为油气藏的形成提供遮挡；开启时，则为油气的运移提供通道。国内外学者对断层的定量评价进行了大量研究，提出了泥岩涂抹因子、地震预测法、地应力法、排替压力图版法及断层连通概率法等多种评价方法。在所有这些方法中都需要计算断点埋深、断距大小、断层走向和断层倾角等重要的特征参数，最后再综合考虑断移地层砂泥比、断层两盘孔隙流体压力等其它定性特征，来对断层进行综合定量评价。由于断层是三维空间分布的整体，不同部位的曲面曲率不同、埋深不同、岩性不同、不同时期应力场的特征也不同，导致其封闭能力也有很大差异。因此，获取完整的断层空间要素(断距、倾角、走向)参数是断层定量评价研究的重要一环。传统的办法是人工在地震剖面上计算，得到断层的走向、倾角和埋深数据，不仅费时费力，也难以得到一条完整断层的空间几何要素参数。技术实现要素：本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种根据地质解释层位数据以及断层边界数据来自动计算断层空间几何参数的方法。本发明采用的技术方案如下。断层空间参数自动提取方法,包括如下步骤：步骤1：从解释综合研究的构造图数据出发，对复杂的组合断层先进行角点自动识别；步骤2：将组合断层自动分解为多个孤立断层，针对各孤立断层计算其骨架线；步骤3：利用构造数据的空间内插得出断层的空间参数，从而达到对断层进行快速定量评价计算的目的。作为优选技术方案，在步骤1中，所述构造图数据包括地质解释层位数据、断层边界数据。作为优选技术方案，所述断层边界数据是地质研究人员在进行地震资料解释时，三维断点数据投影到地面时形成的多边形区域数据；断点数据在地面上的投影为采样点；采样点中，有一些采样点在断层边界的多边形数据发生剧烈变化的位置，称之为角点，利用角点可进行组合断层的分割。作为优选技术方案，在步骤1中，对复杂的组合断层先进行角点自动识别的具体方法是：利用组合断层中各采样点相邻的两条线段的夹角数值设置识别规则来自动识别该采样点是不是角点。作为优选技术方案，所述识别规则包括第一优先规则；所述第一优先规则为：通过组合断层中采样点相邻的两条线段的有向夹角来判断该采样点是不是角点，当两条边的有向夹角大于某一角度，认定该采样点是角点；当该夹角小于一定夹角时，认为该采样点不是角点；所述有向夹角是两条线段的加上方向的夹角，当夹角的起始边到终止边为逆时针旋转时，夹角为正角，反之为负角。作为优选技术方案，第一优先规则为：通过组合断层中采样点相邻的两条线段的有向夹角来判断角点时，当组合断层中采样点相邻的两条线段的夹角≥45°时，该采样点是角点；当该两条边的夹角≤10°时，认为该采样点不是角点。作为优选技术方案，所述识别规则还包括第二优先规则，当10°＜有向夹角＜45°时，使用第二优先规则识别采样点是不是角点。所述第二优先规则为：按照断层分为上、下盘的思路，使用两边求交的办法来计算交点。具体方法为：将组合断层中的某采样点计作Pi；在采样点处做切线Wi，计算该切线Wi的内法线矢量fi；计算内法线矢量fi和断层另一盘的交点Pt1；由于通常的断层的断距不超过1000米，可以通过采样点Pi与交点Pt1之间的距离来进行一次过滤，当该距离≥1000时，该采样点Pi肯定是角点；如果该距离≤1000，则需要过交点Pt1做垂线，再求取该垂线与线段Pi-1Pi的交点Pt2，从而构成交点三角形PiPt1Pt2；设该三角形的面积为S，如果S≥阈值，则采样点Pi是角点，否则采样点Pi不是角点；所述阈值由测试数据统计得到；Pi-1和Pi分别为与采样点Pi相邻的前一个采样点、后一个采样点。作为优选技术方案，在步骤2中，将组合断层自动分解为多个孤立断层的具体步骤是：根据识别的角点进行自动分割，将复杂的组合断层数据变为可以自动计算的孤立断层数据，使用递归算法进行组合断层的分割工作。递归算法的边界条件设置为：递归算法，当某次分解的断层是一个简单断层，结束该递归计算；简单断层的定义是指采样点数量≤4的断层。如图5所示，递归算法的方法如下：步骤一：选取一识别的角点，视其为当前角点Pt，以当前角点圆心，特定值R为半径逆时针方向扫描，搜索角点并将其视为后续角点；步骤二：对扫描发现的后续角点进行判断，测试这些后续角点是否可以与当前角点构成断层；步骤三：如果当前角点与后续角点不能构成断层或者构成的断层为简单断层，停止搜索后续角点，否则，对构成的断层进行分割操作，分割完成以后，将分割产生的两个断层中各的后续角点为视为当前角点，重复步骤一、步骤二继续对分割产生的两个断层数据进行递归分割计算，直到各分割的断层数据中重新认定的当前角点与以该当前角点为圆心扫描的后续角点不能构成断层或者构成的断层为简单断层时为止；步骤四：重复步骤一到步骤三，直到所有识别的角点全部被选取完为止；特定值R是手工指定，R的初始值为1000米，可以根据分割的效果进行调整，当有些应该分割的断层没有分割时，可以加大R的初始值。作为优选技术方案，计算各孤立断层的骨架线时，还包括求取所有孤立简单断层的特征参数的步骤，针对每个孤立简单断层，可以根据断层边界的每个采样点来计算其空间几何参数。作为优选技术方案，对于一个孤立的断层，当计算某一采样点a’的空间几何参数时，需要进行以下计算步骤：A.求切线方向断层走向α为采样点a’点在断层边界上的切线与x轴的夹角，可以根据该点的切线方向计算得到；B.埋深根据采样点a’点做切线的内法线，可以与断层的另一盘求交得到交点b’点,采样点a’点、b’点与地层数据空间求交可以得到交点a、b点,a、b点的深度值za、zb即为所求的埋深参数。C.断距计算ab点的空间距离即可以求取断距参数。D.断层倾角倾角θ为ab点距离与水平面的夹角，由公式θ＝arcsin(|za-zb|/|ab|)计算得到。作为优选技术方案，所述空间参数包括断点埋深、断距、断层的走向、断层的倾角。本发明将从解释综合研究的构造图数据(地层解释散点数据、断层边界散点数据)出发，对复杂的组合断层进行角点自动识别，将组合断层自动分解为多个孤立断层，求出断层的骨架线，然后利用构造数据的空间内插得出断层的断点埋深、断距、走向和倾角等参数，从而达到地对断层进行快速定量评价计算的目的，大大地提高了油气勘探研究工作的效率。本发明通过有效的数学计算得到的计算参数是断层的定量评价研究的基础，也是油气运移定量评价研究的重要组成部分，该发明在油气的运移过程研究中起着至关重要的作用。附图说明图1为本发明中，断层各要素分析图。图2为本发明中，复杂组合断层的分解示意图。图3为复杂组合断层角点的自动识别结果图。图4为复杂组合断层角点的自动识别计算过程示意图。图5为复杂组合断层自动分割算法示意图。图6为断层空间参数提取算法示意图。具体实施方式下面，结合附图和实施例对本发明做进一步说明。实施例1。断层空间参数自动提取方法,其特征在于，包括如下步骤：步骤1：从解释综合研究的构造图数据出发，对复杂的组合断层先进行角点自动识别；步骤2：将组合断层自动分解为多个孤立断层，针对各孤立断层计算其骨架线；步骤3：利用构造数据的空间内插得出断层的空间参数，从而达到对断层进行快速定量评价计算的目的。在步骤1中，所述构造图数据包括地质解释层位数据、断层边界数据。所述断层边界数据是地质研究人员在进行地震资料解释时，三维断点数据投影到地面时形成的多边形区域数据。断点数据在地面上的投影我们知之为采样点；采样点中，有一些点在断层边界的多边形数据发生剧烈变化的位置，我们称之为角点，我们利用角点进行组合断层的分割。在步骤1中，对复杂的组合断层先进行角点自动识别的具体方法是：利用组合断层中各采样点相邻的两条线段的夹角数值设置识别规则来自动识别该采样点是不是角点。所述识别规则包括第一优先规则；所述第一优先规则为：通过组合断层中采样点相邻的两条线段的有向夹角来判断该采样点是不是角点，当两条边的有向夹角大于某一角度，认定该采样点是角点；当该夹角小于一定夹角时，认为该采样点不是角点；所述有向夹角是两条线段的加上方向的夹角，当夹角的起始边到终止边为逆时针旋转时，夹角为正角，反之为负角。第一优先规则为：通过组合断层中相邻的两条线段的有向夹角来判断的角点，当组合断层中采样点相邻的两条线段的夹角≥45°时，该采样点是角点；当该两条边的夹角≤10°时，认为该采样点不是角点。所述识别规则还包括第二优先规则，当10°＜有向夹角＜45°时，使用第二优先规则识别采样点是不是角点；所述第二优先规则为：按照断层分为上、下盘的思路，使用两边求交的办法来计算交点，具体方法为：如图4所示，将组合断层中的某采样点计作Pi；在采样点处做切线Wi，计算该切线Wi的内法线矢量fi；计算内法线矢量fi和断层另一盘的交点Pt1；由于通常的断层的断距不超过1000米，可以通过采样点Pi与交点Pt1之间的距离来进行一次过滤，当该距离≥1000时，该采样点Pi肯定是角点。如果该距离≤1000，则需要过交点Pt1做垂线，再求取该垂线与线段Pi-1Pi的交点Pt2，从而构成交点三角形PiPt1Pt2；设该三角形的面积为S，如果S≥阈值，则采样点Pi是角点，否则采样点Pi不是角点；所述阈值由测试数据统计得到(可以根据分割的效果进行调整)；Pi-1和Pi分别为与采样点Pi相邻的前一个采样点、后一个采样点。在步骤2中，将组合断层自动分解为多个孤立断层的具体步骤是：根据识别的角点进行自动分割，将复杂的组合断层数据变为可以自动计算的孤立断层数据，使用递归算法进行组合断层的分割工作，递归算法的边界条件设置为。递归算法，当某次分解的断层是一个简单断层，结束该递归计算；简单断层的定义是指采样点数量≤4的断层。如图5所示，递归算法的递归公式如下：逆时针方向扫描发现的角点，以角点Pt为圆心，特定值R为半径搜索后续角点；对扫描发现的角点进行判断，测试这些角点是否可以与当前角点构成断层，从而得到符合条件的角点，然后可以进行分割操作；分割完成以后，继续对分割产生的两个断层数据进行递归分割计算；特定值R是手工指定，一般断层的最大宽度值不会超过1000米，因此这里将R设置为1000米；另外还可以根据分割的效果进行调整，当有些应该分割的断层没有分割时，可以考虑加大该值。计算各孤立断层的骨架线时，还包括求取所有孤立简单断层的特征参数的步骤，针对每个孤立简单断层，可以根据断层边界的每个采样点来计算其空间几何参数。于一个孤立的断层，当计算某一采样点a’的空间几何参数时，需要进行以下计算步骤：A.求切线方向断层走向α为采样点a’点在断层边界上的切线与x轴的夹角，可以根据该点的切线方向计算得到；B.埋深根据采样点a’点做切线的内法线，可以与断层的另一盘求交得到交点b’点,采样点a’点、b’点与地层数据空间求交可以得到交点a、b点,a、b点的深度值za、zb即为所求的埋深参数。C.断距计算ab点的空间距离即可以求取断距参数。D.断层倾角倾角θ为ab点距离与水平面的夹角，由公式θ＝arcsin(|za-zb|/|ab|)计算得到。在步骤3中，所述空间参数包括断点埋深、断距、断层的走向、断层的倾角。实施例2。一种根据地质解释层位数据以及断层边界数据来自动计算断层空间几何参数的方法，所述方法从解释综合研究的构造图数据(地层解释散点数据、断层边界散点数据)出发，对复杂的组合断层先进行角点自动识别，然后将组合断层自动分解为多个孤立断层，针对孤立断层计算其骨架线，最后利用构造数据的空间内插得出断层的断点埋深、断距、走向和倾角等参数，从而达到对断层进行快速定量评价计算的目的。当研究人员在剖面上解释了层位以后，断层AB之间在投影到地面时形成线段A’B’，当解释了多条剖面后，地震形成了一些空隙，解释人员将这些空隙上各个点按时顺序连接起来，就形成了断层边界数据。假设A点的坐标为(xa,ya,za)，B点的坐标为(xb,yb,zb)，则A点处的埋深d就是za，za可以在(xa,ya)点通过地质解释层位散点数据网格化计算出来，算法可以采用反距离加权或克里金插值算法等；垂直断距g(简称断距)为|za-zb|，倾角θ为线段AB与水平面的夹角，由公式θ＝arcsin(|za-zb|/|AB|)确定，走向α为A’点在断层边界上的切线与x轴的夹角。已知地层的构造数据由层位解释散点数据和断层边界散点数据两部分给出。假设层位由M个空间散点组成，其坐标为(xi,yi,zi)，i∈[1,M]。断层边界由多个封闭多边形来定义，每个封闭多边形坐标为(xi,yi)，i∈[1,N]，N为多边形顶点个数。层位数据的示例(表一)：615250.04181400.02227.42615250.04181900.02337.71615250.04182300.02376.15615250.04182900.02439.23………………断层边界数据的示例如下，第三列的数字用来区分不同的断层边界多边形。断层边界数据的示例(表二)：646351.84191436.41645852.54191425.31645264.44191458.61645453.14191525.11645930.24191514.11646484.94191491.91646351.84191436.41623009.14193043.42623472.64193148.12………………地质研究人员在进行地震资料解释时，用于生成构造图的断层边界数据是三维断点数据投影到地面时形成的一块多边形区域，这些断层边界在进行数据网格化时有重要的作用。断层边界数据如表二所示，同一编号的散点数据构造一个封闭的多边形。一条断层边界是一个封闭的多边形所定义，多边形各顶点坐标为(xi,yi)，其中i从1到m，即共有m个点。如图1所示，在剖面上解释了断层数据以后，断层投影到地面时形成线段。当解释了多条剖面后，解释人员将这些剖面上的投影线段按逆时针顺序连接起来，就形成了断层边界数据。地质构造运动的复杂性导致了地下断层情况的复杂，因此通常解释得到断层数据大都是复杂的组合断层。为了将问题简化并进行参数的自动提取计算，本文将整个计算问题分解为2个步骤：步骤1：复杂组合断层的分解。将一条组合断层分解为多条孤立断层，如图2所示。步骤2：求取所有孤立简单断层的特征参数。针对每个孤立简单断层，可以根据断层边界的每个采样点来计算其切线方向、断距、埋深、走向和倾角等参数即可。要将复杂组合断层进行分解，首先需要找到组合断层中的所有角点数据，见图3中黑色标志点。分析这些组合断层中角点的主要特征，大多数情况都是在相邻的两条线段的方向发生了较大变化时出现。针对该特征，本文设置了一系列的规则来实现角点的自动识别，主要规则如下：1、通过两条边的有向夹角可以判断大多数的角点(比如夹角大于45度时)。我们使用该规则作为第一优先规则对角点进行识别。具体识别规则如图4所示，对于由Pi(i＝1,2,…,n)组成的离散曲线，从Pi点到Pi+1点的矢量记为vi。本规则对Pi点的相邻矢量vi-1和vi的夹角进行判断，当该夹角≥45°，认为点Pi是角点；当该夹角≤10°，认为点Pi肯定不是角点。2、当第一优先规则不能判断该点是否是角点时，可以使用第二优先规则进行识别。第二优先规则的识别算法如下：按照断层分为上、下盘的思路，使用两边求交的办法来计算交点。具体识别算法如图4所示，在Pi点处做切线wi，计算wi的内法线矢量fi。计算内法线矢量fi和断层另一盘的角点Pt1，由于通常的断层的断距不超过1000米，可以通过线段PiPt1的距离来进行一次过滤，以便加快识别的效率。当该线段的长度≥1000时，该点肯定是角点。如果线段长度≤1000，则需要过点Pt1做垂线，再求取交点Pt2，从而构成交点三角形PiPt1Pt2。设该三角形的面积为S，如果S≥域值，则该点是角点，否则该点不是角点。通过上述规则可以完成复杂组合断层中角点数据的识别，从而将复杂组合断层在角点的位置对其进行自动分割，切割为多个孤立断层。在这里，我们使用递归算法进行组合断层的分解工作。递归算法的边界条件设置为：当本次分解的断层是一个简单断层。简单断层的可以使用上述的定义，当角点数量或者采样点数量低于阈值时，可以确认是简单断层，然后结束本次递归计算。递归算法的递归公式如下：逆时针方向扫描发现的角点，以Pt点为圆心，特定值R为半径搜索后续角点；对扫描发现的角点进行判断，如Pt+1和Pt+5，测试这两个角点是否可以与当前角点构成断层(根据采样点数量判断，当采样点数量≥4时，可以构成断层)，从而得到Pt+5点符合条件，然后可以进行Pt和Pt+5点的分割操作。分割完成以后，继续对分割产生的两个断层数据进行递归分割计算。分割结束以后，可以针对孤立断层进行参数自动计算工作。如图5所示，对于一个孤立的断层，当计算a’点的参数时，需要进行以下计算步骤：1、求切线方向断层走向α为a’点在断层边界上的切线与x轴的夹角，可以根据该点的切线方向计算得到。2、埋深根据a’点做切线的内法线，可以与断层的另一盘求交得到交点b’点.A’点b’点与地层数据空间求交可以得到交点a、b点。A、b点的深度值za、zb即为所求的埋深参数。3、断距计算ab点的空间距离即可以求取断距参数。4、断层倾角倾角θ为ab点距离与水平面的夹角，由公式θ＝arcsin(|za-zb|/|ab|)计算得到。2014年用该方法对胜利油田利津洼陷沙三、沙四上段等地层进行断层参数计算分析，对该地区的两条主断层和大量次级断层有了更深刻的认识，为后期的定量评价工作打下了扎实的基础。2015年用该方法对博南地区沙三段、沙四段的断层数据进行了分析和计算，取得了很好的应用效果。2015年再次使用该方法对胜利油田三合村地区的沙三段的断层数据进行了参数的计算和提取，并将计算的参数应用于后期的输导参数计算和输导路径计算中，取得了很好的应用效果。最后应说明的是：显然，上述实施实例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。当前第1页1 2 3