地球物理数据处理系统的制作方法

专利名称：地球物理数据处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对地球物理数据(更具体地，来自势场勘测的势场数据)进行处
理以提供勘测区域的下层地质的表示的方法、设备和计算机程序产品。 这里描述的技术的实施例具体用于对来自航空勘测(具体地，重力场勘测)的数 据进行处理。
背景技术：
在本说明书中，将参照航空勘测，更具体地参照重力梯度勘测。然而这里描述的技 术不限于这些类型的勘测，并可以应用于其他势场勘测，包括但不限于重力勘测、磁场勘测 (如，大地电磁勘测)、电磁勘测等。 通过测量针对重力勘测的势场数据来执行势场勘测，该势场数据可以包括以下一 个或多个重力计数据(测量重力场)或重力梯度计数据(测量重力场梯度)、向量磁力计 数据、真磁梯度计数据以及本领域技术人员公知的其他类型的数据。地球物理势场勘测的 共同目的是搜索潜在指示有价值矿床的识别特征。 US2004/0260471描述了收集标量势数据测量以准备表面表示。使用传统统计技术
来改进数据的分析。 飞行勘测 传统上，航空势场勘测(如重力勘测)在网格图案上飞行。网格由在下层地形上编 织的二维面上的平行线(飞行路径)的正交集合来限定。然而，所编织的表面受到航空器允 许离地飞行的最近距离以及航空器的最大爬升/降落速率的约束。便于从接近地面处收集 数据的用于航空势场勘测的一些改进技术在本申请人的共同待审PCT专利申请"Gravity Survey Data Processing", PCT/GB2006/050211，公开号W02007/012895中进行了描述，其
全部内容以引用方式并入此处。
数据调节 本领域中使用术语"水准测量"作为通用术语来覆盖用于数据调节的传统技术。 这些技术包括移除低频漂移、对相邻行的低频内容进行匹配、以及将数据参照固定高度地 点。例如，标准网格勘测的相交点可以用于交叉水准测量，其中，沿勘测线的数据被调整为 最小化这些点处的差异。在于2007年1月30日提交的我们的英国专利申请no. 0701725. 4
中描述了用于处理噪声的一些改进技术，其全部内容以引用方式并入此处。
地形校iH 在已收集了势场数据之后但在对该数据进行解释之前，一般地应用地形校正，以 补偿地表高度变化。地表数据可以以数字地形海拔数据的形式购得，或根据(D)GPS((差 分)全球定位系统)和/或航空技术(如LIDAR(激光成像检测和测距)和SAR(合成孔 径雷达))来确定。航空器的加速度、姿态、角速率和角加速度数据也可以用于校正势场仪 器的输出数据。在于2006年1月25日提交的我们的共同待审的英国专利申请"Terrain Correction Systems" no. 0601482. 3，公开号GB2435523中描述了用于地球物理勘测中的地形校正的一些改进技术，其全部内容以引用方式并入此处。WO 03/032015中描述的另一 种技术以航空器承载的其他导航和绘图仪器为来源，实时校正地球物理仪器的测量。在于 2007年3月23日提交的我们的共同待审英国专利申请no. 0705605. 4中描述了使用时域校 正数据来提供用于对场进行绘图的地形校正后的测量势场数据的另一种特别有利的技术， 其全部内容以引用方式并入此处。 然而，仍需要改进的技术来处理来自这种勘测的地球物理数据以便标识下层地 质。

发明内容
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种对地球物理数据进行处理以提供地球 的勘测区域的下层地质的三维表示的方法，所述地球物理数据至少包括来自所述勘测区域 的势场勘测的测量势场数据，所述方法包括输入所述勘测区域的地形校正势场数据，所述 势场数据包括针对空间波长范围的数据，所述勘测区域中不同深度处的地质特征与所述波 长范围中的不同波长相关联；通过空间波长对所述势场数据进行滤波以产生第一多个滤波 后的势场数据集合，其中每个滤波后的势场数据集合与相应波长或波长范围有关，每个滤 波后的势场数据集合以不同的相应所述深度处的地质特征为目标；对每个所述滤波后的势 场数据集合进行处理以标识空间特征集合以及产生针对每个所述滤波后的势场数据集合 的绘图数据集合，所述空间特征集合包括每个所述滤波后的势场数据集合中的线空间特征 和点空间特征中的一个或两个，所述绘图数据集合表示针对作为所述滤波的目标的所述深 度的所标识的空间特征集合；以及对所述绘图数据集合进行组合以产生三维地图数据，所 述三维地图数据提供所述勘测区域的所述下层地质的三维表示。 在所述方法的以下优选实施例中，所述势场数据包括测量的重力和/或重力梯度 数据，尽管可以附加地或备选地采用其他势场数据(如磁数据)，但类似地，可以附加地或 备选地测量从势场的空间导数导出的其他量。在优选实施例中，从移动平台(如航空器) 进行势场勘测。 在实施例中，具体地，在场包括重力场的实施例中，进行处理以标识空间特征包 括标识滤波后的势场数据的最大值、最小值和拐点/拐线中的一个或多个。因此，例如，利 用重力梯度张量，对对角线上的分量Gxx、Gyy和Gzz(是不同的信号)进行处理以确定斜率的 拐点或改变，这是由于这些一般与勘测区域的地质上显著的特征(如两个不同类型/密度 的岩石之间的界面)相对应。对于对角线外的分量，具体地Gn和G,y(分别强调x和y方向 上的对称)，优选地标识最大值和/或最小值；对于G,y，优选地通过定位偶极子对来标识点， 这是由于这些点往往标识地下体的角。对角线外的元素G,i(其中i是x或y)往往强调i 方向上的对称。对角线上的分量Gxx和Gyy沿着相应轴x = 0和y = 0始终为零，并且由于 轴的选择常常是任意的，因此可选地，可以绕着一个或多个轴来旋转坐标系，以潜在地标识 其他地质上有用的信息。在实施例中，可以选择坐标轴以最大化明显有用的地质信息。类 似地，可以对磁数据进行处理以标识最大/最小拐点/拐线。 在所述方法的实施例中，尽管通过波长的滤波以特定深度处的滤波后的势场数据 为目标，但是由于地下特征的物理形状，或者由于与范围内更具体的波长相关联的特征，或 者由于这二者，在滤波后的势场数据内，例如使用上述处理而标识的不同空间特征可以与不同深度相关联。理论上，掩埋的目标在给定的勘测高度处具有特有的振幅和波长，并且这 取决于目标的形状。因此，与下层地质特征相关联的精确深度取决于针对该特征而假定的 形状。由于该信息通常是可用的，因此可以通过针对下层地质而假定的大致模型来提供这 一点。此外，断层或边缘的几何形状具有特有的势场信号，并且可以在处理数据集合时假定 该几何形状。在断层的情况下，滤波后的信号一般提取出断层的顶部(因此，可以通过增大 滤波器的波长来向下跟踪断层的边缘)。 因此，在实施例中，尽管包括所标识的空间特征在内的绘图数据集合具有针对该 特征的关联目标深度或深度范围，但是在实施例中，特征将还具有关联(更具体)的深度。 因此，在实施例中，三维地图不仅包括一组平坦地图而且还包括分层表示，层内的空间特征 具有其自身的、例如通过波长和/或几何形状而被分配给特征的相应关联深度。该技术的 实施例可以包括输入针对勘测区域的下层地质而假定模型的数据，并且然后，可以采用该 数据来确定针对空间特征集合的绘图数据，更具体地用于确定根据滤波后的势场数据集合 而标识的空间特征的估计深度。技术人员将理解，绘图数据用于产生下层地质的3D绘制地 图，但是不需要对绘图数据本身进行绘制，或者在不进行绘制的情况下作为中间步骤将该 绘图数据输出(尽管该绘图数据可能是有帮助的)。然而，一般而言，将输出3D地图数据作 为显示器或打印机上的图。 —般而言，将存在与所标识的空间特征相关联的、噪声和不确定物的多种不同源， 因此在所述方法的一些优选实施例中，通过扩大空间特征的表示来添加"误差棒"，例如近 似与估计误差成比例。这种扩大还考虑了由针对勘测的飞行路径的所选间隔而造成的、分 辨率的固有缺乏。 再次参照上述的最大值、最小值和拐线，在所述方法的一些优选实施例中，针对每 个波长滤波后的势场数据集合，例如根据勘测重力场、磁场或重力梯度场的不同向量或张 量分量和/或根据除势场勘测以外的勘测数据来标识多个空间特征集合。在特定深度处不 需要以该其他勘测数据为目标。然后，在实施例中，所述方法还包括确定所述多个空间特 征集合之间的相关程度，以标识空间特征之间的一致程度。例如，在简单实现方式中，当叠 加空间特征时，可以通过确定交叠程度来测量相关程度。在实施例中，这些多个相关的空间 特征显著地增强了地质信息的值。在优选实施例中，显式地通过提供所标识的空间特征的 相关值信息，和/或隐式地例如通过忽略小于相关的阈值水平的特征，相关程度以来自多 个空间特征相关集合的绘图数据以及下层地质的三维表示来表示。当被显示时，相关程度 由颜色指示，例如使用针对高相关程度或一致程度的暖色以及针对较低相关程度或一致程 度的冷色；附加地或备选地，可以采用亮度(对于高相关来说为高)。在一些特别优选的实 施例中，从滤波后的势场数据集合产生多个空间特征集合，从而提供均以实质上相同的深 度处作为目标的多个空间特征集合。如上所述，这些是可以从勘测势场的不同向量或张量 分量导出的。当被组合时，这提供了特别有用的地球物理/地层信息。可与从势场勘测中 得到的数据进行组合的其他勘测数据包括(但不限于)例如通过激光雷达、谱或更优选地 通过超谱影像而确定的地形信息、气体饱和度数据、化学分析数据(来自土壤取样)、以及 其他土壤勘测数据。 在一些特别优选的实施例中，所述方法还包括从勘测区域的下层地质的3D表示 产生断层多边形数据。如技术人员将理解，断层多边形数据包括用于表示勘测区域的表面
7或地平线上一个或多个地质断层的位置的数据。这样的断层多边形可以由多个角点和/或 边缘来限定，具体地，例如在地球表面上限定环形。这样的断层多边形从而可以限定地层层 的地平线。由于通常不期望在断层的位置处对断层多边形进行钻探，因此断层多边形是有 用的，不期望钻探的原因典型地是地质向断层的任一侧改变，从而钻通该断层可能错过所 期望的石油或矿物。 以上已经描述了可以如何对多个空间特征集合进行组合以及这些所确定的集合 之间的相关程度。该技术本身提供了有用的地质信息，该地质信息可以是作为本发明的发 明人所称的"带状一致图"而提供的。 因此，在相关方面中，本发明提供了一种对地球物理数据进行处理以提供地球的 勘测区域的下层地质的表示作为线集合的方法，所述地球物理数据至少包括来自所述勘测 区域的势场勘测的测量势场数据，所述方法包括输入所述勘测区域的势场数据；对所述 势场数据进行处理，以标识包括线空间特征和点空间特征中的一个或两个在内的空间特 征，所述空间特征与所述下层地质中的改变的位置相对应；确定所标识的空间特征之间的 相关程度；以及产生绘图数据以标识所述改变的所述位置从而表示所述勘测区域的所述下 层地质，所述绘图数据在表示所述线空间特征的线集合上提供所述相关程度的表示。
当产生"带状一致图"时，类似地可以采用本发明的上述第一方面的实施例的特 征。 可以在分离的步骤中执行产生一个或多个带状一致图集合；以及从这种图产生 勘测区域的下层地质的三维表示。 因此，在另一相关方面中，本发明提供了一种对地球物理数据进行处理以提供地 球的勘测区域的下层地质的三维表示的方法，所述地球物理数据至少包括来自所述勘测区 域的势场勘测的测量势场数据，所述方法包括输入从滤波后的势场数据导出的地质空间 特征数据，所述滤波后的势场数据包括通过空间波长进行滤波后的数据，以产生均以所述 勘测区域中不同相应深度处的地质特征为目标的多个滤波后的势场数据集合，所述空间特 征数据包括用于标识针对每个所述目标深度的空间特征集合的数据，所述空间特征集合包 括线空间特征和点空间特征中的一个或两个；以及将针对每个所述目标深度的所述空间特 征集合进行组合以产生三维地图数据，所述三维地图数据提供所述勘测区域的所述下层地 质的三维表示。 本发明还提供了一种从地球中提取石油或矿物的方法，所述方法包括根据如上 所述的本发明的方面或实施例来进行势场勘测，以产生勘测区域的下层地质的表示；以及 然后使用该表示来提取期望的石油或矿物。本发明的另一方面还提供了使用该技术提取的 石油或矿物。 本发明还提供了用于实现上述方法的处理器控制代码，尤其是在如磁盘、CD-ROM 或DVD-ROM、编程的存储器(如只读存储器(固件))之类的数据载体上，或在如光或电信号 载体之类的数据载体上。用于实现本发明实施例的代码(和/或数据)可以包括以传统编 程语言(解释语言或编译语言)(如C)编写的源、对象或可执行代码、或者汇编代码、用于 建立或控制ASIC(特定用途集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)的代码、或硬件描述 语言(如Verilog(商标)或VHDL(极高速集成电路硬件描述语言))的代码。本领域技术 人员将认识到，这种代码和/或数据可以分布在互相通信的多个耦合组件之间，例如分布在网络上。 本发明还提供了一种数据处理系统，被配置为实现上述方法的实施例，以根据处理后的地球物理数据来确定与地球内部的物理属性有关的一个或多个参数。这样的数据处理系统可以包括数据存储器，用于存储测量的势场数据以及表示勘测区域的下层地质的绘图数据；程序存储器，用于存储如上所述的处理器控制代码；以及处理器，耦合至所述数据存储器和所述程序存储器，以加载和实现所述控制代码。


现在参照附图，仅通过示例来进一步描述本发明的这些和其他方面，在附图中
图la和图lb分别示出了具有飞行勘测数据的航空器，以及被配置为实现根据本发明的方法的实施例的数据处理系统的示例，以及针对航空势场勘测的示例飞行路径集合. 图2示出了根据本发明一方面的实施例的供计算机程序处理势场数据以在线集合上的相关的方面表示下层地质的过程； 图3a至3d分别示出了第一和第二透视图、垂直横截面图、以及断层的地下体的模型的边缘和断错(offset); 图4a至4c分别示出了针对图3的地下体而建模的重力分量Gz，以及相应的解释线和扩大的解释线； 图5a至5c分别示出了针对图3的地下体的Gzz的俯视图和透视图，以及相应的解释线集合； 图6a至6c示出了 Gxx的俯视图和透视图，以及添加的地质解释线；
图7a至7c示出了针对图3的地下体而建模的Gyy，以及相应的解释线集合；
图8a至8c示出了针对图3的地下体而建模的Gzx，以及相应的地质解释线集合；
图9a至9c示出了针对图3的地下体而建模的Gzy，以及相应的地质解释线集合。
图10a至10c分别示出了针对图3的地下体而建模的Gxy的俯视图和3D透视图、地质解释的点/线的构造、以及考虑误差的扩大点/线； 图lla至llc分别示出了针对图3的地下体而建模的RTP磁场数据的俯视图、地质解释的点/线的构造、以及考虑误差的扩大点/线； 图12a至12d分别示出了交叠地质线空间特征的俯视图、为了表示预测误差而扩大的空间特征、包括特征之间的相关程度的表示在内的地质线空间特征的地图、以及相关地图与从中产生了特征的建模地下体的交叠； 图13示出了包括针对勘测区域的实际示例的相关/一致程度的表示在内的地质线空间特征； 图14示出了根据本发明一方面的实施例的产生勘测区域的下层地质的三维表示的过程；以及 图15a和15b示意性示出了测量的势场数据随着地质特征深度的改变。
具体实施方式
势场勘测
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当参照场时，具体地，参照重力场时，不限于向量场，而是也包括标量和张量场、势场以及从势场导出的任何导数。势场数据包括但不限于重力计数据、重力梯度计数据、向量磁力计数据和真磁梯度计数据。可以从标量导出势场的元素和表示。 考虑在网格图案上飞行的空中势场勘测(如重力勘测)，该网格图案由在下层地形上编织的二维表面上的平行线(飞行路径)的正交集合来限定。当查找下层异常时，附近的质量具有主导影响并必须提供深特征的精确表示，表面特征的良好表示是期望的，以便能够通过具体地减掉较高频率(在功率谱上占优势)来执行地形校正(如上所述)。波长A的信号按照esp(-kz)随着高度z下降，其中k二2Ji/A (由此可见，波长越长则衰减得越少)，并且在给定了目标的大小和深度的情况下，波长标度与预期的识别特征相对应。
针对重力，相关势能是重力标量势①(r)，定义为
肌風v
l '—广 其中，r，P(r' ) ， G分别是重力场测量的位置、位置r'处的质量密度、以及重力常数。重力加速度(所体验到的重力场)是标量势的空间导数。重力是方向已知的向量。对于任何所选的笛卡尔坐标系，通过三个分量来表示重力
^姊(r)滩(r)、 g = 、g^,g>J,gzj =
V
5义
乂 这三个分]成了重力梯度张量
:中的每一个沿三个方向中的每个方向而改变，因而产生了九个量，形
GL G，
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3_y、9z 3;c & 在掩埋对象的深度(和形状)和检测到的信号的波长(和幅度)之间存在关系。一般而言，所测量的量，比如重力向量分量或重力梯度张量分量，将是以下所示的形式之和。这里使用gg作为所测量的量的符号，例如G^ SScfffcw/"fed (r川eff5wn ) = 21 '"附^^屮efe州e"/F(^3!m"s"/^ — 。waxs:—e/e肌e'") 在以上方程中，F被称为格林函数(例如见R. J.Blakely，"PotentialTheory inGravity and Magnetic Applications", Cambridge UniversityPress，1995，第185页，在此一并引入作为参考)，rmass—^^定义了质量元素的位置(例如，重力中心或某其他定义点)。 函数F是标准函数，本质上是具有单位质量或密度和所定义形状的源(质量元素)在相关(测量)点处可能有的影响。该源可以是点源、球体或椭圆体，但实际上更经常地是棱柱，可能是不规则的。例如，如果假想存在特定地质层，或者比如存在地质异常(例如，金
10伯利岩)，则考虑这一点，可以限定形状。多本教科书列出了简单形式的格林函数；可以在文献中找到针对更复杂源几何形状的函数。此外，叠加了源影响，使得如果可以将复杂形状离散成多个较简单形状，则可以将离散形状的格林函数加到一起。这在原理上允许确定任意形状的格林函数的数值，尽管实际上相对简单的形状一般是优选的。通过示例，矩形棱柱的格林函数F(同上，Blakely，在第187页)具有8项，其中每一项与棱柱的顶点相对应。
现在参照图1，图1示出了进行势场勘测以获得数据从而根据如上所述的方法进行处理的航空器10的示例。航空器10包括在其上安装了重力梯度计14的惯性平台12，重力梯度计14例如是来自Lockheed-Martin的全张量重力梯度计。重力梯度计14将势场勘测数据提供给数据采集系统16。在申请人的PCT申请中描述了超导重力梯度计("勘探重力梯度计"-EGG)的特别有利的设计。 惯性平台12配备有惯性测量单元(MU) 18，该惯性测量单元18也将数据提供给数据采集系统16，典型包括姿态数据(例如，倾斜、滚动和偏航数据)、角速率和角加速度数据、以及航空器加速度数据。航空器还配备有差分GPS系统20和LIDAR系统22或类似装置，以提供与航空器在下层地形上的高度有关的数据。航空器10也可以配备其他仪器24，如磁力梯度计或磁力计、TDEM系统和/或超谱成像系统，再次馈入数据采集系统。数据采集系统16也具有来自一般航空器仪器26的输入，该一般航空器仪器26可以包括例如高度计、航空和/或地面速度数据等。例如，数据采集系统16可以提供一些初始数据预处理，以便针对航空器运动校正LIDAR数据，和/或将来自MU 18和DGPS 20的数据进行组合。数据采集系统16也可以配备有通信链路16a和/或非易失性存储器16b，从而能够存储所采集的势场和位置数据以用于以后的处理。也可以提供网络接口 (未示出)。
图lb示出了飞行勘测路径的示例，可以通过先前在"GravitySurvey DataProcessing", PCT/GB2006/050211 (W02004/012895)中描述的技术来对来自该路径的数据进行处理。 —般(但不必须)离线执行数据处理以从势场勘测产生绘图数据从而提供勘测区域的下层地质的3D表示，有时在与采集了勘测数据的国家不同的国家。如图所示，数据处理系统50包括处理器52，该处理器52耦合至代码和数据存储器54、输入/输出系统56 (例如，包括针对网络和/或存储介质和/或其他通信的接口)以及包括例如键盘和/或鼠标的用户接口 58。可以在可拆卸存储介质60上提供存储在存储器54中的代码和/或数据。在操作中，数据包括从势场勘测中采集的数据，代码包括根据以下描述的过程对该数据进行处理以产生2D/3D地质地图数据的代码。
势场勘测数据处理 现在描述用于对来自势场勘测的数据进行处理以提取下层地质的表示的技术。首先参照图2的过程，来描述用于产生下层地质的线性表示的技术。 参照图2，过程的输入包括可以包括测量的势场数据，该势场数据优选地包括重力数据、重力梯度数据和RTP(化极)磁数据，以及可选地包括附加勘测数据，如激光雷达数据、超谱图像数据、土壤分析数据等。势场勘测数据具有用于针对每次测量定义地球表面上的位置和地球表面以上的高度的关联3D位置数据(其他勘测数据可能仅具有2D位置信息)。优选地，在如上所述的地形校正之后将势场数据提供给该过程，尽管可选地这可以作为图2所示的过程的一部分来执行。
优选地，尽管不是本质上的，但该过程然后通过空间波长对势场数据进行滤波，从 而以不同深度处的地质为目标(步骤201)。 然后，在步骤202，该过程对向量重力场分量GpGy和Gz进行处理以确定线特征，然 后扩大所确定的解释线以表示近似误差容限，例如100米。例如，可以通过可选地利用"用 手"输入的附加量对飞行线路进行分离来确定该误差容限的估计，从而说明仪器中的固有 噪声和由异常地质产生的可能预期的错误肯定。尽管不是本质上的，但优选地，采用所有重 力场分量来最大化确定地质的信息。 在该阶段，示意测量的、地形校正势场的各个向量和张量分量的处理有助于理解 本发明的实施例。传统上，这可以使用如图3a至3d所示的断层地下体的模型来进行。因 此，图3a和3b(其中标度是以米表示的)示出了 16公里X16公里X300米高尺寸的断层 地下体的表面的第一和第二 3D透视图，图3c示出了穿过图3a和3b的体的2D垂直横截 面，该横截面示出了不同岩石类型和以g/cm2表示的密度。图3d示出了地图视图中的地下 体的边界以及也在地图视图中的地下体的"断错"，例如由沿水平虚线的平移断层引起。 [OOes] 接着参照图4，图4示出了 (建模的)重力分量Gz的处理，图4a以俯视图和3D透 视图示出了建模的Gz。为了对重力信号(如G》进行处理，例如通过标识信号的拐线(即， 曲率半径从正变为负(反之亦然)的位置)，如图4b所示添加了解释线400。优选地，然后 将这些解释线缓存至如图4c所示产生的扩大线400a的误差容限。可选地，用户可以逐项 目地调整扩大的程度。 再次参照图2，该过程接着对重力梯度分量Gxx、Gyy和Gzz进行处理(步骤204)，以 再次确定用于解释下层地质的线。因此，参照图5a，图5a以俯视图和透视图示出了针对图 3地下体的Gzz。在图5b中，已对该数据进行处理以标识拐点/拐线500，并且在5c中，已 经将这些拐点/拐线扩大成500a以表示误差。优选地，单个扩大值用于所有解释线，即，在 本方法的实施例中，从不同势场/势场分量导出的解释线的宽度实质上是相同的。可见，&2 信号比Gz提供了轮廓更清晰的地下体表示。 图6a至6c示意了对Gxx信号进行处理以产生解释线600、考虑到误差的扩大线 600a。概括地讲，信号Gn分辨沿y方向的边缘，拐点/拐线600、600a表示这些边缘。技术 人员将理解，x-y轴的旋转的选择是任意的，可选地，可以对这些轴进行旋转以确定特定地 质关注的特征是否变得更明显。 图7a示出了 Gyy的俯视图和透视图，其中，拐点/拐线分辨沿x方向的边缘(以与 、互补的方式)。图7b和7c示出了解释线700、考虑误差的扩大线700a。同样，可以对 x-y轴进行旋转以搜索特定地质关注的特征。 再次参照图2，在步骤S206，该过程然后对重力梯度分量Gzx和Gzy进行处理，在这 些情况下以便对限定最大值或最小值的点/线(对间隔近的最大值/最小值进行连结以形 成线)进行标识。概括地讲，Gzx和Gzy张量分量是重点，图8a至8c示出了 Gzx的俯视图和 透视图以及相应的解释线800、800a，图9a至9c示出了 Gzy的俯视图和透视图以及相应的 解释线900、900a。 再次参照图2，在步骤206，该过程对Gxy进行处理以确定点/线特征，并如前所述 扩大这些点/线特征以表示误差。图10a示出了针对图3建模地下体的G,y的俯视图和透 视图；该过程对该数据进行处理以标识最大值/最小值点1000、1000a，并优选地还在这些点之间添加线1002以局部地将最大值与最小值分开。当最大值与邻近的最小值之间的差 值大于阈值时，优选地仅添加这样的趋向线。这是由于G,y信号往往分辨地下体的角。如 图10b的插图所示，最大值/最小值往往作为由零信号的线分离的偶极子对而出现，并且在 需要时，所示的长度比A : B可以用于对扩展体的角的尖锐度进行估计，而最小值(或最大 值)之间的离距C(或C')与("角")特征的深度成比例。 如前所述，优选地，采用所有重力梯度张量分量来最佳地利用可用信息。优选地， 在可用的情况下，该过程然后继续对RTP磁数据进行处理(步骤208)，并且可选地，在其他 勘测数据可用的情况下对该其他勘测数据进行处理，以再次标识表示勘测区域下层地质的 点/线特征。因此，图11a示出了针对图3地下体的建模RTP磁场，图llb示出了图lla中 具有通过标识显著经度特征而添加的趋向线1100的数据。(在图lib中可见，在可以标识大 于阈值的最大值/最小值的地方添加了趋向线；已经在以下意义上对这些趋向线进行"量 化"为了清楚起见，不允许小于阈值长度的长度，并且可选地，在标识出趋向特征的地方， 为了清楚起见，可以利用与最大值/最小值拐点的阈值显著性相比的滞后来扩展和/或截 短长度)。同样优选地，如前所述，如图llc所示，将线扩大成1100a以说明误差。对于超谱 和其他勘测数据，技术人员将理解，可以实现与上述技术类似的技术来标识最大/最小/拐 点/拐线，以与根据势场勘测数据而标识的空间特征进行组合，如以下进一步描述。
—旦已经例如如上所述标识出多个空间特征集合，则该过程然后对该数据进行组 合(在步骤210)，并确定可用的空间特征集合之间的相关或一致程度，具体地，根据重力梯 度数据的张量分量以及根据重力场和/或磁数据的向量分量。技术人员将理解，有许多不 同的方式来定不同空间特征集合之间的相关程度。例如，在简单方案中，在公共的地理参考 坐标集中将空间特征彼此重叠，然后，根据彼此交叠的线的数目来对交叠的区域进行分级 或着色。在实施例中，暖色(橙色/红色)可以用于表示许多解释线在特定位置交叠的区 域，冷色(蓝色)可以用于表示极少有或没有扩大的地质解释线彼此交叉的区域。备选地，
可以采用灰度级分度，或者等高线或等高标数用于表示相关或一致的程度。由此，技术人 员将理解，为了获得空间特征而对势场数据的各个向量和张量分量进行处理的顺序无关紧要。 所标识的点/线空间特征表示地质改变(例如，结构改变或地层改变)的位置。图 12a示出了可从地质解释线的俯视图中的简单重叠或交叠获得的某值，甚至在没有扩大这 些线以说明误差时也能够获得该值，而图12b示出了当对这些线进行扩大或"缓存"时该表 示不太清楚。图12c示出了表示通过如上所述对交叠线进行计数而确定的一致程度的图。 图12d示出了在图3d所示的建模地下体的俯视图或地图视图上重叠的一致性图，该一致性 图示出了这种表示提供下层地质的精确描述，最暖色(红色和橙色)分辨地下体的角，微温 色(黄色和浅绿色)标识地下体的边缘。 尽管绘图数据表示，用于表示所标识的空间特征的线集合上的相关程度("带状一 致图")不需要显式地显示，但是可以进一步处理以将一致程度表示为勘测区域上的分级的 (例如着色的)或画等高线的表面。因此，在步骤212，尽管该过程可以输出带状一致图，但 在实施例中可以利用框(如表示关注区域的方框)来对包含高浓度暖色的(2D)地图区域 进行划界。在实施例中，根据暖色的浓度，将所框住或加框的区域划分成主要或次要关注区 域。利用这样的表示，还可以有助于提供一致性表面，即，根据在所标识的空间特征之间确
13定的相关一致程度而画等高线的表面。在另外的实施例中，可以在网格上将一致程度表示 为等高线或暖/冷色。 图13示出了从实际地质数据导出的示例带状一致图。可见，如上所述的处理的结 果包括微温色/暖色的连通条带集合，该连通条带集合在勘测区域的俯视图上定义指示地 质改变的位置的线。在实施例中，该过程可以使用该数据，通过在由一致性的条带形成的完 整或几乎完整的环形上构造多边形，来确定和显示断层多边形网格(图2的过程中的步骤 214)。这些在勘探钻探时避开区别区域的方面是有用的(由于下层地质改变断层的任一 侧，因此钻探不会清楚地对特定地质区域进行取样)。 图2的过程可以体现为载体上的计算机程序代码250。在实施例中，图2的过程中 的步骤是可以使用本领域技术人员公知的一套传统地理信息系统(GIS)工具中的任一个 来实现的。在实施例中，用于产生点/线空间特征的过程可以涉及与熟练用户的交互，以便 考虑人的专长。除上述技术外，已发现对于标识点/线空间特征而言特别有用的一些技术 是对于Gxy，将数据视为表示液面并允许这些液面流动，标识流动方向并允许流动以累积 检测边缘(使用分水岭软件)；以及对于Gxx、Gyy、Gzz，确定特征值。 现在描述一种与上述处理有关的技术，该技术用于确定勘测区域的下层地质的三 维表示。概括地讲，该技术的实施例确定了在不同目标深度处空间特征之间的相关/一致 程度，以跟踪下层地质，具体地，提供不同地质成分的区域之间的角/边缘、表面的表示。因 此，在实施例中，通过波长来对势场数据进行滤波以产生准二维地图(2. 5d地图)集合，优 选地至少10个地图，例如在50与IOO个地图之间，每滤波后的波长一个地图。地图是"272 维"，这是由于通过波长本身的滤波而导出的地图具有有限范围的深度信息，从而该地图是 不"平坦的"。 因此，参照图14，在步骤1400，该过程输入具有关联3D测量位置数据的势场数据， 优选地被预处理用于地形校正(尽管备选地这可以在如步骤1400a所示的过程中实现)。 然后，在步骤1402，通过波长来对该势场数据进行滤波(步骤1402)以确定多个滤波后势场 数据集合，例如，在50与100个滤波后数据集合之间，每个集合以相应深度为目标。
然后，根据图2中的、点A和B之间的过程，对每个波长/滤波后数据集合进行处 理，以确定所标识的空间特征之间的相关/一致程度以及针对滤波后的波长或波段的相应 目标深度(步骤1404)。(如前所示，在相关中还可以包括其他勘测数据，例如超谱影像、土 壤勘测数据等)。 该过程然后对来自不同滤波后的波长的空间特征数据进行组合(步骤1406)，以 产生一组2. 5D地图的数据，每个地图包括如上所述的带状一致图，但是优选地，具有针对 所标识的点/线空间特征的关联深度信息并因此具有针对相关的关联深度信息。还可以将 该信息进行组合(步骤1408)以确定不同级别的地图之间的相关性/一致性。本领域技术 人员将理解，在产生该组2/2. 5D地图之前，可以执行所标识的空间特征之间的相关，或者 备选地，可以在三维中实现所标识的空间特征之间的相关/一致程度，而无需任何中间步 骤在2/2. 5D中产生相关。 一旦已经产生了 3D数据，就可以使用例如一套商业可用的可视 化工具中的任一个来表示下层地质的3D地图。 可以在该三维数据中限定任意表面或地平线(该表面可以近似于地球的地形表 面)，然后如上所述可以在该表面上限定断层多边形网格(步骤1410)。然而，由于三维数据是可用的，因此该构思可以被扩展为限定断层表面和/或用于表示勘测区域之下的断层 的三维表面的三维断层多边形。这例如可以通过以下方式来执行通过3D区域来转换平面
的高度(深度)，并在每个表面上构造2D多边形网格，高度(深度)转换后的2D多边形边 缘限定了 3D断层多边形的表面。 优选地，使用载体(如载体1450)上的计算机程序代码来实现图14的过程。同样， 可以使用如前所述的商业可用地理信息系统来实现该代码。在实施例中，还可以为专家用 户交互提供该软件以标识/修改针对上述过程的空间特征。 图15a示意性地示出了测量的势场(重力梯度)信号的振幅和空间频率随着地质 特征的深度从A增加到B而改变。测量的势场的精确形状取决于下层地质的形状，尽管还 可以应用对最大深度的约束而不论地质特征的形状如何。技术人员将认识到，存在若干不 同算法，可用于基于测量的势场来估计地质特征的深度(反之亦然)。 图15b示出了图14的过程的波长滤波的操作，示出了断层和标记为X的拐点。当 对势场数据(例如，重力梯度)进行滤波以移除较短波长时，拐点沿箭头方向移动(并且幅 度下降)，向下跟踪断层(误差也增大，并且可选地，考虑到这一点，随着目标深度的增大， 所标识的空间特征的扩大也可能增大)。 从图15b可见，通过波长的滤波可以以不同地质深度为目标，并且从图15a可见， 对于给定目标深度，更精确指定所标识的空间特征的深度的、针对该特征的深度信息是可 用的。这两种类型的信息的组合特别有利于标识三维中的断层多边形，这是由于例如对于 图15b所示的断层，可以标识出断层的顶部边缘和底部边缘，并可以确定三维中的断层形 状。 技术人员将理解，这里描述的技术的实施例对于标识潜在石油/矿物值的地质特 征来说是有益的，并且还可以用于跟踪2D或3D空间中的一个或多个断层平面，这特别有助 于勘探钻探。 毫无疑问，技术人员将想到许多其他有效备选方案。将理解，本发明不限于所描述 的实施例，并且包括落入所附权利要求的精神和范围内的、对于本领域技术人员而言显而 易见的修改。
1权利要求
一种对地球物理数据进行处理以提供地球的勘测区域的下层地质的三维表示的方法，所述地球物理数据至少包括来自所述勘测区域的势场勘测的测量势场数据，所述方法包括输入所述勘测区域的地形校正势场数据，所述势场数据包括针对空间波长范围的数据，所述勘测区域中不同深度处的地质特征与所述波长范围中的不同波长相关联；通过空间波长来对所述势场数据进行滤波以产生第一多个滤波后的势场数据集合，其中每个滤波后的势场数据集合与相应波长或波长范围有关，每个滤波后的势场数据集合以不同的相应所述深度处的地质特征为目标；对每个所述滤波后的势场数据集合进行处理，以标识空间特征集合以及产生针对每个所述滤波后的势场数据集合的绘图数据集合，所述空间特征集合包括每个所述滤波后的势场数据集合中的线空间特征和点空间特征中的一个或两个，所述绘图数据集合表示针对作为所述滤波的目标的所述深度的所标识的空间特征集合；以及对所述绘图数据集合进行组合以产生三维地图数据，所述三维地图数据提供所述勘测区域的所述下层地质的三维表示。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述进行处理以标识空间特征包括进行处理以 标识所述滤波后的势场数据中的最大值、最小值和拐线中的一个或多个。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述进行处理以产生所述绘图数据集合包 括进行处理以提供针对所标识的空间特征而估计的深度数据。
4. 根据权利要求1 、2或3所述的方法，其中，所述进行处理以产生所述绘图数据集合还 包括扩大所述空间特征以表示所述势场数据中的误差。
5. 根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述进行处理以产生所述绘图数据集合还 包括确定所标识的空间特征集合与从所述地球物理数据导出的第二空间特征集合之间的 相关程度，并且，所述下层地质的所述三维表示还表示所述相关程度。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述势场数据包括向量或张量势场数据，其中，所述进行处理以标识空间特征集合包括对所述势场数据的第一向量或张量分量进行处理，并且，所述方法还包括对所述势场数据的第二向量或张量分量进行处理以标识所述第二 空间特征集合，所述第二空间特征集合包括线空间特征和点空间特征中的一个或两个。
7. 根据权利要求6所述的方法，还包括通过空间波长来对所述势场数据的所述第二 向量或张量分量进行滤波，以产生第二多个滤波后的势场数据集合，其中，每个滤波后的势 场数据集合将对应的相应波长或波长范围与所述第一多个滤波后的势场数据集合的波长 或波长范围相关，其中，所述对所述第二向量或张量分量进行滤波以标识所述第二空间特 征集合包括对所述第二多个滤波后的势场数据集合中的每一个进行处理以标识所述第二 空间特征集合，并且，所述确定所述相关程度包括确定根据所述势场数据中针对对应波长 和波长范围的所述第一和第二向量或张量分量而标识的空间特征集合之间的相关程度，从 而所述相关是与对应深度处的目标地质特征有关的空间特征之间的相关。
8. 根据权利要求5、6或7所述的方法，其中，所述第二空间特征集合包括从除了所述 势场数据之外的、针对所述勘测区域的第二勘测数据集合导出的点空间特征和线空间特征 中的一个或两个。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述势场数据包括重力梯度计数据，其中，所述空间特征包括线空间特征，并且，所述进行处理以标识所述空间特征包括确定 所述重力梯度计数据的对角线上张量分量的拐线。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括从所述绘图数据产生在所述勘 测区域的表面上表示一个或多个地质断层的位置的断层多边形数据。
11. 一种从地球中提取石油或矿物的方法，所述方法包括使用权利要求1至10中任 一项所述的方法来进行区域的势场勘测，以对来自所述势场勘测的数据进行处理，从而产 生勘测区域的下层地质的所述三维表示；以及使用所述下层地质的所述三维表示来提取所 述石油或矿物。
12. —种对地球物理数据进行处理以提供地球的勘测区域的下层地质的表示作为线集 合的方法，所述地球物理数据至少包括来自所述勘测区域的势场勘测的测量势场数据，所 述方法包括输入所述勘测区域的势场数据；对所述势场数据进行处理，以标识包括线空间特征和点空间特征中的一个或两个在内 的空间特征，所述空间特征与所述下层地质中的改变的位置相对应； 确定所标识的空间特征之间的相关程度；以及产生绘图数据以标识所述改变的所述位置从而表示所述勘测区域的所述下层地质，所 述绘图数据在表示所述线空间特征的线集合上提供所述相关程度的表示。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述进行处理以标识空间特征包括进行处理 以标识所述势场数据中的最大值、最小值和拐线中的一个或多个。
14. 根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述标识所述空间特征包括根据所述 势场数据的不同的相应向量或张量分量来标识相应空间特征集合，并且，所述确定所述相 关程度包括确定根据所述势场数据的所述不同的相应向量或张量分量而标识的所标识空 间特征集合之间的相关程度。
15. 根据权利要求12、 13或14所述的方法，其中，所述产生所述绘图数据还包括扩大 所述空间特征以表示所述势场数据中的误差。
16. 根据权利要求12至15中任一项所述的方法，还包括在所述对所述势场数据进行 处理以标识所述空间特征之前，通过空间波长来对所述势场数据进行滤波，从而以通过所 述滤波而选择的深度或深度范围处的地质特征为目标。
17. —种从地球中提取石油或矿物的方法，所述方法包括使用权利要求12至16中任一项所述的方法来进行区域的势场勘测，以对来自所述势场勘测的数据进行处理来产生所述相关程度的所述表示，从而表示所述勘测区域的所述下层地质；以及使用所述表示来提 取所述石油或矿物。
18. —种对地球物理数据进行处理以提供地球的勘测区域的下层地质的三维表示的方 法，所述地球物理数据至少包括来自所述勘测区域的势场勘测的测量势场数据，所述方法 包括输入从滤波后的势场数据导出的地质空间特征数据，所述滤波后的势场数据包括通过 空间波长进行滤波后的数据，该数据被滤波以产生均以所述勘测区域中不同的相应深度处 的地质特征为目标的多个滤波后的势场数据集合，所述空间特征数据包括用于标识针对每 个所述目标深度的空间特征集合的数据，所述空间特征集合包括线空间特征和点空间特征中的一个或两个；以及将针对每个所述目标深度的所述空间特征集合进行组合以产生三维地图数据，所述三 维地图数据提供所述勘测区域的所述下层地质的三维表示。
19. 根据权利要求18所述的方法，还包括确定所述空间特征之间的相关程度以产生 所述三维地图数据。
20. 根据权利要求18或19所述的方法，其中，所述空间特征包括来自所述势场数据的 不同相应向量或张量分量的空间特征。
21. —种从地球中提取石油或矿物的方法，所述方法包括使用权利要求18至20中任 一项所述的方法来进行区域的势场勘测，以对来自所述势场勘测的数据进行处理，从而产 生勘测区域的下层地质的所述三维(3D)表示；以及使用所述下层地质的所述3D表示来提 取所述石油或矿物。
22. —种承载处理器控制代码的载体，所述处理器控制代码在运行时实现前述权利要 求中任一项所述的方法。
23. —种用于对地球物理数据进行处理以提供地球的勘测区域的下层地质的表示的地 质数据处理系统，所述地球物理数据至少包括来自所述勘测区域的势场勘测的测量势场数 据，所述系统包括数据存储器，用于存储所述势场数据和表示所述下层地质的数据； 程序存储器，用于存储权利要求22的处理器控制代码；以及耦合至所述数据存储器和所述程序存储器的处理器，加载和实现所述处理器控制代码。
全文摘要
本发明描述了一种对地球物理数据进行处理以提供地球的勘测区域的下层地质的三维表示的方法，所述地球物理数据至少包括来自所述勘测区域的势场勘测的测量势场数据，所述方法包括输入所述勘测区域的地形校正势场数据，所述势场数据包括针对空间波长范围的数据，所述勘测区域中不同深度处的地质特征与所述波长范围中的不同波长相关联；通过空间波长来对所述势场数据进行滤波以产生第一多个滤波后的势场数据集合，其中每个滤波后的势场数据集合与相应波长或波长范围有关，每个滤波后的势场数据集合以不同的相应所述深度处的地质特征为目标；对每个所述滤波后的势场数据集合进行处理，以标识空间特征集合以及产生针对每个所述滤波后的势场数据集合的绘图数据集合，所述空间特征集合包括每个所述滤波后的势场数据集合中的线空间特征和点空间特征中的一个或两个，所述绘图数据集合表示针对作为所述滤波的目标的所述深度的所标识的空间特征集合；以及对所述绘图数据集合进行组合以产生三维地图数据，该三维地图数据提供所述勘测区域的所述下层地质的三维表示。
文档编号G01V7/00GK101772716SQ200880101563
公开日2010年7月7日 申请日期2008年7月24日 优先权日2007年8月2日
发明者马克·戴维斯 申请人:阿克斯有限责任公司