0 引言
时频电磁法是建立在介质频散理论基础上,利用大功率长导线源向地下发射不同频率方波信号,在地面上发射源的一侧或两侧的一定范围内接收垂直磁场分量(dbz/dt)和水平电场分量(Ex)信号,同时进行时间域测深和频率域激发极化观测,研究目标层电导、激发极化特征和电磁场时间—频率—剖面相关特性等,从而确定地下地质结构、预测目标层含油气性的一种电磁方法。该方法将频率域测深与时间域测深统一在一个系统中,可根据勘探目标的深度选择不同激发频率和不同类型的激发波形,通过对信号的分频处理,获得频率测深曲线;通过对不同周期的衰减信号的时域处理,获得多组时域衰减曲线 [1]。东方地球物理公司在时频电磁采集阶段采用了大功率发射源进行信号发射,可以获得深部流体的有效激发极化信息[2]。在资料反演中引入极化效应的Cole-Cole模型,可以同时研究多个属性参数[3],通过时间域和频率域资料联合处理可以获得比较准确的地电结构信息和含油气性有关的激发极化信息,进而预测油气分布。
近年来,图像融合技术被广泛地应用于目标自动识别、计算机视觉、遥感、机器人、医学图像处理以及军事应用等领域。其主要优势是通过对多幅图像间冗余数据的处理来提高图像的可靠性,通过对多幅图像间互补信息的处理来提高图像的清晰度[4]。时频电磁图像融合技术,就是在时频电磁属性参数中选取与油气关系最为密切的三种属性参数,形成属性图像,然后根据三种属性与油气分布的内在联系,进行图像融合处理,得到针对目标地质体的综合图像,以达到抑制单个属性参数解释引起的“非唯一性”,提高资料解释的客观性的目的。计算机图像融合技术为时频电磁预测油气分布提供了一种新的技术手段。
1 方法原理
1.1 时频电磁属性参数选择
时频电磁法属性参数包括视电阻率、电阻率、总纵电导、振幅异常等电阻率类属性参数,主要反映地下介质地电结构及含油气后电性特征变化信息;也包括极化率、时间常数、频率相关系数、双频相位等激发极化类属性参数,主要反映地质目标的含油气性情况,这两类信息的组合研究能够进一步提高油气检测结果的可靠性。通过理论分析和试验对比,极化率、时间常数、频率相关系数是反映地下介质含油气性最为敏感的三个独立属性参数,这三个参数值越高则地下介质含油气的可能性越高,评价为含油气区的结果的可靠性越高。三个参数值可通过图像融合算法直观显示,简单易行地识别含油气最有利区。
1.2 多属性参数图像融合算法
图像融合是通过一个色彩模型把来自于同一目标、不同属性参数的多幅图像综合成一幅满足特定应用需求的图像的过程,它可以有效地把不同属性参数图像的优点结合起来,提高对图像信息分析和提取的能力。色彩模型有很多种,如RGB、HSB、YUV、HSL、HSV、Ycc、XYZ、LAB、CMYK等,本文主要采用RGB和HSL色彩模型融合算法。
1.2.1 RGB模型
RGB模型是一种可以由红(red)、绿(green)、蓝(blue)混合再生成其他色彩的模型,任何一种可见的色彩可以由这三种颜色各占一定百分比形成。RGB 模型是目前常用的一种彩色信息表达方式,它使用红、绿、蓝三原色的亮度来定量表示颜色。该模型也称为加色混色模型,是以RGB三色光互相叠加来实现混色的方法。RGB 颜色模型可以看作三维直角坐标颜色系统中的一个单位立方体,任何一种颜色在RGB 颜色空间中都可以用三维空间中的一个点来表示。在RGB 颜色空间上,当任何一个基色的亮度值为零,即在原点处时,就显示为黑色。当三种基色都达到最高亮度时,就表现为白色。当在MATLAB中使用double类型的图像格式图像显示时,认为数据在[0,1]的范围,大于1的全部显示为白色。图形融合处理前,时频电磁属性参数需进行如下处理。
首先是数据网格化插值处理,即在同一平面或剖面上,按照同一网度、坐标范围作规范化处理。再是归一化处理,即对各属性参数值按比例规范到[0,1]的范围,计算采用公式:ρ'=(ρ-ρmin)/(ρmax-ρmin),其中ρ'代表某个属性参数归一化处理后的结果,ρ代表属性参数,ρmin表示属性参数的最小值,ρmax代表属性参数的最大值。经上述处理后的极化率(设为红色)、时间常数(设为绿色)、频率相关系数(设为蓝色)属性参数用MATLAB中的imshow或者image函数生成融合的彩色图形,图形中的暗色区域表示三种属性参数值都比较小;红色表示极化率值比较大,而时间常数及频率相关系数值比较小;绿色表示时间常数值比较大,而极化率、频率相关系数值比较小;蓝色表示频率相关系数比较大,而极化率,时间常数值比较小;黄色表示极化率及时间常数值比较大,而频率相关系数值比较小;青色表示时间常数及频率相关系数值比较大,而极化率值比较低;洋红色表示极化率及频率相关系数值比较大,而时间常数比较低;白色“亮点”表示极化率、时间常数、频率相关系数值均较大,其直观地指示了油气分布的最有利分布区。
1.2.2 HSL融合算法
HSL色彩模型也是基于人眼可见的一种颜色模型,其中H(hue)代表色相;S(sturation)代表饱和度;L(lghtness)代表亮度。HSL的H(hue)分量代表的是人眼所能感知的颜色范围,这些颜色分布在一个平面的色相环上,取值范围是0°~360°的圆心角,每个角度可以代表一种颜色。色相值的意义在于在不改变光感的情况下,通过旋转色相环来改变颜色。其中,360°/0°为红色、60°为黄色、120°为绿色、180°为青色、240°为蓝色、300°为洋红色,它们在色相环上按照60°圆心角的间隔排列。HSL的S(saturation)分量,指的是色彩的饱和度,它用0~100%的值描述相同色相、亮度下色彩纯度的变化。数值越大,颜色中的灰色越少,颜色越鲜艳。HSL的L(lightness)分量指的是色彩的亮度,作用是控制色彩的亮暗变化。它同样使用了0至100%的取值范围。数值越小,色彩越暗,越接近于黑色;数值越大,色彩越亮,越接近于白色。
与RGB融合算法类似,待融合的三个属性参数也需要首先做数据网格化插值处理;再是归一化处理,将极化率按比例规范到[0°,360°]的范围,时间常数及频率相关系数值分别按比例规范到[0,1]的范围。然后,三个异常信息就可以分别用色相、饱和度、明度代表通过融合形成彩色图形。图中的色相由红—黄—绿—青—蓝—洋红—红逐渐变化,表示极化率值由小到大变化,饱和度由灰色—纯色变化表示时间常数值由小到大的变化,亮度由黑色—白色的变化表示频率相关系数值由小到大的变化。与RGB融合算法类似,当极化率值、时间常数、频率相关系数均较大时,将在纯红色区域内出现白色的“亮点”,直观地指示了油气最有利分布区。
2 应用实例
塔里木盆地N区构造破碎、断块发育,成藏条件复杂,N1-N2井区构造均具有良好的生储盖组合,而N1井获工业油气流,相距6 km的N2井仅有良好油气显示,造成两井油气差异的原因不清。因此,在区内三维地震勘探完成后,为了落实该区的油气分布范围,综合评价区内有利勘探目标,为下一步勘探部署及圈闭评价提供依据,部署了时频电磁工作。经过时频电磁资料预处理、室内处理、正反演等工作,分别提取了振幅、相位、电阻率、极化率、时间常数、频率相关系数等信息。在综合解释和油气预测过程中使用了极化率、时间常数、频率相关系数三参数开展图像融合处理。
2.1 RGB图像融合技术应用
图1
图2
图3
图3
塔里木盆地某TFEM测线频率相关系数剖面
Fig.3
A TFEM frequency correlation coefficient profile in Tarim basin
分别用红色、绿色、蓝色代表极化率、时间常数、频率相关系数三个属性参数进行RGB三色融合处理,形成如图4所示的综合视觉图。N1井区,剖面横坐标14~16 km、海拔-2.5 km左右处出现了较大范围的白色“亮点”的区域,说明三个属性参数的异常信息均比较强,是有利的含油气区域,与N1油井获工业油气流吻合。N2井区,剖面横坐标22~24 km、海拔-2 km左右处出现的异常,局部的红色表示极化率异常信息比较强,局部的绿色表示时间常数的异常信息比较强,近褐色区域说明三个参数的异常信息比较强,但白色“亮点”不够突出,与N2井具有良好油气显示井相符合。极化率、时间常数、频率相关系数三个属性参数剖面图对应N1及N2井区有明显的异常显示,但异常区域不一致、发散,指示的范围比较广,表明了时频电磁方法具有一定的“多解性”。该融合图表明,使三种剖面图有效融合,通过一张图像上颜色的变化就能反映出三种属性参数值的大小,突出三种属性参数值的“共性”区域,抑制单个属性的“个性”区域,从而提高综合判断含油气有利区的准确性。
图4
2.2 HSL图像融合技术应用
在同一条剖面上,与RGB图像融合方法类似,分别用色相、饱和度、明度代表极化率、时间常数、频率相关系数三个属性参数,进行HSL三个要素融合,形成如图5所示的综合视觉图。从图上看出,N1井区,剖面横坐标14~16 km、深度在2.5 km左右处的异常区,由异常的边缘到中心位置,从色相上看由蓝色—洋红—红色逐渐改变;从饱和度上看,由灰色—鲜艳逐渐变化;从亮度上看,由暗色—白色逐渐变化。异常中心区域出现了较大范围的白色“亮点”,表明异常中心区域极化率、时间常数、频率相关系数参数异常值都是最大的,与N1井获工业油气流吻合。同样,N2井区,剖面横坐标22~24 km、纵坐标2 km左右处的异常区域出现了较小的亮点,表明异常中心区域极化率、时间常数、频率相关系数参数异常值也比较大,但异常范围较小,与N2井区仅有良好的油气显示吻合。与RGB融合图形类似,通过一张图像上色相、饱和度、亮度的变化亦能反映出三种属性参数值的大小,而HSL融合图,有效抑制了三种属性剖面异常的“个性”,突出了三种属性参数剖面异常的“共性”,避免了三种属性剖面的多解性,提高了综合识别含油气有利区的能力。
图5
3 结论
RGB融合算法和HSL融合算法可以实现反映油气分布的三个时频电磁参数的融合计算,融合图像显示白色“亮点”可以很好地指示含油气有利区及含油气有利性,以三参数融合图像进行油气预测为时频电磁法进行油气预测提供了资料解释的直观的新手段,比常规的在多个不同参数图上反复对比分析的解释方法具有更大的便利性和可靠性。
塔里木盆地某地区的实际应用显示,采用多参数融合图像预测的油气有利性与已知钻井结果吻合性良好,是时频电磁方法预测油气分布的有效的技术手段。
参考文献
油气藏电性异常模式与电磁法油气检测
[J].油气藏的油气水分布特征及其物性差异是地球物理勘探的基础，油气藏的电性差异是其中最明显的特征之一，同时油气藏又是一个多相动态平衡系统，其中的双相介质形成的双电层是油气藏激发极化异常产生的根源。分析认为油气藏从立体看来具有“环状三层楼”电性异常模式，因此可根据探测深度与油气藏的位置来分析电性异常特征。针对油气藏的这种特点，可以充分利用电磁法的优势，开展三维高精度电磁油气检测，立体研究油气藏的电性异常规律，预测油水边界，指导勘探部署，减小钻探风险。“环状三层楼”油气藏异常检测的应用示例表明，该方法是有效果的。
Geo-electrical anomalous pattern of reservoir and oil/gas detection by electromagnetic survey
[J].
综合物探技术新进展及应用
[J].近年来,重磁电综合物探技术正向高精度、高分辨率三维及综合方向发展,前者是基础,后者是目的,因此这两个方面既有联系,又有区别。对于重磁力三维勘探而言,数据采集、地形改正和三维正反演法已逐步走向实用;对于电磁三维勘探而言,数据采集及处理在技术上可以方便地实现,现在已有一套较为可行的方法。当前的主要问题是三维正反演尚无一种比较适用和快速的算法,此外提议电磁数据三维可视化采用地震数据可视化的平台。文中在阐述重磁电综合物探技术发展时,强调不能沿用过去那种相互对比、参照的综合方式,必须建立在三维数据基础上的联合反演。现今已研究出约束外推法、异常剥离法、顺序修正法和统一修正法等联合反演方法。
New progress and application of integrative geophysical survey techniques
[J].In recent years,integrative geophysical techniques of gravity,magnetic survey and electric survey developed toward the direction of 3D high precision and high-resolution survey and integrative survey,the former is basis and the latter is objective,both aspects have both connection and difference.So far as 3D gravity and magnetic survey is concerned?the data acquisition ? topographic correction and 3D forward and inversion methods are gradually practical;in view of 3D electro-magnetic survey,the data acquisition and processing can be easily fulfilled technically and there is a set of more feasible methods now,the current main issue is that the 3D forward and inversion methods haven’t a more adaptive and rapid algorithm,meanwhile,the 3D visualization of electro-magnetic data is proposed to adapt the platform used for visualization of seismic data.When expounding the development of integrative geophysical techniques of gravity,magnetic survey and electric survey,the paper emphasized the old integrative mode in the past that makes correlation and reference each other is no longer used,on the contrary,it must be a joint inversion based on 3D data,currently-studied joint inversion methods include constrained extrapolation method,anomaly-stripped method,sequential correction method and uniform correction method.
非地震油气直接检测技术及其勘探实践
[J].众所周知,常规地震勘探方法在油气勘探开发中发挥着重要作用.但随着油气勘探开发难度的增加(如复杂山地、前陆冲断带和岩性地层油气藏的勘探与开发等),单一的纵波地震勘探难以满足油气勘探开发的需要.而与油气响应直接相关的非地震油气检测方法的研究和应用,也是降低复杂地区油气勘探风险和综合成本的有效途径.从非地震勘探技术进步和油气藏的物理化学属性特征出发,提出直接油气检测的非地震勘探思路,并通过一些勘探实例探讨直接油气检测的应用前提和条件.以此抛砖引玉,引起广大油气勘探开发科技工作者和各级领导的重新认识和思考.
Non-seismic technique for direct oil-gas detection and its exploration practice
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像素级图像融合技术的研究与进展
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Research and recent development of image fusion at pixel level
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时频电磁技术在吐哈盆地北部山前带勘探中的应用
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The application of TFEM in the Northern piedmont zone of Tuha basin
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时频电磁技术的新进展及应用效果
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Advances of TFEM technique and its application
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The time-frequency electromagnetic method and its application in western China
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URL
The time-frequency electromagnetic (TFEM) method combines frequency-domain sounding with time-domain sounding to form a comprehensive system so that it is possible to select different frequencies and induce waves according to the objective depth to be explored. During processing not only resistivity but also polarization information can be provided so we can study resistivity as well as predict oil-bearing characteristics simultaneously. Time-domain resistivity information is obtained by pseudo-2D resistivity inversion and frequencydomain IP information is obtained using the Cole-Cole model. Some successful applications in western China show that it provides unique results in an overthrust zone, deep igneous rock investigation, and hydrocarbon prediction.]]>
非地震勘探技术的进步与发展趋势
[J].在油气勘探难度越来越大，对勘探效益要求越来越高的今天，非地震勘探技术将得到勘探家的重视。本文简述了 90年代以来非地震勘探技术的进步，以及在油气勘探中所发挥的重要作用 ；同时对非地震油气勘探技术的未来发展趋势作了分析，指出随着技术的进一步发展，非地震技术必将参与油气勘探的全过程，是地震技术联合作战的必要兵种，是高效益油气勘探系列中必要的常规方法。
Development tendency of non-seismic exploration techniques
[J].Non-seismic exploration techniques will greatly interest explorationists because hydrocarbon exploration becomes difficult and difficult，and because the requirement of exploration effect gets high and high. The author analyses some major developments of non-seismic techniques since 1990，their important role in hydrocarbon exploration，and their future development tendency. It is pointed out that with further technical development，non-seismic techniques will work in whole process of hydrocarbon exploration，therefore they are the necessary cooperators of seismic technique，and also the necessary ordinary techniques for efficient hydrocarbon exploration.
