三维地震定向体曲率分析方法技术领域
本发明涉及石油地震勘探数据处理与解释领域，是一种通过地震信号的定向高斯迭代滤
波算法和地震定向体曲率方法的组合，在消除地震数据特定空间方向噪声的同时，提取和突
出特定方向上，储层结构及地质构造的不连续性异常信息，为储层预测与地质构造解释提供
支持的三维地震数据处理技术。
背景技术
地震资料中包含丰富的具有各种方向特征的地质异常信息，提取这些地质异常及其方向
信息是油气地球物理勘探的重要内容，然而，这些有效信息常受到地震资料中所含的噪声的
影响，因此，压制噪声、同时保留地震资料中的地震异常信息及其方向特征十分重要。传统
的基于高斯滤波的噪声压制方法，在数据各个方向上的滤波权重相同，缺乏在特定方向上压
制噪声，突出相应方向有效信息的能力。针对这一问题，不少研究者做了大量工作，Freeman
(1991)提出了一种方向自适应滤波设计方法，这种方向滤波器由一个方向滤波器基集的元
素通过插值得到，但却未能指出如何正确得到这个滤波器基集和正确的插值规则；VanGinkel
等(1997)提出去卷积的方法来提高高斯滤波的角分辨率，但是该方法用到计算复杂的傅立
叶去卷积算法。Geusebroek等(2003)提出了一种快速各向异性高斯滤波方法，这种滤波器
通过在两个不同方向上选用不同的高斯尺度，从而使滤波器可以在去噪时可以较好保留图像
边缘等重要信息，并利用高斯函数的可分解性将滤波器沿长轴和短轴方向分解为两个一维滤
波器与图像卷积，使计算简化。
地震曲率属性是继相干技术后的又一种强大的地震几何属性分析方法。20世纪90年代
中期以来，以二阶导数为基础的曲率属性在构造解释上得到了迅速发展和广泛应用，如检测
地质的张开裂缝与高斯曲率的关系(Lisle，1994)；Ericsson等人(1998)论证了油气产量
与曲率之间的关系，认为曲率非常有助于常规构造和地形解释、改善断层的成像质量；Roberts
(2001)详述了曲率属性的基本理论，提出了第一代曲率分析方法——层面曲率属性(surface
curvatureattribute)的计算和工作流程，表明曲率属性对提取断层和裂缝走向等构造几何特征
十分有效，为曲率属性在地震资料构造解释中的推广和应用奠定了基础；Hart(2002)研究
了新墨西哥州西北部地层的走向曲率与张开裂缝有密切的关系；Bergbauer等人(2003)采
用kx-ky滤波计算了不同波长的曲率；Al-Dossary和Marfurt(2006)实现了基于三维地震数
据体的第二代曲率分析方法——体曲率属性(volumetriccurvatureattribute)，它同时利用了地震
资料的振幅信息和地震反射的几何特征信息，可以减少噪声和层位追踪的闭合差对曲率的影
响。
地震数据去噪时，如果不能较好地保留地震异常信息及其方向特征，不利于提高储层地
震检测与构造解释的精度。如果在地震数据去噪处理中，能根据解释的需要，保留和加强特
定方向的地质异常、并在后续的曲率属性分析中进一步提取和突出相应方向的不连续性异常
信息，则能更精确可靠地检测储层结构及地质构造信息(如不同方向断层、裂缝带及其密度
等指标)。
发明内容
本发明的三维地震定向体曲率分析方法，是要提供一种地震信号的定向高斯迭代滤波和
地震定向体曲率方法相结合的地震数据处理技术。它能很好地消除地震数据存在的随机噪声，
并根据储层与构造解释的需要，保留、提取和突出特定方向的不连续性异常信息，在提高地
震资料信噪比的同时更加准确可靠地检测地下断裂系统和储层的空间分布和内部结构。
本发明的三维地震定向体曲率分析方法，建立了能控制任意特定方向的地震信号三维定
向高斯迭代滤波方法，计算效率高，算法简洁，它能在去除噪声的同时，选择性地保留和增
强地震资料中特定方向的地质异常信息，有利于更好地展示不同方向的地质异常特征。
本发明的三维地震定向体曲率分析方法，建立了地震定向体曲率分析方法，能与地震信
号三维定向高斯迭代滤波预处理相匹配，提取特定方向的地质不连续性异常信息，且受人为
因素和层位拾取误差的影响小，突出特定方向上的储层结构及地质构造特征。
本发明的三维地震定向体曲率分析方法，具有如下优越性：
⑴在地震数据去噪处理中，能根据储层与构造解释的具体应用要求，在目的层段或追踪
的地层倾角方向上，确定保留和增强地震资料中特定方向的地质异常信息，有利于更好地展
示不同方向的地质异常特征。
⑵将地震信号的三维定向高斯迭代滤波作为地震数据去噪的预处理，然后利用地震定向
体曲率分析提取和突出特定方向的地震异常信息，这种组合处理流程提高了特定方向不连续
性地质异常信息提取的质量和精度。
本发明的具体实现原理如下：
本发明的技术首先对沿目的层段或追踪的地层倾角方向上的三维地震数据进行三维定向
高斯迭代滤波，然后利用地震定向体曲率分析提取和突出三维地震数据在目的层段的特定方
向上的不连续性地质异常。
地震资料的三维定向高斯迭代滤波利用以下定向高斯滤波器实现：
其中表示相对于x轴的旋转角度，即滤波方向角，它决定了滤波的方向。Δx和Δy分别为空
间中x方向和y方向的滤波尺度因子，它们决定了滤波器的宽度或长度，它们越大，滤波对
地震数据的平滑程度越强。
三维定向高斯迭代滤波首先根据地震解释目标的需求和地震信号的信噪比，设定具体的
滤波方向角以及x、y方向的滤波尺度，将三维地震数据体在目的层段或追踪的地层倾角方向
上的地震信号，在滤波方向角的一定邻域范围内，同时在空间和深度方向上与定向高斯滤波
器迭代进行卷积实现。
对于地震定向体曲率属性的计算，首先在三维定向高斯迭代滤波处理后的三维地震资料
的基础上，计算三维定向视倾角dip(P,Q)，它可由三维瞬时频率ω(x,y,t)和瞬时波数kx(x,y,t)、
ky(x,y,t)得到：
P = k x ( x , y , t ) cos θ ω ( x , y , t ) Q = k y ( x , y , t ) sin θ ω ( x , y , t ) ]]>
其中θ为方向角，由三维定向高斯迭代滤波中的滤波方向角决定。三维瞬时频率ω(x,y,t)和瞬时
波数kx(x,y,t)、ky(x,y,t)分别利用时间和空间方向上的希尔伯特变换计算。基于如下二次曲面方
程拟合地震定向体曲率：
f(x,y)＝ax2+by2+cxy+dx+ey+f
此时，利用三维定向视倾角分量得到上述方程的系数：
a = 1 2 ∂ P ∂ x b = 1 2 ∂ Q ∂ y c = 1 2 ( ∂ P ∂ y + ∂ Q ∂ x ) ]]>
由此得到地震定向体曲率属性的最大正曲率分量Kpos和最小负曲率Kneg两个特征分量为：
{ K p o s = ( a + b ) + [ ( a - b ) 2 + c 2 ) ] 1 / 2 K n e g = ( a + b ) - [ ( a - b ) 2 + c 2 ) ] 1 / 2 \ * M E R G E F O R M A T - - - ( 2 - 20 ) ]]>
从而可以提取和突出三维地震数据体中，在目的层段的特定方向上的不连续性地质异常。
附图说明
图1是海上某油田的三维叠后地震数据体目的层段的沿层振幅切片。
图2是与图1对应的，利用常规地震体曲率分析方法直接计算未经滤波的三维地震数据
体后得到的地震体曲率属性(最小负曲率)沿层切片。
图3是与图1对应的，在方向角为0°时的三维地震定向体曲率(最小负曲率)沿层切
片。
图4是与图1对应的，在方向角为90°时的三维地震定向体曲率(最小负曲率)沿层切
片。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：(1)输入三维叠后地震数据体和已解释的目的层位；(2)选
取合适的滤波方向角、空间中x方向和y方向的滤波尺度因子，对三维叠后地震数据体，沿
目的层段或追踪的地层倾角方向上进行三维定向高斯迭代滤波，得到滤波后的数据体；(3)对
滤波后的数据体求取地震定向体曲率属性，从而得到三维地震定向体曲率属性数据体；(4)输
入地下目的层段的地震时间(深度)信息，从上述三维属性数据体中抽取沿层切片或地层切
片；(5)利用地震数据解释软件将处理后的数据转化成图像，进行三维可视化显示。
本发明的实施实例说明：
图1是从海上某油田的三维叠后地震数据体中，抽取的目的层段的原始地震振幅沿层切
片，从该切片中难以准确和可靠地直接识别重要的横向不连续性异常地质特征。图2是利用
常规的地震体曲率分析方法直接计算该三维叠后地震数据体后，得到的最小负曲率沿层切片，
从图中可见，切片中存在很突出的、多个方向的噪声，由于大量强噪声的影响和干扰，使有
效的不连续性异常地质信息难以识别，有效异常在空间上的走向(或方向)也难以辨识。
图3和图4是分别利用本发明的技术处理该三维叠后地震数据体，在两个不同的滤波方
向角计算得到的三维地震定体曲率属性(最小负曲率)沿层切片。其中，图3的滤波方向角
为0°，从图中可见，该切片突出反映了横向的不连续性和构造异常特征，如相带边界(图
中黑框标注)和落水洞等异常特征，且可清晰地分辨这些地质异常内部的细微结构，背景的
噪声干扰相对于图2明显减弱；图4的滤波方向角为90°，从图中可见，该切片非常突出地
反映了在方向上接近纵向的断(层)裂(缝)系统(图中黑箭头和黑框标注)以及落水洞等
不连续性信息，各个断(层)裂(缝)系统及异常特征刻画清晰，易于辨识，且背景噪声干
扰少。综合图3和图4可见，该区块主要断(层)裂(缝)系统在空间方向上总体属于接近
纵向(近南北向)的异常特征，与该区块实际情况相符。总之，图3和图4中反映的上述不
连续性异常及其方向特征，在图1和图2中难以准确可靠地辨识，说明了本发明的三维地震
定向体曲率分析方法在压制噪声干扰，清晰准确地提取和突出地震资料中特定方向的地质异
常信息方向的可行性和优越性。