基于RGB－IHS变换的地震属性融合方法

陈俊，程金星 （中石化江苏油田分公司物探技术研究院，江苏 南京210046）

传统的沉积相分析研究方法是根据已钻井的岩性、电性资料建立单井相，再由多口井的单井相外推到平面沉积相进行分析，以发现砂岩发育区域。该方法适合井多地区的精细勘探，而对于以寻找单砂体为目标的深凹区域隐蔽油气藏的勘探，通常由于目的层相关钻井资料缺乏或不足，其分析精度明显下降，不能满足勘探要求，需要运用地震属性提取与分析技术提高沉积相分析效果。但在实际运用中普遍存在困难：地震属性类型多，彼此存在地震相特征差异；单一属性地震相特征信息量少，解释存在多解性；多属性联合解释既需要找出共有特征，又需要区分彼此特征差异，不仅工作量大，而且解释很难统一。如何从众多的地震属性中快速而有效地提炼出地震相特征成为研究的热点问题。Guo等[1]将主成分分析 （PCA）技术和RGB（红 （R）、绿 （G）、蓝 （B））颜色融合技术联合应用于谱分解数据，提高了谱分解数据对河道的识别能力；Liu等[2]提出一种根据自定义频潜范围，对谱分解后的不同频率数据体，采用基于余弦函数变换的RGB颜色融合技术。由于RGB颜色空间的R、G、B三基色彼此耦合，任一分量的改变都会改变光谱信息，给图像处理带来困难。此外，R、G、B三基色构成的RGB颜色空间不符合人们对颜色的理解和认识习惯。通常人们对颜色的认识基于颜色的3个特征：明度 （I）、色度（H）、饱和度 （S），其中H决定光谱的主波长，是光谱在质的方面的区别；S表征光谱的主波长在明度中的比例；I表示光谱的亮度大小。在IHS色彩空间中，I、H、S三者相互独立，光谱信息主要体现在H和S上，从视觉特点上分析，I的改变对光谱信息影响较小，因此在IHS色彩空间对图像处理较为方便。为此，笔者在前人研究的基础上，把计算机图像处理的RGB－IHS变换引入到地震属性融合处理中，给出了相应的地震属性融合算法。同时，为了提高融合效果，采用二维傅里叶变换滤波技术提高图像信噪比，利用地层切片技术解决层间地震属性提取的地质时间非一致性问题，建立了地震属性融合的具体实现方法。

1 技术方法

地震属性融合方法步骤主要包括：①敏感地震属性类型选择；②利用地层切片技术提取地震属性；③提高地震属性切片信噪比；④地震属性融合处理。

1.1 敏感地震属性类型选择

地震属性是地震波传播介质的几何形态、几何结构、岩性、物性、充填流体性质变化对地震波产生影响并记录其中的信息，是从地震叠前或叠后数据中经过数学计算得到的有关地震波几何学、运动学、动力学或统计学特征的特殊测量值。至今，地震属性种类不少于200种，不同工区和不同储层对所预测对象敏感的地震属性是不完全相同的，即使在同一工区、同一储层，预测对象不同，对应的敏感地震属性也是有差异的[3]。对于给定的研究区域，需要筛选出一组敏感的地震属性，其方法是：①依据地震属性不同类型的数学物理学意义及地质应用进行类型选择 （如构造解释类、储层描述类、流体识别类[4]）；②在类型确定的情况下，根据以往应用经验选取一组敏感属性；③在类型确定的情况下，进行测试选择，即根据已知地震、钻井和测井资料的标定结果选取一组敏感属性。地震属性选择遵循的一般原则是：①尽量选择物理含义清晰的地震属性；②避免同时选择物理含义相近的地震属性；③尽量避免选择没有经过数据影射变换而只是通过简单数学计算得到的地震属性。

1.2 地层切片技术

地震切片是地震属性提取与分析的手段，主要类型包括：时间切片、沿层切片、等比例切片和地层切片。时间切片及沿层切片分别受地层倾角及厚度横向变化的影响，所切出的数据不是来自相同地质年代。等比例切片是在2个界面之间等比例内插一系列层位，沿这些内插出的层位，按固定时窗长度逐一生成切片，当时窗厚度大于地层厚度时会引起时窗穿层，即出现 “穿时”现象。地层切片是结合以上3种切片的特点，以2个等时层序界面为顶、底，按照地层接触关系等比例内插一系列的层位，用相邻2个层位控制时窗长度并逐一生成切片[5，6]。地层切片不仅解决了 “穿时”问题，而且考虑了沉积速率随平面位置的变化，比前3种切片更加合理，更接近于等时沉积界面。实际应用方法是：①选择2个地质时间相同的层序界面，厚度不宜太大；②根据地层接触关系生成内插模型，接触关系包括平行顶底、削截、超覆、河道、断层等；③根据层序厚度等比例插出一系列的层位，沿这些内插出的层位变时窗逐一生成切片。

由于层序界面解释通常是沿同相轴波峰追踪，地层切片体数据不是来自指定的地质层位范围，需要进行90°相移，即：

式中：x、y为平面坐标，m；t为时间坐标，ms；φ是相位，（°）；D （x，y，t）、U （x，y，t）分别表示为90°相移前、后的地层切片体；H []为希尔伯特变换。

1.3 地震属性切片去噪

地震属性切片是一种二维图像，现有的图像去噪方法很多，主要有频域和空间域去噪2类，其中二维傅里叶变换法是常用的去噪方法。假设地震属性切片为f （x，y），则有二维正反傅里叶变换为：

式中：μ、η分别是对应x、y的波数，m－1；F （μ，η）为f （x，y）的二维频谱。作二维高频切除可压制图像中的高频噪声。实际运用往往采用二维快速傅里叶算法。

1.4 多属性融合成像技术

由于单属性反映的地层信息相对单一，且存在多解性，而多属性逐一解释既要抽取彼此的 “共性”，又要找出彼此的 “个性”，不仅工作量大，而且难以得到一个综合或统一的解释结果。多属性融合成像技术可有效解决这些问题，它是借助计算机图形的RBG颜色空间和IHS色彩空间的相互映射，即通过RGB－IHS正变换和反变换来实现的。

1.4.1 RGB颜色空间

如图1所示，RGB颜色空间是一个三维坐标系统，红、绿、蓝分别为3个坐标轴，坐标值的大小表示相应颜色的亮度，取值范围为0～255，表示每种颜色的取值有256种，按256×256×256计算，RGB颜色空间有16777216种颜色。在坐标原点上，任一基色均没有亮度，即原点为黑色，三基色都达到最高亮度时则表现为白色。亮度较低的等量三基色产生灰色的影调，立方体对角线称为灰色轴。存放每种颜色信息的地方称为通道，其中R、G、B的3个通道分别存储红色、绿色和蓝色的信息，每个通道是以灰度图的形式来显示图像的。由于人眼对彩色的变化远比对灰度的变化敏感，而且在RGB颜色空间，R、G、B三基色相互耦合，通过三通道灰度值的改变很难按照人们的感知习惯指定颜色，所以计算机很难用三基色进行定量的彩色计算和彩色图像处理。

1.4.2 IHS色彩空间

图1 RGB颜色体空间

图2 IHS色彩体空间

明 度 （I）、 色 度（H）、饱和度 （S）是人的色彩感觉三元素，明度是指彩色光的强度，对人眼的感觉就是彩色光的亮度；色度为色调，它是区分不同彩色的特征，以光波长为基础；饱和度反映了彩色的浓淡，即表示彩色光中纯光谱波长被白光冲淡的程度。如图2所示，IHS色彩空间是一个柱形坐标系统，I、H、S分别为高度、方位角和径向距离：I沿轴线从底部的黑变到顶部的白；H和S为在垂直于I的平面上的一对极坐标；H由角度表示，规定0°为红色，120°为绿色，240°为蓝色，则0～240°覆盖了所有可见光谱的彩色；S是色度环的原点 （圆心）到彩色点的半径的长度，圆心的饱和度为0，圆周上的饱和度为1。

1.4.3 RGB－IHS正反变换

旋转RGB颜色立方体使其对角线与IHS色彩柱形体的中轴线重合，如图3、4所示，依据坐标旋转变换可实现彼此的空间映射关系，则有RGB－IHS正变换：

图3 IHS空间示意图

图4 RGB与IHS空间关系图

式中：I、H、S分别表示计算机图形色彩空间的亮度、色度及饱和度；R、G、B分别表示计算机图形颜色空间的红、绿、蓝；v1、v2分别为对应于H、S极坐标的直角坐标。

RGB－IHS反变换为：

如图5所示，多属性融合成像主要处理步骤包括：

1）挑选并提取3种敏感地震属性，逐一作去噪处理。

2）把去噪后地震属性逐一映射到RGB颜色空间，即：

式中：C（i）（x，y）为颜色空间域的地震属性；S（i）（x，y）为地震属性；分别为地震属性的最小值和最大值；i＝1，2，3表示3种不同的地震属性。

3）在RBG颜色空间中定义地震属性值域，即选择C（i）（x，y）的值域，再作灰度扩展和直方图调整处理[7]。

4）作RGB颜色三通道定义，即把C（i）（x，y）与颜色三通道一一对应，得到R （x，y）、G （x，y）、B （x，y）。

5）进行RGB－IHS正变换。

6）在IHS 色彩空间域定义I （x，y）、H （x，y）、S （x，y）值域。

7）作RGB－IHS反变换。

敏感地震属性的选择一般从构造解释类、储层描述类、流体识别类3大地震属性类型中各挑选一种最敏感的属性；地震属性二维滤波的主要目的是去除高频噪声，因此滤波的方法为低通滤波；步骤3）RBG颜色空间域的值域定义，灰度扩展和直方图调整处理可使各属性特征更加突出。在此基础上，通过步骤6）IHS色彩空间域的3个分量的值域定义，既可起到去除各分量 “图像毛刺”的作用，又可使图片的色彩及其鲜艳程度达到最佳效果。该步骤处理需要把握的一般原则是：I反映的是整张图片的能量强度或亮度，在地学上主要反映地质体几何特征；H反映的是岩性、物性、流体的特征变化；S则反映岩性、物性、流体特征变化的显著程度。多属性融合成像处理后，合成图片的颜色由处理前的256色提高到16777216色，与单属性图像相比实现了地震相的精细分类，使地震相显得更为清晰，减少解释工作量并降低解释的多解性。

图5 多属性融合成像处理流程

2 应用效果分析

图6是3种地震属性按照图5流程作融合处理的前、后对比图，其中图6（a）是地震属性融合后的结果，图6（b）、（c）、（d）分别是融合前的瞬时振幅、瞬时相位、Q因子3种地震属性。从图6（b）、（c）、（d）单一地震属性中很难得出地质解释，而图6（a）通过对3种地震属性的融合成像，可以清楚地看出南北2个物源体系的沉积特征：在北部物源体系中，清晰地呈现出砂体的平面展布形态，东北方向亮白色的部分是一个以东北方向为物源的三角洲前缘砂体，西北方向的灰色区域则是大型断裂坡折带下的陡坡扇砂体；在南部物源体系中，深灰色区域反映了扇三角洲前缘砂体。因此，根据多属性融合成像切片可以直观、立体地勾勒出砂体的平面分布范围及发育规模，为该区岩性油气藏的钻探提供依据。

图6 多属性融合成像前后对比

3 结论

1）基于RGB－IHS正反变换的地震属性融合方法是一种适应人的色彩感觉习惯的图像融合方法，适合于人机交互的实现。

2）敏感属性选择、地层切片、二维傅里叶滤波是多属性融合的重要配套方法和技术。

3）RGB－IHS两种空间的阈值、灰度扩展和直方图调整等是决定融合质量的技术关键。

4）多属性融合可大幅度提高地质目标的识别精度，减少解释工作量，降低解释多解性。

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