蚂蚁+RGB属性融合技术在淮北QD矿断层解释中的应用

解洁清

(中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北，涿州 072750)



蚂蚁+RGB属性融合技术在淮北QD矿断层解释中的应用

解洁清

(中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北，涿州 072750)

蚂蚁+RGB属性融合解释方法将基于颜色空间的多属性融合技术引入属性分析中，克服了单一属性在准确反映地质体赋存形态及异常的不足。该解释方法对于突出各分频属性中能量近似区域有很好的效果,可以突出共性、弱化差异。以淮北QD矿的解释为例，利用蚂蚁数据体提取了方差属性、倾角属性体、及相干属性体。通过比较，三种属性无论对大断层还是小断层，都存在着不足，如反映不清晰、或不连续等。将通过蚂蚁+RGB属性融合后，其断层在数据体上的形态与边界反映清晰。该项技术在该矿共解释断层149条，其中与常规解释一致的为99条，新解释断层50条。解释成果经矿方实际采掘验证，吻合率达80%以上。

小断层； RGB属性；多属性融合；蚂蚁体

0 引言

三维地震勘探虽然在小断层识别方面已经取得了较好的效果，但受各种干扰因素影响和解释技术的约束,分辨3～5m小断层能力难以满足矿方要求。特别是小断层等小构造往往与冒顶、突水、瓦斯突出等事故伴生，这不仅导致煤层开采难度增大、造成综采工作面总体使用效率低下、而且还存在隐伏的安全隐患。因此，许多煤矿对采区小断层解释精度的要求越来越高，并对3～5m小断层的解释、识别列入勘探要求之中，这对利用地震勘探识别小断层的工作提出了更高的要求。本文主要基于高保真、高保幅、高分辨二次精细地震数据处理，利用地震多属性蚂蚁+RGB融合分析技术，针对淮北某矿区的微小断裂构造发育进行了属性敏感性的分析与研究，获得了良好的效果。

1 RGB属性融合解释方法原理

常规地震属性彩色显示技术是通过某种变换将属性数值映射呈彩色图像，一次只能显示一种属性。但对于多个地震属性，这种单个属性逐一彩色显示方法不能很好地反映整体趋势，突出区域性异常。为了解决这一问题，基于颜色空间的多属性融合技术被引入属性分析中。通过RGB颜色融合技术，可以大幅度提高地质目标的识别精度。RGB 色彩融合技术是将时频分析得到的低、中、高不同频段的数据分别用为R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)三原色进行融合显示。这种显示方法对于突出各分频属性中能量近似特征区域有很好的效果,可以突出共性、弱化差异。

定义单个R、G、B 三个窗体, 如公式(1):

(1)

其中，fR、fG、fB是三个频率窗的中心频率，fBW是信号的带宽，k是常数，用来控制带宽的大小。

则地震每一个参数点的频谱u(f)即可分为R、G、B三个频带：

(2)

其中，cR、cG、cB分别为三个频带频谱能量占总能量的比值。将上式以频率f离散化，并写成矩阵形式：

(3)

由于方程(3)通常是超定方程组，利用最小二乘法去逼近每一时刻瞬时的频率振幅谱，使振幅谱和RGB函数之间的残余能量最小，定义残余能量为:

(4)

根据最小二乘法，对于(4)式，分别对cR、cG、cB求导，并令其结果为零，得到cR、cG、cB的值，再将求得的cR、cG、cB三个参数转化到0～255之间，用三原色显示方法，即可得到RGB色彩融合的显示结果。

2 蚂蚁+RGB融合方法流程

由于煤田地震属性数据量大，数值量级差异大，小断层属性异常往往淹没在区域背景上，同时小断层在某构造单元中具有相同性质，特别是存在一些离散数值(干扰)，因此对地震属性数据进行“去伪存真，突出异常”处理。

采用构造导向滤波方法只对平行于地震同相轴的信息进行，而对垂直于地震同相轴方向的信息不做任何平滑。

采用蚂蚁算法对提取的属性增强异常边界特征，突出特殊的地层不连续性(小断层)，增强小断层的识别能力。

鉴于“蚂蚁”+相似类属性的强大断裂显示效果，以“蚂蚁”+RGB属性为解释基础，勾勒小断层并用于断层验证。具体的解释流程见图1。

图1 地震多属性解释流程图Figure1 Seismic prospecting multi-attribute fusion interpretation flow chart

3 应用实例

淮北QD矿属华北型地层，位于肖西复向斜南段，蒙城背斜北倾伏端之间的过渡地带，全区为新生界覆盖，并与下伏煤系呈角度不整合关系。主要可采煤层为8煤层，对该煤层进行小断层构造的精细解释，分辨出小断层构造所处的位置。全区断裂构造受区域性NE向大断层的影响，将煤系切割成NE向条状地堑、地垒式构造。区内以北东、北北东向与近东西走向的两组断裂发育为主，同时发育北西向调节断层，这几组断裂的相互交切，形成了似网状的断裂平面组合模式。工区局部发育小型构造。

在二次精细处理的数据体基础上，进行构造滤波，然后进行蚂蚁数据体的提取(图2)。在此基础上对8煤层的层位提取多种属性，包括蚂蚁+方差属性体、蚂蚁+倾角属性体、蚂蚁+相干属性体以及蚂蚁+RGB属性融合的数据体(图3、图4)。

图2 QD东部采区8煤层蚂蚁体属性图Figure 2 Coal No.8 ant colony body attribute in QD coalmine eastern winning district

(a)

(b)

(c)

(d)

图3为小断层后在各种属性体上的响应，由此可以看出，F1断层在蚂蚁+方差属性上断断续续，在蚂蚁+倾角属性上延展长度不足，在蚂蚁+相干属性上无法识别，而在蚂蚁+RGB属性融合后F1断层更加清晰，利于分辨。

(a)

(b)

(c)

(d)

图4为大断层后在各种属性体上的响应，从图中可以看出，F2断层在蚂蚁+方差属性上延展长度不足，在蚂蚁+倾角属性上识别不清，在蚂蚁+相干属性上不连续，而在蚂蚁+RGB属性融合后F2断层更加清晰，利于分辨。

从几种属性的对比明显看出，采用蚂蚁+RGB属性融合技术验证效果较好，突出了区域性异常，弱化了属性之间的差异性。

综合分析，根据RGB颜色融合出来的属性蕴藏着方差属性、倾角属性以及相干属性的异常响应信息, 并在此基础上将异常信息刻画得更加精确清晰，而且能分析解释出来更多的异常，大大提高了区内断层解释的准确性。区内利用蚂蚁+RGB属性融合的成果图以及融合前后在8煤层中解释的断层前后对比如下图5所示：

图5 蚂蚁+RGB属性融合成果图(左)及断层解释成果对比图(右)Figure 5 Ant colony plus RGB attribute fusion results (left) and comparison of fault interpreted results (right)

图5中，红色细线表示常规解释断层以及巷道采掘揭露断层共114条；蚂蚁+属性体新解释断层149条，其中绿色细线为应用蚂蚁+其他属性体新解释的断层， 蓝色细线为应用蚂蚁+RGB属性融合技术后新解释的断层。新解释断层与与常规解释一致的属性解释断层为99条，新解释断层为50条。

4 结论

从淮北QD矿的实例分析可知，在正演模型指导下，基于巷道约束，通过调试参数，对数据进行构造滤波的基础上，利用蚂蚁+RGB多属性融合技术，提高了煤矿采区小断层的解释精度，为煤矿的安全生产提供了可靠的依据。

蚂蚁+RGB属性融合不是简单的相加，能够弥补各种属性之间的不足，使融合之后呈最优化显示。但是，融合之前要考虑单属性的特点，选择对异常响应较为敏感的属性进行融合效果会更好。

致谢：感谢中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院教授级高工张兴平，高工孟凡彬，中国矿业大学硕士杨文强在论文中给予的指导与帮助。

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Application of Ant Colony plus RGB Attribute Fusion Technology on Fault Interpretation in QD Coalmine, Huaibei

Xie Jieqing

(Geophysical Prospecting Research Institute, CNACG, Zhuozhou, Hebei 072750)

The ant colony plus RGB attribute fusion interpretation method is introduced the multi-attribute fusion technology based on color space multi-attribute fusion technology into the attribute analysis, thus can overcome single attribute deficiency on geologic body occurrence mode accurate reflection and anomaly highlighting. The method has good effect on highlighting of frequency division attributes energy approximation region, thus can highlight commonness and weaken difference. Taking the Huaibei QD coalmine interpretation as an example, using ant colony data volume extracted variance, dip angle and coherence attribute volumes. Through comparison, whether to major or minor faults, the three attribute volumes all have deficiencies, such as on indistinct reflection or discontinuity etc. Through ant colony plus RGB attribute fusion, the fault form and boundary can be clearly reflected on data volumes. Through application of the technology for the coalmine has interpreted 149 faults, in which, in accordance with conventional interpretation 99, new interpreted 50. After coalmine actual winning and opening verification, the coincidence rate of interpreted results can be 80% above.

minor fault; RGB attribute; multi-attribute fusion; ant colony body

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.05.13

1674-1803(2017)05-0065-04

淮北矿业(集团)有限责任公司科研及技术创新计划项目：淮北矿区小构造精细解释及导水通道富水性分析技术研究与实践；国家“十三五”科技重大专项经费资助项目(2016ZX05041-002)、(2016ZX05043001)。

解洁清(1984—),女,河北保定人，工程师,河北工程大学计算机科学与技术专业毕业，主要从事煤田地震勘探生产与理论研究工作。

2017-02-01

文献标识码：A

责任编辑：孙常长