蚂蚁追踪法在三维地震中的应用

蚂蚁追踪法在三维地震中的应用

曹多龙

淮沪煤电公司丁集煤矿地测防治水科  安徽淮南    232140

摘要：蚂蚁体追踪技术是基于蚂蚁算法形成的三维地震解释技术，蚂蚁算法主要原理是模拟真实蚁群集体觅食行为产生的一系列群体本能动作和信息反馈。应用蚂蚁体追踪技术解释三维地震，加深了对地质及构造细节的认识，克服了解释工作中的主观性，大幅缩减了人工解释时间，有效提高解释精确度。 

关键词：蚂蚁追踪法；三维地震；流程；解释

前言

断层解释一直是三维地震解释工作难点,在地震解释过程中如何识别低序级断层,由于不同的解释人员、地震资料及解释软件等因素,历来存在着较大的分歧,利用相干等技术虽然提高了断层识别的精度,但解释效果还不能满足生产需要。我们运用并检验了基于蚁群算法的断层自动追踪技术。与常规地震资料解释相比具有快速、人为主观干预少、解释精度高等优点。本文应用蚂蚁追踪技术对煤矿采区进行构造精细解释，以提高断层解释的准确性。

1 蚂蚁追踪法原理
　　人们受很多自然现象启发得出一些理论，如蚂蚁算法就是通过真实蚂蚁觅食的群体行为提出来的，这里面大量的观点都源自真的蚂蚁群，蚂蚁被视为是算法所定义人工蚁群中，具备简单功能的一个工作单元。二者间的类似点为优选信息浓度大路径，二者不同在于人工蚂蚁所独有的记忆能力，可以记住已访问完成的节点，并且人工蚂蚁的选择规律主要有一定的算法机制，有意识寻找到最短路径，并不像真的蚂蚁那种盲目去选择。 
　　蚂蚁优化算法包含严格的并行、选择和信息素更新等三大机制： 
　　①严格并行机制。各蚂蚁在同一轮搜索过程中只参考截止上一轮搜索路径上留下的信息素量; 
　　②选择性机制。被选择概率比较大的是信息素浓的路径，单只的蚂蚁会按转移概率去寻求下一个节点; 
　　③信息素的更新机制。蚂蚁途中所经过路径上的信息素会增加，并且随着时间延长而挥发。 

2解释流程

“蚂蚁追踪”算法的工作流程分四步：增强边界特征，突出特殊的地层不连续性，预处理地震资料；生成蚂蚁追踪立方体，提取断层；确认、校验断层；创建最终断层解释模型。

第一步，包括利用边缘探测手段，增强地震资料中的空间不连续性，并通过噪声压制技术，随意预处理地震资料。

第二步，建立蚂蚁追踪立方体。蚂蚁追踪算法遵循类似于蚂蚁在其巢穴和食物源之间，利用可吸引蚂蚁的信息素（一种化学物质）传达信息，以寻找最短路径的原理。在最短路径上，用更多的信息素做标记，使随后的蚂蚁更容易选择这一最短路径。

第三步，需要人工交互操作。提取的断层必须要经过评价、校正和筛选，才能得到最后的解释结果。这一过程需要利用交互式立体网络和柱状图滤波器来完成。

最后一步，确定的断层既可用于进一步地震解释，也可直接输入到断裂模型中。利用Petrel自动构造解释模块，三维地震资料解释人员不需要人工逐一勾绘断层面，从而可用更多的时间和精力研究断层面走向、分析自动提取断层之间的相互关系。

3 应用实例分析

淮南潘谢矿区某矿属于二迭系隐伏式煤田。经钻探揭露，地层从老到新有寒武、奥陶、石炭、二迭等地层，缺失志留、泥盆、中上奥陶及下石炭，并被第四系松散层所覆盖。新生界与下伏老地层呈角度不整合关系，厚度330m左右。构造形态为一单斜构造。地层陡缓不一，浅部相对较陡，倾角一般为10~32度，区内断裂构造较为发育，近北东向断层控制着煤系的赋存范围，并切割和限制着南北断层的发展。主要含煤地层为石炭二迭系。为了查明井田5-2煤层采区构造发育程度及煤层赋存状况，现利用蚂蚁追踪技术对采区数据体进行地质构造精细解释。

3.1 属性数据体对比

通过对地震数据体进行数据平滑、边缘增强等一系列前期处理后，利用蚂蚁追踪技术提取蚂蚁属性体，结合三维可视化技术，通对比，可以看出蚂蚁体对断层痕迹显示更加清晰，效果更好。

3.2 蚂蚁体切片解释

全三维构造解释的主要内容是体切片解释，包括水平切片解释、沿层切片解释。体切片解释可以有效的指导人工解释及全三维自动构造解释中的断片筛选、编辑。

（1）水平切片解释

图1 蚂蚁属性体水平切片图

水平切片（Time Slice）表示地下不同地质层位的地震信息在同一时间的综合反映，是三维数据体的独特显示形式，随着时间的推移，不同时刻水平切片上，同一地层反射同相轴沿地层倾斜方向移动。鉴于采区地震反射双重旅行时范围，提取t=0.45s，t=0.53s水平切片为例分析（如图1所示）。从图即t=0.45s～0.53s可以看出，近北东向断裂控制整个工区断裂系统格局，采区中东部构造较复杂，北东东向断层发育。从不同时刻等时切片可以反映出不同深度范围断层发育的规律。

（2）沿层切片解释

沿层切片（Horizon Slice）是为了研究振幅的平面变化提出的，指沿着或平行某一追踪地震同相轴所得的层位进行切片，实际应用中，更加强调的是沿层属性，即沿着地震同相轴追踪获得的层位所提取的地震属性。蚂蚁沿层属性切片是在常规振幅沿层切片的基础上提出的，其解释精度高于振幅沿层切片，能够更清楚的反映断层展布形态等特征。

3.3 三维断片系统

通过蚂蚁追踪断片自动提取工具，设置合理的提取参数，在蚂蚁属性体的基础上，获取研究区全三维断片系统，根据体切片显示特征，通过剔除噪声影响产生的断片假象及对部分断片的重新筛选、组合、编辑，最终获取与地震信息吻合较好的断片系统。

3.4 采区断裂解释

为了获得精确的解释效果，利用构造平滑技术及方差技术等将振幅数据体转换为不受地层层位影响的反映地震道空间差异性的方差数据体，通过对方差体进行蚂蚁追踪获取工区蚂蚁属性体，蚂蚁追踪技术是对地质异常体进一步刻化的一项技术，该技术加强弱地质异常反射，更加精细地识别小断层、岩性变化等。

3.5 验证对比分析

从宏观上精细解释与常规解释对研究区构造格局解释一致，以北东向断层为主。但在局部地区两者存在以下差别：

第一：常规解释对于研究区部分小断层未能解释。在研究区东部断层规模较小，断距以0~5m为主，常规解释结果没有标识该区域小断层，实际表明该区域小断层发育。

第二：常规解释中F66断层被分为多条小断层，在精细解释中合并为一条F66断层，实际验证为一条大断层（边界断层）。

4 结束语

通过设定合适的蚂蚁追踪参数获取可靠的蚂蚁属性体，基于蚂蚁属性体三维地震精细解释表明：对常规解释部分孤立、分散的小断层，通过地震剖面及属性切片分析判断，合并为一条大断层。通过与常规解释对比表明，应用蚂蚁追踪技术精细解释矿井地质构造对小断层的探测具有较好的效果，实际应用强。

参考文献： 
　　[1]蒋雪峰，李雪燕，李晓梅，等.蚂蚁体追踪技术在小断裂识别中的应用[J].吐哈油气，2012（4）：323-325.