物探新方法新技术之七：三维可视化技术(3DVisualization)

7 三维可视化技术

三维可视化(3D Visualization)技术是20世纪80年代中期诞生的一门集计算机数据处理、图像显示的综合性前缘技术。它是利用三维地震数据体显示、描述和解释地下地质现象和特征的一种图像显示工具。它可使地球物理学家和地质学家“钻入”到数据体中，更深刻地理解各种地质现象的发生、发展和相互之间的联系。

7.1 三维可视化技术概述

可视化技术是把描述物理现象的数据转化为图形、图像，并运用颜色、透视、动画和观察视点的实时改变等视觉表现形式，使人们能够观察到不可见的对象，洞察事物的内部结构。

可视化技术有两种基本类型：基于平面图的可视化(Surface Visualization)和基于数据体的可视化(Volume Visualization)，也称为层面可视化和体可视化。

层面可视化指的是地质层位、断层和地震剖面在三维空间的立体显示，其主要用于解释成果的检验和显示。

体可视化是通过对数据体(可以是常规地震振幅数据体，也可以是地震属性数据体，如波阻抗体或相干体)作透明度等调整，从而使数据体呈透明显示，其主要用于数据体的显示和全三维解释。

在体可视化解释中，常用技术有5种：体元自动追踪技术、锁定层位可视化技术、锁定时窗可视化技术、垂直剖面叠合可视化技术和多属性可视化技术。

(1) 体元自动追踪技术

追踪过程是从解释人员定义种子体元(Seed Voxel)开始的，体元追踪是沿着真正的三维路径追踪数据体，因此追踪结果是数据体而不是层位。图7—1给出利用体元自动追踪技术解释某油田含油砂体的过程，即从油层标定、种子点拾取、体元追踪到三维显示。

(2) 锁定层位可视化技术

利用已有的层位数据(或者层位数据做定量时移)作为约束条件，将目的层段的数据从整个数据体中提取出来，然后针对层段内部数据体调整颜色、透明度和光照参数，可以更有效地圈定地质体的分布范围，更准确地判断断层的延展方向

和断层之间的切割关系。图7—2为淮南张集煤矿西部采区13—1煤层振幅体可视化图。

图7—1 利用体元自动追踪技术解释某油田含油砂体

(a)油层电测曲线特征；(b)油层强振幅异常显示和种子点拾取；(c)自动追踪出的含油砂体

图7—2 淮南张集煤矿西部采区13—1煤层振幅体可视化图层拉平可视化技术是锁定层位可视化技术的延伸，层拉平实际上是沿层将数据体拉平。层拉平后不仅可以研究构造发育特征，而且可以使用锁定时窗可视化技术更方便快捷地对大倾角地层进行可视化分析。

(3) 锁定时窗可视化技术

是最简单的可视化技术，对平缓地层的地质评价方便有效。使用该技术可以快速流浏览地质体，了解断层和沉积体的空间分布。

(4) 垂直剖面叠合可视化技术

将多个垂直剖面叠合并进行可视化显示，可以从视觉角度提高信噪比和分辨率，进而提高断层和异常体的解释精度。图7—3为淮南张集煤矿西部采区多个垂直剖面的显示。

图7—3 淮南张集煤矿西部采区多个垂直剖面

(5) 多属性可视化技术

多解性是地震资料的特点，多种数据体综合可视化解释有助于减少地震解释的多解性，这也是可视化解释优于传统解释方法的重要方面。

在多属性可视化技术中，可以同时使用多种数据体，如波阻抗体、相干体、瞬时频率数据体等。对每一个数据体都可以调整改变颜色、透明度等参数，在同一个窗口中，一次可以完成体元追踪、锁定时窗或锁定层位等可视化解释工作，从而最大限度上发挥多种信息综合解释的优势。

图7—4介绍了利用振幅体和方差体综合可视化显示研究某油田断裂系统空间分布的实例。图7—4(a)为振幅数据，利用该数据很难进行断层解释图；图7—4(b)为振幅体和透明显示的方差体，断层的平面分布比较清楚；图7—4(c)为透明显示的方差体，通过旋转可以看出断层的空间分布规律；图7—4(d)为透明显示的振幅体和方差体，断层的空间分布特征和相互切割关系十分清楚。

体可视化解释技术直观、准确、快捷，无论是技术本身还是思维方式和传统

的地震解释方法均有很大区别，是地震解释领域的一场革命。在5种体可视化技术中，只有体元自动追踪技术真正将地质目标从三维数据体中分离出来，是一种真三维解释技术。其它几种可视化解释技术只是过调整颜色、透明度，从视觉上将目标分离出来，必须结合其它技术才能真正完成全三维解释工作，故称其为可视化显示技术更恰当。

图7—4 振幅体和方差体综合可视化显示断层的空间分布特征

(a)振幅数据；(b) 振幅体和透明显示的方差体；(c) 透明显示的方差体；

(d) 透明显示的振幅体和方差体

7.2 三维地震数据体可视化基本原理

三维地震数据体可视化过程中，要将每个数据采样点转换为一个体素(Voxel)，而该采样点的值(某种地震属性)映射为体素的颜色和透明度，从而把地震数据集转化为由体素组成的体。在这种转换中，每个地震道转换成一个体素队列，每个体素拥有与地震属性值相对应的颜色和透明度值，见图7—5。颜色值由RGB(红、绿、蓝)三原色分量组成，透明度值处于0~1之间，为0时完全透明，为1时完全不透明。

图7—6是三维地震数据体可视化工作流程，包括以下据准备、目标映射、颜色和透明度编辑、成图等四个部分。

图7—5 地震数据体与体素关系图7—6 可视化工作流程

传统的三维解释是通过抽稀的二维剖面或切片来完成的，其缺点是：(1)资料利用率低，解释精度差；(2)解释效率低；(3)从二维平面认识三维空间，解释人员必须充分了解地质背景和具备丰富解释经验后才能较好地完成解释工作，因此不利于多学科人员协同工作，从不同角度充分利用和解释地震或属性资料。

全三维解释是针对数据体的解释，它是从三维可视化显示出发，以地质体或三维研究区块为单元，采用点、线、面和体相结合的空间可视化解释。无论是全三维构造解释还是地质体的解释，基于可视化的三维数据体解释其方法更科学、解释更高效、结果更可靠。

图7—7介绍了全三维解释的流程，从图中可看出三维可视化贯穿于全三维解释过程的始终。