專利名稱：基于連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和軟硬數(shù)據(jù)的圖像模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和軟硬數(shù)據(jù)的圖像模擬方法。
背景技術(shù)：
滲透率與巖石和地層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，它是表征巖石和地層內(nèi)部裂隙網(wǎng)絡(luò)的 重要參數(shù)。因此，弄清地層滲透率的分布特性，對(duì)于地?zé)崮?、油氣田和煤層氣的開發(fā)具有重 要意義。由于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)可以進(jìn)行儲(chǔ)層表征與建模，因此能夠模擬預(yù)測(cè)未知區(qū)域內(nèi)變量值 的分布特征。傳統(tǒng)的兩點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)在儲(chǔ)層建模中主要應(yīng)用于兩大方面一，應(yīng)用各種克里 格(kriging)方法建立確定性的模型；二，應(yīng)用各種隨機(jī)建模的方法建立可選的、等可能的 地質(zhì)模型。上述方法的共同特點(diǎn)是均以變差函數(shù)(Variogram)為工具。
然而，變差函數(shù)只能體現(xiàn)空間上兩點(diǎn)之間的相關(guān)性，因而難以表征復(fù)雜的空間結(jié) 構(gòu)和再現(xiàn)復(fù)雜目標(biāo)的幾何形態(tài)，尤其是難以表征具有長距離曲線形狀的地理對(duì)象(例如彎 曲的河道)。而當(dāng)采樣數(shù)據(jù)較少時(shí)，用于計(jì)算變差函數(shù)的點(diǎn)對(duì)很少，它也就無法正確反映空 間兩點(diǎn)之間的相關(guān)性。 多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法(MPS，Multiple-point Geostatistics)由Strebelle等提出，其 是相對(duì)于傳統(tǒng)的兩點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)而言的。鑒于兩點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)只能考慮空間兩點(diǎn)之間相關(guān) 性的不足，MPS可以表征多點(diǎn)之間的相關(guān)性。MPS方法通過在訓(xùn)練圖像中尋找與待模擬點(diǎn)周
圍條件數(shù)據(jù)分布完全相同的事件個(gè)數(shù)來確定概率分布，因而可以反映多點(diǎn)之間的相關(guān)性， 克服兩點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的不足。 在MPS模擬過程中，條件數(shù)據(jù)對(duì)模擬結(jié)果的精度影響較大。這些條件數(shù)據(jù)是指統(tǒng) 計(jì)學(xué)概念上的硬數(shù)據(jù)和軟數(shù)據(jù)。在許多領(lǐng)域里，由于受到客觀條件或技術(shù)水平限制，所能得 到的硬數(shù)據(jù)非常有限，但是可以獲得相對(duì)比較豐富的軟數(shù)據(jù)(先驗(yàn)信息)。劃分硬數(shù)據(jù)和軟 數(shù)據(jù)的依據(jù)是，數(shù)據(jù)是否來自于客觀的實(shí)在依據(jù)。硬數(shù)據(jù)是基于對(duì)客觀存在的事物或現(xiàn)象 進(jìn)行測(cè)量和觀察的結(jié)果。軟數(shù)據(jù)通常是基于人們的主觀判斷所得到的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，也可能是 實(shí)驗(yàn)設(shè)備獲取的整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)某個(gè)屬性值的變化趨勢(shì)。例如在油藏描述過程中，所能獲 得的硬數(shù)據(jù)(井位數(shù)據(jù))往往非常少，而關(guān)于所研究變量的軟數(shù)據(jù)(如地質(zhì)解釋和地震資 料等)卻相對(duì)較為豐富。軟數(shù)據(jù)一般提供了較廣泛范圍內(nèi)的低分辨率信息。如果能充分利 用較為豐富的軟數(shù)據(jù)，那么必然會(huì)提高重構(gòu)結(jié)果的精度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和軟硬數(shù)據(jù)的圖像模擬方法，使用地 層滲透率體數(shù)據(jù)作為三維訓(xùn)練圖像，同時(shí)將軟數(shù)據(jù)與硬數(shù)據(jù)信息共同作為連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì) 統(tǒng)計(jì)方法模擬圖像的條件數(shù)據(jù)，以提高模擬結(jié)果的精度。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種基于連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和軟硬數(shù)據(jù)的圖
像模擬方法，該方法包含以下步驟 步驟1、定義數(shù)據(jù)模板和數(shù)據(jù)事件
設(shè)數(shù)據(jù)模板為Tn，它是由n個(gè)向量組成的幾何形態(tài)，Tn=仏。；a = L2，...， n}; 設(shè)模板中心位置為u，模板其他位置ua = u+ha (a = 1，2， . . . ， n);假定一種屬性S可取K個(gè)狀態(tài)值{sk;k= 1，2，... ，Kh由數(shù)據(jù)模板中n個(gè)向量u。
位置的n個(gè)狀態(tài)值所組成的"數(shù)據(jù)事件"dn可以定義為 dn={S(ua)=、； 其中，S(ua)表示在u。位置的狀態(tài)值，《表示n個(gè)向量在Ua位置的S(u》，...，
S(un)分別為狀態(tài)值、， ，& ; 步驟2、定義過濾器和過濾器得分； 過濾器是指與具有n個(gè)像素的數(shù)據(jù)模板t n相對(duì)應(yīng)的n個(gè)權(quán)值的集合，假定有F個(gè) 不同的過濾器{fk(hj) ;j = l，... ，n;k = l，... ，F(xiàn)h每個(gè)過濾器都是定義為與含有n個(gè)像 素的數(shù)據(jù)模板、具有相同的尺寸； 將訓(xùn)練圖像中的一個(gè)以u(píng)為中心的局部圖案的第k個(gè)"過濾器得分"定義為下列 加權(quán)值的和 《*(") = &+ ~) ， k = 1 ， ， F (2)
產(chǎn)i 其中T(u+hj)是訓(xùn)練圖像在u+hj位置的狀態(tài)值。"過濾器得分"會(huì)被賦值給與該局
部圖案對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模板Tn的中心位置U。 每個(gè)"過濾器得分"都是一幅訓(xùn)練圖像中的某個(gè)局部圖案權(quán)值之和，代表了該圖案
的某個(gè)模式特征。僅僅使用一個(gè)過濾器不足以反映一個(gè)圖案的特征，因此需要定義一組F
個(gè)過濾器來反映一幅圖案的多個(gè)不同特征。將這F個(gè)過濾器應(yīng)用到某個(gè)局部圖案上，可以
生成一個(gè)包含F(xiàn)個(gè)分量的向量；然后利用該向量來描述一個(gè)圖案的特征，可以達(dá)到減少所
需記錄特征值的數(shù)目的效果。 二維情況下的"過濾器得分"定義為 &(A(/,/)= J] J]/tCx^FO' + XJ + y), k = 1， . . . ， 6
v=—/m jc=—m
(3) 其中，fk(x，y)表示定義于n二 (2m+l"個(gè)像素位置上的第k個(gè)過濾器，T(i+x， j+y) 表示二維訓(xùn)練圖像T在(i+x， j+y)位置的數(shù)據(jù)值；
三維情況下的"過濾器得分"定義為
ff^mi mi J藝藝/rO,;;，z)r(/ + x,_/ + M + z) , r=1 ， ， 9
(4) 其中，fr(x， y， z)表示定義于n = (2m一l)2 (2m2+l)個(gè)像素位置上的第r個(gè)過濾
器，在三維情況下的9個(gè)過濾器分別定義如下
,(x，y,z) = 1 -[O，l],y = -w!,…，+w
(5 )
附！
7<formula>formula see original document page 8</formula>(11)
(12)
(13) 其中，^ f3過濾器分別表示南_北方向、東_西方向和上_下方向均值；f4 f6 過濾器分別表示南_北方向、東_西方向和上_下方向梯度；f7 f9過濾器分別表示南_北 方向、東-西方向和上-下方向曲率； 步驟3、采用"兩步劃分法"劃分過濾器得分空間； 如果在一個(gè)給定的訓(xùn)練圖像上滑動(dòng)F個(gè)與數(shù)據(jù)模板、對(duì)應(yīng)的過濾器，那么可以 生成F個(gè)"過濾器得分"圖像，這F個(gè)圖像定義了 一個(gè)F維的"過濾器得分"空間，簡稱"得 分空間"，任何從訓(xùn)練圖像中提取出的局部圖案模式都和該得分空間中的一個(gè)點(diǎn)相映射。由 于得分空間的維數(shù)大大小于數(shù)據(jù)模板的尺寸，上述的過濾器分類方法會(huì)使得所需記錄特 值的數(shù)目大大減少； 步驟3. 1、將過濾器得分空間的每個(gè)過濾器所得分值均勻劃分成若干相同的單元 Cell，非空單元為"得分類"，獲得每個(gè)得分類的原型值prot("(hj); 如果過濾器得分空間的維數(shù)是F，每個(gè)過濾器得分被劃分為M(3《M《5)個(gè)區(qū)間， 這樣整個(gè)得分空間就被劃分為MF個(gè)"子空間"，每個(gè)子空間命名為"單元"Cell ;
由于每個(gè)過濾器得分的劃分是相對(duì)獨(dú)立進(jìn)行的，一些Cell必然會(huì)為空，這意味著 沒有訓(xùn)練圖像的圖案模式在其中。對(duì)于每個(gè)過濾器的得分值獨(dú)立地進(jìn)行均勻劃分的做法并 不能保證在這個(gè)F維得分空間中對(duì)所有分值可以實(shí)現(xiàn)均勻劃分。只有那些非空的單元將會(huì) 被存儲(chǔ)，用于模擬生成最終的圖像；每個(gè)非空的Cell被稱為一個(gè)"得分類"，對(duì)于每個(gè)非空 的得分類，定義一個(gè)"原型"，該"原型"是訓(xùn)練圖像中屬于該得分類的所有局部圖案各像素 位置的均值。設(shè)hj表示在一個(gè)尺寸為n的模板中的向量位置，原型值prot("(hj)表示屬于 一個(gè)得分類l中的所有圖案在各個(gè)hj位置的值T(Ui("+hj)的均值，定義為
fW(')(A^—j;r("， + ~)， j = 1 ， . . . ， n ; 1 = 1 ， . . . ， L
c, ,=i
(14) 其中Ui(1) (i = 1，……，C》是屬于得分類1的局部圖案的中心位置A表示屬于 得分類l的局部圖案的數(shù)目；T表示訓(xùn)練圖像；L表示非空的單元在得分空間的數(shù)目，同時(shí) 也是"原型"的數(shù)目； 步驟3. 2、定義得分類中的最多的圖案數(shù)cmax和最少的圖案數(shù)cmin ; —般cmax可以指定為cmin的2倍，對(duì)于一個(gè)得分類中的圖案數(shù)目而言，如果其大于
Cmin并且小于c^，那么就不用對(duì)該得分類進(jìn)行進(jìn)一步的劃分； 步驟3. 3、計(jì)算"相似"指數(shù)SI(1):
S/(')=l —(丄t々一 (15) 其中，o/表示在得分類1中的圖案在第j個(gè)位置處的方差，由于過濾器含有n個(gè) 位置，故共有對(duì)應(yīng)各個(gè)位置的方差n個(gè)；o 2表示的是在得分類1中所有圖案各位置處的方 差，該方差與圖案某個(gè)具體位置無關(guān)； SI(1)的值越大說明在得分類1中所有圖案越"相似"； 步驟3. 4、跟據(jù)得分類中最多的圖案數(shù)cmax和"相似"指數(shù)SI(1)來判斷是否需要對(duì) 得分類進(jìn)行進(jìn)一步劃分，若是，進(jìn)行步驟3. 5，若否，進(jìn)行步驟4 ; 在對(duì)圖案進(jìn)行一次劃分后，有的單元中的圖案特征仍然不夠相似，因此有必要對(duì) 其進(jìn)行進(jìn)一步劃分； 步驟3. 4. 1 、判斷得分類包含的圖案數(shù)目是否少于cmax，若是，進(jìn)行步驟4，若否，進(jìn) 行步驟3. 4. 2 ; 步驟3. 4. 2、判斷得分類的"相似"指數(shù)SI(1) > 0. 95是否成立，若是，進(jìn)行步驟4， 若否，進(jìn)行步驟3.5 ; 步驟3. 5、進(jìn)一步對(duì)得分類劃分子類； 步驟3. 5. 1、對(duì)于得分類中的各個(gè)過濾器得分，試探著將該類在其值域的中間位置 進(jìn)行劃分； 步驟3. 5. 2、計(jì)算劃分后兩個(gè)子類各自的"相似"指數(shù)； 步驟3. 5. 3、保留可以為兩個(gè)子類提供最大的"相似"指數(shù)的那種子類劃分方法，進(jìn) 行步驟3. 4 ; 步驟4、對(duì)待模擬區(qū)域的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模擬，得到最終的滲透率模擬圖像；
步驟4. 1、定義一條隨機(jī)路徑，根據(jù)隨機(jī)路徑，訪問待模擬區(qū)域所有節(jié)點(diǎn)；
步驟4. 2、逐一判斷當(dāng)前網(wǎng)格中的待模擬節(jié)點(diǎn)u。是否是已知的硬數(shù)據(jù)或已模擬節(jié) 點(diǎn)，若是，則繼續(xù)對(duì)隨機(jī)路徑上的下個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判定，若否，進(jìn)行步驟4. 3 ;
步驟4.3、檢索以u(píng)。為中心的數(shù)據(jù)模板Tn內(nèi)的所有已知的n'(《n)個(gè)數(shù)據(jù)，判 斷n' = 0是否成立，若是，意味著硬數(shù)據(jù)數(shù)目為0，進(jìn)行步驟4. 5，若否，進(jìn)行步驟4. 4 ;
步驟4.4、如果n' > 0，即以u(píng)。為中心的數(shù)據(jù)事件dn非空，但是《中仍然存在未 知節(jié)點(diǎn)，那么利用軟數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)未知節(jié)點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)項(xiàng)"填滿"dn ;
9
步驟4. 5、從滲透率訓(xùn)練圖像所有的原型中利用"距離公式"^選取一個(gè)與數(shù)據(jù)事 件《最為接近的原型(假定各位置軟數(shù)據(jù)全部已知)，距離函數(shù)定義如下
3 A("o) = S 0(d)顛I ^Q("o +")-戸,。(M) |,1 = 1 ， ， L
(16) d表示數(shù)據(jù)類型， 一共有3種數(shù)據(jù) d = 1 :原始硬數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，它們被分配到距離其最近的模擬網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)位置上；
d = 2 :已經(jīng)模擬過的節(jié)點(diǎn)，它們被用作硬數(shù)據(jù)； d = 3 :通過"粘貼"訓(xùn)練圖像的原型或圖案而已知的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)會(huì)被重新模 擬； " (d)是與三種數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的三種權(quán)值("(1) > " (2) > " (3))，原始硬數(shù)據(jù)節(jié)
點(diǎn)和已經(jīng)模擬過的節(jié)點(diǎn)在"距離函數(shù)"中的作用大于d = 3情況下對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)； datd(u。+u)表示待模擬區(qū)域的數(shù)據(jù)模板在u。+u位置的節(jié)點(diǎn)值； u表示模板內(nèi)各向量的位置； Ave| |表示對(duì)所求的絕對(duì)值項(xiàng)求均值； 步驟4.6、確定了與條件數(shù)據(jù)事件《差別最小的原型后，從該原型內(nèi)隨機(jī)提取出一 個(gè)"圖案"，然后將"圖案""粘貼"到以當(dāng)前模擬節(jié)點(diǎn)u。為中心的待模擬區(qū)域上；
粘帖時(shí)，軟數(shù)據(jù)必須與待模擬區(qū)域具有相同大小和分辨率，對(duì)該模擬區(qū)域上的原 始硬數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和已經(jīng)模擬過的節(jié)點(diǎn)不做變動(dòng)； 所述的"圖案"由兩個(gè)部分組成內(nèi)在(i皿er)和外在(outer)，內(nèi)在部分會(huì)被固定 為硬數(shù)據(jù)，不會(huì)再對(duì)其進(jìn)行模擬，雖然圖案的外在部分會(huì)被當(dāng)作條件數(shù)據(jù)參與條件模擬，但 是該部分的所有節(jié)點(diǎn)之后會(huì)被當(dāng)作未知點(diǎn)重新模擬；如果一個(gè)圖案的內(nèi)在部分被設(shè)定得較 大，那么模擬速度會(huì)比較快，但是容易產(chǎn)生局部的不連續(xù)性；反之，較小的內(nèi)在部分會(huì)導(dǎo)致 模擬速度比較慢，但是模擬效果會(huì)較好； 步驟4.7、判斷是否對(duì)隨機(jī)路徑上的所有節(jié)點(diǎn)的模擬都已經(jīng)結(jié)束，若是，進(jìn)行步驟 5，若否，進(jìn)行步驟4.2 ; 步驟5、得到最終的滲透率模擬圖像后，利用變差函數(shù)評(píng)價(jià)模擬圖像效果； 變差函數(shù)能夠反映空間變量在某個(gè)方向上空間結(jié)構(gòu)變化的相關(guān)性和變異性，它被
用作模擬效果的評(píng)價(jià)依據(jù)； 如果兩幅圖像中的某個(gè)屬性值在同一個(gè)方向上具有相似的變差函數(shù)曲線，那么可 以說明這兩幅圖像中的該屬性值在此方向上具有相似的結(jié)構(gòu)特征；反之，這兩幅圖像中的 該屬性值在此方向上的結(jié)構(gòu)差異較大。 MPS模擬與傳統(tǒng)模擬方法有較大的區(qū)別，主要體現(xiàn)在評(píng)價(jià)模擬效果的標(biāo)準(zhǔn)上。傳統(tǒng) 模擬方法中的模擬圖像與原始圖像的相似度是由兩者在每個(gè)相同位置具有相同狀態(tài)值的 像素占全部像素的比例決定的。在傳統(tǒng)模擬方法中，該比例越高，模擬相似度就越高，但是 這個(gè)判定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于MPS隨機(jī)模擬并不適用。MPS模擬并不要求隨機(jī)模擬結(jié)果與原始圖像完 全一致，它的真正作用體現(xiàn)在捕捉訓(xùn)練圖像的結(jié)構(gòu)特征，并將這些特征復(fù)制到待模擬區(qū)域 中。MPS模擬可以給出多個(gè)模擬結(jié)果，這些結(jié)果是對(duì)訓(xùn)練圖像結(jié)構(gòu)特征的反映。模擬效果的 優(yōu)劣取決于這些結(jié)構(gòu)特征是否被復(fù)制到模擬圖像中。由于變差函數(shù)能夠反映空間結(jié)構(gòu)的變
10化特征，所以它成了判定MPS模擬圖像效果的工具。 本發(fā)明對(duì)于滲透率圖像的預(yù)測(cè)模擬，綜合使用軟數(shù)據(jù)和硬數(shù)據(jù)，給出了一種利用 連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法模擬滲透率分布的方法，獲得與訓(xùn)練圖像結(jié)構(gòu)特征相似的模擬結(jié) 果，與僅使用硬數(shù)據(jù)和無條件數(shù)據(jù)的情況相比，使用軟硬數(shù)據(jù)時(shí)的模擬精度最高，同時(shí)CPU 時(shí)間和內(nèi)存消耗最少，與兩點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法相比，連續(xù)型MPS方法在模擬滲透率圖像時(shí)更為 精確，可廣泛應(yīng)用于如地?zé)崮?、油氣田和煤層氣等?yīng)用開發(fā)領(lǐng)域。
圖說明
圖1為二維數(shù)據(jù)模版的示意圖；
圖2為三維數(shù)據(jù)模版的示意圖； 圖3為利用圖1所示的二維數(shù)據(jù)模版掃描訓(xùn)練圖像時(shí)獲得一個(gè)數(shù)據(jù)事件的過程；
圖4為利用圖1的數(shù)據(jù)模版捕捉的二維數(shù)據(jù)事件的示意圖；
圖5為利用圖2的三維數(shù)據(jù)模版捕捉的三位數(shù)據(jù)事件的示意圖；
圖6為過濾器得分的概念示意圖；
圖7為劃分二維得分空間的示意圖； 圖8為真實(shí)的地層滲透率分布圖訓(xùn)練圖像的外表面圖；
圖9為真實(shí)的地層滲透率分布圖訓(xùn)練圖像的剖面圖；
圖10為試驗(yàn)所用的硬數(shù)據(jù)的示意圖；
圖11為試驗(yàn)所用的軟數(shù)據(jù)的示意圖； 圖12為使用軟數(shù)據(jù)和硬數(shù)據(jù)時(shí)的多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法的模擬結(jié)果的外形圖；
圖13為使用軟數(shù)據(jù)和硬數(shù)據(jù)時(shí)的多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法的模擬結(jié)果的剖面圖；
圖14為無條件數(shù)據(jù)時(shí)的多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法的模擬結(jié)果的外形圖；
圖15為無條件數(shù)據(jù)時(shí)的多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法的模擬結(jié)果的剖面圖；
圖16為僅使用硬數(shù)據(jù)時(shí)的多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法的模擬結(jié)果的外形圖；
圖17為僅使用硬數(shù)據(jù)時(shí)的多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法的模擬結(jié)果的剖面圖；
圖18為訓(xùn)練圖像的滲透率直方圖； 圖19為同時(shí)使用了軟數(shù)據(jù)和硬數(shù)據(jù)的模擬結(jié)果的滲透率直方圖；
圖20為僅使用硬數(shù)據(jù)的模擬結(jié)果的滲透率直方圖；
圖21為無條件數(shù)據(jù)霞的模擬結(jié)果的滲透率直方圖；
圖22為使用序貫高斯模擬方法(SGSIM)模擬得到的圖像的外形圖；
圖23為使用序貫高斯模擬方法模擬得到的圖像的剖面圖；
圖24為使用簡單克里格方法(SK)模擬得到的圖像的外形圖；
圖25為使用簡單克里格方法模擬得到的圖像的剖面圖；
圖26為使用序貫高斯模擬方法的模擬結(jié)果的滲透率直方圖；
圖27為使用簡單克里格方法的模擬結(jié)果的滲透率直方圖； 圖28為訓(xùn)練圖像、使用軟數(shù)據(jù)和硬數(shù)據(jù)、僅使用硬數(shù)據(jù)、無條件數(shù)據(jù)、SGSIM、SK情 況下的圖像在X方向的變差函數(shù)； 圖29為訓(xùn)練圖像、使用軟數(shù)據(jù)和硬數(shù)據(jù)、僅使用硬數(shù)據(jù)、無條件數(shù)據(jù)、SGSIM、SK情 況下的圖像在Y方向的變差函數(shù)； 圖30為訓(xùn)練圖像、使用軟數(shù)據(jù)和硬數(shù)據(jù)、僅使用硬數(shù)據(jù)、無條件數(shù)據(jù)、SGSIM、SK情況下的圖像在Z方向的變差函數(shù)。
具體實(shí)施例方式
以下根據(jù)圖1 圖30，具體說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例 圖l是一個(gè)9X9像素組成的二維數(shù)據(jù)模板，u。由中心u和80個(gè)向量h。所確定，
圖2是由3X3X3節(jié)點(diǎn)組成的三維數(shù)據(jù)模板，模板中心點(diǎn)u用藍(lán)色表示。 圖3為利用數(shù)據(jù)模板(5X5)掃描訓(xùn)練圖像(15X15)時(shí)獲得一個(gè)數(shù)據(jù)事件的過程。 圖4為利用圖1的數(shù)據(jù)模板捕獲的二維數(shù)據(jù)事件。圖5為利用圖2數(shù)據(jù)模板所捕 獲的三維數(shù)據(jù)事件，數(shù)據(jù)事件中的彩色節(jié)點(diǎn)表示已知數(shù)據(jù)。具有相同顏色的節(jié)點(diǎn)具有相同 的狀態(tài)值。 圖6表示一個(gè)15X 15像素的過濾器，對(duì)應(yīng)各位置的像素的權(quán)值如狀態(tài)條所示，將 過濾器應(yīng)用于圖案，獲得該圖案的"過濾器得分"，該得分值被賦給該圖案的中心位置。
圖7為對(duì)一個(gè)二維"過濾器得分"空間進(jìn)行劃分后的示意圖。第一步劃分中M = 3，用實(shí)線表示；第二步劃分用虛線表示，此時(shí)Cmin = 4， Cmax = 8，每個(gè)分值點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)訓(xùn) 練圖像中的局部圖案，用黑色實(shí)心點(diǎn)表示。Sl和S2分別表示兩個(gè)過濾器得分的最大值。
在本實(shí)施例中，圖8和圖9為一幅實(shí)際測(cè)得的某區(qū)域的真實(shí)地層滲透率分布圖，將 其作為訓(xùn)練圖像(80X80X40像素)。滲透率分布為O. 5 1.6(單位10-3 iim2)。圖8和 圖9分別是訓(xùn)練圖像的外表面和剖面圖(X = 40，Y = 40，Z = 20)。訓(xùn)練圖像所示滲透率的 平均值為0. 6121 (單位10—3 ii m2)，方差為0. 041。該訓(xùn)練圖像所示的滲透率分布為實(shí)驗(yàn)測(cè) 得的真實(shí)值，可以作為衡量模擬結(jié)果精度的參考數(shù)據(jù)。如果模擬結(jié)果與訓(xùn)練圖像結(jié)構(gòu)相似， 那么說明模擬結(jié)果精度高。從訓(xùn)練圖像提取0.5%的隨機(jī)點(diǎn)作為硬條件數(shù)據(jù)(見圖10)，這 些隨機(jī)點(diǎn)的平均值為0.6335(單位10—、m2)。圖11所示為訓(xùn)練圖像所在區(qū)域的地層滲透 率的軟數(shù)據(jù)，尺寸為80 X 80 X 40像素，均值為0. 6386 (單位:10—3 y m2)，方差為0. 047。
在本實(shí)施例中，基于軟數(shù)據(jù)和硬數(shù)據(jù)，利用連續(xù)型MPS對(duì)地層滲透率進(jìn)行模擬。待 模擬區(qū)域?yàn)?0X80X40像素。"距離函數(shù)"DJ勺權(quán)值"(d)分別設(shè)置為0.5(d二 1)，0.3(d =2)和0. 2(d = 3) ， inner部分設(shè)置為5X5X3像素，cmin = 8， cmax = 16。模擬結(jié)果如 圖12和圖13所示，可見該結(jié)果與訓(xùn)練圖像的滲透率分布特點(diǎn)比較接近。
在本實(shí)施例中，為了與使用軟硬數(shù)據(jù)情況下MPS的模擬結(jié)果進(jìn)行比較，又利用MPS 方法分別在無條件數(shù)據(jù)和只使用硬數(shù)據(jù)情況下模擬地層滲透率的三維圖像。重構(gòu)圖像的尺 寸均為80X80X40像素。圖14 圖17分別是無條件數(shù)據(jù)和只使用硬數(shù)據(jù)情況下的模擬 圖像。這兩種情況下模擬的結(jié)果圖像均較好地再現(xiàn)了訓(xùn)練圖像滲透率的結(jié)構(gòu)特征。
在本實(shí)施例中，圖18為訓(xùn)練圖像的滲透率直方圖，圖19為同時(shí)使用軟硬數(shù)據(jù)的滲 透率直方圖，圖20為僅使用硬數(shù)據(jù)的滲透率直方圖，圖21為無條件數(shù)據(jù)情況下的滲透率直 方圖，X軸表示滲透率，Y軸表示百分比?？梢娙N情況下的MPS模擬結(jié)果直方圖與訓(xùn)練圖 像直方圖均比較接近，說明MPS方法在模擬滲透率時(shí)的實(shí)用性。使用軟硬數(shù)據(jù)，僅使用硬數(shù) 據(jù)和無條件數(shù)據(jù)情況下所需的最大內(nèi)存，CPU時(shí)間，均值和方差值如下表所示(機(jī)器配置 CPU采用Athlon 2G，內(nèi)存為2G DDR，操作系統(tǒng)Windows Server 2003)。
12使用軟硬數(shù)據(jù)僅使用硬數(shù)據(jù)無條件數(shù)據(jù)
最大內(nèi)存(M)425522643
CPU時(shí)間(second)132116761981
均值(10—3]am2)0.63300.65 640.6887
方差0.0450.0550.067 可見使用軟硬數(shù)據(jù)時(shí)的最大內(nèi)存和CPU時(shí)間最少，而其均值和方差值與訓(xùn)練圖像 也最為接近。 請(qǐng)參見圖10和圖11，與圖18-圖27，是本方法與與兩點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法的比較。
在本實(shí)施例中，采用了兩點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法中的序貫高斯模擬方法SGSIM (Sequential Gaussian Simulation)和簡單克里格方法SK (Simple Kriging)對(duì)圖10的采樣點(diǎn)進(jìn)行插值 運(yùn)算，以獲得滲透率分布。模擬圖像的尺寸均為80X80X40像素。圖22是采用SGSIM方 法生成的地層滲透率外表面，圖23是其剖面圖。圖24是利用SK方法生成的地層滲透率外 表面，圖25是其剖面圖?？梢钥闯?，SGSIM和SK方法獲得的圖像與訓(xùn)練圖像的滲透率分布 特征差異較大。SGSIM的滲透率直方圖如圖26所示，SK的滲透率直方圖如圖27所示，可見 與訓(xùn)練圖像的直方圖(圖18)區(qū)別較大。
圖28、圖29和圖30，是變差函數(shù)的比較。 在本實(shí)施例中，變差函數(shù)可以作為評(píng)價(jià)模擬效果的工具。假定X、 Y和Z方向上相 鄰像素間距離為l，則變差函數(shù)的計(jì)算點(diǎn)對(duì)間在X、 Y、 Z方向上最大滯后距分別為79、79、 39。分別得到訓(xùn)練圖像、使用軟硬數(shù)據(jù)圖像、僅使用硬數(shù)據(jù)圖像、無條件模擬圖像、SGSIM和 SK模擬圖像在X、Y、Z方向的變差函數(shù)曲線分別如圖28、圖29和圖30所示。可見，使用軟 硬數(shù)據(jù)圖像和訓(xùn)練圖像在X、 Y和Z方向的變差函數(shù)最為接近，說明兩者的結(jié)構(gòu)特征非常相 似。僅使用硬數(shù)據(jù)時(shí)的變差函數(shù)與訓(xùn)練圖像也較為接近，但是仍然差于使用軟硬數(shù)據(jù)情況， 而其他情況下的模擬圖像與訓(xùn)練圖像在上述三個(gè)方向的變差函數(shù)均有較大不同。從而證明 連續(xù)型MPS模擬方法在結(jié)合使用軟硬數(shù)據(jù)時(shí)的有效性。 本發(fā)明利用地層滲透率體數(shù)據(jù)作為三維訓(xùn)練圖像，同時(shí)將軟數(shù)據(jù)與硬數(shù)據(jù)信息共 同作為條件數(shù)據(jù)模擬圖像的實(shí)施例在本質(zhì)上屬于圖像可視化的范疇。這項(xiàng)技術(shù)可以廣泛應(yīng) 用于地?zé)崮?、油氣田和煤層氣等?yīng)用開發(fā)領(lǐng)域。 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
一種基于連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和軟硬數(shù)據(jù)的圖像模擬方法，其特征在于，該方法包含以下步驟步驟1、定義數(shù)據(jù)模板和數(shù)據(jù)事件設(shè)數(shù)據(jù)模板為τn，它是由n個(gè)向量組成的幾何形態(tài)，τn＝{hα；α＝1，2，...，n}；設(shè)模板中心位置為u，模板其他位置uα＝u+hα(α＝1，2，...，n)；假定一種屬性S可取K個(gè)狀態(tài)值{sk；k＝1，2，...，K}，由數(shù)據(jù)模板中n個(gè)向量uα位置的n個(gè)狀態(tài)值所組成的“數(shù)據(jù)事件”dn可以定義為 <mrow><msub> <mi>d</mi> <mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mo>{</mo><mi>S</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>u</mi><mi>a</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>s</mi> <msub><mi>k</mi><mi>α</mi> </msub></msub><mo>;</mo><mi>α</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>}</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo></mo> </mrow>其中，S(uα)表示在uα位置的狀態(tài)值，dn表示n個(gè)向量在uα位置的S(u1)，...，S(un)分別為狀態(tài)值步驟2、定義過濾器和過濾器得分；過濾器是指與具有n個(gè)像素的數(shù)據(jù)模板τn相對(duì)應(yīng)的n個(gè)權(quán)值的集合，假定有F個(gè)不同的過濾器{fk(hj)；j＝1，...，n；k＝1，...，F(xiàn)}，每個(gè)過濾器都是定義為與含有n個(gè)像素的數(shù)據(jù)模板τn具有相同的尺寸；將訓(xùn)練圖像中的一個(gè)以u(píng)為中心的局部圖案的第k個(gè)“過濾器得分”定義為下列加權(quán)值的和 <mrow><msubsup> <mi>S</mi> <mrow><mi>τ</mi><mo>,</mo><mi>k</mi> </mrow> <mi>T</mi></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <mi>u</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><msub> <mi>f</mi> <mi>k</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>h</mi><mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mi>T</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>u</mi> <mo>+</mo> <msub><mi>h</mi><mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow>k＝1，...，F(xiàn) (2)其中T(u+hj)是訓(xùn)練圖像在u+hj位置的狀態(tài)值，“過濾器得分”會(huì)被賦值給與該局部圖案對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模板τn的中心位置u；步驟3、采用“兩步劃分法”劃分過濾器得分空間；步驟4、對(duì)待模擬區(qū)域的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模擬，得到最終的滲透率模擬圖像；步驟5、得到最終的滲透率模擬圖像后，利用變差函數(shù)評(píng)價(jià)模擬圖像效果；如果兩幅圖像中的某個(gè)屬性值在同一個(gè)方向上具有相似的變差函數(shù)曲線，那么可以說明這兩幅圖像中的該屬性值在此方向上具有相似的結(jié)構(gòu)特征；反之，這兩幅圖像中的該屬性值在此方向上的結(jié)構(gòu)差異較大。F2009101996678C0000012.tif
2. 如權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和軟硬數(shù)據(jù)的圖像模擬方法，其特 征在于，所述的步驟2中，二維情況下的"過濾器得分"定義為 <formula>formula see original document page 2</formula>其中，fk(x，y)表示定義于n二 (2m+l)2個(gè)像素位置上的第k個(gè)過濾器，T(i+x，j+y)表 示二維訓(xùn)練圖像T在(i+x， j+y)位置的數(shù)據(jù)值； 三維情況下的"過濾器得分"定義為 <formula>formula see original document page 2</formula>(4)其中，fjx，y，z)表示定義于n二 (2mi+l)2* (2m2+l)個(gè)像素位置上的第r個(gè)過濾器。
3.如權(quán)利要求2所述的基于連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和軟硬數(shù)據(jù)的圖像模擬方法，其特 征在于，在三維情況下的9個(gè)過濾器分別定義如下<formula>formula see original document page 3</formula>其中，^ ^過濾器分別表示南-北方向、東-西方向和上-下方向均值；f4 &過 濾器分別表示南-北方向、東-西方向和上-下方向梯度；f7 fg過濾器分別表示南-北 方向、東-西方向和上-下方向曲率。
4.如權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和軟硬數(shù)據(jù)的圖像模擬方法，其特 征在于，所述的步驟3包含以下步驟步驟3. 1、將過濾器得分空間的每個(gè)過濾器所得分值均勻劃分成若干相同的單元 Cell，非空單元為"得分類"，獲得每個(gè)得分類的原型值prot("(hj);如果過濾器得分空間的維數(shù)是F，每個(gè)過濾器得分被劃分為M(3《M《5)個(gè)區(qū)間，這樣 整個(gè)得分空間就被劃分為MF個(gè)"子空間"，每個(gè)子空間命名為"單元"Ce11 ;每個(gè)非空的Cell被稱為一個(gè)"得分類"，對(duì)于每個(gè)非空的得分類，定義一個(gè)"原型"，該 "原型"是訓(xùn)練圖像中屬于該得分類的所有局部圖案各像素位置的均值。設(shè)hj表示在一個(gè) 尺寸為n的模板中的向量位置，原型值prot(1) (hj)表示屬于一個(gè)得分類l中的所有圖案在 各個(gè)hj位置的值T(Ui("+hj)的均值，定義為:<formula>formula see original document page 3</formula>其中Ui(1) (i = 1，……，C》是屬于得分類1的局部圖案的中心位置A表示屬于得分 類l的局部圖案的數(shù)目；T表示訓(xùn)練圖像；L表示非空的單元在得分空間的數(shù)目，同時(shí)也是 "原型"的數(shù)目；步驟3. 2、定義得分類中的最多的圖案數(shù)cmax和最少的圖案數(shù)cmin ; 一般c^可以指定為cmin的2倍，對(duì)于一個(gè)得分類中的圖案數(shù)目而言，如果其大于cmin 并且小于c^，那么就不用對(duì)該得分類進(jìn)行進(jìn)一步的劃分； 步驟3.3、計(jì)算"相似"指數(shù)SlW :<formula>formula see original document page 3</formula>其中，o /表示在得分類1中的圖案在第j個(gè)位置處的方差，由于過濾器含有n個(gè)位置， 故共有對(duì)應(yīng)各個(gè)位置的方差n個(gè)；o 2表示的是在得分類1中所有圖案各位置處的方差，該 方差與圖案某個(gè)具體位置無關(guān)；SI(1)的值越大說明在得分類1中所有圖案越"相似"；步驟3. 4、跟據(jù)得分類中最多的圖案數(shù)cmax和"相似"指數(shù)SI(1)來判斷是否需要對(duì)得分 類進(jìn)行進(jìn)一步劃分，若是，進(jìn)行步驟3. 5，若否，進(jìn)行步驟4 ; 步驟3. 5、進(jìn)一步對(duì)得分類劃分子類。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和軟硬數(shù)據(jù)的圖像模擬方法，其特 征在于，所述的步驟3. 4包含以下步驟步驟3. 4. 1、判斷得分類包含的圖案數(shù)目是否少于c,，若是，進(jìn)行步驟4，若否，進(jìn)行步 驟3. 4. 2 ;步驟3. 4. 2、判斷得分類的"相似"指數(shù)SI(1) > 0. 95是否成立，若是，進(jìn)行步驟4，若否， 進(jìn)行步驟3. 5。
6. 如權(quán)利要求4所述的基于連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和軟硬數(shù)據(jù)的圖像模擬方法，其特 征在于，所述的步驟3. 5包含以下步驟步驟3. 5. 1、對(duì)于得分類中的各個(gè)過濾器得分，試探著將該類在其值域的中間位置進(jìn)行 劃分；步驟3. 5. 2、計(jì)算劃分后兩個(gè)子類各自的"相似"指數(shù)；步驟3. 5. 3、保留可以為兩個(gè)子類提供最大的"相似"指數(shù)的那種子類劃分方法，進(jìn)行步 驟3.4。
7. 如權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和軟硬數(shù)據(jù)的圖像模擬方法，其特 征在于，所述的步驟4包含以下步驟步驟4. 1、定義一條隨機(jī)路徑，根據(jù)隨機(jī)路徑，訪問待模擬區(qū)域所有節(jié)點(diǎn)；步驟4.2、逐一判斷當(dāng)前網(wǎng)格中的待模擬節(jié)點(diǎn)u。是否是已知的硬數(shù)據(jù)或已模擬節(jié)點(diǎn)，若 是，則繼續(xù)對(duì)隨機(jī)路徑上的下個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判定，若否，進(jìn)行步驟4. 3 ;步驟4.3、檢索以u(píng)。為中心的數(shù)據(jù)模板Tn內(nèi)的所有已知的n'(《n)個(gè)數(shù)據(jù)，判斷n' =0是否成立，若是，意味著硬數(shù)據(jù)數(shù)目為0，進(jìn)行步驟4. 5，若否，進(jìn)行步驟4. 4 ;步驟4. 4、如果n' > 0，即以u(píng)。為中心的數(shù)據(jù)事件dn非空，但是dn中仍然存在未知節(jié) 點(diǎn)，那么利用軟數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)未知節(jié)點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)項(xiàng)"填滿"dn ;步驟4. 5、從滲透率訓(xùn)練圖像所有的原型中利用"距離公式"^選取一個(gè)與數(shù)據(jù)事件dn 最為接近的原型(假定各位置軟數(shù)據(jù)全部已知)，距離函數(shù)定義如下D,(Mo)二^fi)(cOJvel^G(iio十")-;7n^(00)1 ， 1 = 1， ， L (16) d表示數(shù)據(jù)類型， 一共有3種數(shù)據(jù)d = 1 :原始硬數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，它們被分配到距離其最近的模擬網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)位置上； d = 2 :已經(jīng)模擬過的節(jié)點(diǎn)，它們被用作硬數(shù)據(jù)；d = 3 :通過"粘貼"訓(xùn)練圖像的原型或圖案而已知的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)會(huì)被重新模擬； "(d)是與三種數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的三種權(quán)值("(1) > " (2) > " (3))，原始硬數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和 已經(jīng)模擬過的節(jié)點(diǎn)在"距離函數(shù)"中的作用大于d = 3情況下對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；datd(U。+U)表示待模擬區(qū)域的數(shù)據(jù)模板在u。+u位置的節(jié)點(diǎn)值；U表示模板內(nèi)各向量的位置；Ave I I表示對(duì)所求的絕對(duì)值項(xiàng)求均值；步驟4. 6、確定了與條件數(shù)據(jù)事件dn差別最小的原型后，從該原型內(nèi)隨機(jī)提取出一個(gè) "圖案"，然后將"圖案""粘貼"到以當(dāng)前模擬節(jié)點(diǎn)u。為中心的待模擬區(qū)域上；步驟4. 7、判斷是否對(duì)隨機(jī)路徑上的所有節(jié)點(diǎn)的模擬都已經(jīng)結(jié)束，若是，進(jìn)行步驟5，若 否，進(jìn)行步驟4.2。
8.如權(quán)利要求7所述的基于連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和軟硬數(shù)據(jù)的圖像模擬方法，其特 征在于，所述的步驟4.6中，粘帖時(shí)，軟數(shù)據(jù)必須與待模擬區(qū)域具有相同大小和分辨率，對(duì) 該模擬區(qū)域上的原始硬數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和已經(jīng)模擬過的節(jié)點(diǎn)不做變動(dòng)。
全文摘要
一種基于連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和軟硬數(shù)據(jù)的圖像模擬方法，對(duì)于滲透率圖像的預(yù)測(cè)模擬，綜合使用軟數(shù)據(jù)和硬數(shù)據(jù)，給出了一種利用連續(xù)型多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法模擬滲透率分布的方法，獲得與訓(xùn)練圖像結(jié)構(gòu)特征相似的模擬結(jié)果，與僅使用硬數(shù)據(jù)和無條件數(shù)據(jù)的情況相比，使用軟硬數(shù)據(jù)時(shí)的模擬精度最高，同時(shí)CPU時(shí)間和內(nèi)存消耗最少，與兩點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法相比，連續(xù)型MPS方法在模擬滲透率圖像時(shí)更為精確，可廣泛應(yīng)用于如地?zé)崮堋⒂蜌馓锖兔簩託獾葢?yīng)用開發(fā)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01V1/30GK101726754SQ20091019966
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者張挺, 杜奕 申請(qǐng)人:上海第二工業(yè)大學(xué)