專利名稱：一種用于油氣勘探的光譜庫的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜處理技術(shù)，屬于油氣勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于油氣勘探的光譜庫的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，油氣作為人類最重要的資源之一，其勘探技術(shù)的發(fā)展也日趨信息化、智能化。提高勘探的成功率，盡量降低勘探成本，成為了石油勘探的技術(shù)發(fā)展的核心問題。利用高光譜影像中的光譜數(shù)據(jù)和野外測(cè)量的光譜數(shù)據(jù)的反射光譜學(xué)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行油氣勘探，已取得了一定的成效。在當(dāng)前信息化大力發(fā)展的時(shí)代，基于高光譜影像的油氣勘探技術(shù)有很大的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展空間。高光譜油氣勘探技術(shù)主要是依據(jù)油氣微滲漏理論而建立的，即相對(duì)分子量小的輕 烴快速、垂直上升，進(jìn)入到土壤的空隙當(dāng)中，一部分被細(xì)菌分解，生成硫化氫、二氧化碳。其中二氧化碳與水作用生成了碳酸，碳酸再與粘土礦反應(yīng)生成碳酸鹽，從而引起地表物質(zhì)的堅(jiān)硬和地表物質(zhì)難以被侵蝕的狀況。而在硫化氫存在的環(huán)境中，鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石被還原為粘土礦，同時(shí)三價(jià)鐵離子被還原為二價(jià)鐵，這樣在實(shí)地的對(duì)礦物含量的測(cè)量數(shù)據(jù)中表現(xiàn)為，碳酸鹽和粘土礦含量偏高，即產(chǎn)生了蝕變礦物。目前國際上比較有代表性的波譜數(shù)據(jù)庫，1981年美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)波普數(shù)據(jù)庫首次推出巖礦等地物波譜數(shù)據(jù)庫。美國地質(zhì)勘探局(USGS)波普數(shù)據(jù)庫則是面向礦產(chǎn)遙感資源勘探而發(fā)展的地物波譜特征數(shù)據(jù)庫。我國許多遙感科學(xué)研究部門相繼建立了 10余個(gè)地物波譜數(shù)據(jù)庫。90年代初，中科院安徽光機(jī)所等多家單位，建立了我國第一個(gè)綜合性的地物波譜特征數(shù)據(jù)庫。2000年，中科院遙感所實(shí)現(xiàn)了波譜庫與3S (RS、GIS、GPS)技術(shù)的鏈接。2005年，北京師范大學(xué)主持多家單位共同完成了“我國典型地物標(biāo)準(zhǔn)波譜數(shù)據(jù)庫”,其地物類型主要有農(nóng)作物、水體、巖石和礦物。然而，目前我國尚無專門針對(duì)因油氣微滲漏產(chǎn)生的蝕變礦物方面的光譜庫。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于油氣勘探的光譜庫的實(shí)現(xiàn)方法，該方法能夠用于檢索光譜信息、光譜特征信息、礦物含量信息，利用反射光譜學(xué)知識(shí)對(duì)因油氣微滲漏引起的地表光譜進(jìn)行光譜處理，以達(dá)到增強(qiáng)對(duì)油氣勘探的數(shù)據(jù)支持和檢索支持的目的。所述實(shí)現(xiàn)方法包括步驟I :原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備原始數(shù)據(jù)包括光譜數(shù)據(jù)和礦物含量數(shù)據(jù)；所述光譜數(shù)據(jù)有以下四個(gè)來源I)美國地質(zhì)勘探局USGS典型地物光譜庫中各純凈礦物的標(biāo)準(zhǔn)光譜，該純凈礦物包括伊利石、白云石、高嶺石、蒙脫石、伊蒙混合、綠泥石、方解石、斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石和角閃石，每種礦物對(duì)應(yīng)一根光譜。2)美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室JPL典型地物光譜庫中各純凈礦物的標(biāo)準(zhǔn)光譜，該純凈礦物包括伊利石、白云石、高嶺石、蒙脫石、伊蒙混合、綠泥石、方解石、斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石和角閃石，每種礦物對(duì)應(yīng)一根光譜。3)從內(nèi)蒙、青海、陜西三大野外試驗(yàn)區(qū)選取的受油氣微滲漏影響的區(qū)域中的各測(cè)量點(diǎn)的蝕變礦物的光譜，所述蝕變礦物為混合物，包括上述純凈礦物，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的蝕變礦物對(duì)應(yīng)一根光譜。4)對(duì)應(yīng)于3)中各測(cè)量點(diǎn)的航天Hyperion高光譜數(shù)據(jù)。所述礦物含量數(shù)據(jù)為對(duì)應(yīng)于3)中的各測(cè)量點(diǎn)的蝕變礦物中的礦物含量數(shù)據(jù)；步驟2 :光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即對(duì)3)和4)中的光譜采用Savitzky-Golay濾波進(jìn)行去除光譜噪聲處理，并對(duì)經(jīng)Savitzky-Golay濾波后的光譜進(jìn)行包絡(luò)線去除?！?br> 步驟3 :提取光譜特征對(duì)光譜數(shù)據(jù)來源I)和2)以及經(jīng)步驟2處理后的光譜進(jìn)行光譜特征提??；所述光譜特征包括吸收峰位置、吸收峰深度、吸收峰寬度和吸收峰對(duì)稱性。提取吸收峰位置第一步選擇與油氣微滲漏相關(guān)的吸收峰存在的波段范圍為2050nm 2450nm。第二步以14nm為長(zhǎng)度，將所述波段范圍劃分為多個(gè)區(qū)間。第三步求各區(qū)間中光譜反射率的最小值。第四步求各區(qū)間中光譜反射率的最小值中的極小值，將該極小值作為吸收峰的位置；提取吸收峰位置的過程如下所述計(jì)算出各區(qū)間中光譜反射率的最小值點(diǎn)的前向差分和后向差分；若前向差分小于O且后向差分大于或等于0，或是前向差分等于O且后向差分大于0，則該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)即為吸收峰位置。提取吸收峰深度將緊鄰所述吸收峰位置的兩個(gè)光譜波峰連接，形成歸一化包絡(luò)線，取歸一化包絡(luò)線與過吸收峰位置所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)點(diǎn)的垂線的交點(diǎn)，用該交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的反射率值減去吸收峰位置所對(duì)應(yīng)的反射率值，得到吸收峰深度。提取吸收峰寬度取吸收峰深度一半時(shí)的反射率值，在光譜曲線的吸收峰上與該反射率值相等的兩點(diǎn)間的距離為吸收峰寬度。提取吸收峰對(duì)稱性在光譜曲線的吸收峰上，以過吸收峰位置所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)點(diǎn)的垂線為界線，劃分歸一化包絡(luò)線和吸收峰組成的區(qū)域?yàn)橛覅^(qū)域和左區(qū)域；設(shè)左區(qū)域面積為
S1，右區(qū)域面積為S2，吸收峰對(duì)稱性= InI;當(dāng)D為正值時(shí)，吸收峰左不對(duì)稱；當(dāng)0為零時(shí)，
吸收峰對(duì)稱；D為負(fù)值時(shí)，吸收峰右不對(duì)稱。步驟4 :建立數(shù)據(jù)庫，包括4個(gè)數(shù)據(jù)表光譜信息表，包括多個(gè)記錄，每個(gè)記錄對(duì)應(yīng)一根光譜，每個(gè)記錄中包括光譜ID、對(duì)應(yīng)于每個(gè)光譜ID存儲(chǔ)該光譜的名稱和光譜文本，該光譜文本是以文本形式存儲(chǔ)各種光譜的波長(zhǎng)和反射率；將四類光譜數(shù)據(jù)錄入光譜信息表。光譜數(shù)據(jù)表，用于存儲(chǔ)所述四類光譜數(shù)據(jù)，包括各種光譜的波長(zhǎng)、反射率以及所述光譜ID，對(duì)應(yīng)于光譜ID存儲(chǔ)4類來源中各光譜的波長(zhǎng)和反射率。礦物含量表，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來源3)中的各測(cè)量點(diǎn)的蝕變礦物中的礦物含量數(shù)據(jù)以及所述光譜ID，所述礦物含量數(shù)據(jù)包括伊利石、白云石、高嶺石、蒙脫石、伊蒙混合、綠泥石、方解石、斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石、角閃石、粘土的含量，對(duì)應(yīng)于光譜ID存儲(chǔ)來源3)中各光譜所對(duì)應(yīng)的蝕變礦物中的礦物含量數(shù)據(jù)。光譜特征表，用于存儲(chǔ)經(jīng)步驟3進(jìn)行光譜特征提取后的光譜特征數(shù)據(jù)，包括各條光譜的吸收峰位置、吸收峰深度、吸收峰寬度、吸收峰對(duì)稱性以及所述光譜ID ;對(duì)應(yīng)于光譜ID存儲(chǔ)4類來源中各光譜的光譜特征數(shù)據(jù)?；谝陨蠑?shù)據(jù)庫的建立，用戶在光譜庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，當(dāng)用戶查詢光譜數(shù)據(jù)和礦物含量時(shí)用戶輸入一種光譜的光譜特征吸收峰位置、吸收峰深度、吸收峰寬度和吸收峰對(duì)稱性中的一個(gè)或多個(gè)；光譜庫對(duì)用戶輸入的光譜特征與數(shù)據(jù)庫中的光譜特征進(jìn)行作差，對(duì)所得到的差值的取絕對(duì)值，取數(shù)據(jù)庫中滿足絕對(duì)值最小的一個(gè)或多個(gè)光譜特征，通過光譜特征表獲取所述一個(gè)或多個(gè)光譜特征所對(duì)應(yīng)的光譜ID，依據(jù)該光譜ID查詢光譜數(shù)據(jù)表和 礦物含量數(shù)據(jù)表，得到該光譜ID所對(duì)應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)和礦物含量并在顯示界面顯示。 當(dāng)用戶在光譜庫中查詢光譜數(shù)據(jù)和光譜特征時(shí)用戶輸入一組礦物含量，光譜庫對(duì)用戶輸入的礦物含量與數(shù)據(jù)庫中的礦物含量進(jìn)行作差，對(duì)所得到的差值的取絕對(duì)值，取數(shù)據(jù)庫中滿足絕對(duì)值最小的一組或多組礦物含量，通過礦物含量表獲取所述一組或多組礦物含量所對(duì)應(yīng)的光譜ID，依據(jù)該光譜ID查詢光譜數(shù)據(jù)表和光譜特征表，得到該光譜ID所對(duì)應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)和光譜特征并在顯示界面顯示。當(dāng)用戶在光譜庫中查詢光譜特征和礦物含量時(shí)用戶輸入光譜數(shù)據(jù)，光譜庫計(jì)算用戶輸入的光譜與數(shù)據(jù)庫中光譜的光譜夾角，對(duì)所得到的光譜夾角取絕對(duì)值，取數(shù)據(jù)庫中滿足絕對(duì)值最小的光譜，通過光譜數(shù)據(jù)表獲取該光譜所對(duì)應(yīng)的光譜ID，依據(jù)該光譜ID查詢光譜特征表和礦物含量表，得到該光譜ID所對(duì)應(yīng)的光譜特征和礦物含量并在顯示界面顯示。在用戶進(jìn)行上述每種查詢方式結(jié)束之后，光譜庫進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，輸出的數(shù)據(jù)包括光譜圖、光譜信息、光譜特征信息以及礦物含量信息。有益效果(I)在進(jìn)行油氣勘探的過程中，對(duì)實(shí)地的對(duì)礦物含量的測(cè)量數(shù)據(jù)中表現(xiàn)為，碳酸鹽和粘土礦含量偏高，這在光譜上表現(xiàn)為在2150nm 2350nm附近和2350nm附近的雙吸收峰特征，即光譜“指紋”。利用此指紋特征可以進(jìn)行油氣區(qū)域的圈定，因此，建立其光譜“指紋”數(shù)據(jù)庫對(duì)于基于高光譜的油氣勘探尤為重要。本發(fā)明在提取吸收峰位置時(shí)，選取的波段范圍為2050nm 2450nm，在進(jìn)行油氣勘探的過程中，通過對(duì)該波段范圍的選取，采用本發(fā)明所提供的方法可獲取各測(cè)量點(diǎn)的蝕變礦物的含量。(2)本發(fā)明在光譜庫中增加了光譜特征數(shù)據(jù)，而且在提取吸收峰位置這一特征的過程中，采用了分區(qū)的方法，這樣能夠使得所提取的光譜特征更加地精確，從而提高了數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的光譜特征的準(zhǔn)確性，為使用者提高較好的數(shù)據(jù)支持。(3)本發(fā)明不僅為光譜庫錄入受油氣微滲漏影響的區(qū)域中各測(cè)量點(diǎn)蝕變礦物的光譜數(shù)據(jù)、其礦物含量及其航天Hyperion高光譜數(shù)據(jù)，還錄入了兩種已有光譜庫中各典型礦物的光譜數(shù)據(jù)?？梢姳鞠到y(tǒng)所錄入的數(shù)據(jù)涵蓋面廣，光譜數(shù)據(jù)豐富，具有較好的完備性，為在戈壁、沙漠、黃土塬地貌下的各種礦物分類工作和油氣異常區(qū)域的判定工作提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。而且其中Hyperion高光譜數(shù)據(jù)為航天高光譜油氣勘探研究打下了基礎(chǔ)。(4)本發(fā)明所提供的光譜庫可以為用戶提供目標(biāo)光譜的可能的礦物組分以及礦物含量的檢索，為油氣異常區(qū)域的圈定提供參考依據(jù)。在本發(fā)明在錄入數(shù)據(jù)豐富的基礎(chǔ)上，極大地方便了油氣微滲漏研究中的數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)使用等工作，支持了我國地物光譜庫建設(shè)，對(duì)基于反射光譜學(xué)的油氣勘探研究有指導(dǎo)性意義，還對(duì)光譜解混，粘土礦化和碳酸鹽化的定量分析提供了參考。


圖I為本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)庫內(nèi)部數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。 本發(fā)明所提供的一種用于油氣勘探的光譜庫的實(shí)現(xiàn)方法，該方法的具體步驟如下所述(I)原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備原始數(shù)據(jù)包括光譜數(shù)據(jù)和礦物含量數(shù)據(jù)。光譜數(shù)據(jù)有以下四個(gè)來源I)美國地質(zhì)勘探局USGS典型地物光譜庫中各純凈礦物的標(biāo)準(zhǔn)光譜，該純凈礦物包括伊利石、白云石、高嶺石、蒙脫石、伊蒙混合、綠泥石、方解石、斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石和角閃石，每種礦物對(duì)應(yīng)一根光譜；2)美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室JPL典型地物光譜庫中各純凈礦物的標(biāo)準(zhǔn)光譜，該純凈礦物包括伊利石、白云石、高嶺石、蒙脫石、伊蒙混合、綠泥石、方解石、斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石和角閃石，每種礦物對(duì)應(yīng)一根光譜；3)從內(nèi)蒙、青海、陜西三大野外試驗(yàn)區(qū)選取的受油氣微滲漏影響的區(qū)域中的各測(cè)量點(diǎn)的蝕變礦物的光譜，所述蝕變礦物為混合物，包括上述純凈礦物，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的蝕變礦物對(duì)應(yīng)一根光譜；4)對(duì)應(yīng)于3)中各測(cè)量點(diǎn)的航天Hyperion高光譜數(shù)據(jù)；所述礦物含量數(shù)據(jù)為對(duì)應(yīng)于3)中的各測(cè)量點(diǎn)的蝕變礦物中的礦物含量數(shù)據(jù)；(2)光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理所采用的方法為SG(Savitzky-Golay)濾波和包絡(luò)線去除。利用SG濾波對(duì)光譜數(shù)據(jù)來源3)和4)進(jìn)行去除光譜噪聲，以使光譜平滑。I) SG 濾波SG濾波使用簡(jiǎn)化的最小二乘擬合方法對(duì)曲線進(jìn)行卷積平滑處理，是一種經(jīng)典的、最常用的最小二乘曲線平滑方法。在這種算法中，對(duì)光譜曲線上每個(gè)2m+l點(diǎn)的子集用P (P ^ 2m)次多項(xiàng)式進(jìn)行濾波。SG濾波的一般方程式如下Y1=(Y4Cj^l)I N(I)
i=-m其中，&是光譜數(shù)據(jù)來源3)和4)中某一光譜曲線在j處的光譜反射率，Y」是平滑后的光譜反射率，i是平滑窗內(nèi)點(diǎn)的坐標(biāo)，j是光譜數(shù)據(jù)來源3)和4)中的光譜曲線上某一點(diǎn)的波長(zhǎng)坐標(biāo)，Ci是平滑窗內(nèi)第i個(gè)光譜反射率對(duì)應(yīng)的平滑系數(shù)，N是平滑窗內(nèi)點(diǎn)的數(shù)量。文獻(xiàn) Madden H.Comments on the Savitzky-Golay convolution method forleast-squares fit smoothing and differentiation of digital data[J]. Anal.Chem. 1978,50(9) :1383_1386.中給出的修正后的SG濾波的平滑系數(shù)Ci的計(jì)算公式為
3(3w2+3w-1-5/2)C1=-^~r--(2)
(2m + 3)(2m + l)(2m-l)其中，i = -m, K O, Km ;窗寬度選擇9,即N = 9,則m = 4 ;將m = 4代入公式(2)得到平滑窗內(nèi)第i個(gè)光譜反射率對(duì)應(yīng)的平滑系數(shù)。2)包絡(luò)線去除 對(duì)SG濾波后的光譜數(shù)據(jù)來源3)和4)進(jìn)行去除包絡(luò)線處理。包絡(luò)線去除的過程如下所述設(shè)SG濾波后的光譜曲線的采樣點(diǎn)數(shù)組波長(zhǎng)數(shù)組{w⑴}，i = 0，1，. . .，k-Ι ;反射率數(shù)組 Ir(i)}, i = O, I, . . . , k-1 ;包絡(luò)線節(jié)點(diǎn) c (i), i = O, I, 2...。①第一個(gè)包絡(luò)線節(jié)點(diǎn)c(0)為SG濾波后的光譜曲線上的第一個(gè)點(diǎn)(w(0)，r(0))。②確定第二個(gè)包絡(luò)線節(jié)點(diǎn)C(I):取i = 1，對(duì)SG濾波后的光譜曲線上的第i個(gè)點(diǎn)(w(i)，Hi))進(jìn)行判斷連接點(diǎn)(w(0), r (0))與點(diǎn)(w(i+l), r(i+l)),若點(diǎn)(w ⑴,r(i))在(w (0), r (0))與(w(i+l),r(i+l))連線上方，那么點(diǎn)(w(i)，r(i))為第二個(gè)包絡(luò)線節(jié)點(diǎn)c(l);否則i自增1，重復(fù)所述判斷過程，直到最終確定第二個(gè)包絡(luò)線節(jié)點(diǎn)C(I)為止。③確定第三個(gè)包絡(luò)線節(jié)點(diǎn)c (2):從第二個(gè)包絡(luò)線節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的SG濾波后的光譜曲線上的點(diǎn)(w(i)，r(i))為連接點(diǎn)找第三個(gè)節(jié)點(diǎn)c(2)，采用與步驟②采用同一原理的確定過程，直到找到第三節(jié)點(diǎn)c(2)為止。④確定剩余包絡(luò)線節(jié)點(diǎn)。⑤將相鄰的包絡(luò)線節(jié)點(diǎn)連接，形成新的曲線h，h就是光譜包絡(luò)線，依次求出包絡(luò)線上各節(jié)點(diǎn)的橫坐標(biāo)w(j), j = 0,1,2, . . . , k-1所對(duì)應(yīng)的光譜包絡(luò)線上的函數(shù)值h(j), j
= 0,1,2..., k-1 ο⑥求出包絡(luò)線后，采用公式(3)對(duì)光譜進(jìn)行包絡(luò)線去除，得到去除包絡(luò)線后的光譜Y*:=(3)
Hi)其中，i=0,1,....., k-1 ο(3)提取光譜特征對(duì)光譜數(shù)據(jù)來源I)和2)以及經(jīng)步驟(I)、(2)處理后的光譜數(shù)據(jù)來源3)和4)進(jìn)行光譜特征提取。所述光譜特征包括吸收峰位置、吸收峰深度、吸收峰寬度和吸收峰對(duì)稱性。I)提取吸收峰位置吸收峰位置反射率最低處所對(duì)應(yīng)于光譜曲線上的點(diǎn)。提取吸收峰位置的步驟如下
第一步選擇與油氣微滲漏相關(guān)的吸收峰存在的波段范圍由于與油氣微滲漏相關(guān)的光譜吸收峰在2150nm 2350nm附近和2350nm附近，為了完全包含吸收峰的全部信息，所以選擇研究的波段范圍為2050nm 2450nm。第二步劃分所述波段范圍由于計(jì)算區(qū)間的寬度直接影響極小值的準(zhǔn)確性，區(qū)間過寬會(huì)造成極小值的不準(zhǔn)確，區(qū)間過窄又會(huì)造成極小值過多，數(shù)據(jù)冗余；經(jīng)多次試驗(yàn)劃分后，選取區(qū)間寬度為14nm ；將所述波段范圍劃分為長(zhǎng)度為14nm的數(shù)個(gè)區(qū)間，直到將所述波段范圍劃分完成為止，最后劃分的一個(gè)區(qū)間等于或小于14nm。第三步求所述各區(qū)間中光譜反射率的最小值
利用C#中的MinO方法直接求出各個(gè)區(qū)間中光譜反射率的最小值。第四步求各區(qū)間中光譜反射率的最小值中的極小值，將該極小值作為吸收峰的位置；提取吸收峰位置的過程如下所述計(jì)算出各區(qū)間中光譜反射率的最小值點(diǎn)的前向差分和后向差分，該計(jì)算過程中不對(duì)第一個(gè)區(qū)間和最后一個(gè)區(qū)間的最小值點(diǎn)的前向差分和后向差分進(jìn)行計(jì)算；若滿足條件前向差分小于O且后向差分大于或等于0，或是前向差分等于O且后向差分大于0，則該最小值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)即為吸收峰位置。通過以上四個(gè)步驟，可確定在波段范圍2050 2450nm內(nèi)的吸收峰位置。2)提取吸收峰深度吸收峰深度在某一波段吸收范圍內(nèi)，反射率最低點(diǎn)到歸一化包絡(luò)線的距離。提取吸收峰深度將緊鄰所述吸收峰位置的兩個(gè)光譜波峰連接，形成歸一化包絡(luò)線，取歸一化包絡(luò)線與過吸收峰位置所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)點(diǎn)的垂線的交點(diǎn)，用該交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的反射率值減去吸收峰位置所對(duì)應(yīng)的反射率值，得到吸收峰深度。3)提取吸收峰寬度吸收峰寬度吸收深度一半處的光譜帶寬。提取吸收峰寬度取吸收峰深度一半時(shí)的反射率值，在光譜曲線的吸收峰上與該反射率值相等的兩點(diǎn)間的距離為吸收峰寬度。4)提取吸收峰對(duì)稱性吸收峰對(duì)稱性在光譜曲線的吸收峰上，以過吸收峰位置所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)點(diǎn)的垂線為界線，劃分歸一化包絡(luò)線和吸收峰組成的區(qū)域，通過對(duì)右區(qū)域面積與左區(qū)域面積比值的自然對(duì)數(shù)來確定吸收峰對(duì)稱性。提取吸收峰對(duì)稱性設(shè)左區(qū)域面積為S1，右區(qū)域面積為S2，吸收峰對(duì)稱性P = Injg D為正值時(shí)，吸
收峰左不對(duì)稱；當(dāng)D為零時(shí)，吸收峰對(duì)稱；D為負(fù)值時(shí)，吸收峰右不對(duì)稱。對(duì)四個(gè)光譜特征進(jìn)行提取，可得到所需要的光譜特征。(4)建立數(shù)據(jù)庫如圖I所示為數(shù)據(jù)庫內(nèi)部數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系圖。數(shù)據(jù)庫包括4個(gè)數(shù)據(jù)表光譜信息表，包括多個(gè)記錄，每個(gè)記錄對(duì)應(yīng)一根光譜，每個(gè)記錄中包括光譜ID、對(duì)應(yīng)于每個(gè)光譜ID存儲(chǔ)該光譜的名稱和光譜文本，該光譜文本是以文本形式存儲(chǔ)各種光譜的波長(zhǎng)和反射率；將四類光譜數(shù)據(jù)錄入光譜信息表。光譜數(shù)據(jù)表，用于存儲(chǔ)所述四類光譜數(shù)據(jù)，包括各種光譜的波長(zhǎng)、反射率以及所述光譜ID，對(duì)應(yīng)于光譜ID存儲(chǔ)4類來源中各光譜的波長(zhǎng)和反射率。礦物含量表，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來源3)中的各測(cè)量點(diǎn)的蝕變礦物中的礦物含量數(shù)據(jù)以及所述光譜ID，所述礦物含量數(shù)據(jù)包括伊利石、白云石、高嶺石、蒙脫石、伊蒙混合、綠泥石、方解石、斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石、角閃石、粘土的含量，對(duì)應(yīng)于光譜ID存儲(chǔ)來源3)中各光譜所對(duì)應(yīng)的蝕變礦物中的礦物含量數(shù)據(jù)。光譜特征表，用于存儲(chǔ)經(jīng)步驟3進(jìn)行光譜特征提取后的光譜特征數(shù)據(jù)，包括各條光譜的吸收峰位置、吸收峰深度、吸收峰寬度、吸收峰對(duì)稱性以及所述光譜ID ;對(duì)應(yīng)于光譜ID存儲(chǔ)4類來源中各光譜的光譜特征數(shù)據(jù)。用戶在光譜庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢時(shí)，包括查詢光譜和礦物含量，查詢光譜和光譜特 征，查詢光譜特征和礦物含量，其中①查詢光譜數(shù)據(jù)和礦物含量用戶輸入一種光譜的光譜特征吸收峰位置、吸收峰深度、吸收峰寬度和吸收峰對(duì)稱性中的一個(gè)或多個(gè)；光譜庫對(duì)用戶輸入的光譜特征與數(shù)據(jù)庫中的光譜特征進(jìn)行作差，對(duì)所得到的差值的取絕對(duì)值，取數(shù)據(jù)庫中滿足絕對(duì)值最小的一個(gè)或多個(gè)光譜特征，通過光譜特征表獲取所述一個(gè)或多個(gè)光譜特征所對(duì)應(yīng)的光譜ID，依據(jù)該光譜ID查詢光譜數(shù)據(jù)表和礦物含量數(shù)據(jù)表，得到該光譜ID所對(duì)應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)和礦物含量并在顯示界面顯示。②查詢光譜數(shù)據(jù)和光譜特征用戶輸入一組礦物含量，光譜庫對(duì)用戶輸入的礦物含量與數(shù)據(jù)庫中的礦物含量進(jìn)行作差，對(duì)所得到的差值的取絕對(duì)值，取數(shù)據(jù)庫中滿足絕對(duì)值最小的一組或多組礦物含量，通過礦物含量表獲取所述一組或多組礦物含量所對(duì)應(yīng)的光譜ID，依據(jù)該光譜ID查詢光譜數(shù)據(jù)表和光譜特征表，得到該光譜ID所對(duì)應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)和光譜特征并在顯示界面顯示。③查詢光譜特征和礦物含量用戶輸入光譜數(shù)據(jù)，光譜庫計(jì)算用戶輸入的光譜與數(shù)據(jù)庫中光譜的光譜夾角，對(duì)所得到的光譜夾角取絕對(duì)值，取數(shù)據(jù)庫中滿足絕對(duì)值最小的光譜，通過光譜數(shù)據(jù)表獲取該光譜所對(duì)應(yīng)的光譜ID，依據(jù)該光譜ID查詢光譜特征表和礦物含量表，得到該光譜ID所對(duì)應(yīng)的光譜特征和礦物含量并在顯示界面顯示。用戶進(jìn)行每種查詢操作結(jié)束之后，光譜庫進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，輸出的數(shù)據(jù)包括光譜圖、光譜信息、光譜特征信息以及礦物含量信息。當(dāng)用戶查看光譜數(shù)據(jù)庫或查詢光譜數(shù)據(jù)時(shí)，可以在顯示界面選擇光譜顯示方式，對(duì)感興趣的光譜，可選擇光譜圖顯示方式，該顯示方式所顯示的光譜圖包含該光譜的波段信息。當(dāng)用戶查詢光譜特征時(shí)，可以通過在顯示界面選擇保存，來保存感興趣的光譜的光譜信息和光譜圖。光譜信息、光譜特征信息和礦物含量信息均是以ASCII編碼的txt文本文件形式輸出，其中，用戶可對(duì)光譜信息選擇以純數(shù)字形式或以ENVI可讀形式輸出。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于油氣勘探的光譜庫的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，該方法包括 步驟I :原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 原始數(shù)據(jù)包括光譜數(shù)據(jù)和礦物含量數(shù)據(jù)；所述光譜數(shù)據(jù)有以下四個(gè)來源 1)美國地質(zhì)勘探局USGS典型地物光譜庫中各純凈礦物的標(biāo)準(zhǔn)光譜，該純凈礦物包括伊利石、白云石、高嶺石、蒙脫石、伊蒙混合、綠泥石、方解石、斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石和角閃石,每種礦物對(duì)應(yīng)一根光譜； 2)美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室JPL典型地物光譜庫中各純凈礦物的標(biāo)準(zhǔn)光譜，該純凈礦物包括伊利石、白云石、高嶺石、蒙脫石、伊蒙混合、綠泥石、方解石、斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石和角閃石，每種礦物對(duì)應(yīng)一根光譜； 3)從內(nèi)蒙、青海、陜西三大野外試驗(yàn)區(qū)選取的受油氣微滲漏影響的區(qū)域中的各測(cè)量點(diǎn) 的蝕變礦物的光譜，所述蝕變礦物為混合物，包括上述純凈礦物，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的蝕變礦物對(duì)應(yīng)一根光譜； 4)對(duì)應(yīng)于3)中各測(cè)量點(diǎn)的航天Hyperion高光譜數(shù)據(jù)； 所述礦物含量數(shù)據(jù)為對(duì)應(yīng)于3)中的各測(cè)量點(diǎn)的蝕變礦物中的礦物含量數(shù)據(jù)； 步驟2 :光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理 對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即對(duì)3)和4)中的光譜采用Savitzky-Golay濾波進(jìn)行去除光譜噪聲處理，并對(duì)經(jīng)Savitzky-Golay濾波后的光譜進(jìn)行包絡(luò)線去除； 步驟3 :提取光譜特征 對(duì)光譜數(shù)據(jù)來源I)和2)以及經(jīng)步驟2處理后的光譜進(jìn)行光譜特征提取；所述光譜特征包括吸收峰位置、吸收峰深度、吸收峰寬度和吸收峰對(duì)稱性； 提取吸收峰位置 第一步選擇與油氣微滲漏相關(guān)的吸收峰存在的波段范圍為2050nm 2450nm ； 第二步以14nm為長(zhǎng)度，將所述波段范圍劃分為多個(gè)區(qū)間； 第三步求各區(qū)間中光譜反射率的最小值； 第四步求各區(qū)間中光譜反射率的最小值中的極小值，將該極小值作為吸收峰的位置；提取吸收峰位置的過程如下所述 計(jì)算出各區(qū)間中光譜反射率的最小值點(diǎn)的前向差分和后向差分；若前向差分小于O且后向差分大于或等于0，或是前向差分等于O且后向差分大于0，則該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)即為吸收峰位置； 提取吸收峰深度將緊鄰所述吸收峰位置的兩個(gè)光譜波峰連接，形成歸一化包絡(luò)線，取歸一化包絡(luò)線與過吸收峰位置所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)點(diǎn)的垂線的交點(diǎn)，用該交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的反射率值減去吸收峰位置所對(duì)應(yīng)的反射率值，得到吸收峰深度； 提取吸收峰寬度取吸收峰深度一半時(shí)的反射率值，在光譜曲線的吸收峰上與該反射率值相等的兩點(diǎn)間的距離為吸收峰寬度； 提取吸收峰對(duì)稱性在光譜曲線的吸收峰上，以過吸收峰位置所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)點(diǎn)的垂線為界線，劃分歸一化包絡(luò)線和吸收峰組成的區(qū)域?yàn)橛覅^(qū)域和左區(qū)域；設(shè)左區(qū)域面積為S1，右區(qū)域面積為s2，吸收峰對(duì)稱性= InI;當(dāng)D為正值時(shí)，吸收峰左不對(duì)稱；當(dāng)D為零時(shí)，吸收峰對(duì)稱；D為負(fù)值時(shí),吸收峰右不對(duì)稱；步驟4 :建立數(shù)據(jù)庫，包括4個(gè)數(shù)據(jù)表 光譜信息表，包括多個(gè)記錄，每個(gè)記錄對(duì)應(yīng)一根光譜，每個(gè)記錄中包括光譜ID、對(duì)應(yīng)于每個(gè)光譜ID存儲(chǔ)該光譜的名稱和光譜文本，該光譜文本是以文本形式存儲(chǔ)各種光譜的波長(zhǎng)和反射率；將四類光譜數(shù)據(jù)錄入光譜信息表； 光譜數(shù)據(jù)表，用于存儲(chǔ)所述四類光譜數(shù)據(jù)，包括各種光譜的波長(zhǎng)、反射率以及所述光譜ID，對(duì)應(yīng)于光譜ID存儲(chǔ)4類來源中各光譜的波長(zhǎng)和反射率； 礦物含量表，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來源3)中的各測(cè)量點(diǎn)的蝕變礦物中的礦物含量數(shù)據(jù)以及所述光譜ID，所述礦物含量數(shù)據(jù)包括伊利石、白云石、高嶺石、蒙脫石、伊蒙混合、綠泥石、方解石、斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石、角閃石、粘土的含量，對(duì)應(yīng)于光譜ID存儲(chǔ)來源3)中各光譜所對(duì)應(yīng)的蝕變礦物中的礦物含量數(shù)據(jù)； 光譜特征表，用于存儲(chǔ)經(jīng)步驟3進(jìn)行光譜特征提取后的光譜特征數(shù)據(jù)，包括各條光譜的吸收峰位置、吸收峰深度、吸收峰寬度、吸收峰對(duì)稱性以及所述光譜ID ;對(duì)應(yīng)于光譜ID存儲(chǔ)4類來源中各光譜的光譜特征數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在光譜庫中查詢光譜數(shù)據(jù)和礦物含量時(shí) 用戶輸入一種光譜的光譜特征吸收峰位置、吸收峰深度、吸收峰寬度和吸收峰對(duì)稱性中的一個(gè)或多個(gè)；光譜庫對(duì)用戶輸入的光譜特征與數(shù)據(jù)庫中的光譜特征進(jìn)行作差，對(duì)所得到的差值的取絕對(duì)值，取數(shù)據(jù)庫中滿足絕對(duì)值最小的一個(gè)或多個(gè)光譜特征，通過光譜特征表獲取所述一個(gè)或多個(gè)光譜特征所對(duì)應(yīng)的光譜ID，依據(jù)該光譜ID查詢光譜數(shù)據(jù)表和礦物含量數(shù)據(jù)表，得到該光譜ID所對(duì)應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)和礦物含量并在顯示界面顯示。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在光譜庫中查詢光譜數(shù)據(jù)和光譜特征時(shí) 用戶輸入一組礦物含量，光譜庫對(duì)用戶輸入的礦物含量與數(shù)據(jù)庫中的礦物含量進(jìn)行作差，對(duì)所得到的差值的取絕對(duì)值，取數(shù)據(jù)庫中滿足絕對(duì)值最小的一組或多組礦物含量，通過礦物含量表獲取所述一組或多組礦物含量所對(duì)應(yīng)的光譜ID，依據(jù)該光譜ID查詢光譜數(shù)據(jù)表和光譜特征表，得到該光譜ID所對(duì)應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)和光譜特征并在顯示界面顯示。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在光譜庫中查詢光譜特征和礦物含量時(shí) 用戶輸入光譜數(shù)據(jù)，光譜庫計(jì)算用戶輸入的光譜與數(shù)據(jù)庫中光譜的光譜夾角，對(duì)所得到的光譜夾角取絕對(duì)值，取數(shù)據(jù)庫中滿足絕對(duì)值最小的光譜，通過光譜數(shù)據(jù)表獲取該光譜所對(duì)應(yīng)的光譜ID，依據(jù)該光譜ID查詢光譜特征表和礦物含量表，得到該光譜ID所對(duì)應(yīng)的光譜特征和礦物含量并在顯示界面顯示。
5.如權(quán)利要求2或3或4所述的方法，其特征在于，光譜庫查詢結(jié)束后進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，輸出的數(shù)據(jù)包括光譜圖、光譜信息、光譜特征信息以及礦物含量信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于油氣勘探的光譜庫的實(shí)現(xiàn)方法，該方法能夠用于檢索光譜信息、光譜特征信息、礦物含量信息，利用反射光譜學(xué)知識(shí)對(duì)因油氣微滲漏引起的地表光譜進(jìn)行光譜處理，以達(dá)到增強(qiáng)對(duì)油氣勘探的數(shù)據(jù)支持和檢索支持的目的；該方法包括原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理、提取光譜特征以及建立數(shù)據(jù)庫；用戶在光譜庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢時(shí)，包括查詢光譜和礦物含量，查詢光譜和光譜特征以及查詢光譜特征和礦物含量；用戶進(jìn)行每種查詢操作結(jié)束之后，光譜庫進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，輸出的數(shù)據(jù)包括光譜圖、光譜信息、光譜特征信息以及礦物含量信息。
文檔編號(hào)G01N21/31GK102944524SQ201110231968
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月14日
發(fā)明者劉幸, 陳小梅, 李倩倩, 毛冰晶, 倪國強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)