在地震勘探中,地震资料解释是一个非常重要的环节,而层位和断层则是地震资料解释的最核心部分之一。传统三维地震解释都是采用人工解释方法,通过在地震剖面上对相邻地震道进行数字化形成层位线,然后通过内插得到层位面,这种方法识别的层位不仅结果不可进行反复验证,而且需要耗费大量的人力和时间。为此本文围绕三维地震层位和断层识别和自动提取问题,采用基于图像处理的方法开展了三维地震层位和断层自动解释算法的研究,并在此基础上进行了原型系统设计。首先,针对通过基于地震道的方法在搜索相邻地震道时遇到断裂情况或者信号弱的地方容易出现错误或者搜索到错误层位的问题,根据层位在地震图像中所表现出很强的方向性,提出了基于分水岭算法和方向滤波的地震图像增强方法,去除噪声的同时使层位同相轴信号更加连续。在追踪过程中,根据层位的图像增强结果和方向特征进行种子扩散搜索,同时结合基于地震道的振幅匹配方法对搜索结果进行调整,使得追踪结果位于地震道波峰位置。实验分析表明该算法可以适应信号较好的层位自动识别。然后,针对目前断层自动解释方法只能处理线性特征明显的大断层问题,结合人工解释二维地震剖面的思路,得到了一种人工交互和自动识别联合的三维地震断层解释方案。采用二维层位线约束和角点检测联合分析提取断点位置,通过结构方向滤波技术和地震道相似处理等增强图像中的断层,利用图像识别方法提取断层线。最终根据三角剖分实现断层面的三维重建,显示出断层面。通过测试分析,本文方法断点检测的准确性为20%左右,可以帮助解释人员从整体上分析地质构造,为寻找断点提供一种参考。最后,在本文层位和断层自动解释算法基础上,开发了一个基于PC机自动解释原型系统,实现了三维地震层位和断层识别过程和结果显示。