殷 煤

摘要利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行地震數(shù)據(jù)的可視化應(yīng)用技術(shù),從某種程度上給人們作地震分析的研究帶來了極大的便利,實(shí)現(xiàn)了地震龐大的數(shù)據(jù)處理能務(wù)的大大提高的同時,為人們?nèi)〉孟嚓P(guān)地震數(shù)據(jù)提供了可靠的一手資料,從復(fù)雜地質(zhì)模型到各種方法計(jì)算的地震波走時波前曲面的三維可視化,也可以制作在地震科教片,讓人們從以前對地震的造成的各種破壞從想象到仿真,更進(jìn)一步取得地震最珍貴的相關(guān)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞可視化軟件地震數(shù)據(jù)處理

中圖分類號:TP31文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

地震數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是指地震研究中運(yùn)用計(jì)算機(jī)先進(jìn)開發(fā)軟件,將現(xiàn)有收集來的地震數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)中,經(jīng)過一些特殊處理技術(shù),成為更直觀的影像資料,為精確進(jìn)行地震研究和預(yù)防提供相應(yīng)資料的一種運(yùn)用工具。從數(shù)據(jù)走勢分析到綜合圖象展現(xiàn),再到三維圖像互動,從而極大便利人們對地震的研究,從某種方面讓人們更深一步了解地震,為人們從事地質(zhì)勘探,石油煤炭開發(fā)等建設(shè)開發(fā)提供相應(yīng)數(shù)據(jù)支持。這是一種對各種復(fù)雜的地質(zhì)模型和三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行描述,并在三維立體空間顯示,它不僅使地球科學(xué)家們能更深刻地理解各種地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展及影響,而且使他們的想象力更加豐富多彩,使他們能夠在地質(zhì)構(gòu)造和三維地震數(shù)據(jù)中翱翔,這樣可提高地震勘探和鉆探的準(zhǔn)確度和成功率,同時,它也是地震成像處理的重要技術(shù)基礎(chǔ),對地質(zhì)勘探開發(fā)起到至關(guān)重要的作用。

1 可視化在地震研究的運(yùn)用現(xiàn)狀

自上世紀(jì)80年代末開始,計(jì)算機(jī)可視化才進(jìn)入一個新的研究領(lǐng)域,它涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺及人機(jī)交互等多個領(lǐng)域,也讓地震數(shù)據(jù)的三維可視化技術(shù)得到了迅速發(fā)展。通過20多年的開發(fā)研究,出現(xiàn)了一批可視化應(yīng)用軟件。國外比較著名的有Landmark公司的EarthCube和OpenVision、GeoQuest公司的GeoViz以及DGI公司的EarthVision等,它們基本上代表了當(dāng)今地震數(shù)據(jù)三維可視化應(yīng)用的最高水平。這些軟件包可將二維地震、三維地震、測井曲線、地質(zhì)分層、井軌跡、網(wǎng)絡(luò)化層面、斷層面等進(jìn)行完整的三維立體顯示,用戶可以用鼠標(biāo)控制旋轉(zhuǎn)角度來觀察地質(zhì)目標(biāo),直觀便捷。

在國內(nèi)的油氣公司、地球物理公司、計(jì)算中心等單位普遍使用的地震軟件大都是從國外引進(jìn)的,并以Landmark公司和GeoQuest公司的解釋系統(tǒng)居多。這些解釋系統(tǒng)都具有較好的可視化功能,由于三維可視化的復(fù)雜性,在國內(nèi)包括清華大學(xué)在內(nèi)研究開發(fā)的計(jì)算機(jī)可視化運(yùn)用,還沒有取得相應(yīng)較好的自主知識產(chǎn)權(quán)的地震數(shù)據(jù)的三維可視化系統(tǒng),得到國內(nèi)外廣大用戶認(rèn)可。

目前,使用較好的有世界上著名的可視化軟件供應(yīng)商美國AVS公司,其核心產(chǎn)品就是AVS/EXPRESS開發(fā)版,AVS/EXPRESS軟件從1988年起,迄今一直處在可視化技術(shù)市場的前沿。AVS開發(fā)版包括圖形顯示、數(shù)據(jù)可視化、圖象處理、數(shù)據(jù)庫管理和用戶接口等五個軟件包,每個軟件包又有幾十個功能模塊,這樣就形成了一個具有交互式開發(fā)功能的先進(jìn)的可視化軟件系統(tǒng)。

2 可視化軟件進(jìn)行地震層位分析效果

傳統(tǒng)的地震資料解釋工作是提供反映勘探目的層構(gòu)造形態(tài)特征的構(gòu)造平面等值線圖(通常所說的等t0圖)、各種巖性油藏圈閉等值線圖和描述巖層物性或地層屬性沿層面變化的參數(shù)平面等值線圖。但是這種傳統(tǒng)圖件不能全面、真實(shí)地反映地下地層的客觀性,給資料的進(jìn)一步解釋分析帶來不便:一是用平面等值線描述空間層位的起伏變化直觀性差;二是人為地把屬于同一層形態(tài)與屬性信息割裂開來,分別繪制等值線圖,造成地質(zhì)分析、解釋復(fù)雜程度的進(jìn)一步加劇;三是各層之間的關(guān)系不清楚,分析多個層位時更顯示其復(fù)雜性。

可視化軟件能夠根據(jù)給定的地震層位數(shù)據(jù)集或地震層位及其屬性的數(shù)據(jù)集建立三維圖形圖像,用更接近實(shí)際的方式去描繪它,從各個不同的角度觀察它。在一個勘探區(qū)域,經(jīng)過處理解釋后的地震層位可能由若干層組成。一般情況下,各層位在地下由淺到深依次排列。每個特定層位可能是一個空間曲面,但在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造情況下,由于斷層的錯斷切割,一個層位就可由若干個空間曲面組合而成。

一個地震層位可用數(shù)據(jù)集{x,y,z｝來表示,其中x、y分別是地面坐標(biāo),一般是CMP號或Crossline線號,z在時間域代表雙程旅行時,在深度域代表深度。地震資料經(jīng)處理解釋后,可獲得某個層位的地震屬性如速度、孔隙度等,這樣地震屬性數(shù)據(jù)就是一個四維數(shù)據(jù)集{x,y,z,p｝,p是由x、y、z確定的層位上某點(diǎn)空間坐標(biāo)處的物性或?qū)傩浴?/p>

在對地震層位進(jìn)行三維可視化之前,首先要分析地震層位的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一般情況下,經(jīng)過解釋系統(tǒng)拾取的某一個地震層位的數(shù)據(jù)可以表示為{xi,yj,zk｝,其中xi代表CMP點(diǎn),yj代表橫測線(Crossline),zk代表所拾取的時間或深度。不同的測線拾取的樣點(diǎn)數(shù)是不同的,這樣我們利用Delaunay三角形剖分對地震層位進(jìn)行剖分,形成三角形網(wǎng)格,并記錄下各三角形之間的接觸關(guān)系,然后進(jìn)行顯示。從圖像中可以看出,空間層位的起伏變化形象、直觀,這些立體圖較好地描述了各層面的起伏變化。

地震層位屬性的三維可視化是在對地震層位數(shù)據(jù)進(jìn)行剖分的基礎(chǔ)上,對層位上的地震屬性如速度、孔(下轉(zhuǎn)第118頁)(上接第116頁)隙度、地震振幅等利用插值方法如離散光滑插值(DSI)把屬性插到剖分形成的三角形網(wǎng)格中,用不同的顏色代表地層屬性值的大小,這樣就可實(shí)現(xiàn)地震層位與其屬性的三維可視化。從這些圖中不僅可以看出地層的起伏變化,而且可以看出地層上的屬性如孔隙度等的變化情況;在一個平面上同時顯示多個層位與其屬性,可以從不同的角度觀看層位變化和其屬性的變化,有利于勘探和開發(fā)方案的確定。

3 可視化軟件讓地震數(shù)據(jù)由靜態(tài)變成動態(tài)感

地震數(shù)據(jù)影像化,由于其數(shù)據(jù)量大,一般占用上百兆空間,在做三維數(shù)據(jù)體可視化方面難度比較大,特別是三維數(shù)據(jù)體在空間旋轉(zhuǎn)、平移、變比等時要做坐標(biāo)變換,運(yùn)算工作量相當(dāng)大,所以速度比較慢。為了提高顯示速度,除配備高檔微機(jī)或工作站外,配備較好的顯示卡也很重要,在保證顯示精度的情況下,對三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行加工,減少存貯字節(jié),減少數(shù)據(jù)量,來提高顯示速度。

為了更好地觀看地震數(shù)據(jù),需對數(shù)據(jù)體進(jìn)行挖空和切割處理,這就是我們通常所看到的時間切片,縱剖面、橫剖面等。通過對三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行不同的挖空顯示,可以對探區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造有一定的了解。在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)下,把地震層位和三維地震數(shù)據(jù)體作為兩個不同的對象,同時輸入到系統(tǒng)中,就可實(shí)現(xiàn)三維地震數(shù)據(jù)體和地震層位的綜合顯示。由于把層位放在三維數(shù)據(jù)體中,對數(shù)據(jù)體做各種挖空顯示,這樣可以檢驗(yàn)解釋層位的正確性。

由于把三維地震數(shù)據(jù)體不再作為靜態(tài)顯示的手段,而是從地震體中沿縱橫剖面方向、水平切片方向產(chǎn)生電影畫面,這樣用電影功能快速觀察整個數(shù)據(jù)體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化。如果把地震數(shù)據(jù)運(yùn)用可視化軟件沿某個方向按一定的間隔如沿Crossline方向做許許多多的切片,按順序把每個切片記錄下來形成可用計(jì)算機(jī)軟件播放的文件格式,如MPG格式,然后用movieplay等計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行播放,就可形成沿這個方向的地震電影。在放映中讓人們反復(fù)看到精彩的地震電影。從地震影像中,可以更清晰地看到地震層位的變化情況和地質(zhì)構(gòu)造的變化。同樣,對速度深度模型、地震波波前走時曲面數(shù)據(jù)體等用同樣的方法也可以作成電影播放。尤其是對地震波波前曲面可視化數(shù)據(jù)處理方面,讓復(fù)雜問題變得影像簡單化,由于地震波波前曲面?zhèn)鞑サ娜S數(shù)據(jù)體是規(guī)則數(shù)據(jù),其數(shù)據(jù)格式和三維地震數(shù)據(jù)體的格式相同,所以,地震波波前曲面三維可視化的方法與三維地震數(shù)據(jù)體的三維可視化基本相同。