祝媛媛

（中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院，江蘇南京211103）

地震數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的優(yōu)化研究與開發(fā)

祝媛媛*

（中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院，江蘇南京211103）

在地震數(shù)據(jù)信號(hào)處理中,地震數(shù)據(jù)的讀取與顯示是地震資料處理與分析軟件的一項(xiàng)重要指標(biāo)；同時(shí)，隨著海量地震數(shù)據(jù)處理的需求越來越大，需要更好地研究大數(shù)據(jù)量的地震數(shù)據(jù)存取與處理技術(shù)。為此，對(duì)地震數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式和圖形繪制方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)大數(shù)據(jù)量地震數(shù)據(jù)的存取與顯示。同時(shí)，在圖形圖像的顯示效果和數(shù)據(jù)的讀取速度方面進(jìn)行了優(yōu)化研究，提出了相應(yīng)的優(yōu)化方案和解決辦法，并開發(fā)出一套具有圖形交互功能的地震數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)。

segy；segd；優(yōu)化；檢索；剖面

在油氣地震勘探行業(yè)中地震數(shù)據(jù)的讀取和顯示是一個(gè)非常重要的過程，數(shù)據(jù)顯示的好壞和運(yùn)行速度的快慢直接影響到資料處理的質(zhì)量和效率。隨著地震勘探量不斷地增長(zhǎng)，使用的數(shù)據(jù)量已形成了龐大的數(shù)據(jù)體，生成圖像的算法比較復(fù)雜，通過計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)處理方法能夠直觀精確地再現(xiàn)地震剖面的可視化效果。在此重點(diǎn)介紹地震資料數(shù)據(jù)的顯示方法和技巧，并對(duì)其快速檢索提出了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

1 邏輯流程

根據(jù)地震軟件的特點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用的需要，我們?cè)O(shè)計(jì)了地震數(shù)據(jù)存取與顯示的數(shù)據(jù)處理方式及流程，如圖1所示。這里簡(jiǎn)要描述了整個(gè)地震數(shù)據(jù)加工的一個(gè)過程，包括數(shù)據(jù)的輸入、格式轉(zhuǎn)換、不同方式的圖形顯示以及集成的功能插件等，以下將分別對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)討論。

圖1 地震數(shù)據(jù)存取與顯示流程

2 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

常規(guī)的野外地震采集資料記錄格式由于是國際標(biāo)準(zhǔn)，其間含有大量的數(shù)據(jù)冗余，因此，不適合用做地震軟件的內(nèi)部數(shù)據(jù)處理格式，同類的地震資料處理軟件如CGG、Omega等都有自定義的內(nèi)部格式，考慮大數(shù)據(jù)量?jī)?yōu)化的需要，重新設(shè)計(jì)了內(nèi)部地震數(shù)據(jù)格式，以適應(yīng)快速檢索的需要。

內(nèi)部地震數(shù)據(jù)的基本內(nèi)容包括文件卷頭、地震道數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)索引3個(gè)部分組成。文件卷頭是地震采集記錄文件在硬盤上存儲(chǔ)的最開始部分，記載的信息主要包括道頭長(zhǎng)、道頭字內(nèi)容、采樣間隔、道長(zhǎng)、總道數(shù)、數(shù)據(jù)索引塊指針等各項(xiàng)信息內(nèi)容[3]。地震道數(shù)據(jù)塊是地震數(shù)據(jù)的主體，其格式和記錄長(zhǎng)度維持地震原始數(shù)據(jù)記錄不變，內(nèi)部按照野外記錄的順序編排，一個(gè)FFⅠD為一個(gè)道集記錄，道集記錄由多個(gè)基本的道格式組成，一個(gè)道格式則由原始的道頭和地震數(shù)據(jù)組合而成。記錄的排列順序關(guān)鍵字記錄在文件的尾部，隨時(shí)根據(jù)處理的過程動(dòng)態(tài)變化。

文件的尾部記錄主要存放內(nèi)部地震數(shù)據(jù)的道頭主要關(guān)鍵字索引表和組分選索引表，關(guān)鍵字索引表記錄了地震數(shù)據(jù)道頭的當(dāng)前主關(guān)鍵字和次關(guān)鍵字的內(nèi)容，組分選索引表記錄地震道記錄的排列順序，并記錄每組數(shù)據(jù)的起始到索引和終止道索引和道增量，比如FFⅠD為1的道集，起始號(hào)1000，終止道號(hào)2000。OFFSET為3500，則起始道號(hào)為1200，終止道號(hào)為2800。這樣就為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和圖形顯示提供了快速的檢索通道。在文件尾建立針對(duì)疊后地震數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字表，該部分記錄了疊后地震數(shù)據(jù)的道頭關(guān)鍵字內(nèi)容，用戶可以對(duì)疊前/疊后數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)管理和檢索。在文件的最后記錄數(shù)據(jù)的處理歷史（用戶名、模塊名等），方便用戶了解地震數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)行過的相關(guān)處理過程。

3 圖形顯示技術(shù)研究

3.1 曲線圖繪制

曲線是由許多小線段構(gòu)成，采樣間隔決定了線段的密度，線段頂點(diǎn)坐標(biāo)與數(shù)據(jù)值的大小一一對(duì)應(yīng)，把它們首位相連，便可以實(shí)現(xiàn)曲線的繪制[4]。

3.2 歸一化處理

由于地震數(shù)據(jù)體地震振幅值大，正負(fù)值有可能達(dá)到幾百甚至上千萬（經(jīng)常會(huì)有這樣的數(shù)據(jù)其最大最小振幅值非常大，甚至是異常值）,這種數(shù)據(jù)如果直接顯示會(huì)有問題，經(jīng)常是一個(gè)顏色，原因是由于地震振幅值范圍太大，而顯示軟件定義的顏色表即色標(biāo)的顏色有限，不能表征所有的振幅值。所以為了讓16位或32位的地震數(shù)據(jù)體能夠正常顯示，需要在先將地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行歸一化處理。

最大值數(shù)據(jù)歸一化的方法比較簡(jiǎn)單：遍歷所有樣點(diǎn)，找出數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，比較這兩個(gè)值的絕對(duì)值，以絕對(duì)值大的作為標(biāo)準(zhǔn)恒量值。所有數(shù)據(jù)值的都通過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行歸一映射，其過程用偽代碼描述如下：

上述偽碼中，fabs表示取絕對(duì)值,Vstd為映射值，sample和mapped分別是原始數(shù)據(jù)值和歸一映射以后的值。

也可采用均方根振幅值歸一化的方法：遍歷所有樣點(diǎn)，計(jì)算所有樣點(diǎn)的均方根平均值。所有數(shù)據(jù)值都通過該值進(jìn)行映射（方法如最大值歸一化）。由于振幅值在平均前平方了，因此它對(duì)特別大的振幅非常敏感，表現(xiàn)在剖面顯示上就是振幅值大的，讓該點(diǎn)位置更突出。相比最大值歸一化方法，此法對(duì)于異常值較大的地震數(shù)據(jù)有比較明顯的壓制效果，缺點(diǎn)是不能精確直觀地表征整個(gè)剖面的波形趨勢(shì)。

3.3 樣點(diǎn)線性插值

為了更好地表現(xiàn)同相軸，在解釋時(shí)通常將地震數(shù)據(jù)正值區(qū)域以黑色填充顯示，負(fù)值區(qū)域以曲線表示，或反過來顯示[4]。每道中縱坐標(biāo)相同的所有采樣點(diǎn)，歸為這些點(diǎn)中的第一個(gè)點(diǎn)，僅以第一個(gè)點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)顯示；如果樣點(diǎn)數(shù)大于等于縱方向象素，則直接用橫線連接道與采樣點(diǎn)如果樣點(diǎn)數(shù)小于縱方向象素，顯示方式如圖2所示，相鄰樣點(diǎn)間縱方向象素差值大于1，則連接道與其間每一個(gè)縱向象素點(diǎn)，假定相鄰樣點(diǎn)橫向象素分別是x1、x2，縱向象素為y1、y2，間隔n=(x2–x1）/(y1-y2）,則其間的第一個(gè)縱向象素y1+1對(duì)應(yīng)的橫向象素為x1+n,第i個(gè)縱向象素對(duì)應(yīng)的橫向象素為x1+i·n，按此方法定義樣點(diǎn)間的連接點(diǎn)，最后用線段依次連接相鄰樣點(diǎn)。同樣，圖形的縮放也采用相同的插值方法。

圖2 樣點(diǎn)插值示意圖

舉例說明：

設(shè)實(shí)際顯示比例為average_scal，根據(jù)輸入的顯示比例scale計(jì)算實(shí)際的道顯示比例average_scal值，當(dāng)該值大于30（設(shè)置的最大值）時(shí)只取30；average_scal＝scale*屏幕橫方向象素/（4×總道數(shù)）；每道的采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的顯示坐標(biāo)：道橫坐標(biāo)為traceX,如果采樣點(diǎn)的值大于0，則顯示在所屬道的右邊，如果采樣點(diǎn)的值小于0，則顯示在所屬道左邊；

采樣點(diǎn)橫坐標(biāo)X，X=采樣點(diǎn)值×道間隔×average_scal＋traceX

采樣點(diǎn)縱坐標(biāo)Y，Y=采樣點(diǎn)序號(hào)×屏幕縱方向象素/采樣點(diǎn)數(shù)

無論視圖如何縮放變化，比例因子的變化始終能夠約束圖形不至于變化失真。

采樣點(diǎn)顯示的線性插值：每道中縱坐標(biāo)相同的所有采樣點(diǎn)，歸為這些點(diǎn)中的第一個(gè)點(diǎn)。

如果樣點(diǎn)數(shù)大于等于縱方向象素?cái)?shù)，則直接用橫線連接道與采樣點(diǎn)；

如果樣點(diǎn)數(shù)小于縱方向象素，當(dāng)相鄰樣點(diǎn)間縱方向象素差值大于1，則連接道與其間每一個(gè)縱向象素點(diǎn)，假定相鄰樣點(diǎn)橫向象素分別是x1、x2，縱向象素為y1、y2，間隔n=(x2-x1）/(y1-y2）,則其間的第一個(gè)縱向象素y1+1對(duì)應(yīng)的橫向象素為x1+n,第i個(gè)縱向象素對(duì)應(yīng)的橫向象素為x1+i·n，按此方法定義樣點(diǎn)間的連接點(diǎn)；最后用線段依次連接相鄰樣點(diǎn)。

4 實(shí)際應(yīng)用效果展示

下面以實(shí)際地震資料數(shù)據(jù)為例，展示圖形顯示效果如圖3～圖6所示。

圖3 地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

圖4 單炮記錄顯示（Reverse VA）

圖5 疊后剖面顯示（Gray）

5 結(jié)論

通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地震資料數(shù)據(jù)SEGY、SEGD的存取研究，提出并開發(fā)用于快速檢索地震數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換方法，研發(fā)了精確到像素單位的線性插值和數(shù)學(xué)采樣算法，避免了傳統(tǒng)地震數(shù)據(jù)區(qū)域填充時(shí)導(dǎo)致的圖形失真和變形（消除放大后的毛刺現(xiàn)象），自主研究了一套基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)的地震數(shù)據(jù)顯示工具，為用戶提供精確的圖形顯示和豐富的反饋信息，多模式的顯示方式和友好的人機(jī)交互操作，達(dá)到了國際同類軟件的水平,并取得了以下5個(gè)方面的突破：

（1）優(yōu)化了地震數(shù)據(jù)檢索算法，提高了剖面顯示速度；

（2）任意關(guān)鍵字實(shí)時(shí)抽道集方式，高速的地震剖面疊合功能,超越了同類軟件的執(zhí)行效果和速度；

（3）多模式的地震數(shù)據(jù)顯示，達(dá)到甚至超過了同類軟件的水平；

（4）圖形界面交互性強(qiáng)，并且具備良好的可擴(kuò)展性能；

（5）模塊可移植性強(qiáng)，能夠支持雙操作系統(tǒng)下運(yùn)行(Windows/Linux）。

通過不斷的功能完善與擴(kuò)充，在后續(xù)的實(shí)際工區(qū)中取得了良好的應(yīng)用效果。

圖6 多剖面聯(lián)動(dòng)顯示

[1]陳楠,祝媛媛,張光德,徐鈺,基于QT的地震勘探可擴(kuò)展平臺(tái)研發(fā)與應(yīng)用[D].

[2] 孫世明.基于Qt的插件平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及在物探領(lǐng)域的應(yīng)用[D].西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文,2009.

[3]裴俊.MPS海量地震數(shù)據(jù)處理的可視化設(shè)計(jì)[D].中國地質(zhì)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文,2013.

[4] 肖漢.地震數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)研究[D].湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.

圖2 巴肯油田水平井布井示意圖

[4] Ambrose,R.J.Clarkson.Jerry Youngblood.Life-Cycle Decline Curve Estimation for Tight/shale Gas Reservoirs.SPE 140519. Hydraulic Fracturing Technology Conference and Exhibition Held in the Woodlands,Texas,USA,January,2011:24-26.

TP391.41

A

1004-5716(2015）04-0076-04

2014-12-24

2014-12-29

國家863計(jì)劃“淺海水下高精度檢波器定位系統(tǒng)的研制”。

祝媛媛（1979-），女（漢族），四川南充人，工程師，現(xiàn)從事地震資料處理及油氣地球物理方法研究工作。