地震數據可視化技術的優化研究與開發

祝媛媛

（中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院，江蘇南京211103）

地震數據可視化技術的優化研究與開發

祝媛媛*

（中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院，江蘇南京211103）

在地震數據信號處理中,地震數據的讀取與顯示是地震資料處理與分析軟件的一項重要指標；同時，隨著海量地震數據處理的需求越來越大，需要更好地研究大數據量的地震數據存取與處理技術。為此，對地震數據的存儲方式和圖形繪制方法進行了系統的研究，實現了針對大數據量地震數據的存取與顯示。同時，在圖形圖像的顯示效果和數據的讀取速度方面進行了優化研究，提出了相應的優化方案和解決辦法，并開發出一套具有圖形交互功能的地震數據顯示系統。

segy；segd；優化；檢索；剖面

在油氣地震勘探行業中地震數據的讀取和顯示是一個非常重要的過程，數據顯示的好壞和運行速度的快慢直接影響到資料處理的質量和效率。隨著地震勘探量不斷地增長，使用的數據量已形成了龐大的數據體，生成圖像的算法比較復雜，通過計算機圖形數據處理方法能夠直觀精確地再現地震剖面的可視化效果。在此重點介紹地震資料數據的顯示方法和技巧，并對其快速檢索提出了相應的優化設計方案。

1 邏輯流程

根據地震軟件的特點及實際應用的需要，我們設計了地震數據存取與顯示的數據處理方式及流程，如圖1所示。這里簡要描述了整個地震數據加工的一個過程，包括數據的輸入、格式轉換、不同方式的圖形顯示以及集成的功能插件等，以下將分別對這些關鍵技術進行詳細討論。

圖1 地震數據存取與顯示流程

2 數據格式轉換

常規的野外地震采集資料記錄格式由于是國際標準，其間含有大量的數據冗余，因此，不適合用做地震軟件的內部數據處理格式，同類的地震資料處理軟件如CGG、Omega等都有自定義的內部格式，考慮大數據量優化的需要，重新設計了內部地震數據格式，以適應快速檢索的需要。

內部地震數據的基本內容包括文件卷頭、地震道數據和數據索引3個部分組成。文件卷頭是地震采集記錄文件在硬盤上存儲的最開始部分，記載的信息主要包括道頭長、道頭字內容、采樣間隔、道長、總道數、數據索引塊指針等各項信息內容[3]。地震道數據塊是地震數據的主體，其格式和記錄長度維持地震原始數據記錄不變，內部按照野外記錄的順序編排，一個FFⅠD為一個道集記錄，道集記錄由多個基本的道格式組成，一個道格式則由原始的道頭和地震數據組合而成。記錄的排列順序關鍵字記錄在文件的尾部，隨時根據處理的過程動態變化。

文件的尾部記錄主要存放內部地震數據的道頭主要關鍵字索引表和組分選索引表，關鍵字索引表記錄了地震數據道頭的當前主關鍵字和次關鍵字的內容，組分選索引表記錄地震道記錄的排列順序，并記錄每組數據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1000，終止道號2000。OFFSET為3500，則起始道號為1200，終止道號為2800。這樣就為后續的數據處理和圖形顯示提供了快速的檢索通道。在文件尾建立針對疊后地震數據的關鍵字表，該部分記錄了疊后地震數據的道頭關鍵字內容，用戶可以對疊前/疊后數據實時管理和檢索。在文件的最后記錄數據的處理歷史（用戶名、模塊名等），方便用戶了解地震數據已經進行過的相關處理過程。

3 圖形顯示技術研究

3.1 曲線圖繪制

曲線是由許多小線段構成，采樣間隔決定了線段的密度，線段頂點坐標與數據值的大小一一對應，把它們首位相連，便可以實現曲線的繪制[4]。

3.2 歸一化處理

由于地震數據體地震振幅值大，正負值有可能達到幾百甚至上千萬（經常會有這樣的數據其最大最小振幅值非常大，甚至是異常值）,這種數據如果直接顯示會有問題，經常是一個顏色，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位的地震數據體能夠正常顯示，需要在先將地震數據體進行歸一化處理。

最大值數據歸一化的方法比較簡單：遍歷所有樣點，找出數據中的最大值和最小值，比較這兩個值的絕對值，以絕對值大的作為標準恒量值。所有數據值的都通過這個標準值進行歸一映射，其過程用偽代碼描述如下：

上述偽碼中，fabs表示取絕對值,Vstd為映射值，sample和mapped分別是原始數據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，計算所有樣點的均方根平均值。所有數據值都通過該值進行映射（方法如最大值歸一化）。由于振幅值在平均前平方了，因此它對特別大的振幅非常敏感，表現在剖面顯示上就是振幅值大的，讓該點位置更突出。相比最大值歸一化方法，此法對于異常值較大的地震數據有比較明顯的壓制效果，缺點是不能精確直觀地表征整個剖面的波形趨勢。

3.3 樣點線性插值

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

圖2 樣點插值示意圖

舉例說明：

設實際顯示比例為average_scal，根據輸入的顯示比例scale計算實際的道顯示比例average_scal值，當該值大于30（設置的最大值）時只取30；average_scal＝scale*屏幕橫方向象素/（4×總道數）；每道的采樣點對應的顯示坐標：道橫坐標為traceX,如果采樣點的值大于0，則顯示在所屬道的右邊，如果采樣點的值小于0，則顯示在所屬道左邊；

采樣點橫坐標X，X=采樣點值×道間隔×average_scal＋traceX

采樣點縱坐標Y，Y=采樣點序號×屏幕縱方向象素/采樣點數

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。

采樣點顯示的線性插值：每道中縱坐標相同的所有采樣點，歸為這些點中的第一個點。

如果樣點數大于等于縱方向象素數，則直接用橫線連接道與采樣點；

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

4 實際應用效果展示

下面以實際地震資料數據為例，展示圖形顯示效果如圖3～圖6所示。

圖3 地震數據轉換

圖4 單炮記錄顯示（Reverse VA）

圖5 疊后剖面顯示（Gray）

5 結論

通過對標準地震資料數據SEGY、SEGD的存取研究，提出并開發用于快速檢索地震數據格式的轉換方法，研發了精確到像素單位的線性插值和數學采樣算法，避免了傳統地震數據區域填充時導致的圖形失真和變形（消除放大后的毛刺現象），自主研究了一套基于計算機圖形學和圖像處理技術的地震數據顯示工具，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交互操作，達到了國際同類軟件的水平,并取得了以下5個方面的突破：

（1）優化了地震數據檢索算法，提高了剖面顯示速度；

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

（3）多模式的地震數據顯示，達到甚至超過了同類軟件的水平；

（4）圖形界面交互性強，并且具備良好的可擴展性能；

（5）模塊可移植性強，能夠支持雙操作系統下運行(Windows/Linux）。

通過不斷的功能完善與擴充，在后續的實際工區中取得了良好的應用效果。

圖6 多剖面聯動顯示

[1]陳楠,祝媛媛,張光德,徐鈺,基于QT的地震勘探可擴展平臺研發與應用[D].

[2] 孫世明.基于Qt的插件平臺設計與實現以及在物探領域的應用[D].西南交通大學碩士學位論文,2009.

[3]裴俊.MPS海量地震數據處理的可視化設計[D].中國地質大學（北京）碩士學位論文,2013.

[4] 肖漢.地震數據的可視化技術研究[D].湖南大學碩士學位論文，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

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1004-5716(2015）04-0076-04

2014-12-24

2014-12-29

國家863計劃“淺海水下高精度檢波器定位系統的研制”。

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