地震数据可视化技术的优化研究与开发

祝媛媛

（中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，江苏南京211103）

地震数据可视化技术的优化研究与开发

祝媛媛*

（中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，江苏南京211103）

在地震数据信号处理中,地震数据的读取与显示是地震资料处理与分析软件的一项重要指标；同时，随着海量地震数据处理的需求越来越大，需要更好地研究大数据量的地震数据存取与处理技术。为此，对地震数据的存储方式和图形绘制方法进行了系统的研究，实现了针对大数据量地震数据的存取与显示。同时，在图形图像的显示效果和数据的读取速度方面进行了优化研究，提出了相应的优化方案和解决办法，并开发出一套具有图形交互功能的地震数据显示系统。

segy；segd；优化；检索；剖面

在油气地震勘探行业中地震数据的读取和显示是一个非常重要的过程，数据显示的好坏和运行速度的快慢直接影响到资料处理的质量和效率。随着地震勘探量不断地增长，使用的数据量已形成了庞大的数据体，生成图像的算法比较复杂，通过计算机图形数据处理方法能够直观精确地再现地震剖面的可视化效果。在此重点介绍地震资料数据的显示方法和技巧，并对其快速检索提出了相应的优化设计方案。

1 逻辑流程

根据地震软件的特点及实际应用的需要，我们设计了地震数据存取与显示的数据处理方式及流程，如图1所示。这里简要描述了整个地震数据加工的一个过程，包括数据的输入、格式转换、不同方式的图形显示以及集成的功能插件等，以下将分别对这些关键技术进行详细讨论。

图1 地震数据存取与显示流程

2 数据格式转换

常规的野外地震采集资料记录格式由于是国际标准，其间含有大量的数据冗余，因此，不适合用做地震软件的内部数据处理格式，同类的地震资料处理软件如CGG、Omega等都有自定义的内部格式，考虑大数据量优化的需要，重新设计了内部地震数据格式，以适应快速检索的需要。

内部地震数据的基本内容包括文件卷头、地震道数据和数据索引3个部分组成。文件卷头是地震采集记录文件在硬盘上存储的最开始部分，记载的信息主要包括道头长、道头字内容、采样间隔、道长、总道数、数据索引块指针等各项信息内容[3]。地震道数据块是地震数据的主体，其格式和记录长度维持地震原始数据记录不变，内部按照野外记录的顺序编排，一个FFⅠD为一个道集记录，道集记录由多个基本的道格式组成，一个道格式则由原始的道头和地震数据组合而成。记录的排列顺序关键字记录在文件的尾部，随时根据处理的过程动态变化。

文件的尾部记录主要存放内部地震数据的道头主要关键字索引表和组分选索引表，关键字索引表记录了地震数据道头的当前主关键字和次关键字的内容，组分选索引表记录地震道记录的排列顺序，并记录每组数据的起始到索引和终止道索引和道增量，比如FFⅠD为1的道集，起始号1000，终止道号2000。OFFSET为3500，则起始道号为1200，终止道号为2800。这样就为后续的数据处理和图形显示提供了快速的检索通道。在文件尾建立针对叠后地震数据的关键字表，该部分记录了叠后地震数据的道头关键字内容，用户可以对叠前/叠后数据实时管理和检索。在文件的最后记录数据的处理历史（用户名、模块名等），方便用户了解地震数据已经进行过的相关处理过程。

3 图形显示技术研究

3.1 曲线图绘制

曲线是由许多小线段构成，采样间隔决定了线段的密度，线段顶点坐标与数据值的大小一一对应，把它们首位相连，便可以实现曲线的绘制[4]。

3.2 归一化处理

由于地震数据体地震振幅值大，正负值有可能达到几百甚至上千万（经常会有这样的数据其最大最小振幅值非常大，甚至是异常值）,这种数据如果直接显示会有问题，经常是一个颜色，原因是由于地震振幅值范围太大，而显示软件定义的颜色表即色标的颜色有限，不能表征所有的振幅值。所以为了让16位或32位的地震数据体能够正常显示，需要在先将地震数据体进行归一化处理。

最大值数据归一化的方法比较简单：遍历所有样点，找出数据中的最大值和最小值，比较这两个值的绝对值，以绝对值大的作为标准恒量值。所有数据值的都通过这个标准值进行归一映射，其过程用伪代码描述如下：

上述伪码中，fabs表示取绝对值,Vstd为映射值，sample和mapped分别是原始数据值和归一映射以后的值。

也可采用均方根振幅值归一化的方法：遍历所有样点，计算所有样点的均方根平均值。所有数据值都通过该值进行映射（方法如最大值归一化）。由于振幅值在平均前平方了，因此它对特别大的振幅非常敏感，表现在剖面显示上就是振幅值大的，让该点位置更突出。相比最大值归一化方法，此法对于异常值较大的地震数据有比较明显的压制效果，缺点是不能精确直观地表征整个剖面的波形趋势。

3.3 样点线性插值

为了更好地表现同相轴，在解释时通常将地震数据正值区域以黑色填充显示，负值区域以曲线表示，或反过来显示[4]。每道中纵坐标相同的所有采样点，归为这些点中的第一个点，仅以第一个点的横纵坐标显示；如果样点数大于等于纵方向象素，则直接用横线连接道与采样点如果样点数小于纵方向象素，显示方式如图2所示，相邻样点间纵方向象素差值大于1，则连接道与其间每一个纵向象素点，假定相邻样点横向象素分别是x1、x2，纵向象素为y1、y2，间隔n=(x2–x1）/(y1-y2）,则其间的第一个纵向象素y1+1对应的横向象素为x1+n,第i个纵向象素对应的横向象素为x1+i·n，按此方法定义样点间的连接点，最后用线段依次连接相邻样点。同样，图形的缩放也采用相同的插值方法。

图2 样点插值示意图

举例说明：

设实际显示比例为average_scal，根据输入的显示比例scale计算实际的道显示比例average_scal值，当该值大于30（设置的最大值）时只取30；average_scal＝scale*屏幕横方向象素/（4×总道数）；每道的采样点对应的显示坐标：道横坐标为traceX,如果采样点的值大于0，则显示在所属道的右边，如果采样点的值小于0，则显示在所属道左边；

采样点横坐标X，X=采样点值×道间隔×average_scal＋traceX

采样点纵坐标Y，Y=采样点序号×屏幕纵方向象素/采样点数

无论视图如何缩放变化，比例因子的变化始终能够约束图形不至于变化失真。

采样点显示的线性插值：每道中纵坐标相同的所有采样点，归为这些点中的第一个点。

如果样点数大于等于纵方向象素数，则直接用横线连接道与采样点；

如果样点数小于纵方向象素，当相邻样点间纵方向象素差值大于1，则连接道与其间每一个纵向象素点，假定相邻样点横向象素分别是x1、x2，纵向象素为y1、y2，间隔n=(x2-x1）/(y1-y2）,则其间的第一个纵向象素y1+1对应的横向象素为x1+n,第i个纵向象素对应的横向象素为x1+i·n，按此方法定义样点间的连接点；最后用线段依次连接相邻样点。

4 实际应用效果展示

下面以实际地震资料数据为例，展示图形显示效果如图3～图6所示。

图3 地震数据转换

图4 单炮记录显示（Reverse VA）

图5 叠后剖面显示（Gray）

5 结论

通过对标准地震资料数据SEGY、SEGD的存取研究，提出并开发用于快速检索地震数据格式的转换方法，研发了精确到像素单位的线性插值和数学采样算法，避免了传统地震数据区域填充时导致的图形失真和变形（消除放大后的毛刺现象），自主研究了一套基于计算机图形学和图像处理技术的地震数据显示工具，为用户提供精确的图形显示和丰富的反馈信息，多模式的显示方式和友好的人机交互操作，达到了国际同类软件的水平,并取得了以下5个方面的突破：

（1）优化了地震数据检索算法，提高了剖面显示速度；

（2）任意关键字实时抽道集方式，高速的地震剖面叠合功能,超越了同类软件的执行效果和速度；

（3）多模式的地震数据显示，达到甚至超过了同类软件的水平；

（4）图形界面交互性强，并且具备良好的可扩展性能；

（5）模块可移植性强，能够支持双操作系统下运行(Windows/Linux）。

通过不断的功能完善与扩充，在后续的实际工区中取得了良好的应用效果。

图6 多剖面联动显示

[1]陈楠,祝媛媛,张光德,徐钰,基于QT的地震勘探可扩展平台研发与应用[D].

[2] 孙世明.基于Qt的插件平台设计与实现以及在物探领域的应用[D].西南交通大学硕士学位论文,2009.

[3]裴俊.MPS海量地震数据处理的可视化设计[D].中国地质大学（北京）硕士学位论文,2013.

[4] 肖汉.地震数据的可视化技术研究[D].湖南大学硕士学位论文，2009.

图2 巴肯油田水平井布井示意图

[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

国家863计划“浅海水下高精度检波器定位系统的研制”。

祝媛媛（1979-），女（汉族），四川南充人，工程师，现从事地震资料处理及油气地球物理方法研究工作。