基于Qt的地震勘探近地表信息管理系统开发与实现

崔庆辉

摘要：近地表信息在地震勘探中具有重要作用，在整个勘探投资中占有较大比重。长期以来业内缺少实用有效的近地表信息管理软件，导致大部分近地表调查成果丢失、浪费，没有发挥其应有价值。充分剖析了近地表各种数据特点，根据实际工作需求，以Qt为开发工具研发了近地表信息管理软件。该软件减少了勘探投资，多个区块实际应用表明效果良好。

关键词：地震勘探；近地表信息管理；Qt

DOIDOI：10.11907/rjdk.161195

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2016）005-0104-03

0 引言

在地震勘探中，野外近地表调查是一项必不可少的工作，它主要是在地震勘探野外采集前，利用小折射、微测井、浅层反射地震等方法，了解近地表低降速层的速度分布，找出高速顶界面[1]。近地表调查对地震勘探的作用体现在两个方面：一是为激发井深设计提供依据（高速层激发可保证人工地震波有足够的能量）；二是近地表调查得到的近地表速度模型，对于解决近地表异常变化引起的静校正问题至关重要，这一问题在西部地表复杂地区更为突出。

值得注意的是，同一或相近区块的近地表在时空上具有一定的稳定性和连续性，近地表调查信息不仅在当时具有重要作用，在以后同一或相近区块进行后续勘探时也有着重要作用。通过充分利用这些信息，可以减少野外调查成本。因此，对近地表信息进行有效管理和利用是一项十分重要的工作。本文以Qt作为开发工具，通过对相关资料的分析，设计合理的数据结构，对不同类型信息进行了可视化，开发了功能完善、操作便捷的近地表信息管理软件，并在实际勘探中进行了应用。

1 设计思路与方法

近地表信息管理首先是建立工区，通过对各种原始文件的分析和加载建立数据库，利用丰富的图形显示检查数据的准确性，并对错误数据进行修正。在确保数据准确无误的情况下，实现各种数据的检索、显示、处理和输出。

1.1 文件加载

近地表设计的数据和文件种类较多，对这些数据进行分析是开发前必不可少的工作。近地表调查方法很多，业内对于调查成果的存储有一定标准，目前大多采用SEG（美国勘探地球物理学家协会）的陆上地震勘探标准SPS，该标准主要包括4个文件，分别以.s、.r、.c、.x为后缀，记录了地震勘探中所有物理点的大地坐标、海拔、调查点的近地表速度结构以及各物理点之间的联系。近地表信息管理就是根据SPS标准提取出需要的信息，进行存储、检索以及维护，同时辅以必要的图形显示和交互功能。

该标准涉及的文件为ASCII格式，以固定列宽存储相应信息。由于目前野外工作中对该标准的贯彻并不严格，导致许多文件以非标准格式存储，造成数据读取困难。通过大量文件分析，发现几乎所有记录各种信息的列范围比较混乱。针对该问题，我们设计了SPS文件读取模板文件，即按照SPS标准对各种信息所在的列范围进行定义并存储为一个文本文件，按照该模板规定的列范围对SPS文件进行读取。当遇到非标准文件时，只需按照该文件实际的列范围对模板文件进行修改即可，这极大提高了非标准SPS文件读取的效率和灵活性。

1.2 数据结构

首先对勘探中涉及的几个概念进行定义：一般把较大范围、位置相连或相近的勘探区域称为探区，对一个探区的勘探基本上会按照该区块地质情况，分块、逐步地进行勘探工作，因此将同一探区的一次地震勘探范围称为一个工区，在一个工区勘探中涉及的炮点、检波点、野外调查点，统一称为站点，每个站点具有一系列的信息与之相对应，见表1。按照以上认识，将基本的数据结构设计为图1中所示的分级式，通过这种数据结构可快速实现对信息的操作。

1.3 图形显示

对于近地表信息的管理，丰富的图形显示及良好的交互功能必不可少。Qt是石油地球物理勘探领域应用较为广泛的开发工具，主要基于其优良的跨平台特性、强大的图形界面开发、面向对象开发模式，通过编写少量的代码就能够实现各种交互操作，编写的程序具有较强的灵活性[2]。OpenGL（Open Graphics Library）是定义了一个跨编程语言、跨平台编程接口的专业图形程序接口。它用于三维图像（二维的亦可），是一个功能强大、调用方便的底层图形库[3-4]。Qt对OpenGL提供了很好的支持，Qt应用程序可以使用自带的QtOpenGL模块绘制三维图形。

针对近地表信息的多样性，开发设计了曲线、剖面图、平面图、曲面图几种图形显示方式。

2 主要模块开发

2.1 向导式工区创建

工区创建涉及到各种文件加载，过程较为繁琐，因此采用向导式工区创建思路，通过Winzard模块，用户可以快捷地创建一个新工区。该模块通过QTabWidget逐步引导用户选择需要的文件和参数，在加载过程中会对数据自动检查，对出现的错误进行中断提示，确保数据的准确性，如图2所示。

2.2 平面图显示

该模块主要用于显示各物理点的空间位置及相关属性，每种物理点用不同的图标绘制，属性值用色标加以区分，见图3。通过该图可以了解工区内物理点的分布及属性值的横向变化。具体应用时可有选择地隐藏不需要的物理点类型，只显示关心的物理点类型，也可以实现缩放、旋转等功能。

2.3 曲线及剖面图显示

该模块主要按照测线号对选定测线上的物理点属性值以曲线或垂直剖面形式显示，这有助于用户了解近地表结构垂直向上的变化，主要包括静校正量、近地表分层结果等信息。

2.4 三维图形显示

该模块通过对工区进行三角网格划分，利用等距离反比加权算法对各网格的属性值进行插值计算，然后利用QtOpenGL以三维曲面形式显示，见图4。近地表信息的三维图形显示有助于对工区整体近地表变化的掌握，受限于二维地震勘探空间采样不足，该模块只能用于三维地震勘探。

2.5 工区连片处理

一个较成熟的勘探区块，往往进行过多次地震勘探工作，随着勘探人员对地下地质情况认识的深入，需要进行新的地震勘探部署。将相邻的多个工区地震数据连片处理，可以扩大勘探范围，对地下的认识更加全面可靠。将历次近地表调查的数据联合运用以建立一个统一的近地表模型，是解决连片处理静校正问题行之有效的方法。

对于近地表数据的联合应用存在两个问题：①各工区的数据量巨大，重新建立工区耗时较多；②历次勘探数据中，野外SPS文件中各物理点在该次勘探中具有一个唯一的编号（称之为桩号），在不同的勘探中不同的物理点有可能出现桩号重复的现象。

针对以上问题，提出工区融合思路，即将已建立的工区数据进行融合生成新的工区，避免重复导入数据。同时，为了解决不同工区桩号重复的问题，根据选择的工区顺序对各工区桩号重新编排，即：

New Stack Number = Project Index * A + Origin Stack Number（1）

其中A为一个较大数，一般和原始桩号一个数量级。

2.6 静校正量计算

根据建立的近地表数据库，可通过计算沙丘底界面和近地表速度模型完成沙丘曲线静校正和模型静校正计算[5]，具有高效、快捷的优点，在沙漠、农田等地区处理效果良好。

2.7 表单查询及输出

用户可通过近地表信息列表形式完成相关检索。实际应用中，用户往往需要将数据库中的近地表信息按照需求输出，以供使用。针对这一需求，设计了数据输出模块，通过两个QListWidget组件实现这一功能。一个QListWidget组件显示所有属性值列表，另一个QListWidget组件显示选取输出的属性值列表，结果以ASCII格式输出，见图5。

3 应用实例

通过对中石化新疆探区历年来的近地表调查资料，利用本软件建立了近地表信息数据库，对相连工区进行连片处理，计算统一静校正量。

以2011年施工的C1D三维工区为例。该工区位于沙漠腹地，海拔高程在400～650m ，沙丘总体趋势是东北高西南低。工区低降速带厚度变化大，东北部巨厚，达190m以上。通过本软件提供沙丘曲线静校正应用，信噪比明显提高，同相轴较好地解决了静校正问题，与某商业层析静校正软件效果相当，具推广应用价值，如图6所示。

4 结语

近地表问题一直是地震勘探的一大难题。由于缺乏有效的近地表信息管理软件，导致大量的近地表调查成果丢失或闲置，造成了不必要的浪费。通过野外近地表调查建立近地表速度模型，可为激发井深设计提供重要依据，并能解决地震勘探静校正问题。利用Qt的优良特性研发的近地表信息管理软件，有效地解决了这一问题，节省了勘探开支，充分发挥了已有资料的利用价值，在实际应用中取得了显著效果，值得推广。

参考文献：

[1]成爱民，刘怀山，刘斌.西部地区近地表调查技术研究及应用[J].海洋地质动态，2006， 22（ 2）：29-31.

[2]张元鹏，梁晨，吴文佳. 基于QT的能量比法地震波初至拾取系统设计[J].石油地球物理勘探，2010，45（1）：156-159.

[3]石琼，沈春林，谭皓.基于Opengl 的三维建模实现方法[J].计算机工程与应用，2004（18）：122-124.

[4]王丹，平西建. OpenGL在深度数据的三维表面重建中的应用研究[J].计算机工程与应用， 2004（17）：129-131.

[5]陈志德，卢福珍，王忠吉. 基于表层数据库模型约束的组合静校正技术[J].大庆石油地质与开发， 2008，27（1）：139-142.

（责任编辑：杜能钢）