三维地震勘探炮检点可视化快速校准系统研究

王利强

(中国煤炭地质总局一二九勘探队，河北邯郸 056004)

0 引言

在三维地震勘探野外施工时，受地形、建筑物等的影响，需要对设计的观测系统进行变更和调整，称之为“变观”，即：通过改变炮点或检波点的布设位置，避开施工障碍物，最大程度减少对数据资料的影响[1-3]。在野外生产时，需要对变观后的炮点、检波点位置及相互对应关系进行详细记录。受各种因素制约，往往存在记录不完整、不准确问题，因此，在资料处理开始前，对观测系统与实际数据炮点、检波点位置关系的校准就十分必要[4-5]。目前主要通过读取、比较单炮记录初至时间人工校准，在变观工作量大时，不仅效率低，而且容易出现人为错误。通过计算机软件系统，实现可视化的、快速化的炮检点位置校准功能，对于提升工作效率，确保资料处理结果的准确性具有十分重要的意义[6-7]。

1 研究思路和方法

在三维地震勘探野外数据资料采集完成后，进入资料处理之前，通过开发特定的计算机软件，实现对观测系统空间属性与采集数据进行快速的检查核对，确保进入数据处理环节的观测系统空间属性与实测数据具有精准的对应关系，从源头上确保数据资料处理的准确性和精准度[8-10]。

1.1 观测系统空间属性加载

首先要实现对观测系统空间属性的加载，通过指定已经生成的观测系统源文中所定义的线束、炮点加载，作为炮检点校准的空间属性标本[11]。

1.2 数据关联和可视化展示

实现对野外采集数据的加载和可视化展示。野外采集数据由数字地震仪下载后，一般是一个炮数据为一个DATA文件，文件名和观测系统设计的炮点号相对应[12-13]。利用该规律，将所有采集数据文件置于即定的工区目录下，利用1.1中加载的空间属性炮点索引和该目录下的同名数据文件自动关联匹配，实现炮点索引与采集数据的同步(图1)。

图1 炮点和数据文件通过文件名自动关联Figure 1 Shotpoint and data document automatic relevancythrough document names

在完成上述准备后，通过对DATA文件的格式解析，实现采集数据原始剖面的可视化显示。常见的数据地震仪文件存储格式有SEG-D、SEG-Y等，依据不同的文件格式及其文件编码规则，实现对该数据文件的解析，并将各道接收数据依次在屏幕上绘制展示，实现采集数据的可视化查阅。

1.3 炮点位置标定

在完成采集数据的可视化展示后，进一步实现炮点位置在剖面上的标定。通过解析观测系统设计中的炮点位置，根据相对偏移量和绝对偏移量，将炮点位置在剖面上以红色竖线进行标定[14-16]。

1.4 自动校准和手工调整

在对采集数据接收道数据解析时，根据特定算法，计算并查找出距离初至有效数据时间最短的道，推测作为实际炮点位置，并在剖面上以蓝色线进行标定显示。同时自动计算出系统推测炮点位置与观测系统设计中炮点位置的差值，实现自动校准。

在实现自动校准的基础上，进一步提供由人工交互完成的手工调整校准功能，通过记录人工指定炮点位置和观测系统设计中炮点位置的差值，实现人工确认和手动调整。

1.5 自动同步观测系统

将每一炮的炮检点数据，通过手工调整或自动校准完成后，系统将自动形成一个对应的调整值序列，如表1所示。

表1 炮点调整值序列

表1中“校准偏移量”即为自动校准或手工调整后的，观测系统设计中原炮点位置需要校准的偏移值，系统默认调整规则：

0：不用作调整；大于0：向大号方向调整；小于0：向小号方向调整。

依据上述规则，将观测系统设计文件进行更新，更新前将原有观测系统设计文件按照版本进行备份备查。

2 系统实现

2.1 技术选型

在系统实现阶段，首先要考虑开发技术的选型。

考虑到目前多数的工程布置图和观测系统设计文件是在微软Windows平台下设计和管理的，因此系统选取基于微软Windows操作系统平台作为运行基础平台。

考虑到系统需要快速对各类数据文件进行解析和处理，并且需要在屏幕上快速绘制剖面图，选取了微软Visual .Net C++作为开发工具。该工具在数据处理、图形绘制方面具有较好的性能。

系统初步采取单机模式运行，暂时不考虑网络环境下应用，故采取WinForm结构。

2.2 数据格式解码

根据野外采集选用的数字地震仪不同，采集产生的数据单炮文件格式也不尽相同。为了能够更全面的支持各类数据单炮文件，对各类数据文件格式的解码成为系统实现的一项重要工作之一。

目前常见的数字地震仪单炮文件格式主要有SEG-Y、SEG-D格式，两者具有不同的文件结构，在解析时按照数据格式规范依次解析出文件头、数据区，道头信息及道数据，按照纵横比及增益处理后在屏幕上显示生成剖面(图2)。

图2 常见SEGY文件格式结构示意Figure 2 Schematic diagram of common SEGY documentformat structure

2.3 关键技术点

1)统一标准化数据接口。为了增加系统的通用性，能够广泛适用于各类仪器及数据格式，系统实现时，规划了统一标准化数据接口格式。使用时，无论哪种数据格式，只要按照标准接口要求，将相关的参数从数据文件中提取后推送给该接口即可，标准化数据接口接收后进入数据处理流程。

通过标准化数据接口，当有新的数据格式出现时，可通过插件开发，灵活扩充系统的兼容性，从而提升了系统的灵活性。

2)单炮数据文件的可视化展示。对于各单炮数据文件，系统均按照检波点接收规则，按照合适的纵横向比例，将单炮数据在电脑屏幕上以可视化的剖面图进行展示；同时将观测系统设计的炮点和智能检测的炮点位置，分别按照红色、蓝色标线进行显示，是否需要调整以及调整偏移量清晰直观。

3)对数据体炮点位置的自动识别。如何实现对各单炮文件实际炮点位置的自动推测和识别， 是系统的主要功能和技术创新之一。基于滑动平均法，按照特定算法模型，通过对各接收道数据的综合对比，自动推测出实际炮点位置，并予以标定， 提高工作效率。

3 应用效果分析

本系统开发完成后，在山西、内蒙古等多个三维地震资料处理中进行了试验运行，并取得了良好的应用效果。

以山西某矿三维地震勘探项目为例，工区地处晋北黄土高原，以水蚀作用为主的峁、梁、沟地形为主，沟壑纵横，树枝状冲沟十分发育，地表高差最大可达190m，地形地势复杂。测区面积共16.6km2，大部分被第四系厚黄土和风沙所覆盖，局部有基岩出露，测区内断层、陷落柱等地质构造丰富(图3)。

图3 工区地形地貌示意Figure 3 Schematic diagram of work area landform

根据地震地质任务要求以及本区地震地质条件、煤层赋存情况、构造发育程度等条件，确定观测系统采用24L×4S×112T×1R×84F+正交观测系统，接收道数为112道/线×24线=2 688道，面元尺寸为5m(纵)×5m(横)，覆盖次数为7次(纵)×12次(横)=84次，道距和炮点距均为10m，接收线距为40m，炮排距为80m，最小炮检距为8m，最大炮检距700m，最小非纵距为5m，最大非纵距为490m，束线滚动距离为40m 。

按照如上施工参数，共布置接收线束148个、物理点30 072个。针对测区内涵盖的工矿企业、村庄、黄河、古建筑物等多种影响因素，造成的检波线、炮点无法按照观测系统布置问题，为了不影响该区域附近的CDP覆盖次数，确保地震勘探资料质量，采取了大量的变观施工。在地震资料处理初期，采用本次开发的三维地震勘探炮检点可视化快速校准系统，进行了炮检点自动核对和校准，相比以往人工核对校准，整体工作效率提升约90%以上，查找出人工不易识别的记录偏差12处。不仅大幅度提升了数据预处理阶段的工作效率，而且有效保障了观测系统空间数据与采集数据的高度吻合，为提升后续地震资料处理和解释的精准度提供了保障。

4 结语

改进后的系统实现了对观测系统炮检点空间数据和野外采集数据间的可视化快速校准。今后的工作中，可进一步开展向前和向后的扩展研究。通过开展向前的观测系统设计平台研究，实现观测系统设计、变观、校准的一体化操作；通过开展向后的扩展研究，对变观后观测系统质量和影响进行评价研究。通过进一步的研究整合，必将会为推动三维地震勘探资料处理的精度和速度产生积极影响。