三維地震勘探炮檢點(diǎn)可視化快速校準(zhǔn)系統(tǒng)研究

王利強(qiáng)

(中國煤炭地質(zhì)總局一二九勘探隊(duì)，河北邯鄲 056004)

0 引言

在三維地震勘探野外施工時(shí)，受地形、建筑物等的影響，需要對設(shè)計(jì)的觀測系統(tǒng)進(jìn)行變更和調(diào)整，稱之為“變觀”，即：通過改變炮點(diǎn)或檢波點(diǎn)的布設(shè)位置，避開施工障礙物，最大程度減少對數(shù)據(jù)資料的影響[1-3]。在野外生產(chǎn)時(shí)，需要對變觀后的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)位置及相互對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)記錄。受各種因素制約，往往存在記錄不完整、不準(zhǔn)確問題，因此，在資料處理開始前，對觀測系統(tǒng)與實(shí)際數(shù)據(jù)炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)位置關(guān)系的校準(zhǔn)就十分必要[4-5]。目前主要通過讀取、比較單炮記錄初至?xí)r間人工校準(zhǔn)，在變觀工作量大時(shí)，不僅效率低，而且容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤。通過計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可視化的、快速化的炮檢點(diǎn)位置校準(zhǔn)功能，對于提升工作效率，確保資料處理結(jié)果的準(zhǔn)確性具有十分重要的意義[6-7]。

1 研究思路和方法

在三維地震勘探野外數(shù)據(jù)資料采集完成后，進(jìn)入資料處理之前，通過開發(fā)特定的計(jì)算機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)對觀測系統(tǒng)空間屬性與采集數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的檢查核對，確保進(jìn)入數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)的觀測系統(tǒng)空間屬性與實(shí)測數(shù)據(jù)具有精準(zhǔn)的對應(yīng)關(guān)系，從源頭上確保數(shù)據(jù)資料處理的準(zhǔn)確性和精準(zhǔn)度[8-10]。

1.1 觀測系統(tǒng)空間屬性加載

首先要實(shí)現(xiàn)對觀測系統(tǒng)空間屬性的加載，通過指定已經(jīng)生成的觀測系統(tǒng)源文中所定義的線束、炮點(diǎn)加載，作為炮檢點(diǎn)校準(zhǔn)的空間屬性標(biāo)本[11]。

1.2 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和可視化展示

實(shí)現(xiàn)對野外采集數(shù)據(jù)的加載和可視化展示。野外采集數(shù)據(jù)由數(shù)字地震儀下載后，一般是一個(gè)炮數(shù)據(jù)為一個(gè)DATA文件，文件名和觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的炮點(diǎn)號相對應(yīng)[12-13]。利用該規(guī)律，將所有采集數(shù)據(jù)文件置于即定的工區(qū)目錄下，利用1.1中加載的空間屬性炮點(diǎn)索引和該目錄下的同名數(shù)據(jù)文件自動關(guān)聯(lián)匹配，實(shí)現(xiàn)炮點(diǎn)索引與采集數(shù)據(jù)的同步(圖1)。

圖1 炮點(diǎn)和數(shù)據(jù)文件通過文件名自動關(guān)聯(lián)Figure 1 Shotpoint and data document automatic relevancythrough document names

在完成上述準(zhǔn)備后，通過對DATA文件的格式解析，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)原始剖面的可視化顯示。常見的數(shù)據(jù)地震儀文件存儲格式有SEG-D、SEG-Y等，依據(jù)不同的文件格式及其文件編碼規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對該數(shù)據(jù)文件的解析，并將各道接收數(shù)據(jù)依次在屏幕上繪制展示，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的可視化查閱。

1.3 炮點(diǎn)位置標(biāo)定

在完成采集數(shù)據(jù)的可視化展示后，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)炮點(diǎn)位置在剖面上的標(biāo)定。通過解析觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的炮點(diǎn)位置，根據(jù)相對偏移量和絕對偏移量，將炮點(diǎn)位置在剖面上以紅色豎線進(jìn)行標(biāo)定[14-16]。

1.4 自動校準(zhǔn)和手工調(diào)整

在對采集數(shù)據(jù)接收道數(shù)據(jù)解析時(shí)，根據(jù)特定算法，計(jì)算并查找出距離初至有效數(shù)據(jù)時(shí)間最短的道，推測作為實(shí)際炮點(diǎn)位置，并在剖面上以藍(lán)色線進(jìn)行標(biāo)定顯示。同時(shí)自動計(jì)算出系統(tǒng)推測炮點(diǎn)位置與觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中炮點(diǎn)位置的差值，實(shí)現(xiàn)自動校準(zhǔn)。

在實(shí)現(xiàn)自動校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提供由人工交互完成的手工調(diào)整校準(zhǔn)功能，通過記錄人工指定炮點(diǎn)位置和觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中炮點(diǎn)位置的差值，實(shí)現(xiàn)人工確認(rèn)和手動調(diào)整。

1.5 自動同步觀測系統(tǒng)

將每一炮的炮檢點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過手工調(diào)整或自動校準(zhǔn)完成后，系統(tǒng)將自動形成一個(gè)對應(yīng)的調(diào)整值序列，如表1所示。

表1 炮點(diǎn)調(diào)整值序列

表1中“校準(zhǔn)偏移量”即為自動校準(zhǔn)或手工調(diào)整后的，觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中原炮點(diǎn)位置需要校準(zhǔn)的偏移值，系統(tǒng)默認(rèn)調(diào)整規(guī)則：

0：不用作調(diào)整；大于0：向大號方向調(diào)整；小于0：向小號方向調(diào)整。

依據(jù)上述規(guī)則，將觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行更新，更新前將原有觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件按照版本進(jìn)行備份備查。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 技術(shù)選型

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段，首先要考慮開發(fā)技術(shù)的選型。

考慮到目前多數(shù)的工程布置圖和觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件是在微軟Windows平臺下設(shè)計(jì)和管理的，因此系統(tǒng)選取基于微軟Windows操作系統(tǒng)平臺作為運(yùn)行基礎(chǔ)平臺。

考慮到系統(tǒng)需要快速對各類數(shù)據(jù)文件進(jìn)行解析和處理，并且需要在屏幕上快速繪制剖面圖，選取了微軟Visual .Net C++作為開發(fā)工具。該工具在數(shù)據(jù)處理、圖形繪制方面具有較好的性能。

系統(tǒng)初步采取單機(jī)模式運(yùn)行，暫時(shí)不考慮網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下應(yīng)用，故采取WinForm結(jié)構(gòu)。

2.2 數(shù)據(jù)格式解碼

根據(jù)野外采集選用的數(shù)字地震儀不同，采集產(chǎn)生的數(shù)據(jù)單炮文件格式也不盡相同。為了能夠更全面的支持各類數(shù)據(jù)單炮文件，對各類數(shù)據(jù)文件格式的解碼成為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)重要工作之一。

目前常見的數(shù)字地震儀單炮文件格式主要有SEG-Y、SEG-D格式，兩者具有不同的文件結(jié)構(gòu)，在解析時(shí)按照數(shù)據(jù)格式規(guī)范依次解析出文件頭、數(shù)據(jù)區(qū)，道頭信息及道數(shù)據(jù)，按照縱橫比及增益處理后在屏幕上顯示生成剖面(圖2)。

圖2 常見SEGY文件格式結(jié)構(gòu)示意Figure 2 Schematic diagram of common SEGY documentformat structure

2.3 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

1)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口。為了增加系統(tǒng)的通用性，能夠廣泛適用于各類儀器及數(shù)據(jù)格式，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)，規(guī)劃了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口格式。使用時(shí)，無論哪種數(shù)據(jù)格式，只要按照標(biāo)準(zhǔn)接口要求，將相關(guān)的參數(shù)從數(shù)據(jù)文件中提取后推送給該接口即可，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口接收后進(jìn)入數(shù)據(jù)處理流程。

通過標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口，當(dāng)有新的數(shù)據(jù)格式出現(xiàn)時(shí)，可通過插件開發(fā)，靈活擴(kuò)充系統(tǒng)的兼容性，從而提升了系統(tǒng)的靈活性。

2)單炮數(shù)據(jù)文件的可視化展示。對于各單炮數(shù)據(jù)文件，系統(tǒng)均按照檢波點(diǎn)接收規(guī)則，按照合適的縱橫向比例，將單炮數(shù)據(jù)在電腦屏幕上以可視化的剖面圖進(jìn)行展示；同時(shí)將觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的炮點(diǎn)和智能檢測的炮點(diǎn)位置，分別按照紅色、藍(lán)色標(biāo)線進(jìn)行顯示，是否需要調(diào)整以及調(diào)整偏移量清晰直觀。

3)對數(shù)據(jù)體炮點(diǎn)位置的自動識別。如何實(shí)現(xiàn)對各單炮文件實(shí)際炮點(diǎn)位置的自動推測和識別， 是系統(tǒng)的主要功能和技術(shù)創(chuàng)新之一?；诨瑒悠骄?，按照特定算法模型，通過對各接收道數(shù)據(jù)的綜合對比，自動推測出實(shí)際炮點(diǎn)位置，并予以標(biāo)定， 提高工作效率。

3 應(yīng)用效果分析

本系統(tǒng)開發(fā)完成后，在山西、內(nèi)蒙古等多個(gè)三維地震資料處理中進(jìn)行了試驗(yàn)運(yùn)行，并取得了良好的應(yīng)用效果。

以山西某礦三維地震勘探項(xiàng)目為例，工區(qū)地處晉北黃土高原，以水蝕作用為主的峁、梁、溝地形為主，溝壑縱橫，樹枝狀沖溝十分發(fā)育，地表高差最大可達(dá)190m，地形地勢復(fù)雜。測區(qū)面積共16.6km2，大部分被第四系厚黃土和風(fēng)沙所覆蓋，局部有基巖出露，測區(qū)內(nèi)斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造豐富(圖3)。

圖3 工區(qū)地形地貌示意Figure 3 Schematic diagram of work area landform

根據(jù)地震地質(zhì)任務(wù)要求以及本區(qū)地震地質(zhì)條件、煤層賦存情況、構(gòu)造發(fā)育程度等條件，確定觀測系統(tǒng)采用24L×4S×112T×1R×84F+正交觀測系統(tǒng)，接收道數(shù)為112道/線×24線=2 688道，面元尺寸為5m(縱)×5m(橫)，覆蓋次數(shù)為7次(縱)×12次(橫)=84次，道距和炮點(diǎn)距均為10m，接收線距為40m，炮排距為80m，最小炮檢距為8m，最大炮檢距700m，最小非縱距為5m，最大非縱距為490m，束線滾動距離為40m 。

按照如上施工參數(shù)，共布置接收線束148個(gè)、物理點(diǎn)30 072個(gè)。針對測區(qū)內(nèi)涵蓋的工礦企業(yè)、村莊、黃河、古建筑物等多種影響因素，造成的檢波線、炮點(diǎn)無法按照觀測系統(tǒng)布置問題，為了不影響該區(qū)域附近的CDP覆蓋次數(shù)，確保地震勘探資料質(zhì)量，采取了大量的變觀施工。在地震資料處理初期，采用本次開發(fā)的三維地震勘探炮檢點(diǎn)可視化快速校準(zhǔn)系統(tǒng)，進(jìn)行了炮檢點(diǎn)自動核對和校準(zhǔn)，相比以往人工核對校準(zhǔn)，整體工作效率提升約90%以上，查找出人工不易識別的記錄偏差12處。不僅大幅度提升了數(shù)據(jù)預(yù)處理階段的工作效率，而且有效保障了觀測系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)與采集數(shù)據(jù)的高度吻合，為提升后續(xù)地震資料處理和解釋的精準(zhǔn)度提供了保障。

4 結(jié)語

改進(jìn)后的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對觀測系統(tǒng)炮檢點(diǎn)空間數(shù)據(jù)和野外采集數(shù)據(jù)間的可視化快速校準(zhǔn)。今后的工作中，可進(jìn)一步開展向前和向后的擴(kuò)展研究。通過開展向前的觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺研究，實(shí)現(xiàn)觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)、變觀、校準(zhǔn)的一體化操作；通過開展向后的擴(kuò)展研究，對變觀后觀測系統(tǒng)質(zhì)量和影響進(jìn)行評價(jià)研究。通過進(jìn)一步的研究整合，必將會為推動三維地震勘探資料處理的精度和速度產(chǎn)生積極影響。