浅析计算机可视化软件与地震数据处理

殷 煤

摘要利用计算机进行地震数据的可视化应用技术,从某种程度上给人们作地震分析的研究带来了极大的便利,实现了地震庞大的数据处理能务的大大提高的同时,为人们取得相关地震数据提供了可靠的一手资料,从复杂地质模型到各种方法计算的地震波走时波前曲面的三维可视化,也可以制作在地震科教片,让人们从以前对地震的造成的各种破坏从想象到仿真,更进一步取得地震最珍贵的相关数据。

关键词可视化软件地震数据处理

中图分类号:TP31文献标识码:A

地震数据可视化技术是指地震研究中运用计算机先进开发软件,将现有收集来的地震数据录入计算机中,经过一些特殊处理技术,成为更直观的影像资料,为精确进行地震研究和预防提供相应资料的一种运用工具。从数据走势分析到综合图象展现,再到三维图像互动,从而极大便利人们对地震的研究,从某种方面让人们更深一步了解地震,为人们从事地质勘探,石油煤炭开发等建设开发提供相应数据支持。这是一种对各种复杂的地质模型和三维地震数据进行描述,并在三维立体空间显示,它不仅使地球科学家们能更深刻地理解各种地质现象的发生、发展及影响,而且使他们的想象力更加丰富多彩,使他们能够在地质构造和三维地震数据中翱翔,这样可提高地震勘探和钻探的准确度和成功率,同时,它也是地震成像处理的重要技术基础,对地质勘探开发起到至关重要的作用。

1 可视化在地震研究的运用现状

自上世纪80年代末开始,计算机可视化才进入一个新的研究领域,它涉及计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互等多个领域,也让地震数据的三维可视化技术得到了迅速发展。通过20多年的开发研究,出现了一批可视化应用软件。国外比较著名的有Landmark公司的EarthCube和OpenVision、GeoQuest公司的GeoViz以及DGI公司的EarthVision等,它们基本上代表了当今地震数据三维可视化应用的最高水平。这些软件包可将二维地震、三维地震、测井曲线、地质分层、井轨迹、网络化层面、断层面等进行完整的三维立体显示,用户可以用鼠标控制旋转角度来观察地质目标,直观便捷。

在国内的油气公司、地球物理公司、计算中心等单位普遍使用的地震软件大都是从国外引进的,并以Landmark公司和GeoQuest公司的解释系统居多。这些解释系统都具有较好的可视化功能,由于三维可视化的复杂性,在国内包括清华大学在内研究开发的计算机可视化运用,还没有取得相应较好的自主知识产权的地震数据的三维可视化系统,得到国内外广大用户认可。

目前,使用较好的有世界上著名的可视化软件供应商美国AVS公司,其核心产品就是AVS/EXPRESS开发版,AVS/EXPRESS软件从1988年起,迄今一直处在可视化技术市场的前沿。AVS开发版包括图形显示、数据可视化、图象处理、数据库管理和用户接口等五个软件包,每个软件包又有几十个功能模块,这样就形成了一个具有交互式开发功能的先进的可视化软件系统。

2 可视化软件进行地震层位分析效果

传统的地震资料解释工作是提供反映勘探目的层构造形态特征的构造平面等值线图(通常所说的等t0图)、各种岩性油藏圈闭等值线图和描述岩层物性或地层属性沿层面变化的参数平面等值线图。但是这种传统图件不能全面、真实地反映地下地层的客观性,给资料的进一步解释分析带来不便:一是用平面等值线描述空间层位的起伏变化直观性差;二是人为地把属于同一层形态与属性信息割裂开来,分别绘制等值线图,造成地质分析、解释复杂程度的进一步加剧;三是各层之间的关系不清楚,分析多个层位时更显示其复杂性。

可视化软件能够根据给定的地震层位数据集或地震层位及其属性的数据集建立三维图形图像,用更接近实际的方式去描绘它,从各个不同的角度观察它。在一个勘探区域,经过处理解释后的地震层位可能由若干层组成。一般情况下,各层位在地下由浅到深依次排列。每个特定层位可能是一个空间曲面,但在复杂地质构造情况下,由于断层的错断切割,一个层位就可由若干个空间曲面组合而成。

一个地震层位可用数据集{x,y,z｝来表示,其中x、y分别是地面坐标,一般是CMP号或Crossline线号,z在时间域代表双程旅行时,在深度域代表深度。地震资料经处理解释后,可获得某个层位的地震属性如速度、孔隙度等,这样地震属性数据就是一个四维数据集{x,y,z,p｝,p是由x、y、z确定的层位上某点空间坐标处的物性或属性。

在对地震层位进行三维可视化之前,首先要分析地震层位的数据结构,一般情况下,经过解释系统拾取的某一个地震层位的数据可以表示为{xi,yj,zk｝,其中xi代表CMP点,yj代表横测线(Crossline),zk代表所拾取的时间或深度。不同的测线拾取的样点数是不同的,这样我们利用Delaunay三角形剖分对地震层位进行剖分,形成三角形网格,并记录下各三角形之间的接触关系,然后进行显示。从图像中可以看出,空间层位的起伏变化形象、直观,这些立体图较好地描述了各层面的起伏变化。

地震层位属性的三维可视化是在对地震层位数据进行剖分的基础上,对层位上的地震属性如速度、孔(下转第118页)(上接第116页)隙度、地震振幅等利用插值方法如离散光滑插值(DSI)把属性插到剖分形成的三角形网格中,用不同的颜色代表地层属性值的大小,这样就可实现地震层位与其属性的三维可视化。从这些图中不仅可以看出地层的起伏变化,而且可以看出地层上的属性如孔隙度等的变化情况;在一个平面上同时显示多个层位与其属性,可以从不同的角度观看层位变化和其属性的变化,有利于勘探和开发方案的确定。

3 可视化软件让地震数据由静态变成动态感

地震数据影像化,由于其数据量大,一般占用上百兆空间,在做三维数据体可视化方面难度比较大,特别是三维数据体在空间旋转、平移、变比等时要做坐标变换,运算工作量相当大,所以速度比较慢。为了提高显示速度,除配备高档微机或工作站外,配备较好的显示卡也很重要,在保证显示精度的情况下,对三维地震数据进行加工,减少存贮字节,减少数据量,来提高显示速度。

为了更好地观看地震数据,需对数据体进行挖空和切割处理,这就是我们通常所看到的时间切片,纵剖面、横剖面等。通过对三维数据体进行不同的挖空显示,可以对探区的地质构造有一定的了解。在统一的坐标系统下,把地震层位和三维地震数据体作为两个不同的对象,同时输入到系统中,就可实现三维地震数据体和地震层位的综合显示。由于把层位放在三维数据体中,对数据体做各种挖空显示,这样可以检验解释层位的正确性。

由于把三维地震数据体不再作为静态显示的手段,而是从地震体中沿纵横剖面方向、水平切片方向产生电影画面,这样用电影功能快速观察整个数据体的地质结构变化。如果把地震数据运用可视化软件沿某个方向按一定的间隔如沿Crossline方向做许许多多的切片,按顺序把每个切片记录下来形成可用计算机软件播放的文件格式,如MPG格式,然后用movieplay等计算机软件进行播放,就可形成沿这个方向的地震电影。在放映中让人们反复看到精彩的地震电影。从地震影像中,可以更清晰地看到地震层位的变化情况和地质构造的变化。同样,对速度深度模型、地震波波前走时曲面数据体等用同样的方法也可以作成电影播放。尤其是对地震波波前曲面可视化数据处理方面,让复杂问题变得影像简单化,由于地震波波前曲面传播的三维数据体是规则数据,其数据格式和三维地震数据体的格式相同,所以,地震波波前曲面三维可视化的方法与三维地震数据体的三维可视化基本相同。