M-TEM数据拟地震剖面图绘制技术与实现

胡建平，赵昆明

（天津城建大学 数字城市与虚拟现实实验室，天津 300384）

信息科学与技术

M-TEM数据拟地震剖面图绘制技术与实现

胡建平，赵昆明

（天津城建大学 数字城市与虚拟现实实验室，天津 300384）

瞬变电磁法（M-TEM）数据拟地震处理与解释的研究工作是瞬变电磁法数据精细解释的一个重要研究方向.面对M-TEM资料的海量数据，数据的可视化技术显得尤为重要.笔者对MTEM拟地震剖面显示技术进行了研究，并在VC++开发环境下完成了剖面图的绘制；得到了MTEM数据最基本的、最实用化的解释及结果可视化，并实现了设备无关性.

瞬变电磁法；可视化；设备无关性

瞬变电磁法数据拟地震处理与解释的研究工作是瞬变电磁法数据精细解释的一个重要研究方向.地震勘探技术［1］在地球物理探测领域的重要作用和地位已经获得共识.它在地下地质结构探测、石油天然气勘探等领域得到了广泛的应用.而瞬变电磁法作为一种重要的地球物理方法，在探查煤矿突水构造［2］、地下水响应探测［3］、金属矿产资源探测领域发挥着重要的作用.然而，由于瞬变电磁场起步晚，且瞬变电磁法是基于电磁场的扩散式传播［4］，其正演模拟和反演计算［5］的难度要大于地震勘探技术，使得瞬变电磁法的精细解释技术的发展相对滞后.但是，瞬变电磁扩散场域地震波场之间存在数学上的对应关系［6］，使得瞬变电磁数据的解释工作可以借鉴地震勘探方法中某些比较成熟的解释技术.

M-TEM 多通道大功率电法勘探仪通过借鉴地震勘探的观测方式和观测系统来进行资料的采集，能够推动瞬变电磁法拟地震解释技术的发展.面对M-TEM 资料的海量数据，数据的可视化技术显得尤其重要.尽管地震勘探数据处理系统有功能完善的剖面生成程序，但由于 M-TEM的数据格式和处理平台与地震数据处理系统有显著的不同，导致地震剖面显示的专用软件不能直接用于 M-TEM数据.因此，基于windows操作系统下的M-TEM拟地震数据可视化软件的开发是必须的.

1 算法设计

（1）接收输入的参数：将文件名存入到变量FileName中；将X轴和Y轴显示比例分别存入到变量 XScale和 YScale中；将波形显示类型存入到变量 WaveForm中；将起始道号和终止道号分别存入到变量BeginTrace和EndTrace中；将开始时间和结束时间分别存入到变量BeginTime和EndTime中；将道号顺序存入到变量m_reverseFlag中.

（2）读取道头第 58字号中存储的本道的采样点数，将其存入变量 OneRecordSample；读取道头第59字号中存储的本道的采样间隔，将其存入变量samplingInterval；获取文件长度并将其存入变量FileLength.根据采样点数和道头长度计算出每道数据在文件中所占长度（包括道头）并将其存入变量OneRecordLen，OneRecordLen=240+OneRecord Sample*4，然后根据FileLength和OneRecordLen计算出文件中所包含的道的个数，将其存入变量RcordNum，RcordNum=FileLength/ OneRecord Len，为顺序读取每道数据做准备.

（3）对于遍历数据文件中所有的采样值，找出其绝对值中最大的值，并将其存入到变量 m_max-Sample，为数据预处理做准备.

（4）多通道大功率电法勘探仪的M-TEM电磁观测数据量巨大.为实现对海量观测数据及结果的高效管理及解释可视化，又能使得野外设备运行内存不足的矛盾得以缓减，需要将 M-TEM电磁观测数据按一定按规律分批处理，从而提高程序的实用性能.为此设计了数据分批处理的算法.该算法采用读取一道数据绘制一条波形的方式绘制图像.

首先读取第 BeginTrace道中所有的采样值并将其存入到数组 Data［OneRecordSample］.然后将采样点的值转化为自定义坐标系中的点的坐标.每道的偏移量不能超过2倍的道距，X、Y轴显示比例以及开始时间和结束时间会对点的坐标值产生影响，而且软件还须满足设备无关性，因此还须考虑逻辑坐标和物理坐标的映射关系［7］.综合考虑以上因素，在将采样值转化为点的坐标时做以下处理.

其中：pt是一个POINT类型的数组；m_dotNum代表每道波形中点的个数；m_dotNum=EndTime* 1，000/samplingInterval-（BeginTime-1）*1，000/ samplingInterval；xOneCentimeterPixels和 yOne CentimeterPixels分表代表显示器每厘米所包含的像素点数；X0和 Y0分别代表自定义的坐标系的原点坐标.最后根据点绘制波形.第 BeginTrace道的波形绘制完成以后接着绘制第BeginTrace+1道的波形，依次类推，直到绘制完第EndTrace道的波形，剖面图绘制完成.

2 软件开发流程

2.1 软件算法实现流程

根据算法设计软件开发流程，如图1所示.

2.2 软件接口设计

2.2.1 用户界面

根据需求分析的结果，用户需要一个友善界面，在界面设计上应做到简单明了，易于操作，并且要注意到界面的布局，应该突出地显示重要信息.外观上也要做到合理化.总的来说，系统的用户界面应尽量可靠、简单、易学、易用.

图1 程序流程

考虑到绝大部分用户对WINDOW风格比较熟悉，故在界面设计上使用 VISUAL C++所提供的可视化组件.

2.2.2 硬件接口

系统利用键盘、鼠标输入设备输入数据及指令，利用显示器及打印机输出图形数据，系统的输入输出使用 VC++的标准输入/输出对输入进行处理.

2.2.3 数据接口

本程序包含多种数据接口：

（1）多通道大功率电法勘探仪的M-TEM专用数据格式，即非标准SEG-Y磁带数据格式［8］的接口；

（2）为适用于部分特定程序的数据格式，软件同时提供设计了 ASC-II顺序文件格式、TXT等文件读取接口.

3 应用实例

利用实际的多通道大功率电法勘探仪 M-TEM电磁数据来检验软件，实现了对 M-TEM电磁数据的图形可视化解释，有效地验证了软件的可靠性和实用性.测试用数据文件的采样点数为 200，采样间隔为500，μs，具体运行效果如下.

（1）XScale参数用于设置距离轴方向每厘米显示的波形道数.每厘米显示 1道波形，如图2所示.经实际测量验证，符合工业制图标准.

（2）YScale参数用于设置时间轴方向每厘米显示多少ms的数据.以每厘米显示20，ms的数据为例进行绘图测试，经实际测量验证，符合工业制图标准，绘图效果如图3所示.

图2 1道/cm显示效果

图3 20 ms/cm显示效果

（3）Wavestyle包括四种波形显示类型.分别为只显示波形、只显示变面积、同时显示波形和变面积（正值区以黑色填充，负值区不填充）和同时显示波形和变面积（正值区以蓝色填充，负值区以黑色填充）.经实际测试，波形显示效果符合预期.只显示波形和只显示变面积的效果如图4、5所示.

图4 单波形显示效果

（4）起始道号与终止道号的选择：起始道号应小于或等于终止道号，终止道号应小于或等于文件中的数据道个数；以绘制第3道至第10道的波形为例进行测试，波形图绘制无误，如图6所示.

图5 单变面积显示效果

图6 3～10道波形绘制效果

（5）起始与结束时间选择：以绘制10～60，ms之间的数据为例进行测试，波形图绘制无误，如图7所示.

图7 10～60 ms数据绘制效果

4 结 语

本软件结合实际需求分析，设计并实现了 MTEM 一维资料解释软件，实现了对海量数据的管理和结果可视化，并实现了设备无关性以达到应用于工业制图的目的.从绘制结果来看，比较真实的反映了数据间的关系，提高了数据解译的可靠性.

［1］陆基孟.地震勘探原理［M］.山东：石油大学出版社，2004.

［2］韩德品，郭林生，赵利利，等.瞬变电磁法快速探查煤矿突水构造关键技术及应用效果［J］.煤田地质与勘探，2014，42（6）：97-100.

［3］葛燕燕，傅雪海，舍建忠，等.煤层气井排采时地下水响应瞬变电磁法探测研究［J］.煤炭科学技术，2014，42（12）：98-101.

［4］薛国强，李 貅，底青云.瞬变电磁法理论与应用研究进展［J］.地球物理学进展，2007，22（4）：1195-1200.

［5］薛国强，李 貅，底青云.瞬变电磁法正反演问题研究进展［J］.地球物理学进展，2008，23（4）：1165-1172.

［6］PLOTNIKOV A E.Evaluation of limitations of the transient electromagnetic method in shallow-depth studies：numerical experiment［J］.Russian Geology and Geophysics，2014，55（7）：907-914.

［7］孙家广.计算机图形学［M］.北京：清华大学出版社，1998.

［1］李 捷，王 辉.基于微机的三维地震资料可视化系统的数据格式及数据存取［J］.大庆石油学院学报，2005，29（6）：22-28.

Technology and Implementation of M-TEM Data Seismic Profile Graph Drawing

HU Jianping，ZHAO Kunming
（Digital City & Virtual Reality Laboratory，TCU，Tianjin 300384，China）

The research work of proposed seismic processing and interpretation of the transient electromagnetic method data are the important research direction of fine interpretation of the transient electromagnetic method data.Faced with the massive data of M-TEM，data visualization is particularly important.Seismic profiles displaying technology for M-TEM has been studied in this paper.And the study has achieved the software in Visual C++ development environment，and Deviceindependent has also been brought about.

transient electromagnetic method；visualization；device-independent

P631.325

A

2095-719X（2016）03-0223-04

2015-05-30；

2015-06-17

国家重大科研装备研制项目（ZDYZ2012-01-05）

胡建平（1957—），男，陕西榆林人，天津城建大学教授，博士.