淺析計(jì)算機(jī)可視化軟件與地震數(shù)據(jù)處理

殷 煤

摘要利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行地震數(shù)據(jù)的可視化應(yīng)用技術(shù),從某種程度上給人們作地震分析的研究帶來(lái)了極大的便利,實(shí)現(xiàn)了地震龐大的數(shù)據(jù)處理能務(wù)的大大提高的同時(shí),為人們?nèi)〉孟嚓P(guān)地震數(shù)據(jù)提供了可靠的一手資料,從復(fù)雜地質(zhì)模型到各種方法計(jì)算的地震波走時(shí)波前曲面的三維可視化,也可以制作在地震科教片,讓人們從以前對(duì)地震的造成的各種破壞從想象到仿真,更進(jìn)一步取得地震最珍貴的相關(guān)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞可視化軟件地震數(shù)據(jù)處理

中圖分類(lèi)號(hào):TP31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

地震數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是指地震研究中運(yùn)用計(jì)算機(jī)先進(jìn)開(kāi)發(fā)軟件,將現(xiàn)有收集來(lái)的地震數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)中,經(jīng)過(guò)一些特殊處理技術(shù),成為更直觀的影像資料,為精確進(jìn)行地震研究和預(yù)防提供相應(yīng)資料的一種運(yùn)用工具。從數(shù)據(jù)走勢(shì)分析到綜合圖象展現(xiàn),再到三維圖像互動(dòng),從而極大便利人們對(duì)地震的研究,從某種方面讓人們更深一步了解地震,為人們從事地質(zhì)勘探,石油煤炭開(kāi)發(fā)等建設(shè)開(kāi)發(fā)提供相應(yīng)數(shù)據(jù)支持。這是一種對(duì)各種復(fù)雜的地質(zhì)模型和三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行描述,并在三維立體空間顯示,它不僅使地球科學(xué)家們能更深刻地理解各種地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展及影響,而且使他們的想象力更加豐富多彩,使他們能夠在地質(zhì)構(gòu)造和三維地震數(shù)據(jù)中翱翔,這樣可提高地震勘探和鉆探的準(zhǔn)確度和成功率,同時(shí),它也是地震成像處理的重要技術(shù)基礎(chǔ),對(duì)地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)起到至關(guān)重要的作用。

1 可視化在地震研究的運(yùn)用現(xiàn)狀

自上世紀(jì)80年代末開(kāi)始,計(jì)算機(jī)可視化才進(jìn)入一個(gè)新的研究領(lǐng)域,它涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)及人機(jī)交互等多個(gè)領(lǐng)域,也讓地震數(shù)據(jù)的三維可視化技術(shù)得到了迅速發(fā)展。通過(guò)20多年的開(kāi)發(fā)研究,出現(xiàn)了一批可視化應(yīng)用軟件。國(guó)外比較著名的有Landmark公司的EarthCube和OpenVision、GeoQuest公司的GeoViz以及DGI公司的EarthVision等,它們基本上代表了當(dāng)今地震數(shù)據(jù)三維可視化應(yīng)用的最高水平。這些軟件包可將二維地震、三維地震、測(cè)井曲線(xiàn)、地質(zhì)分層、井軌跡、網(wǎng)絡(luò)化層面、斷層面等進(jìn)行完整的三維立體顯示,用戶(hù)可以用鼠標(biāo)控制旋轉(zhuǎn)角度來(lái)觀察地質(zhì)目標(biāo),直觀便捷。

在國(guó)內(nèi)的油氣公司、地球物理公司、計(jì)算中心等單位普遍使用的地震軟件大都是從國(guó)外引進(jìn)的,并以Landmark公司和GeoQuest公司的解釋系統(tǒng)居多。這些解釋系統(tǒng)都具有較好的可視化功能,由于三維可視化的復(fù)雜性,在國(guó)內(nèi)包括清華大學(xué)在內(nèi)研究開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)可視化運(yùn)用,還沒(méi)有取得相應(yīng)較好的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地震數(shù)據(jù)的三維可視化系統(tǒng),得到國(guó)內(nèi)外廣大用戶(hù)認(rèn)可。

目前,使用較好的有世界上著名的可視化軟件供應(yīng)商美國(guó)AVS公司,其核心產(chǎn)品就是AVS/EXPRESS開(kāi)發(fā)版,AVS/EXPRESS軟件從1988年起,迄今一直處在可視化技術(shù)市場(chǎng)的前沿。AVS開(kāi)發(fā)版包括圖形顯示、數(shù)據(jù)可視化、圖象處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和用戶(hù)接口等五個(gè)軟件包,每個(gè)軟件包又有幾十個(gè)功能模塊,這樣就形成了一個(gè)具有交互式開(kāi)發(fā)功能的先進(jìn)的可視化軟件系統(tǒng)。

2 可視化軟件進(jìn)行地震層位分析效果

傳統(tǒng)的地震資料解釋工作是提供反映勘探目的層構(gòu)造形態(tài)特征的構(gòu)造平面等值線(xiàn)圖(通常所說(shuō)的等t0圖)、各種巖性油藏圈閉等值線(xiàn)圖和描述巖層物性或地層屬性沿層面變化的參數(shù)平面等值線(xiàn)圖。但是這種傳統(tǒng)圖件不能全面、真實(shí)地反映地下地層的客觀性,給資料的進(jìn)一步解釋分析帶來(lái)不便:一是用平面等值線(xiàn)描述空間層位的起伏變化直觀性差;二是人為地把屬于同一層形態(tài)與屬性信息割裂開(kāi)來(lái),分別繪制等值線(xiàn)圖,造成地質(zhì)分析、解釋復(fù)雜程度的進(jìn)一步加劇;三是各層之間的關(guān)系不清楚,分析多個(gè)層位時(shí)更顯示其復(fù)雜性。

可視化軟件能夠根據(jù)給定的地震層位數(shù)據(jù)集或地震層位及其屬性的數(shù)據(jù)集建立三維圖形圖像,用更接近實(shí)際的方式去描繪它,從各個(gè)不同的角度觀察它。在一個(gè)勘探區(qū)域,經(jīng)過(guò)處理解釋后的地震層位可能由若干層組成。一般情況下,各層位在地下由淺到深依次排列。每個(gè)特定層位可能是一個(gè)空間曲面,但在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造情況下,由于斷層的錯(cuò)斷切割,一個(gè)層位就可由若干個(gè)空間曲面組合而成。

一個(gè)地震層位可用數(shù)據(jù)集{x,y,z｝來(lái)表示,其中x、y分別是地面坐標(biāo),一般是CMP號(hào)或Crossline線(xiàn)號(hào),z在時(shí)間域代表雙程旅行時(shí),在深度域代表深度。地震資料經(jīng)處理解釋后,可獲得某個(gè)層位的地震屬性如速度、孔隙度等,這樣地震屬性數(shù)據(jù)就是一個(gè)四維數(shù)據(jù)集{x,y,z,p｝,p是由x、y、z確定的層位上某點(diǎn)空間坐標(biāo)處的物性或?qū)傩浴?/p>

在對(duì)地震層位進(jìn)行三維可視化之前,首先要分析地震層位的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一般情況下,經(jīng)過(guò)解釋系統(tǒng)拾取的某一個(gè)地震層位的數(shù)據(jù)可以表示為{xi,yj,zk｝,其中xi代表CMP點(diǎn),yj代表橫測(cè)線(xiàn)(Crossline),zk代表所拾取的時(shí)間或深度。不同的測(cè)線(xiàn)拾取的樣點(diǎn)數(shù)是不同的,這樣我們利用Delaunay三角形剖分對(duì)地震層位進(jìn)行剖分,形成三角形網(wǎng)格,并記錄下各三角形之間的接觸關(guān)系,然后進(jìn)行顯示。從圖像中可以看出,空間層位的起伏變化形象、直觀,這些立體圖較好地描述了各層面的起伏變化。

地震層位屬性的三維可視化是在對(duì)地震層位數(shù)據(jù)進(jìn)行剖分的基礎(chǔ)上,對(duì)層位上的地震屬性如速度、孔(下轉(zhuǎn)第118頁(yè))(上接第116頁(yè))隙度、地震振幅等利用插值方法如離散光滑插值(DSI)把屬性插到剖分形成的三角形網(wǎng)格中,用不同的顏色代表地層屬性值的大小,這樣就可實(shí)現(xiàn)地震層位與其屬性的三維可視化。從這些圖中不僅可以看出地層的起伏變化,而且可以看出地層上的屬性如孔隙度等的變化情況;在一個(gè)平面上同時(shí)顯示多個(gè)層位與其屬性,可以從不同的角度觀看層位變化和其屬性的變化,有利于勘探和開(kāi)發(fā)方案的確定。

3 可視化軟件讓地震數(shù)據(jù)由靜態(tài)變成動(dòng)態(tài)感

地震數(shù)據(jù)影像化,由于其數(shù)據(jù)量大,一般占用上百兆空間,在做三維數(shù)據(jù)體可視化方面難度比較大,特別是三維數(shù)據(jù)體在空間旋轉(zhuǎn)、平移、變比等時(shí)要做坐標(biāo)變換,運(yùn)算工作量相當(dāng)大,所以速度比較慢。為了提高顯示速度,除配備高檔微機(jī)或工作站外,配備較好的顯示卡也很重要,在保證顯示精度的情況下,對(duì)三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行加工,減少存貯字節(jié),減少數(shù)據(jù)量,來(lái)提高顯示速度。

為了更好地觀看地震數(shù)據(jù),需對(duì)數(shù)據(jù)體進(jìn)行挖空和切割處理,這就是我們通常所看到的時(shí)間切片,縱剖面、橫剖面等。通過(guò)對(duì)三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行不同的挖空顯示,可以對(duì)探區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造有一定的了解。在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)下,把地震層位和三維地震數(shù)據(jù)體作為兩個(gè)不同的對(duì)象,同時(shí)輸入到系統(tǒng)中,就可實(shí)現(xiàn)三維地震數(shù)據(jù)體和地震層位的綜合顯示。由于把層位放在三維數(shù)據(jù)體中,對(duì)數(shù)據(jù)體做各種挖空顯示,這樣可以檢驗(yàn)解釋層位的正確性。

由于把三維地震數(shù)據(jù)體不再作為靜態(tài)顯示的手段,而是從地震體中沿縱橫剖面方向、水平切片方向產(chǎn)生電影畫(huà)面,這樣用電影功能快速觀察整個(gè)數(shù)據(jù)體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化。如果把地震數(shù)據(jù)運(yùn)用可視化軟件沿某個(gè)方向按一定的間隔如沿Crossline方向做許許多多的切片,按順序把每個(gè)切片記錄下來(lái)形成可用計(jì)算機(jī)軟件播放的文件格式,如MPG格式,然后用movieplay等計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行播放,就可形成沿這個(gè)方向的地震電影。在放映中讓人們反復(fù)看到精彩的地震電影。從地震影像中,可以更清晰地看到地震層位的變化情況和地質(zhì)構(gòu)造的變化。同樣,對(duì)速度深度模型、地震波波前走時(shí)曲面數(shù)據(jù)體等用同樣的方法也可以作成電影播放。尤其是對(duì)地震波波前曲面可視化數(shù)據(jù)處理方面,讓復(fù)雜問(wèn)題變得影像簡(jiǎn)單化,由于地震波波前曲面?zhèn)鞑サ娜S數(shù)據(jù)體是規(guī)則數(shù)據(jù),其數(shù)據(jù)格式和三維地震數(shù)據(jù)體的格式相同,所以,地震波波前曲面三維可視化的方法與三維地震數(shù)據(jù)體的三維可視化基本相同。