基于Qt的地震勘探近地表信息管理系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

崔慶輝

摘要：近地表信息在地震勘探中具有重要作用，在整個(gè)勘探投資中占有較大比重。長期以來業(yè)內(nèi)缺少實(shí)用有效的近地表信息管理軟件，導(dǎo)致大部分近地表調(diào)查成果丟失、浪費(fèi)，沒有發(fā)揮其應(yīng)有價(jià)值。充分剖析了近地表各種數(shù)據(jù)特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際工作需求，以Qt為開發(fā)工具研發(fā)了近地表信息管理軟件。該軟件減少了勘探投資，多個(gè)區(qū)塊實(shí)際應(yīng)用表明效果良好。

關(guān)鍵詞：地震勘探；近地表信息管理；Qt

DOIDOI：10.11907/rjdk.161195

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2016）005-0104-03

0 引言

在地震勘探中，野外近地表調(diào)查是一項(xiàng)必不可少的工作，它主要是在地震勘探野外采集前，利用小折射、微測井、淺層反射地震等方法，了解近地表低降速層的速度分布，找出高速頂界面[1]。近地表調(diào)查對(duì)地震勘探的作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是為激發(fā)井深設(shè)計(jì)提供依據(jù)（高速層激發(fā)可保證人工地震波有足夠的能量）；二是近地表調(diào)查得到的近地表速度模型，對(duì)于解決近地表異常變化引起的靜校正問題至關(guān)重要，這一問題在西部地表復(fù)雜地區(qū)更為突出。

值得注意的是，同一或相近區(qū)塊的近地表在時(shí)空上具有一定的穩(wěn)定性和連續(xù)性，近地表調(diào)查信息不僅在當(dāng)時(shí)具有重要作用，在以后同一或相近區(qū)塊進(jìn)行后續(xù)勘探時(shí)也有著重要作用。通過充分利用這些信息，可以減少野外調(diào)查成本。因此，對(duì)近地表信息進(jìn)行有效管理和利用是一項(xiàng)十分重要的工作。本文以Qt作為開發(fā)工具，通過對(duì)相關(guān)資料的分析，設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)不同類型信息進(jìn)行了可視化，開發(fā)了功能完善、操作便捷的近地表信息管理軟件，并在實(shí)際勘探中進(jìn)行了應(yīng)用。

1 設(shè)計(jì)思路與方法

近地表信息管理首先是建立工區(qū)，通過對(duì)各種原始文件的分析和加載建立數(shù)據(jù)庫，利用豐富的圖形顯示檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。在確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤的情況下，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的檢索、顯示、處理和輸出。

1.1 文件加載

近地表設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)和文件種類較多，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析是開發(fā)前必不可少的工作。近地表調(diào)查方法很多，業(yè)內(nèi)對(duì)于調(diào)查成果的存儲(chǔ)有一定標(biāo)準(zhǔn)，目前大多采用SEG（美國勘探地球物理學(xué)家協(xié)會(huì)）的陸上地震勘探標(biāo)準(zhǔn)SPS，該標(biāo)準(zhǔn)主要包括4個(gè)文件，分別以.s、.r、.c、.x為后綴，記錄了地震勘探中所有物理點(diǎn)的大地坐標(biāo)、海拔、調(diào)查點(diǎn)的近地表速度結(jié)構(gòu)以及各物理點(diǎn)之間的聯(lián)系。近地表信息管理就是根據(jù)SPS標(biāo)準(zhǔn)提取出需要的信息，進(jìn)行存儲(chǔ)、檢索以及維護(hù)，同時(shí)輔以必要的圖形顯示和交互功能。

該標(biāo)準(zhǔn)涉及的文件為ASCII格式，以固定列寬存儲(chǔ)相應(yīng)信息。由于目前野外工作中對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的貫徹并不嚴(yán)格，導(dǎo)致許多文件以非標(biāo)準(zhǔn)格式存儲(chǔ)，造成數(shù)據(jù)讀取困難。通過大量文件分析，發(fā)現(xiàn)幾乎所有記錄各種信息的列范圍比較混亂。針對(duì)該問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了SPS文件讀取模板文件，即按照SPS標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種信息所在的列范圍進(jìn)行定義并存儲(chǔ)為一個(gè)文本文件，按照該模板規(guī)定的列范圍對(duì)SPS文件進(jìn)行讀取。當(dāng)遇到非標(biāo)準(zhǔn)文件時(shí)，只需按照該文件實(shí)際的列范圍對(duì)模板文件進(jìn)行修改即可，這極大提高了非標(biāo)準(zhǔn)SPS文件讀取的效率和靈活性。

1.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

首先對(duì)勘探中涉及的幾個(gè)概念進(jìn)行定義：一般把較大范圍、位置相連或相近的勘探區(qū)域稱為探區(qū)，對(duì)一個(gè)探區(qū)的勘探基本上會(huì)按照該區(qū)塊地質(zhì)情況，分塊、逐步地進(jìn)行勘探工作，因此將同一探區(qū)的一次地震勘探范圍稱為一個(gè)工區(qū)，在一個(gè)工區(qū)勘探中涉及的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)、野外調(diào)查點(diǎn)，統(tǒng)一稱為站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)具有一系列的信息與之相對(duì)應(yīng)，見表1。按照以上認(rèn)識(shí)，將基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圖1中所示的分級(jí)式，通過這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可快速實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的操作。

1.3 圖形顯示

對(duì)于近地表信息的管理，豐富的圖形顯示及良好的交互功能必不可少。Qt是石油地球物理勘探領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的開發(fā)工具，主要基于其優(yōu)良的跨平臺(tái)特性、強(qiáng)大的圖形界面開發(fā)、面向?qū)ο箝_發(fā)模式，通過編寫少量的代碼就能夠?qū)崿F(xiàn)各種交互操作，編寫的程序具有較強(qiáng)的靈活性[2]。OpenGL（Open Graphics Library）是定義了一個(gè)跨編程語言、跨平臺(tái)編程接口的專業(yè)圖形程序接口。它用于三維圖像（二維的亦可），是一個(gè)功能強(qiáng)大、調(diào)用方便的底層圖形庫[3-4]。Qt對(duì)OpenGL提供了很好的支持，Qt應(yīng)用程序可以使用自帶的QtOpenGL模塊繪制三維圖形。

針對(duì)近地表信息的多樣性，開發(fā)設(shè)計(jì)了曲線、剖面圖、平面圖、曲面圖幾種圖形顯示方式。

2 主要模塊開發(fā)

2.1 向?qū)焦^(qū)創(chuàng)建

工區(qū)創(chuàng)建涉及到各種文件加載，過程較為繁瑣，因此采用向?qū)焦^(qū)創(chuàng)建思路，通過Winzard模塊，用戶可以快捷地創(chuàng)建一個(gè)新工區(qū)。該模塊通過QTabWidget逐步引導(dǎo)用戶選擇需要的文件和參數(shù)，在加載過程中會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)檢查，對(duì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行中斷提示，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如圖2所示。

2.2 平面圖顯示

該模塊主要用于顯示各物理點(diǎn)的空間位置及相關(guān)屬性，每種物理點(diǎn)用不同的圖標(biāo)繪制，屬性值用色標(biāo)加以區(qū)分，見圖3。通過該圖可以了解工區(qū)內(nèi)物理點(diǎn)的分布及屬性值的橫向變化。具體應(yīng)用時(shí)可有選擇地隱藏不需要的物理點(diǎn)類型，只顯示關(guān)心的物理點(diǎn)類型，也可以實(shí)現(xiàn)縮放、旋轉(zhuǎn)等功能。

2.3 曲線及剖面圖顯示

該模塊主要按照測線號(hào)對(duì)選定測線上的物理點(diǎn)屬性值以曲線或垂直剖面形式顯示，這有助于用戶了解近地表結(jié)構(gòu)垂直向上的變化，主要包括靜校正量、近地表分層結(jié)果等信息。

2.4 三維圖形顯示

該模塊通過對(duì)工區(qū)進(jìn)行三角網(wǎng)格劃分，利用等距離反比加權(quán)算法對(duì)各網(wǎng)格的屬性值進(jìn)行插值計(jì)算，然后利用QtOpenGL以三維曲面形式顯示，見圖4。近地表信息的三維圖形顯示有助于對(duì)工區(qū)整體近地表變化的掌握，受限于二維地震勘探空間采樣不足，該模塊只能用于三維地震勘探。

2.5 工區(qū)連片處理

一個(gè)較成熟的勘探區(qū)塊，往往進(jìn)行過多次地震勘探工作，隨著勘探人員對(duì)地下地質(zhì)情況認(rèn)識(shí)的深入，需要進(jìn)行新的地震勘探部署。將相鄰的多個(gè)工區(qū)地震數(shù)據(jù)連片處理，可以擴(kuò)大勘探范圍，對(duì)地下的認(rèn)識(shí)更加全面可靠。將歷次近地表調(diào)查的數(shù)據(jù)聯(lián)合運(yùn)用以建立一個(gè)統(tǒng)一的近地表模型，是解決連片處理靜校正問題行之有效的方法。

對(duì)于近地表數(shù)據(jù)的聯(lián)合應(yīng)用存在兩個(gè)問題：①各工區(qū)的數(shù)據(jù)量巨大，重新建立工區(qū)耗時(shí)較多；②歷次勘探數(shù)據(jù)中，野外SPS文件中各物理點(diǎn)在該次勘探中具有一個(gè)唯一的編號(hào)（稱之為樁號(hào)），在不同的勘探中不同的物理點(diǎn)有可能出現(xiàn)樁號(hào)重復(fù)的現(xiàn)象。

針對(duì)以上問題，提出工區(qū)融合思路，即將已建立的工區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合生成新的工區(qū)，避免重復(fù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)。同時(shí)，為了解決不同工區(qū)樁號(hào)重復(fù)的問題，根據(jù)選擇的工區(qū)順序?qū)Ω鞴^(qū)樁號(hào)重新編排，即：

New Stack Number = Project Index * A + Origin Stack Number（1）

其中A為一個(gè)較大數(shù)，一般和原始樁號(hào)一個(gè)數(shù)量級(jí)。

2.6 靜校正量計(jì)算

根據(jù)建立的近地表數(shù)據(jù)庫，可通過計(jì)算沙丘底界面和近地表速度模型完成沙丘曲線靜校正和模型靜校正計(jì)算[5]，具有高效、快捷的優(yōu)點(diǎn)，在沙漠、農(nóng)田等地區(qū)處理效果良好。

2.7 表單查詢及輸出

用戶可通過近地表信息列表形式完成相關(guān)檢索。實(shí)際應(yīng)用中，用戶往往需要將數(shù)據(jù)庫中的近地表信息按照需求輸出，以供使用。針對(duì)這一需求，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)輸出模塊，通過兩個(gè)QListWidget組件實(shí)現(xiàn)這一功能。一個(gè)QListWidget組件顯示所有屬性值列表，另一個(gè)QListWidget組件顯示選取輸出的屬性值列表，結(jié)果以ASCII格式輸出，見圖5。

3 應(yīng)用實(shí)例

通過對(duì)中石化新疆探區(qū)歷年來的近地表調(diào)查資料，利用本軟件建立了近地表信息數(shù)據(jù)庫，對(duì)相連工區(qū)進(jìn)行連片處理，計(jì)算統(tǒng)一靜校正量。

以2011年施工的C1D三維工區(qū)為例。該工區(qū)位于沙漠腹地，海拔高程在400～650m ，沙丘總體趨勢是東北高西南低。工區(qū)低降速帶厚度變化大，東北部巨厚，達(dá)190m以上。通過本軟件提供沙丘曲線靜校正應(yīng)用，信噪比明顯提高，同相軸較好地解決了靜校正問題，與某商業(yè)層析靜校正軟件效果相當(dāng)，具推廣應(yīng)用價(jià)值，如圖6所示。

4 結(jié)語

近地表問題一直是地震勘探的一大難題。由于缺乏有效的近地表信息管理軟件，導(dǎo)致大量的近地表調(diào)查成果丟失或閑置，造成了不必要的浪費(fèi)。通過野外近地表調(diào)查建立近地表速度模型，可為激發(fā)井深設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)，并能解決地震勘探靜校正問題。利用Qt的優(yōu)良特性研發(fā)的近地表信息管理軟件，有效地解決了這一問題，節(jié)省了勘探開支，充分發(fā)揮了已有資料的利用價(jià)值，在實(shí)際應(yīng)用中取得了顯著效果，值得推廣。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）