地震勘探數(shù)據(jù)的格式及儲(chǔ)存介質(zhì)的分析與研究

劉 洋

（中國(guó)石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院地震資料處理中心，遼寧 盤錦 124000）

目前，我國(guó)正面臨著能源緊張的新局勢(shì)，使得我國(guó)石油勘探行業(yè)背負(fù)著沉重的壓力，特別是在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備基礎(chǔ)上，還需要完成大面積、大道數(shù)、高分辨率的地震勘探任務(wù)，然而我國(guó)現(xiàn)有的地震勘探方式、地震儀設(shè)備基本趨于完善和成熟，并且無法對(duì)現(xiàn)有地震勘探儀器進(jìn)行改變，只能針對(duì)地震勘探數(shù)據(jù)的格式和儲(chǔ)存介質(zhì)進(jìn)行研究和分析，以此在誤操作前提下為已改變數(shù)據(jù)格式的文件和丟失的數(shù)據(jù)恢復(fù)提供理論方面的參考。

1 地震勘探數(shù)據(jù)的格式

1.1 SEG-D 數(shù)據(jù)格式

在SEG-D 數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)中，將多種數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)塊Block 中，但數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)段字頭無法對(duì)記錄信息進(jìn)行合并。Block 中合并的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)大小基本相同，但將多個(gè)數(shù)據(jù)文件合并后的Block 大小卻并不相同，其最大體積也控制在128 千字節(jié)以內(nèi)。與此同時(shí)，SEG-D 數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)還有著較高的靈活性與簡(jiǎn)便性，但這種格式的靈活多變性又會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)格式混亂。究其根本原因在于SEG-D 數(shù)據(jù)格式記錄塊有著大小不同的數(shù)據(jù)文件段頭，特別是在數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)記錄塊信心等方面也存在明顯差異，這在一定程度上降低了解編模塊的通用性，使得便捷模塊無法有效解析野外彩帶。此外，SEG-D 數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)中已明確規(guī)定，在每個(gè)磁帶的起始位置設(shè)置一個(gè)儲(chǔ)存標(biāo)志，主要用于記錄磁帶參數(shù)信息或格式參數(shù)等。SEG-D 數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)數(shù)據(jù)磁道段頭第十二個(gè)字節(jié)作出了明確規(guī)定，若字節(jié)內(nèi)容為03，則證明該磁道已重新進(jìn)行了編寫，且數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不只修改了該磁道中的一個(gè)數(shù)據(jù)值。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)，若數(shù)據(jù)出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤，那么該系統(tǒng)采樣值將會(huì)自動(dòng)發(fā)出示警信號(hào)，而采集數(shù)據(jù)設(shè)備也會(huì)復(fù)制前一次采樣值，或者通過處理差值來獲得缺失的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)采集設(shè)備對(duì)地震設(shè)備噪聲進(jìn)行處理時(shí)，若參數(shù)配置相同，說明此數(shù)據(jù)信息已進(jìn)行過編輯或修改。

1.2 SEG-Y 數(shù)據(jù)格式

SEG-Y 數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)不僅是地震勘探數(shù)據(jù)格式，還是規(guī)范的地震數(shù)據(jù)交換格式。SEG-Y 數(shù)據(jù)格式在數(shù)據(jù)處理、解編過程中，通常需要按照SEG-Y 格式標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行輸出。實(shí)際上SEG-Y 數(shù)據(jù)格式可以在兩個(gè)系統(tǒng)設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和傳輸，而SEG-Y 數(shù)據(jù)格式的文件頭數(shù)據(jù)與道頭數(shù)據(jù)又由2Byte、4Byte 組成。但系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際需求擴(kuò)展SEG-Y 數(shù)據(jù)格式時(shí)，有些系統(tǒng)對(duì)1Byte 數(shù)據(jù)進(jìn)行了定義，有些系統(tǒng)則定義了4Byte 浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，還有部分系統(tǒng)將位置正確的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)移到了其他位置，由此形成不規(guī)范的SEG-Y 數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下，SEG-Y 數(shù)據(jù)信息的提取過程可視為數(shù)據(jù)解析過程，系統(tǒng)也有著一套特定的SEG-Y 數(shù)據(jù)格式處理標(biāo)準(zhǔn)，如CCG 格式、OMEAG 等系統(tǒng)各自都有著不同的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)。在系統(tǒng)錄入模塊支持下，可以將SEG-Y 數(shù)據(jù)格式過渡轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)內(nèi)部格式標(biāo)準(zhǔn)，或者借助程序?qū)?nèi)部格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為SEG-Y 數(shù)據(jù)格式實(shí)現(xiàn)共享與傳輸，以此為其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、解析提供便利。這種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就是數(shù)據(jù)輸入、輸出以及SEG-Y數(shù)據(jù)格式與其他格式之間的轉(zhuǎn)換。實(shí)際上SEG-Y 數(shù)據(jù)格式可以存儲(chǔ)到磁盤中，并以數(shù)據(jù)塊的形式存儲(chǔ)到磁帶上。磁帶中存儲(chǔ)的SEG-Y 數(shù)據(jù)格式文件，前端由磁帶標(biāo)簽記錄信息Block 塊組成，并且這種Block 塊具有一定的可選擇性[1]。

1.3 道塊數(shù)據(jù)格式

地震生產(chǎn)施工普遍以SEG-D 記錄格式為主，特別是磁帶上的記錄道主要通過間隔Gap 來劃分出多個(gè)數(shù)據(jù)塊。在實(shí)踐過程中應(yīng)用道塊記錄模式，盡管可以有效縮短系統(tǒng)循環(huán)時(shí)間，但同樣會(huì)使得多個(gè)道塊被劃分到某個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)塊中，并且不是所有磁道Block 的占據(jù)空間都相同。實(shí)際上道塊可以將不同磁道進(jìn)行聚集，而道塊記錄模式下的磁帶記錄也并非標(biāo)準(zhǔn)的SEG-D 記錄格式，并且只有在408UL 地震儀才能讀出。因此，在道塊數(shù)據(jù)格式使用過程中，無法在現(xiàn)場(chǎng)讀帶，后續(xù)數(shù)據(jù)掃描、處理工作也無法順利進(jìn)行。盡管3592 磁帶機(jī)有較高的記帶速度和工作效率，其容量也相對(duì)較大，但在實(shí)施過程中仍然會(huì)面臨多個(gè)方面的問題，即便是廢炮補(bǔ)井也無法挽回這一損失，還會(huì)耗費(fèi)龐大的經(jīng)濟(jì)成本，甚至引發(fā)嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，因此在地震勘探儀器系統(tǒng)使用期間，必須積極研發(fā)更為簡(jiǎn)便、高效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模式。

2 地震勘探數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存介質(zhì)

目前地震勘探設(shè)備的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存介質(zhì)大多為IBM-3490 磁帶機(jī)、3580 磁帶機(jī)、3592 磁帶機(jī)、NASS 磁盤、磁盤陣列等。我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)規(guī)范中已明確提出需要將地震勘探數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到IBM-3590 磁帶機(jī)，究其根本原因在于ISM-3590 磁帶機(jī)的抗震性能較差，在地震數(shù)據(jù)信息勘探、采集過程中將會(huì)面臨較高的難度，因此在地震勘探現(xiàn)場(chǎng)基本不選擇此類磁帶機(jī)進(jìn)行地震數(shù)據(jù)信息的勘探與采集。將采集到的數(shù)據(jù)信息上傳到數(shù)據(jù)處理中心后，還需要利用IBM-3590 磁帶機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)。在地震三維數(shù)據(jù)采集過程中，由于現(xiàn)有的技術(shù)手段有限，使得大多線束數(shù)據(jù)信息被混亂記錄到同一磁帶中，并且在二維地震數(shù)據(jù)采集過程中，還需要將同一個(gè)線束地震數(shù)據(jù)記錄到相同的磁帶中。因此，地震勘探數(shù)據(jù)需要利用儀器每隔一日或數(shù)日在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理，同時(shí)留下備份數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)記錄到磁帶中時(shí)，還需要待現(xiàn)場(chǎng)處理機(jī)讀取數(shù)據(jù)后，及時(shí)上交原始磁帶。當(dāng)數(shù)據(jù)處理中心接收到原始磁帶，就可以存儲(chǔ)到IBM-3590 磁帶機(jī)。若選擇NAS 盤、磁盤陣列等方式存儲(chǔ)地震勘探數(shù)據(jù)，則需要在地震隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)處理過程中將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到磁帶上，待移交給數(shù)據(jù)處理中心后，再次完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)[2]。

2.1 地震勘探常用磁帶機(jī)

目前較為常見的地震勘探數(shù)據(jù)存儲(chǔ)磁帶機(jī)主要包括以下幾種類型：第一，IBM-3490E 磁帶機(jī)。這種磁帶機(jī)運(yùn)用了線性數(shù)據(jù)記錄技術(shù)，主要利用清洗帶來完成磁帶機(jī)磁頭的清潔與保養(yǎng)工作，整體呈現(xiàn)出了良好的可靠性與穩(wěn)定性。與此同時(shí)，IBM-3490E 磁帶機(jī)還有著較低的數(shù)據(jù)傳輸率，在三維施工過程中需要花費(fèi)20s 以上的時(shí)間記錄一炮所需時(shí)間，在一定程度上阻礙了采集進(jìn)度，并且這種磁帶機(jī)的數(shù)據(jù)記錄密度小、磁帶存儲(chǔ)空間小，尚無法兼容IBM 生產(chǎn)的其他磁帶機(jī)，因此這種IBM-3490E 磁帶機(jī)目前已在市場(chǎng)中停產(chǎn)；第二，IBM-3580 磁帶機(jī)。這種磁帶機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)15MB/s，數(shù)據(jù)記錄方式也與IBM-3592 大體相同，均以線性蛇形的記錄技術(shù)為主。其數(shù)據(jù)記錄密度相比于IBM-3592 磁帶機(jī)更小，主要通過清洗帶來清潔保養(yǎng)磁帶機(jī)的磁頭，在穩(wěn)定性、可靠性上比IBM-3590 磁帶機(jī)更顯著，但卻無法兼容IBM-3590 磁帶機(jī)。此外，這種IBM-3580 磁帶機(jī)還具有重量小、體積輕的優(yōu)勢(shì)，因此在儀器車上還體現(xiàn)出了良好的抗震性能。目前我國(guó)部分區(qū)域的地震儀配備了IBM-3590 磁帶機(jī)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究表明，這類磁帶機(jī)對(duì)野外環(huán)境及技術(shù)要求有著較高的適用性；第三，SONY-SAIT 磁帶機(jī)。該型號(hào)磁帶機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)30MB/s，其中第一代磁帶機(jī)產(chǎn)品容量大約為500GB 左右，更新后的產(chǎn)品磁帶容量增大。這種磁帶機(jī)采用螺旋掃描方式完成數(shù)據(jù)記錄，主要通過內(nèi)部活性磁頭來清潔保養(yǎng)磁帶機(jī)，這類磁帶機(jī)在數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)的安全性與穩(wěn)定性上比IBM-3490與IBM-3592 更顯著，但其磁帶空間過大，一旦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)變滿，將會(huì)面臨較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。而SONY-SAIT 磁帶機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于其可以兼容不同類型的SQIT 產(chǎn)品，目前尚未在主流地震勘探設(shè)備中得以廣泛應(yīng)用；第四，IBM-3592 磁帶機(jī)。該磁帶機(jī)數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)40MB/s，磁帶容量規(guī)格以30GB、60GB 為主，且出售成本較為高昂。該類磁帶機(jī)也采用了線性蛇形數(shù)據(jù)記錄方式，利用清洗帶對(duì)磁帶機(jī)磁頭進(jìn)行清潔保養(yǎng)。相比于IBM-3590 有著較高的穩(wěn)定性與可靠性，但無法兼容IBM-3590。目前已有企業(yè)將這類IBM-3592 磁帶機(jī)配備到了主流地震勘探設(shè)備上，在野外環(huán)境中也體現(xiàn)出了良好的適應(yīng)性，還達(dá)到了基本的技術(shù)要求。但在實(shí)際使用過程中磁帶容量相對(duì)較大，且每盤磁帶中的數(shù)據(jù)存滿后還需要移交，整體需要面臨較高的風(fēng)險(xiǎn)。最重要的是，在二維采集過程中每條線的數(shù)據(jù)量普遍不足10GB，若只在一盤磁帶上記錄數(shù)據(jù)將會(huì)造成不必要的成本浪費(fèi)。

2.2 NAS 技術(shù)

NAS 技術(shù)又稱為網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)技術(shù)，站在儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)這一角度，NAS 可以視為功能單一、簡(jiǎn)便的計(jì)算機(jī)，其在結(jié)構(gòu)上遠(yuǎn)比計(jì)算機(jī)更簡(jiǎn)化，外觀上與家電產(chǎn)品設(shè)備有著較高的相似性，都需要電源及控制鈕來完成相關(guān)操作。NAS 本質(zhì)上屬于一種網(wǎng)路數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、文件備份設(shè)備，按照TCP/IP 協(xié)議在局域網(wǎng)中完成通信，并以文件輸入、輸出的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與傳輸。

2.2.1 NAS 分類

目前現(xiàn)有的NAS 主要包括以下幾種類型：第一，電器型服務(wù)器。電器型服務(wù)器是NAS 系統(tǒng)中最低端的一種產(chǎn)品設(shè)備，其并不需要附件存儲(chǔ)設(shè)備，主要用于提供網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)空間。由于這種產(chǎn)品設(shè)備不具有高性能組件及相關(guān)管理機(jī)制，因此需要花費(fèi)的成本也相對(duì)較少，在安裝、管理、維護(hù)等方面也有著良好的漸變性，對(duì)IT 資源有限的中小型企業(yè)或需要遠(yuǎn)程辦公的企業(yè)有著較高的適用性。這種電器型服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)工作組環(huán)境中起到了決定性作用，可以充分滿足中小型企業(yè)與有著遠(yuǎn)程辦公需求的企業(yè)所需的所有局域網(wǎng)絡(luò)功能，真正意義上達(dá)到了用戶提出的所有要求；第二，工作組NAS。對(duì)于存儲(chǔ)需求相對(duì)較小的中小型企業(yè)而言，其可以將工作組NAS 作為首要選擇。工作組NAS 可以滿足數(shù)百GB 到1TB 左右的存儲(chǔ)需求，而某些以商務(wù)辦公軟件、大型數(shù)據(jù)庫(kù)為主的企業(yè)大體需要10TB 左右的存儲(chǔ)空間，因此只能選擇中型工作組NAS。經(jīng)調(diào)查研究表明，有60%以上的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器是作為文件中轉(zhuǎn)服務(wù)器使用的，但這種方式并非最佳的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)解決方案。NAS 才是解決資本投資、簡(jiǎn)化專業(yè)人士管理問題的最佳技術(shù)手段，并且NAS 系統(tǒng)的組裝也較為簡(jiǎn)便，也無需停止正在運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，甚至只需要幾天時(shí)間就能組裝一個(gè)完整的多功能NAS 服務(wù)器；第三，中型NAS。通常情況下，中型NAS 技術(shù)方案有著良好的可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性，還兼具了低端NAS 服務(wù)器的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)便、提供了專門的網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)存空間、管理維護(hù)具有一定的便利性。中型NAS 相比于電器型服務(wù)器、工作組NAS 的售價(jià)更加昂貴；第四，大型NAS。對(duì)于高端產(chǎn)品而言，NAS 系統(tǒng)的可擴(kuò)展與實(shí)用性功能將會(huì)發(fā)揮至關(guān)重要的作用。如FC4500 以及FC/IP4700 這兩種型號(hào)的產(chǎn)品設(shè)備，分別提供了兩種不同規(guī)格、不同型號(hào)的機(jī)架，兼容熱插拔功能，最高可支持7.3TB 大小的空間。最新發(fā)布的4700 系列Clarion型號(hào)產(chǎn)品還采用了變色龍技術(shù)架構(gòu)，在NAS 系統(tǒng)中即可對(duì)其中的組件服務(wù)進(jìn)行定義。該產(chǎn)品與前一代產(chǎn)品在其他方面也有著較高的相似性，都具備高性能中央處理器、四個(gè)前端及后端光纖通道。最重要的是，該產(chǎn)品可以提供良好的可靠服務(wù)及技術(shù)支持服務(wù)，各種不同網(wǎng)絡(luò)類型的管理軟件還能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)[3]。

2.2.2 NAS 備份的特點(diǎn)

NAS 備份的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，相比于其他存儲(chǔ)設(shè)備，NAS 備份有著工業(yè)級(jí)生產(chǎn)工藝水平，特別是在穩(wěn)定性、可靠性以及安全性等方面更是有著明顯優(yōu)勢(shì)；第二，NAS 備份中應(yīng)用了精準(zhǔn)的磁軌備份技術(shù)、增量化技術(shù)以及差異化技術(shù)，切實(shí)保障了數(shù)據(jù)備份的完整性以及數(shù)據(jù)恢復(fù)的可行性，某些型號(hào)的NAS 產(chǎn)品還有著完善的自動(dòng)化、規(guī)范化備份管理機(jī)制；第三，NAS 備份的操作系統(tǒng)簡(jiǎn)便，其IE 瀏覽器的訪問模式更是能有效預(yù)防黑客、木馬病毒的侵襲，極大地提高了NAS 產(chǎn)品的安全性與可靠性；第四，NAS 備份的賬號(hào)管理機(jī)制可以有效減輕數(shù)據(jù)管理的工作負(fù)擔(dān)，使得相關(guān)工作人員獲得一定的數(shù)據(jù)操作權(quán)限，從源頭上避免了服務(wù)器內(nèi)部出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂或數(shù)據(jù)泄露等情況；第五，NAS 備份保留了傳統(tǒng)磁盤陣列技術(shù)，通過RAID 組技術(shù)與磁盤熱插拔技術(shù)對(duì)備份數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)還原，以此達(dá)到節(jié)約NAS 產(chǎn)品維護(hù)成本的目的；第六，NAS 技術(shù)還有著遠(yuǎn)程訪問、備份等功能優(yōu)勢(shì)，有效突破了地域上的局限性，整個(gè)安裝流程也較為簡(jiǎn)便，面對(duì)數(shù)據(jù)故障問題時(shí)更是能發(fā)揮更高效的作用；第七，NAS 備份有著優(yōu)越的異構(gòu)平臺(tái)兼容性，可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)數(shù)據(jù)備份操作，并為IT 資源設(shè)備的高效化、科學(xué)化提供基本保障，同時(shí)有效避免IT 資源設(shè)備出現(xiàn)重復(fù)投資或閑置浪費(fèi)等不良現(xiàn)象。

3 結(jié)語

目前我國(guó)地震勘探儀器愈發(fā)趨于完善和成熟，在工作原理和技術(shù)要求上短時(shí)間也不會(huì)發(fā)生明顯變動(dòng)，并且地震勘探工作在日后開展過程中仍然以SEG-D 數(shù)據(jù)格式為主。由于一線工作人員在地震勘探過程中，仍然會(huì)面對(duì)面積大、炮數(shù)多、強(qiáng)度高等方面的問題，而操作不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)格式發(fā)生不同程度的改變，因此在實(shí)踐過程中還需要將道塊模式轉(zhuǎn)變?yōu)镾EG-D 數(shù)據(jù)格式。在地震勘探未來發(fā)展趨勢(shì)中，將會(huì)以NAS 為主要存儲(chǔ)方式，這也是推動(dòng)地震勘探工作實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。