淺析計算機可視化軟件與地震數據處理

摘要利用計算機進行地震數據的可視化應用技術，從某種程度上給人們作地震分析的研究帶來了極大的便利，實現了地震龐大的數據處理能務的大大提高的同時，為人們取得相關地震數據提供了可靠的一手資料，從復雜地質模型到各種方法計算的地震波走時波前曲面的三維可視化，也可以制作在地震科教片，讓人們從以前對地震的造成的各種破壞從想象到仿真，更進一步取得地震最珍貴的相關數據。

關鍵詞可視化軟件地震數據處理

中圖分類號:TP31文獻標識碼:A

地震數據可視化技術是指地震研究中運用計算機先進開發軟件，將現有收集來的地震數據錄入計算機中，經過一些特殊處理技術，成為更直觀的影像資料，為精確進行地震研究和預防提供相應資料的一種運用工具。從數據走勢分析到綜合圖象展現，再到三維圖像互動，從而極大便利人們對地震的研究，從某種方面讓人們更深一步了解地震，為人們從事地質勘探，石油煤炭開發等建設開發提供相應數據支持。這是一種對各種復雜的地質模型和三維地震數據進行描述，并在三維立體空間顯示，它不僅使地球科學家們能更深刻地理解各種地質現象的發生、發展及影響，而且使他們的想象力更加豐富多彩，使他們能夠在地質構造和三維地震數據中翱翔，這樣可提高地震勘探和鉆探的準確度和成功率，同時，它也是地震成像處理的重要技術基礎，對地質勘探開發起到至關重要的作用。

1 可視化在地震研究的運用現狀

自上世紀80年代末開始，計算機可視化才進入一個新的研究領域，它涉及計算機圖形學、圖像處理、計算機輔助設計、計算機視覺及人機交互等多個領域，也讓地震數據的三維可視化技術得到了迅速發展。通過20多年的開發研究，出現了一批可視化應用軟件。國外比較著名的有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今地震數據三維可視化應用的最高水平。這些軟件包可將二維地震、三維地震、測井曲線、地質分層、井軌跡、網絡化層面、斷層面等進行完整的三維立體顯示，用戶可以用鼠標控制旋轉角度來觀察地質目標，直觀便捷。

在國內的油氣公司、地球物理公司、計算中心等單位普遍使用的地震軟件大都是從國外引進的，并以Landmark公司和GeoQuest公司的解釋系統居多。這些解釋系統都具有較好的可視化功能，由于三維可視化的復雜性，在國內包括清華大學在內研究開發的計算機可視化運用，還沒有取得相應較好的自主知識產權的地震數據的三維可視化系統，得到國內外廣大用戶認可。

目前，使用較好的有世界上著名的可視化軟件供應商美國AVS公司，其核心產品就是AVS/EXPRESS開發版，AVS/EXPRESS軟件從1988年起，迄今一直處在可視化技術市場的前沿。AVS開發版包括圖形顯示、數據可視化、圖象處理、數據庫管理和用戶接口等五個軟件包，每個軟件包又有幾十個功能模塊，這樣就形成了一個具有交互式開發功能的先進的可視化軟件系統。

2 可視化軟件進行地震層位分析效果

傳統的地震資料解釋工作是提供反映勘探目的層構造形態特征的構造平面等值線圖(通常所說的等t0圖)、各種巖性油藏圈閉等值線圖和描述巖層物性或地層屬性沿層面變化的參數平面等值線圖。但是這種傳統圖件不能全面、真實地反映地下地層的客觀性，給資料的進一步解釋分析帶來不便:一是用平面等值線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與屬性信息割裂開來，分別繪制等值線圖，造成地質分析、解釋復雜程度的進一步加劇;三是各層之間的關系不清楚，分析多個層位時更顯示其復雜性。

可視化軟件能夠根據給定的地震層位數據集或地震層位及其屬性的數據集建立三維圖形圖像，用更接近實際的方式去描繪它，從各個不同的角度觀察它。在一個勘探區域，經過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。每個特定層位可能是一個空間曲面，但在復雜地質構造情況下，由于斷層的錯斷切割，一個層位就可由若干個空間曲面組合而成。

一個地震層位可用數據集{x，y，z｝來表示，其中x、y分別是地面坐標，一般是CMP號或Crossline線號，z在時間域代表雙程旅行時，在深度域代表深度。地震資料經處理解釋后，可獲得某個層位的地震屬性如速度、孔隙度等，這樣地震屬性數據就是一個四維數據集{x，y，z，p｝，p是由x、y、z確定的層位上某點空間坐標處的物性或屬性。

在對地震層位進行三維可視化之前，首先要分析地震層位的數據結構，一般情況下，經過解釋系統拾取的某一個地震層位的數據可以表示為{xi，yj，zk｝，其中xi代表CMP點，yj代表橫測線(Crossline)，zk代表所拾取的時間或深度。不同的測線拾取的樣點數是不同的，這樣我們利用Delaunay三角形剖分對地震層位進行剖分，形成三角形網格，并記錄下各三角形之間的接觸關系，然后進行顯示。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地震層位數據進行剖分的基礎上，對層位上的地震屬性如速度、孔(下轉第118頁)(上接第116頁)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格中，用不同的顏色代表地層屬性值的大小，這樣就可實現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;在一個平面上同時顯示多個層位與其屬性，可以從不同的角度觀看層位變化和其屬性的變化，有利于勘探和開發方案的確定。

3 可視化軟件讓地震數據由靜態變成動態感

地震數據影像化，由于其數據量大，一般占用上百兆空間，在做三維數據體可視化方面難度比較大，特別是三維數據體在空間旋轉、平移、變比等時要做坐標變換，運算工作量相當大，所以速度比較慢。為了提高顯示速度，除配備高檔微機或工作站外，配備較好的顯示卡也很重要，在保證顯示精度的情況下，對三維地震數據進行加工，減少存貯字節，減少數據量，來提高顯示速度。

為了更好地觀看地震數據，需對數據體進行挖空和切割處理，這就是我們通常所看到的時間切片，縱剖面、橫剖面等。通過對三維數據體進行不同的挖空顯示，可以對探區的地質構造有一定的了解。在統一的坐標系統下，把地震層位和三維地震數據體作為兩個不同的對象，同時輸入到系統中，就可實現三維地震數據體和地震層位的綜合顯示。由于把層位放在三維數據體中，對數據體做各種挖空顯示，這樣可以檢驗解釋層位的正確性。

由于把三維地震數據體不再作為靜態顯示的手段，而是從地震體中沿縱橫剖面方向、水平切片方向產生電影畫面，這樣用電影功能快速觀察整個數據體的地質結構變化。如果把地震數據運用可視化軟件沿某個方向按一定的間隔如沿Crossline方向做許許多多的切片，按順序把每個切片記錄下來形成可用計算機軟件播放的文件格式，如MPG格式，然后用movieplay等計算機軟件進行播放，就可形成沿這個方向的地震電影。在放映中讓人們反復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構造的變化。同樣，對速度深度模型、地震波波前走時曲面數據體等用同樣的方法也可以作成電影播放。尤其是對地震波波前曲面可視化數據處理方面，讓復雜問題變得影像簡單化，由于地震波波前曲面傳播的三維數據體是規則數據，其數據格式和三維地震數據體的格式相同，所以，地震波波前曲面三維可視化的方法與三維地震數據體的三維可視化基本相同。