一種通過(guò)計(jì)算機(jī)編程快速讀取地震數(shù)據(jù)的方法

蘇 欣，杜 鑫

(承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校計(jì)算機(jī)工程系系，河北，承德 067000)

一種通過(guò)計(jì)算機(jī)編程快速讀取地震數(shù)據(jù)的方法

蘇 欣，杜 鑫

(承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校計(jì)算機(jī)工程系系，河北，承德 067000)

地震數(shù)據(jù)是地質(zhì)勘探與開(kāi)發(fā)研究工作中一類(lèi)重要的數(shù)據(jù)，其格式復(fù)雜、數(shù)據(jù)體龐大，所以地震數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)成為地球物理軟件開(kāi)發(fā)中的技術(shù)難點(diǎn)之一。通過(guò)分析常用地震數(shù)據(jù)的格式，可以明確地震數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是地震道在文件中的隨機(jī)定位。提出了一種在微機(jī)上快速讀取地震數(shù)據(jù)文件的方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大體積地震數(shù)據(jù)的直接讀取與隨機(jī)數(shù)據(jù)道訪(fǎng)問(wèn)。將該方法應(yīng)用于中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司科技項(xiàng)目《多學(xué)科專(zhuān)家協(xié)同勘探虛擬現(xiàn)實(shí)工作平臺(tái)研制》中的地震數(shù)據(jù)管理軟件，可以更為快速準(zhǔn)確地讀取并轉(zhuǎn)換大體積的地震數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)3D虛擬顯示勘探數(shù)據(jù)的任務(wù)目標(biāo)提供可靠保障。

SEG-Y文件;隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn);地震數(shù)據(jù)

1 地震數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介

地震勘探技術(shù)在油氣田勘探開(kāi)發(fā)中起著重要作用。地震勘探包括地震采集、處理和解釋三大部分。在地質(zhì)勘探與開(kāi)發(fā)研究工作中，地震數(shù)據(jù)是最為重要的研究對(duì)象。但是，地震數(shù)據(jù)格式復(fù)雜，并且體積十分龐大，因此成功地對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與讀取是地質(zhì)勘探軟件開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)之一。本文對(duì)常用地震數(shù)據(jù)格式:SEG-Y格式進(jìn)行分析，并提出了一種通過(guò)VC編程實(shí)現(xiàn)對(duì)SEG-Y數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)接讀取的方法，有效提高了讀取地震數(shù)據(jù)的速度。

2 SEG-Y地震數(shù)據(jù)格式

SEG是the Society of Exploration Geophysicists(勘探地球物理家學(xué)會(huì))的縮寫(xiě)。該學(xué)會(huì)是一個(gè)非贏(yíng)利性組織，成立于1930年。SEG-Y數(shù)據(jù)交換格式是石油勘探行業(yè)地震數(shù)據(jù)最為普遍的格式，目前應(yīng)用的版本是SEG-Y rev1.0，文件結(jié)構(gòu)如表1所示:前3600字節(jié)(包括3200字節(jié)的文本文件和400字節(jié)的二進(jìn)制文件頭)一般看作是一個(gè)整體，隨后是若干個(gè)3200字節(jié)的擴(kuò)展文本文件頭記錄，最后是若干條道的數(shù)據(jù)記錄。地震數(shù)據(jù)可以以IBM浮點(diǎn)型、IEEE浮點(diǎn)型、整型等格式存儲(chǔ)，在一個(gè)三維工區(qū)中，同一次處理的地震數(shù)據(jù)格式是惟一的。

表1 SEG-Y rev1.0標(biāo)準(zhǔn)下的文件格式

2.1 文件頭

SEG-Y的標(biāo)準(zhǔn)文件頭包括3200字節(jié)的文本文件頭和400字節(jié)的二進(jìn)制文件頭。3200字節(jié)的文本文件頭包括40條(每條共80字節(jié))記錄，用來(lái)保存地震數(shù)據(jù)體的相關(guān)描述信息;而400字節(jié)的二進(jìn)制文件頭中包含了地震數(shù)據(jù)的重要信息，包括該SEG-Y數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)格式、采樣間隔、采樣點(diǎn)數(shù)和測(cè)量單位等，這些信息均存儲(chǔ)在固定的位置，比如，采樣間隔存放在第3217－3218字節(jié)處，每道的采樣點(diǎn)數(shù)存放在第3221－3222字節(jié)處，具體如表2所示。

表2 二進(jìn)制數(shù)據(jù)頭參數(shù)位置示意表

2.2 地震道數(shù)據(jù)

在SEG-Y數(shù)據(jù)中，地震道數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)頭之后，每一道的地震數(shù)據(jù)均包括240個(gè)字節(jié)的道頭信息。道頭信息中包括該地震道的線(xiàn)號(hào)、道號(hào)，采樣點(diǎn)數(shù)、大地坐標(biāo)等參數(shù)，如大地X坐標(biāo)保存在第73－76字節(jié)，大地Y地震保存在第77－80字節(jié)，該道采樣點(diǎn)數(shù)保存在第115－116字節(jié)，該道的采樣間隔保存在第117－118字節(jié)處。

實(shí)際上，地震道數(shù)據(jù)是對(duì)地震信號(hào)的波形按一定的時(shí)間間隔(即前文所說(shuō)的采樣間隔)Δt進(jìn)行取樣，然后把這一系列的離散振幅值記錄下來(lái)。該地震道的采樣點(diǎn)數(shù)是由本道頭數(shù)據(jù)(即240字節(jié))中所定義的采樣點(diǎn)數(shù)決定的，一般來(lái)說(shuō)，大部分的SEG-Y數(shù)據(jù)所有的地震道采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)是相同的，但也有不相同的情況，一般稱(chēng)地震道采樣點(diǎn)不相同的文件叫做變道長(zhǎng)SEG-Y文件。

3 在微機(jī)上訪(fǎng)問(wèn)大體積SEG-Y地震數(shù)據(jù)

要訪(fǎng)問(wèn)SEG-Y地震數(shù)據(jù)，首先要確定的是SEG-Y文件的數(shù)據(jù)格式，是IBM型浮點(diǎn)數(shù)、IEEE型浮點(diǎn)數(shù)，亦或是其它類(lèi)型，這可以通過(guò)讀取二進(jìn)制文件頭信息直接獲取。

3.1 讀取二進(jìn)制格式文件

在通常情況下，地震數(shù)據(jù)的處理都是在Sun或IBM工作站上進(jìn)行，而在這些工作站中，二進(jìn)制的地震數(shù)據(jù)的存放格式與在微機(jī)上的存放格式并不相同，以微機(jī)為例，存放一個(gè)4字節(jié)的浮點(diǎn)數(shù)的格式如表3所示。

其中，由左至右是從高位字節(jié)到低位字節(jié)。而在Sun工作站或IBM工作站中，若1-4字節(jié)依然是由高位至低位，則存儲(chǔ)格式如表4所示，即是由低位至高位存儲(chǔ)，與微機(jī)上面的存儲(chǔ)順序正好相反。

表3 微機(jī)存儲(chǔ)4字節(jié)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的格式

表4 工作站存儲(chǔ)4字節(jié)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的格式

因?yàn)椋粢谖C(jī)上讀取SEG-Y地震數(shù)據(jù)，就必須進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。格式轉(zhuǎn)換可以通過(guò)類(lèi)conversion實(shí)現(xiàn)，conversion的定義如下:

3.2 大體積SEG-Y數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)

目前，地震勘探面向著連片、高精度的方向發(fā)展，地震數(shù)據(jù)的體積變得越來(lái)越大。在一般情況下，三維工區(qū)的地震數(shù)據(jù)所占用的存儲(chǔ)空間的大小可以表示為:

其中，F(xiàn)ileHead_Size為3200字節(jié)的文本文件頭，BinaryHead_Size為400字節(jié)的二進(jìn)制文件頭，Si為第i條地震道的大小。在一般情況下，單個(gè)SEG-Y數(shù)據(jù)文件的體積均達(dá)到4至5個(gè)GB，而目前的SEGY數(shù)據(jù)讀取方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)這樣大體積的數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)。這是因?yàn)椋壳暗臄?shù)據(jù)讀取方法是通過(guò)fseek()函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)文件的隨機(jī)定位，fseek()函數(shù)的原型是:

其中，參數(shù)offset是32位的整型數(shù)據(jù)，因此2GB(231－1字節(jié))是隨機(jī)進(jìn)行文件定位的最大限值。因此可以采用64位函數(shù)對(duì)地震數(shù)據(jù)文件進(jìn)行讀取，原數(shù)據(jù)原型為:

其中，offset為64位的長(zhǎng)整型數(shù)據(jù)，所以理論上可以讀取的數(shù)據(jù)文件的大小為263－1字節(jié)，足夠滿(mǎn)足目前大體積數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)需要。

3.3 讀取地震數(shù)據(jù)

完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后，即可用常規(guī)方法，按道讀取每一地震道上的振幅值，亦可以使用上述文件定位方法隨機(jī)讀取SEG-Y數(shù)據(jù)文件中的某一道。按道順序讀取方法參見(jiàn)圖1所示的流程，隨機(jī)讀取方法參見(jiàn)圖2所示的流程，具體的讀取過(guò)程不是本文研究的重點(diǎn)，在此不再詳述。

4 結(jié)論

基于本文提出的讀取大體積地震數(shù)據(jù)的方法，在微機(jī)上所開(kāi)發(fā)的地震數(shù)據(jù)管理軟件，可以對(duì)多塊工區(qū)的三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取與轉(zhuǎn)換，總數(shù)據(jù)量可以達(dá)200GB至400GB。上述地震數(shù)據(jù)管理軟件應(yīng)用于中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司科技項(xiàng)目《多學(xué)科專(zhuān)家協(xié)同勘探虛擬現(xiàn)實(shí)工作平臺(tái)研制》，可以更為快速準(zhǔn)確地讀取并轉(zhuǎn)換大體積的地震數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)3D虛擬顯示勘探數(shù)據(jù)的任務(wù)目標(biāo)提供可靠支持。

［1］ 陸基孟.地震勘探原理［M］.東營(yíng):石油大學(xué)出版社，1993.

［2］ 牟永光.石油數(shù)據(jù)處理方法［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1999.

Quick Seismic Data Accessing by Computer Programming

SU Xin，DU Xin
(Department of Computer and Information Engineering，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，Hebei，China)

The seismic data is one of the important data in petroleum exploration and production.Because of its complicated format and huge data body，accessing seismic data becomes one of the difficult technical issues in geophysical software development.By analyzing the common format of seismic data，we can find that the key technique in seismic data accessing is the seismic traces’random location in SEG-Y file.This paper puts forward a method of accessing seismic data on PC，we can read the huge body of seismic data directly and access random seismic traces in SEG-Y file.Using this method in seismic data management software，which is included in the technological project“multi-discipline experts explore base on virtual reality environment”of CNPC，we can access the huge body of seismic data more quickly and exactly.

SEG-Y file;random access;seismic data

P315.69

B

1008-9446(2011)02-0020-04

2011-04-08

蘇欣(1981－)，男，河北承德人，承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校計(jì)算機(jī)系助教，碩士，主要研究方向?yàn)槿S虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及石油勘探、模擬軟件數(shù)據(jù)管理。