基于Qt的地震勘探近地表信息管理系統開發與實現

崔慶輝

摘要：近地表信息在地震勘探中具有重要作用，在整個勘探投資中占有較大比重。長期以來業內缺少實用有效的近地表信息管理軟件，導致大部分近地表調查成果丟失、浪費，沒有發揮其應有價值。充分剖析了近地表各種數據特點，根據實際工作需求，以Qt為開發工具研發了近地表信息管理軟件。該軟件減少了勘探投資，多個區塊實際應用表明效果良好。

關鍵詞：地震勘探；近地表信息管理；Qt

DOIDOI：10.11907/rjdk.161195

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2016）005-0104-03

0 引言

在地震勘探中，野外近地表調查是一項必不可少的工作，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]。近地表調查對地震勘探的作用體現在兩個方面：一是為激發井深設計提供依據（高速層激發可保證人工地震波有足夠的能量）；二是近地表調查得到的近地表速度模型，對于解決近地表異常變化引起的靜校正問題至關重要，這一問題在西部地表復雜地區更為突出。

值得注意的是，同一或相近區塊的近地表在時空上具有一定的穩定性和連續性，近地表調查信息不僅在當時具有重要作用，在以后同一或相近區塊進行后續勘探時也有著重要作用。通過充分利用這些信息，可以減少野外調查成本。因此，對近地表信息進行有效管理和利用是一項十分重要的工作。本文以Qt作為開發工具，通過對相關資料的分析，設計合理的數據結構，對不同類型信息進行了可視化，開發了功能完善、操作便捷的近地表信息管理軟件，并在實際勘探中進行了應用。

1 設計思路與方法

近地表信息管理首先是建立工區，通過對各種原始文件的分析和加載建立數據庫，利用豐富的圖形顯示檢查數據的準確性，并對錯誤數據進行修正。在確保數據準確無誤的情況下，實現各種數據的檢索、顯示、處理和輸出。

1.1 文件加載

近地表設計的數據和文件種類較多，對這些數據進行分析是開發前必不可少的工作。近地表調查方法很多，業內對于調查成果的存儲有一定標準，目前大多采用SEG（美國勘探地球物理學家協會）的陸上地震勘探標準SPS，該標準主要包括4個文件，分別以.s、.r、.c、.x為后綴，記錄了地震勘探中所有物理點的大地坐標、海拔、調查點的近地表速度結構以及各物理點之間的聯系。近地表信息管理就是根據SPS標準提取出需要的信息，進行存儲、檢索以及維護，同時輔以必要的圖形顯示和交互功能。

該標準涉及的文件為ASCII格式，以固定列寬存儲相應信息。由于目前野外工作中對該標準的貫徹并不嚴格，導致許多文件以非標準格式存儲，造成數據讀取困難。通過大量文件分析，發現幾乎所有記錄各種信息的列范圍比較混亂。針對該問題，我們設計了SPS文件讀取模板文件，即按照SPS標準對各種信息所在的列范圍進行定義并存儲為一個文本文件，按照該模板規定的列范圍對SPS文件進行讀取。當遇到非標準文件時，只需按照該文件實際的列范圍對模板文件進行修改即可，這極大提高了非標準SPS文件讀取的效率和靈活性。

1.2 數據結構

首先對勘探中涉及的幾個概念進行定義：一般把較大范圍、位置相連或相近的勘探區域稱為探區，對一個探區的勘探基本上會按照該區塊地質情況，分塊、逐步地進行勘探工作，因此將同一探區的一次地震勘探范圍稱為一個工區，在一個工區勘探中涉及的炮點、檢波點、野外調查點，統一稱為站點，每個站點具有一系列的信息與之相對應，見表1。按照以上認識，將基本的數據結構設計為圖1中所示的分級式，通過這種數據結構可快速實現對信息的操作。

1.3 圖形顯示

對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域應用較為廣泛的開發工具，主要基于其優良的跨平臺特性、強大的圖形界面開發、面向對象開發模式，通過編寫少量的代碼就能夠實現各種交互操作，編寫的程序具有較強的靈活性[2]。OpenGL（Open Graphics Library）是定義了一個跨編程語言、跨平臺編程接口的專業圖形程序接口。它用于三維圖像（二維的亦可），是一個功能強大、調用方便的底層圖形庫[3-4]。Qt對OpenGL提供了很好的支持，Qt應用程序可以使用自帶的QtOpenGL模塊繪制三維圖形。

針對近地表信息的多樣性，開發設計了曲線、剖面圖、平面圖、曲面圖幾種圖形顯示方式。

2 主要模塊開發

2.1 向導式工區創建

工區創建涉及到各種文件加載，過程較為繁瑣，因此采用向導式工區創建思路，通過Winzard模塊，用戶可以快捷地創建一個新工區。該模塊通過QTabWidget逐步引導用戶選擇需要的文件和參數，在加載過程中會對數據自動檢查，對出現的錯誤進行中斷提示，確保數據的準確性，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的空間位置及相關屬性，每種物理點用不同的圖標繪制，屬性值用色標加以區分，見圖3。通過該圖可以了解工區內物理點的分布及屬性值的橫向變化。具體應用時可有選擇地隱藏不需要的物理點類型，只顯示關心的物理點類型，也可以實現縮放、旋轉等功能。

2.3 曲線及剖面圖顯示

該模塊主要按照測線號對選定測線上的物理點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構垂直向上的變化，主要包括靜校正量、近地表分層結果等信息。

2.4 三維圖形顯示

該模塊通過對工區進行三角網格劃分，利用等距離反比加權算法對各網格的屬性值進行插值計算，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工區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 工區連片處理

一個較成熟的勘探區塊，往往進行過多次地震勘探工作，隨著勘探人員對地下地質情況認識的深入，需要進行新的地震勘探部署。將相鄰的多個工區地震數據連片處理，可以擴大勘探范圍，對地下的認識更加全面可靠。將歷次近地表調查的數據聯合運用以建立一個統一的近地表模型，是解決連片處理靜校正問題行之有效的方法。

對于近地表數據的聯合應用存在兩個問題：①各工區的數據量巨大，重新建立工區耗時較多；②歷次勘探數據中，野外SPS文件中各物理點在該次勘探中具有一個唯一的編號（稱之為樁號），在不同的勘探中不同的物理點有可能出現樁號重復的現象。

針對以上問題，提出工區融合思路，即將已建立的工區數據進行融合生成新的工區，避免重復導入數據。同時，為了解決不同工區樁號重復的問題，根據選擇的工區順序對各工區樁號重新編排，即：

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

其中A為一個較大數，一般和原始樁號一個數量級。

2.6 靜校正量計算

根據建立的近地表數據庫，可通過計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算[5]，具有高效、快捷的優點，在沙漠、農田等地區處理效果良好。

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檢索。實際應用中，用戶往往需要將數據庫中的近地表信息按照需求輸出，以供使用。針對這一需求，設計了數據輸出模塊，通過兩個QListWidget組件實現這一功能。一個QListWidget組件顯示所有屬性值列表，另一個QListWidget組件顯示選取輸出的屬性值列表，結果以ASCII格式輸出，見圖5。

3 應用實例

通過對中石化新疆探區歷年來的近地表調查資料，利用本軟件建立了近地表信息數據庫，對相連工區進行連片處理，計算統一靜校正量。

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

4 結語

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，導致大量的近地表調查成果丟失或閑置，造成了不必要的浪費。通過野外近地表調查建立近地表速度模型，可為激發井深設計提供重要依據，并能解決地震勘探靜校正問題。利用Qt的優良特性研發的近地表信息管理軟件，有效地解決了這一問題，節省了勘探開支，充分發揮了已有資料的利用價值，在實際應用中取得了顯著效果，值得推廣。

參考文獻：

[1]成愛民，劉懷山，劉斌.西部地區近地表調查技術研究及應用[J].海洋地質動態，2006， 22（ 2）：29-31.

[2]張元鵬，梁晨，吳文佳. 基于QT的能量比法地震波初至拾取系統設計[J].石油地球物理勘探，2010，45（1）：156-159.

[3]石瓊，沈春林，譚皓.基于Opengl 的三維建模實現方法[J].計算機工程與應用，2004（18）：122-124.

[4]王丹，平西建. OpenGL在深度數據的三維表面重建中的應用研究[J].計算機工程與應用， 2004（17）：129-131.

[5]陳志德，盧福珍，王忠吉. 基于表層數據庫模型約束的組合靜校正技術[J].大慶石油地質與開發， 2008，27（1）：139-142.

（責任編輯：杜能鋼）