M-TEM數據擬地震剖面圖繪制技術與實現

胡建平，趙昆明

（天津城建大學 數字城市與虛擬現實實驗室，天津 300384）

信息科學與技術

M-TEM數據擬地震剖面圖繪制技術與實現

胡建平，趙昆明

（天津城建大學 數字城市與虛擬現實實驗室，天津 300384）

瞬變電磁法（M-TEM）數據擬地震處理與解釋的研究工作是瞬變電磁法數據精細解釋的一個重要研究方向.面對M-TEM資料的海量數據，數據的可視化技術顯得尤為重要.筆者對MTEM擬地震剖面顯示技術進行了研究，并在VC++開發環境下完成了剖面圖的繪制；得到了MTEM數據最基本的、最實用化的解釋及結果可視化，并實現了設備無關性.

瞬變電磁法；可視化；設備無關性

瞬變電磁法數據擬地震處理與解釋的研究工作是瞬變電磁法數據精細解釋的一個重要研究方向.地震勘探技術［1］在地球物理探測領域的重要作用和地位已經獲得共識.它在地下地質結構探測、石油天然氣勘探等領域得到了廣泛的應用.而瞬變電磁法作為一種重要的地球物理方法，在探查煤礦突水構造［2］、地下水響應探測［3］、金屬礦產資源探測領域發揮著重要的作用.然而，由于瞬變電磁場起步晚，且瞬變電磁法是基于電磁場的擴散式傳播［4］，其正演模擬和反演計算［5］的難度要大于地震勘探技術，使得瞬變電磁法的精細解釋技術的發展相對滯后.但是，瞬變電磁擴散場域地震波場之間存在數學上的對應關系［6］，使得瞬變電磁數據的解釋工作可以借鑒地震勘探方法中某些比較成熟的解釋技術.

M-TEM 多通道大功率電法勘探儀通過借鑒地震勘探的觀測方式和觀測系統來進行資料的采集，能夠推動瞬變電磁法擬地震解釋技術的發展.面對M-TEM 資料的海量數據，數據的可視化技術顯得尤其重要.盡管地震勘探數據處理系統有功能完善的剖面生成程序，但由于 M-TEM的數據格式和處理平臺與地震數據處理系統有顯著的不同，導致地震剖面顯示的專用軟件不能直接用于 M-TEM數據.因此，基于windows操作系統下的M-TEM擬地震數據可視化軟件的開發是必須的.

1 算法設計

（1）接收輸入的參數：將文件名存入到變量FileName中；將X軸和Y軸顯示比例分別存入到變量 XScale和 YScale中；將波形顯示類型存入到變量 WaveForm中；將起始道號和終止道號分別存入到變量BeginTrace和EndTrace中；將開始時間和結束時間分別存入到變量BeginTime和EndTime中；將道號順序存入到變量m_reverseFlag中.

（2）讀取道頭第 58字號中存儲的本道的采樣點數，將其存入變量 OneRecordSample；讀取道頭第59字號中存儲的本道的采樣間隔，將其存入變量samplingInterval；獲取文件長度并將其存入變量FileLength.根據采樣點數和道頭長度計算出每道數據在文件中所占長度（包括道頭）并將其存入變量OneRecordLen，OneRecordLen=240+OneRecord Sample*4，然后根據FileLength和OneRecordLen計算出文件中所包含的道的個數，將其存入變量RcordNum，RcordNum=FileLength/ OneRecord Len，為順序讀取每道數據做準備.

（3）對于遍歷數據文件中所有的采樣值，找出其絕對值中最大的值，并將其存入到變量 m_max-Sample，為數據預處理做準備.

（4）多通道大功率電法勘探儀的M-TEM電磁觀測數據量巨大.為實現對海量觀測數據及結果的高效管理及解釋可視化，又能使得野外設備運行內存不足的矛盾得以緩減，需要將 M-TEM電磁觀測數據按一定按規律分批處理，從而提高程序的實用性能.為此設計了數據分批處理的算法.該算法采用讀取一道數據繪制一條波形的方式繪制圖像.

首先讀取第 BeginTrace道中所有的采樣值并將其存入到數組 Data［OneRecordSample］.然后將采樣點的值轉化為自定義坐標系中的點的坐標.每道的偏移量不能超過2倍的道距，X、Y軸顯示比例以及開始時間和結束時間會對點的坐標值產生影響，而且軟件還須滿足設備無關性，因此還須考慮邏輯坐標和物理坐標的映射關系［7］.綜合考慮以上因素，在將采樣值轉化為點的坐標時做以下處理.

其中：pt是一個POINT類型的數組；m_dotNum代表每道波形中點的個數；m_dotNum=EndTime* 1，000/samplingInterval-（BeginTime-1）*1，000/ samplingInterval；xOneCentimeterPixels和 yOne CentimeterPixels分表代表顯示器每厘米所包含的像素點數；X0和 Y0分別代表自定義的坐標系的原點坐標.最后根據點繪制波形.第 BeginTrace道的波形繪制完成以后接著繪制第BeginTrace+1道的波形，依次類推，直到繪制完第EndTrace道的波形，剖面圖繪制完成.

2 軟件開發流程

2.1 軟件算法實現流程

根據算法設計軟件開發流程，如圖1所示.

2.2 軟件接口設計

2.2.1 用戶界面

根據需求分析的結果，用戶需要一個友善界面，在界面設計上應做到簡單明了，易于操作，并且要注意到界面的布局，應該突出地顯示重要信息.外觀上也要做到合理化.總的來說，系統的用戶界面應盡量可靠、簡單、易學、易用.

圖1 程序流程

考慮到絕大部分用戶對WINDOW風格比較熟悉，故在界面設計上使用 VISUAL C++所提供的可視化組件.

2.2.2 硬件接口

系統利用鍵盤、鼠標輸入設備輸入數據及指令，利用顯示器及打印機輸出圖形數據，系統的輸入輸出使用 VC++的標準輸入/輸出對輸入進行處理.

2.2.3 數據接口

本程序包含多種數據接口：

（1）多通道大功率電法勘探儀的M-TEM專用數據格式，即非標準SEG-Y磁帶數據格式［8］的接口；

（2）為適用于部分特定程序的數據格式，軟件同時提供設計了 ASC-II順序文件格式、TXT等文件讀取接口.

3 應用實例

利用實際的多通道大功率電法勘探儀 M-TEM電磁數據來檢驗軟件，實現了對 M-TEM電磁數據的圖形可視化解釋，有效地驗證了軟件的可靠性和實用性.測試用數據文件的采樣點數為 200，采樣間隔為500，μs，具體運行效果如下.

（1）XScale參數用于設置距離軸方向每厘米顯示的波形道數.每厘米顯示 1道波形，如圖2所示.經實際測量驗證，符合工業制圖標準.

（2）YScale參數用于設置時間軸方向每厘米顯示多少ms的數據.以每厘米顯示20，ms的數據為例進行繪圖測試，經實際測量驗證，符合工業制圖標準，繪圖效果如圖3所示.

圖2 1道/cm顯示效果

圖3 20 ms/cm顯示效果

（3）Wavestyle包括四種波形顯示類型.分別為只顯示波形、只顯示變面積、同時顯示波形和變面積（正值區以黑色填充，負值區不填充）和同時顯示波形和變面積（正值區以藍色填充，負值區以黑色填充）.經實際測試，波形顯示效果符合預期.只顯示波形和只顯示變面積的效果如圖4、5所示.

圖4 單波形顯示效果

（4）起始道號與終止道號的選擇：起始道號應小于或等于終止道號，終止道號應小于或等于文件中的數據道個數；以繪制第3道至第10道的波形為例進行測試，波形圖繪制無誤，如圖6所示.

圖5 單變面積顯示效果

圖6 3～10道波形繪制效果

（5）起始與結束時間選擇：以繪制10～60，ms之間的數據為例進行測試，波形圖繪制無誤，如圖7所示.

圖7 10～60 ms數據繪制效果

4 結 語

本軟件結合實際需求分析，設計并實現了 MTEM 一維資料解釋軟件，實現了對海量數據的管理和結果可視化，并實現了設備無關性以達到應用于工業制圖的目的.從繪制結果來看，比較真實的反映了數據間的關系，提高了數據解譯的可靠性.

［1］陸基孟.地震勘探原理［M］.山東：石油大學出版社，2004.

［2］韓德品，郭林生，趙利利，等.瞬變電磁法快速探查煤礦突水構造關鍵技術及應用效果［J］.煤田地質與勘探，2014，42（6）：97-100.

［3］葛燕燕，傅雪海，舍建忠，等.煤層氣井排采時地下水響應瞬變電磁法探測研究［J］.煤炭科學技術，2014，42（12）：98-101.

［4］薛國強，李 貅，底青云.瞬變電磁法理論與應用研究進展［J］.地球物理學進展，2007，22（4）：1195-1200.

［5］薛國強，李 貅，底青云.瞬變電磁法正反演問題研究進展［J］.地球物理學進展，2008，23（4）：1165-1172.

［6］PLOTNIKOV A E.Evaluation of limitations of the transient electromagnetic method in shallow-depth studies：numerical experiment［J］.Russian Geology and Geophysics，2014，55（7）：907-914.

［7］孫家廣.計算機圖形學［M］.北京：清華大學出版社，1998.

［1］李 捷，王 輝.基于微機的三維地震資料可視化系統的數據格式及數據存取［J］.大慶石油學院學報，2005，29（6）：22-28.

Technology and Implementation of M-TEM Data Seismic Profile Graph Drawing

HU Jianping，ZHAO Kunming
（Digital City & Virtual Reality Laboratory，TCU，Tianjin 300384，China）

The research work of proposed seismic processing and interpretation of the transient electromagnetic method data are the important research direction of fine interpretation of the transient electromagnetic method data.Faced with the massive data of M-TEM，data visualization is particularly important.Seismic profiles displaying technology for M-TEM has been studied in this paper.And the study has achieved the software in Visual C++ development environment，and Deviceindependent has also been brought about.

transient electromagnetic method；visualization；device-independent

P631.325

A

2095-719X（2016）03-0223-04

2015-05-30；

2015-06-17

國家重大科研裝備研制項目（ZDYZ2012-01-05）

胡建平（1957—），男，陜西榆林人，天津城建大學教授，博士.