地震数据体的可视化

三维地震勘探技术是地球物理勘探中最重要的方法，也是当前全球石油、天然气、煤炭等地下天然矿产的主要勘探技术。地震勘探从20世纪30年代的二维地震、80年代的三维地震，到现今的四维地震及多类型属性数据体，人们能够得到和利用的信息越来越丰富。随着高精度数据采集、连片处理等技术的发展，地震数据体资料分辨率越来越高，容量也越来越大，经过地震资料处理的叠后数据体也会达到数千兆字节到数十千兆字节不等。

对于地震数据体的三维可视化方法通常可根据绘制过程中数据描述方法的不同而分为两大类:一类是通过几何单元拼接拟合物体表面来描述物体三维结构的，称为表面绘制方法，又称间接绘制方法;另一类是直接将体素投影到显示平面的方法，称为体绘制方法。

为了研究地震数据体的可视化方法，首先要了解地震数据体的组织方式，然后了解各种体绘制方法，许多可视化方法都与组织方式密切相关，通过数据组织和方法的优化来不断地提高可视化的效率。

1．常用数据特点

常规地震数据体组织结构解析地震数据一般以地震道为单位进行组织，采用SEG-Y文件格式存储。SEG-Y格式是由SEG(Societyof Exploration Geophysicists)提出的标准磁带数据格式之一，它是石油勘探行业地震数据的最为普遍的格式。标准SEG-Y文件一般包括三部分，从图7-9中可以看出第一部分是EBCDIC文件头(3200字节)，由40个卡组成(例如:每行80个字符×40行)，用来保存一些对地震数据体进行描述的信息;第二部分是二进制文件头(400字节)用来存储描述SEG-Y文件的一些关键信息，包括SEG-Y文件的数据格式、采样点数、采样间隔、测量单位等一些信息，这些信息一般存储在二进制文件头的固定位置上;第三部分是实际的地震道，每条地震道都包含240字节的道头信息和地震道数据。道头数据中一般保存该地震道对应的线号、道号、采样点数、大地坐标等信息，但一些关键的参数位置(如线号、道号在道头中的位置)并不固定。地震道数据是对地震信号的波形按一定时间间隔进行取样，再把这一系列的离散振幅值以某种方式记录下来。地震数据格式可以是IBM浮点型、IEEE浮点型、整型、长整型等，一个三维地震工区同一次处理的地震数据格式是唯一的。地震道采样点数由该地震道道头中采样点数决定，大部分SEG-Y文件的所有地震道采样点数是一致的，但也存在不同地震道采样点数不同的情况，一般称这种SEG-Y文件为变道长格式的SEG-Y文件。

图7-9 SEG-Y地震数据体的组织方式

由于SEG-Y标准出来时，还没有三维采集技术，当时完全可以满足二维地震测线存储的要求，另外当时数据体较大，当时的磁盘容量也受限，这种标准也是针对磁带的顺序存储来专门设计的，后来三维地震采集技术出现后，该SEG-Y标准就对道头字进行扩展，将测线号和CDP号存储在指定的道头中，但在存储时按主测线的顺序来存储，采用这种方式实现地震数据访问的主要优点是访问主测线的数据时，速度很快，但在显示联络测线或任意测线的地震剖面时，构成这条剖面的地震道在文件中是不连续的，对于变道长格式的SEG-Y文件更是难以处理。

2．LOD多级组织技术

在超大规模三维体数据处理过程中，应用八叉树对数据进行分解，按需要分级导入，可以实现对大规模三维数据局部进行快速可视化。但是当需要对全局或者对超过计算机容量的较大局部进行概览和分析时，此方法无法实现，因此需要应用LOD技术。该技术通常对每一原始数据场建立几个不同逼近精度的几何模型。与原始模型相比，每个模型均保留一定层次的细节。结点结构中的结点序号是从1开始对八叉树自顶向下、自左向右按层进行的顺序编号，结点序号和空间数据编码为一一对应关系。

3．LDM体绘制方法

应用LDM数据格式实现数据体的绘制流程如图7-10所示，首先，SEG-Y格式的数据包含全部的分辨率即最高分辨率，通过转换器将SEG-Y格式的体数据转换为LDM的数据格式，并保存到磁盘中。其次，磁盘中的数据在转换过程中又生成低分辨率和中间一层的分辨率数据，这样数据量会增加15%～20%，当然也会增大占用的磁盘空间，此时磁盘存储了多个层次的分辨率数据。然后，当程序要绘制体数据时，数据分块加载到内存，先加载分辨率最低层次的数据，其次是中间一级的，当需要观察数据的细节，即数据体表面占屏幕区域较大时，程序会控制加载最高分辨率的数据，从而实现数据体绘制逐渐清晰的过程。

图7-10 地震数据体的LDM格式绘制过程

由于三维地震数据体具有数据量大、属性多的特点，为了使用户更好地观察和研究，需要给用户提供多种交互方式，使用户可以通过不同角度、不同方法来观察数据体的内外部属性，快速了解数据特征。当某些数据的转换正在进行时，用户可以同时观察某个测线或者保存等进行其他操作，而不必等待数据转换结束再去做其他操作。用户可以进行多种操作，如选取任意测线、水平切片，选择连井测线，对感兴趣区域的获取，层位的拾取或单独显示，拾取某个井筒的十字剖面都可以清楚地对地震数据体的内部结构，地层变化及地形特点有进一步的观察。用户可以自定义不同的颜色模式，设置数据体某些属性的颜色表示方式，颜色图例给用户以直观的属性表达。