胡建平，趙昆明

（天津城建大學(xué) 數(shù)字城市與虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384）

信息科學(xué)與技術(shù)

M-TEM數(shù)據(jù)擬地震剖面圖繪制技術(shù)與實(shí)現(xiàn)

胡建平，趙昆明

（天津城建大學(xué) 數(shù)字城市與虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384）

瞬變電磁法（M-TEM）數(shù)據(jù)擬地震處理與解釋的研究工作是瞬變電磁法數(shù)據(jù)精細(xì)解釋的一個(gè)重要研究方向.面對(duì)M-TEM資料的海量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)顯得尤為重要.筆者對(duì)MTEM擬地震剖面顯示技術(shù)進(jìn)行了研究，并在VC++開發(fā)環(huán)境下完成了剖面圖的繪制；得到了MTEM數(shù)據(jù)最基本的、最實(shí)用化的解釋及結(jié)果可視化，并實(shí)現(xiàn)了設(shè)備無關(guān)性.

瞬變電磁法；可視化；設(shè)備無關(guān)性

瞬變電磁法數(shù)據(jù)擬地震處理與解釋的研究工作是瞬變電磁法數(shù)據(jù)精細(xì)解釋的一個(gè)重要研究方向.地震勘探技術(shù)［1］在地球物理探測(cè)領(lǐng)域的重要作用和地位已經(jīng)獲得共識(shí).它在地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)、石油天然氣勘探等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)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(gòu)造［2］、地下水響應(yīng)探測(cè)［3］、金屬礦產(chǎn)資源探測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用.然而，由于瞬變電磁場(chǎng)起步晚，且瞬變電磁法是基于電磁場(chǎng)的擴(kuò)散式傳播［4］，其正演模擬和反演計(jì)算［5］的難度要大于地震勘探技術(shù)，使得瞬變電磁法的精細(xì)解釋技術(shù)的發(fā)展相對(duì)滯后.但是，瞬變電磁擴(kuò)散場(chǎng)域地震波場(chǎng)之間存在數(shù)學(xué)上的對(duì)應(yīng)關(guān)系［6］，使得瞬變電磁數(shù)據(jù)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(shù).

M-TEM 多通道大功率電法勘探儀通過借鑒地震勘探的觀測(cè)方式和觀測(cè)系統(tǒng)來進(jìn)行資料的采集，能夠推動(dòng)瞬變電磁法擬地震解釋技術(shù)的發(fā)展.面對(duì)M-TEM 資料的海量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)顯得尤其重要.盡管地震勘探數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有功能完善的剖面生成程序，但由于 M-TEM的數(shù)據(jù)格式和處理平臺(tái)與地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有顯著的不同，導(dǎo)致地震剖面顯示的專用軟件不能直接用于 M-TEM數(shù)據(jù).因此，基于windows操作系統(tǒng)下的M-TEM擬地震數(shù)據(jù)可視化軟件的開發(fā)是必須的.

1 算法設(shè)計(jì)

（1）接收輸入的參數(shù)：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(hào)和終止道號(hào)分別存入到變量BeginTrace和EndTrace中；將開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間分別存入到變量BeginTime和EndTime中；將道號(hào)順序存入到變量m_reverseFlag中.

（2）讀取道頭第 58字號(hào)中存儲(chǔ)的本道的采樣點(diǎn)數(shù)，將其存入變量 OneRecordSample；讀取道頭第59字號(hào)中存儲(chǔ)的本道的采樣間隔，將其存入變量samplingInterval；獲取文件長(zhǎng)度并將其存入變量FileLength.根據(jù)采樣點(diǎn)數(shù)和道頭長(zhǎng)度計(jì)算出每道數(shù)據(jù)在文件中所占長(zhǎng)度（包括道頭）并將其存入變量OneRecordLen，OneRecordLen=240+OneRecord Sample*4，然后根據(jù)FileLength和OneRecordLen計(jì)算出文件中所包含的道的個(gè)數(shù)，將其存入變量RcordNum，RcordNum=FileLength/ OneRecord Len，為順序讀取每道數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備.

（3）對(duì)于遍歷數(shù)據(jù)文件中所有的采樣值，找出其絕對(duì)值中最大的值，并將其存入到變量 m_max-Sample，為數(shù)據(jù)預(yù)處理做準(zhǔn)備.

（4）多通道大功率電法勘探儀的M-TEM電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)量巨大.為實(shí)現(xiàn)對(duì)海量觀測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)果的高效管理及解釋可視化，又能使得野外設(shè)備運(yùn)行內(nèi)存不足的矛盾得以緩減，需要將 M-TEM電磁觀測(cè)數(shù)據(jù)按一定按規(guī)律分批處理，從而提高程序的實(shí)用性能.為此設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)分批處理的算法.該算法采用讀取一道數(shù)據(jù)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(shù)組 Data［OneRecordSample］.然后將采樣點(diǎn)的值轉(zhuǎn)化為自定義坐標(biāo)系中的點(diǎn)的坐標(biāo).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(shí)間和結(jié)束時(shí)間會(huì)對(duì)點(diǎn)的坐標(biāo)值產(chǎn)生影響，而且軟件還須滿足設(shè)備無關(guān)性，因此還須考慮邏輯坐標(biāo)和物理坐標(biāo)的映射關(guān)系［7］.綜合考慮以上因素，在將采樣值轉(zhuǎn)化為點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)做以下處理.

其中：pt是一個(gè)POINT類型的數(shù)組；m_dotNum代表每道波形中點(diǎn)的個(gè)數(shù)；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(diǎn)數(shù)；X0和 Y0分別代表自定義的坐標(biāo)系的原點(diǎn)坐標(biāo).最后根據(jù)點(diǎn)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(fā)流程

2.1 軟件算法實(shí)現(xiàn)流程

根據(jù)算法設(shè)計(jì)軟件開發(fā)流程，如圖1所示.

2.2 軟件接口設(shè)計(jì)

2.2.1 用戶界面

根據(jù)需求分析的結(jié)果，用戶需要一個(gè)友善界面，在界面設(shè)計(jì)上應(yīng)做到簡(jiǎn)單明了，易于操作，并且要注意到界面的布局，應(yīng)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(tǒng)的用戶界面應(yīng)盡量可靠、簡(jiǎn)單、易學(xué)、易用.

圖1 程序流程

考慮到絕大部分用戶對(duì)WINDOW風(fēng)格比較熟悉，故在界面設(shè)計(jì)上使用 VISUAL C++所提供的可視化組件.

2.2.2 硬件接口

系統(tǒng)利用鍵盤、鼠標(biāo)輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù)及指令，利用顯示器及打印機(jī)輸出圖形數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的輸入輸出使用 VC++的標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出對(duì)輸入進(jìn)行處理.

2.2.3 數(shù)據(jù)接口

本程序包含多種數(shù)據(jù)接口：

（1）多通道大功率電法勘探儀的M-TEM專用數(shù)據(jù)格式，即非標(biāo)準(zhǔn)SEG-Y磁帶數(shù)據(jù)格式［8］的接口；

（2）為適用于部分特定程序的數(shù)據(jù)格式，軟件同時(shí)提供設(shè)計(jì)了 ASC-II順序文件格式、TXT等文件讀取接口.

3 應(yīng)用實(shí)例

利用實(shí)際的多通道大功率電法勘探儀 M-TEM電磁數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì) M-TEM電磁數(shù)據(jù)的圖形可視化解釋，有效地驗(yàn)證了軟件的可靠性和實(shí)用性.測(cè)試用數(shù)據(jù)文件的采樣點(diǎn)數(shù)為 200，采樣間隔為500，μs，具體運(yùn)行效果如下.

（1）XScale參數(shù)用于設(shè)置距離軸方向每厘米顯示的波形道數(shù).每厘米顯示 1道波形，如圖2所示.經(jīng)實(shí)際測(cè)量驗(yàn)證，符合工業(yè)制圖標(biāo)準(zhǔn).

（2）YScale參數(shù)用于設(shè)置時(shí)間軸方向每厘米顯示多少ms的數(shù)據(jù).以每厘米顯示20，ms的數(shù)據(jù)為例進(jìn)行繪圖測(cè)試，經(jīng)實(shí)際測(cè)量驗(yàn)證，符合工業(yè)制圖標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)顯示波形和變面積（正值區(qū)以黑色填充，負(fù)值區(qū)不填充）和同時(shí)顯示波形和變面積（正值區(qū)以藍(lán)色填充，負(fù)值區(qū)以黑色填充）.經(jīng)實(shí)際測(cè)試，波形顯示效果符合預(yù)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(hào)與終止道號(hào)的選擇：起始道號(hào)應(yīng)小于或等于終止道號(hào)，終止道號(hào)應(yīng)小于或等于文件中的數(shù)據(jù)道個(gè)數(shù)；以繪制第3道至第10道的波形為例進(jìn)行測(cè)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(jié)束時(shí)間選擇：以繪制10～60，ms之間的數(shù)據(jù)為例進(jìn)行測(cè)試，波形圖繪制無誤，如圖7所示.

圖7 10～60 ms數(shù)據(jù)繪制效果

4 結(jié) 語

本軟件結(jié)合實(shí)際需求分析，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了 MTEM 一維資料解釋軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海量數(shù)據(jù)的管理和結(jié)果可視化，并實(shí)現(xiàn)了設(shè)備無關(guān)性以達(dá)到應(yīng)用于工業(yè)制圖的目的.從繪制結(jié)果來看，比較真實(shí)的反映了數(shù)據(jù)間的關(guān)系，提高了數(shù)據(jù)解譯的可靠性.

［1］陸基孟.地震勘探原理［M］.山東：石油大學(xué)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(gòu)造關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用效果［J］.煤田地質(zhì)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(shí)地下水響應(yīng)瞬變電磁法探測(cè)研究［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42（12）：98-101.

［4］薛國(guó)強(qiáng)，李 貅，底青云.瞬變電磁法理論與應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2007，22（4）：1195-1200.

［5］薛國(guó)強(qiáng)，李 貅，底青云.瞬變電磁法正反演問題研究進(jìn)展［J］.地球物理學(xué)進(jìn)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1998.

［1］李 捷，王 輝.基于微機(jī)的三維地震資料可視化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式及數(shù)據(jù)存?。跩］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，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(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目（ZDYZ2012-01-05）

胡建平（1957—），男，陜西榆林人，天津城建大學(xué)教授，博士.