（地质工程专业论文）地震数据管理系统的设计与实现.pdf

地震数据管理系统的设计与实现 周霞地质工程 指导教师：张军华教授 摘要 胜利油田勘探开发4 0 年来，积累了宝贵的海量地震勘探信息。随着 勘探工作难度不断加大，勘探步伐越来越快，这些宝贵的数据和成果信 息成为进一步揭示胜利油田“地质大观园”最有效和最直接的依据。 分析了目前地震勘探工作对数据管理与应用的需求，设计了地震数 据管理系统整体框架，探讨研究了地震数据压缩、地震数据成像、c g m 成果图形解析与显示等关键技术问题，设计实现了地震勘探信息综合应 用的数据管理平台、数据查询和可视化展示平台，使研究人员能够方便、 灵活地利用胜利油田勘探数据库的丰富资源，收集数据更加方便、简捷、 齐全。同时设计实现了解释成果管理，为研究人员提供了数据保存共享 的空间，使无纸化定井成为可能。 研究过程中选取实验项目在数据收集整理、成果图档管理、现场论 证等方面进行了测试与实验，取得了较好的效果。研究实践证明，地震 数据管理系统为今后石油行业勘探领域改变传统的工作流程与模式、有 效推动勘探整体水平的提高探索了一条可行之路，积累了宝贵的经验。 关键词：地震勘探，数据管理，勘探数据库，地震数据压缩，c g m 格式 d e s i g na n di m p l e m e n t o fs e i s m i cd a t a m a n a g e m e n ts y s t e m z h o u x i a d i r e c t e db yp r o f e s s o rz h a n gj u n - h u a a b s t r a c t s h e n g l io i l f i e l dh a s4 0y e a r sh i s t o r yo fe x p l o r a t i o na n dp r o d u c t i o nb y n o w t h e r ew e r em u l t i t u d i n o u sv a l u a b l ed a t ab e i n gc o l l e c t e d ，a l o n gw i t ht h e h a r dw o r ka n dr a p i ds t e po ne x p l o r a t i o na r e a ，t h e s ed a t aa r eg e t t i n gm o r ea n d m o r ei m p o r t a n t h e r e ，t h ea u t h o ra n a l y z e dt h er e q u i r e m e n to fc u r r e n ts e i s m i ce x p l o r a t i o n a n dd e s i g n e da na d v a n c e ds o l u t i o nf o rs e i s m i cd a t am a n a g e m e n ta n d a p p l i c a t i o n t h ee f f i c i e n tr e s e a r c hw o r ko nc o m p r e s s i o no fs e i s m i cd a t a , i m a g i n go fs e i s m i cd a t a ，a n a l y s i so fc g mi n t e r p r e t a t i o ng r a p hh a sb e e n d i s c u s s e d m o r ed e t a i l sw e r eg i v e no nh o wt od e s i g na n di m p l e m e n tt h ed a t a m a n a g e m e n tf i a t ，d a t aq u e r yf i a ta n dv i s i b l ei n f o r m a t i o nf i a t i tw i l lb ev e r yu s e f u lt od e v e l o pt h e s et o o l s f o rr e s e a r c hm a n ，t h e yc a n g e td a t ae a s i l yt h a nb e f o r ea n ds h a r et h ei n f o r m a t i o nw i t ho t h e rp e o p l e f o r m a n a g e gt h ep r o g r e s so fp r o j e c t e a r lb em a s t e r e da t a n ym o m e n t f o r d e c i s i o n m a k e r , t h ep l e n t i f u lv i s i b l ed a t aw i l lb em o r er e l i a b l et h a ne v e r a s t u d yc a s ew a ss e l e c t e di nt h ep r o c e s so ft h er e s e a r c h t h ee x p e r i e n c e 0 1 3d a t ag a t h e r i n g ，r e s e a r c hf i l e m a n a g e m e n t ，w e l ld e c i s i o n - m a k i n gw a s s a t i s f i e d i tw a s p r o v e dt h a tt h es o l u t i o ni sr e a l l yag o o dw a yf o rt h ef u t u r e s e i s m i ce x p l o r a t i o nw o r k k e yw o r d s ：s e i s m i ce x p l o r a t i o n ，d a t am a n a g e m e n t ，e x p l o r a t i o nd a t a b a s e ，s e i s m i c d a t ac o m p r e s s i o n ，c g mf o r m a t 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 签名：监2 0 0 5 年，p 月 矿日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 豳夔 譬址和 一f 年，月宁 日 丽年p 月p 日 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 第1 章前言 石油工业是高风险、技术密集型的行j 世，在一定程度上也是依赖信 息而生存和发展的行业先进技术含量越高，则勘探成果也越大。 胜利油田已有4 0 多年的勘探历程，目前属于较高成熟探区。随着石 油勘探工作的不断深入，勘探的难度不断地加大，主要表现在：l 、发现 油气藏的规模逐渐减小；2 、发现油气藏的类型也不断复杂化；3 、年发 现石油地质储量的数量也逐渐减少；4 、发现单位石油地质储量的投入逐 渐增加；5 、用于勘探的新方法、新技术越来越多”1 。 从“七五”以来的新增探明储量情况看，明显存在油层埋深加大、 油藏规模变小、隐蔽油藏比例逐年增加的趋势，勘探难度越来越大，资 源接替明显不足，而且勘探投入不断攀升，原油生产成本逐年增加。1 。 这是胜利油田勘探开发生产面临的严峻现实。 但是，济阳坳陷位于渤海湾盆地，油气富集，仍然是有利的勘探地 区。据第三次油气资源评价结果，目前的油气探明程度达5 6 5 ，剩余资 源仍然可观，并且，不同构造单元、不同深度、不同层位以及不同类型 的勘探程度也不均衡，其中还蕴藏着很大的勘探潜力，尤其是近年来油 气勘探不断出现的新突破和新发现，也展示了良好的勘探前景。 目前胜利探区的地震资料采集已经全部覆盖完毕，根据国际同行业 的先例，类似的探区一般都要进行五、六次的勘探综合研究，以求深入 了解地下构造，并取得最大的采收率。 在地震勘探活动中积累的大量包括各种图件在内的地质地震信息和 生产管理信息数据是宝贵的有价财产。目前整个济阳坳陷全部覆盖常规 三维地震，部分地区做了三维高分辨率的采集。全区的连片处理工作基 本完成，在不少地区还进行了目标处理和地震反演处理等工作以及地震 地层学、层序地层学、分层段的沉积学研究工作。通过已经完成的近6 0 0 0 中国石油大学( 华东) 硕十论文 第1 章前言 n 探井，积累了丰富的地质资料，为多部门、跨专业的协同工作综合研 究奠定了基础。这些宝贵的数据和成果信息是进一步揭示胜利油田“地 质大观园”最有效和最直接的依据。 因此，在石油行业勘探工作向着精细化，复杂化、深层化和多学科 化方向发展的形势下，只有利用先进的信息化技术，有效存储、管理和 应用这些数据、图形、图象信息，才能有效促进油田增储上产。以勘探 井位部署为例，作为勘探工作中的重要环节，在井位部署的各个阶段中， 无论是确定目标区块、确定勘探目标的油气藏类型、利用三维地震资料 进行构造解释、砂岩体地震追踪和综合解释，还是参照区块内或周围已 钻井各类地质数据，如已钻探井或开发井位嚣、所钻层位、岩电柱状图、 试油试采数据、岩心测试数据等、编绘过目标井位的地层储层对比图、 预测油藏剖面图、提交地质认识和油气藏评价、圈闭面积、储层厚度及 预测储量等，整个过程中都需要结合各类图形，搜集大量地质、地震、 测井资料等数据进行一系列研究工作，通过地层、储层、油气藏评价等 研究工作及其成果图，最终确定目标井位。 本文通过研究利用先进的信息技术，设计一个地震数据管理系统， 搭建地震勘探信息综合应用的数据管理、数据查询、可视化展示一体化 平台，为研究人员提供项目研究的数据支持与成果瓷料的管理、共享： 为管理部门提供流程管理及时掌握项目进度，提高勘探项目的管理水平 及工作效率；为决策人员用方便直观的方式提供准确可靠的决策依据， 降低决策风险，提升勘探决策水平。通过改变传统的工作流程与模式， 必将有效推动勘探整体水平的提高，为油用的生产和科研发挥重要的作 用! 中国自油大学( 华东) 硕士沦文第2 章地震数据管珲国内外发展趋势 第2 毒地震数据管理国内外发展趋势 21 国外石油行业发展趋势 国际石油行业在科技研发模式上正在发生深刻的改变。 从世界范围看，近年来石油勘探开发领域生产力实现r 三次主要飞 跃。5 0 年代末开始的广泛应用油井测井和二维地震技术实现了勘探开发 生产力的第一次飞跃：8 0 年代的三维地震技术实现了第二次飞跃：9 0 年 代后期，在数据集成的基础上，由单的过程集成扩展到整个石油企业 的信息集成，出现了第三次飞跃。与前两次飞跃不同的是，第三次飞跃 将信息技术的应用从勘探开发数据处理解释上升到了管理和决策层面， 它促使石油企业向信息集成化、管理智能化发展。可以说，在思维方式 上更加强调整体性、系统性和实用性的研究思路，也就是要把研究所涉 及的各个环节和各种要素结合起来作为一个整体统筹考虑。随着科学技 术的不断进步和发展，各种专业与学科之间的界限越来越模糊。在传统 的石油工业上游科技领域中，勘探与开发、钻井与采油、地震与测井等 都是截然分开的，而现在它们之间的彼此交叉和相互渗透e 1 益广泛而深 入，加之生产实践中遇到的问题越来越复杂，在此情况下多学科综合 研究已成为大幅度提高工作效率、获得更大经济效益的重要手段。 由于采用整体化、系统化的研究思路，使石油科技研究的视野越来 越宽阔，高新技术的应用e l 益普遍。目前石油科技研究更加重视用发 展变化的、联系的、综合的思路分析问题和解决问题。高新技术特别是 信息技术已成为石油科技研究实现跨越式发展的重要手段。如今在石油 科技研究中，尢论是数据资料的采集、处理、分析、解释，研究对象的 描述、模拟、测试，还是资料的共享，都离不开高灵敏度、高分辨率的 精密仪器设各和自动化、数字化、智能化、集成化等高新技术。高新技 精密仪器设备和自动化、数字化、智能化、集成化等高新技术。高新技 国石油大学( 华尔) 硕士论文 第2 章地震数据管理国内外发展趋势 术的应用使科技研究的水平和效率大大提高。 一些大的石油公司及企业的勘探开发数据的产生、管理、应用己接 近达到高度集成和自动化程度。在其开放处理环境中，数据库作为所有 应用的基础，其数据结构严密，种类齐全，包括了文字、数字、图像、 图形、空间模型；其应用软件与数据库中的数据有很好的一致性和封装 性；其存取手段和方式灵活多样，既可以本地存取，也可以通过i n t e r n e t 全球远程存取。如c g g 公司的勘探开发数据管理系统，g e o q u e s t 和 l a n d m a r k 公司的勘探开发一体化管理系统等都接近达到了这样的水平。 通过数据库建设高度集成和自动化发展，实现勘探开发数据共存，应用 软件体系的研究发展与数据库建设紧密结合，软件研发与网络技术和数 据库技术成为一体化。 在一体化数据管理基础上进行的地震采集、处理、解释一体化技术 研究己成为勘探信息管理技术的主要发展趋势。传统地球物理勘探工作 方式，通常是在计算机工作站上，通过人机对话方式进行的。如利用地 理信息系统查询勘探区域资料；利用图形窗口系统，选择地震勘探测线、 显示地震剖面、分析地震属性等。缺点是可利用的信息量极少，资料的 收集和所用软件的数据准备耗时过多，不仅原始资料的质量难以保证， 而且处理或解释时可参照的前期成果和其他学科的成果甚少，更难进行 从勘探到开发各个领域有经验专家的即时交流，使项目周期漫长，项目 成果的置信度和利用率都末达到最佳。目前得士古公司大力发展地震采 集、处理、解释一体化技术，使三维地震周期缩短一半以上。委内瑞拉 国家石油公司p d v s a 常q 定了产量从3 2 0 万桶日增加n 6 0 0 万桶日的规划， 所采取的主要技术措施之一就是改进数据管理、大力采用信息新技术。 因此，采用整体化、系统化的研究思路，综合利用先进技术，尤其 是信息技术，促进勘探工作水平和效率的提高，是当前勘探行业面临的 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章地震数据管理国内外发展趋势 一次挑战和机遇。 2 2 国内现状与趋势 八十年代初，中国石油工业部就开始勘探数据库研究和资源建设， 基本建立了以单井及其地质数据为主体的勘探数据库。已研制的应用软 件，虽然多为相对独立、解决单一地质问题的软件，但也见到了初步成 效。1 9 8 9 年，原石油天然气总公司调集总公司范围内的专家，组织国内 著名的院校和研究院所制定了勘探开发数据库的建设标准。 2 0 0 0 年中石化集团公司组织南方各油田信息建设方面的专家根据勘 探技术的发展，制定了集团公司的行业标准，并从传统的井筒资料的管 理扩大到地震资料库、测井曲线库建设。以胜利油田为例，目前已基本 建成以油、气勘探数据为主要内容的勘探数据库系统，包括物探、钻井、 测井、储量、综合研究、非地震物化探、分析化验、生产动态等数据。 但是，与国外先进的油公司相比，国内各大油田地震勘探数据管理 及应用还基本都处于基本建设阶段。一方面数据管理内容尚未覆盖地震 勘探信息的全部，数据库标准未与国际标准接轨。在数据管理上没有完 整配套的管理方案和软硬件系统，数据管理与应用存在脱节现象，尚未 建成规范化、数据、技术与应用一体化的数据中心。另一方面，主要体 现在单项的管理方面的开发和应用，在与生产、研究的结合方面的实际 应用尚处于瓶颈状态，为勘探提供支持和辅助决策服务方面的系统还处 于探索阶段。开发的应用软件仅局限在一般的浏览查询和数据统计等方 面，数据库尚不能实现对勘探生产研究、资料的处理解释等的有效支持， 多数科研机构的科研生产工具项目还需耗费较多的时间来准备所需的数 据，与实际需求还有很大的差距。同时，目前尚无法开展基于数据管理、 网络共享的多学科综合研究，更不能开展多学科工程技术人员的相互交 流和工作支持。 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第3 章地震数据管理系统整体框架没i 第3 章地震数据管理系统整体框架设计 3 1 胜利油田地震勘探数据管理及应用现状 地震勘探是地球物理勘探中一种最重要的的方法。其原理是由人工 制造强烈的震动( 一般是在地下不深处的爆炸) 所引起的弹性波在岩石中 传播时，当遇着岩层的分界面，便产生反射波或折射波，在它返回地面 时用高度灵敏的仪器记录下来，根据波的传播路线和时间，确定发生反 射波或折射波的岩层界面的埋藏深度和形状，认识地下地质构造，以寻 找油气圈闭。 在地震勘探阶段，需要大量的人力物力投入来获取地下有用的地质 和油气信息，随着信息的积累、新技术的应用，人们对地下含油气情况 的认识也逐步加深、逐渐成熟和趋于客观真实。 目前胜利油田已完成2 0 0 0 0 k i n 2 的三维地震资料，花费了大量的资金。 由于地上地下条件的改变，许多资料是不可能再取到的，因此这些记录 的价值更为珍贵。油田所拥有的信息中，数量最大的就是地震数据，每 i o o k m 2 的三维地震资料采集的数据约为3 2 b b ( 3 2 0 亿字节) ，处理后各种 数据总和约为1 0 4 g b 。这些资料是油田的重要资产。随着油田勘探工作的 不断发展，今后地震资料数据将有很大增加。 地震资料数据体的数据量估算： 现以三维l o o k m 2 ，2 5x5 0 施工网格，3 0 次覆盖，记录长度6 s ，2 m s 采 样来计算三维地震资料采集的数据量： ( 4 0 0 2 0 0 3 0 3 0 0 0 4 ) 1 1 ：3 l ，7 6 b 3 2 g b 高密度地震资料l m s 采样，6 0 次覆盖。数据量增加4 倍，l o o k m 2 三维 地震资料的数据量为1 2 8 g b ，因此数据量极为庞大。 以每年新增3 0 0 0 k m 2 的三维地震数据计算，处理后增加包括以下4 部 中国石油人学( 华东) 硕士论文第3 章地震数据管理系统整体框架设计 分： ( 1 ) 野外解编带： 3 0 3 2 g b = 9 6 0 gb ( 2 ) 叠加纯波数据体、偏移纯波数据体、叠加最终成果数据体、偏 移最终成果数据体( 2 5 2 5 网格) 及其相关信息： 3 0 ( 3 2 g b 2 3 0 4 ) ：2 5 6 g b ( 3 ) 加道头的道集和不加道头的数据道集数据： 2 ( 3 0 3 2 g b ) = 1 9 2 0 g b ( 4 ) 速度场数据量( 忽略不计) 则一年总数据量( 按2 5 5 0 的网格计算数据量) ： 9 6 0 g b + 2 5 6 g b + 1 9 2 0 g b = 313 6 g b 即每3 0 0 0 k m 2 高精度勘探地震数据将达到1 3 t b ( 1 t b = i o l 2 b ) 。因此 数据量将非常庞大。只有采用先进的计算机管理技术才可能进行合理的 保存与管理。 通过调研油田地震勘探数据管理情况，发现： l 、存储媒体老化，造成数据丢失 以往大部分资料采用磁带存储，包括各式圆盘磁带、盒式磁带等， 另外还有光盘、胶片以及大批班报，设计书，验收报告等文字资料。许 多磁带因为寿命或一些其他原因出现老化变质、磁带粘连、磁粉脱落， 有的甚至发生磁带损坏或丢失，造成数据丢失或完全失去使用价值，造 成勘探投资的极大损失。 2 、数据管理不当影响了数据的正常使用 有关数据的说明不准确，文档文件与磁带因存放地点不一致，造成 丢失或不匹配：各种应用数据加载时间过长；早期数据没有建立统一的 数据模型，格式混乱，使用数据时需要进行数据转换，过程也复杂，而 中国石油大学( 华东) 硕十论文第3 章地震数据管理系统整体框架设计 且条块分割，也影响了油田内部数据资源共享与交流。另外在地震资料 处理过程中产生的比较有价值的中间数据，由于受当时客观条件的限制 都没有保存。有些重要文档资料虽然保存了，但由于缺乏规范化管理， 难以得到充分利用。当需要重复处理时或连片处理时，不得不从头开始。 这些都是信息资源与时间的极大浪费。 同时，通过调研地震勘探数据使用情况，发现： 1 、资料收集费时费力，成果无法充分共享 地质研究人员在研究工作中，要花费大量的精力搜索工区范围内的 相关资料，进行资料的收集与整理。据国外研究机构调查结果，通常勘 探研究人员真正进行专业研究的时间不至1 j 4 0 ，而收集、整理资料时间甚 至会超过整个研究过程的6 0 。而另一方面一些珍贵的历史资料却分散保 存在各单位甚至个人手中无法共享。 2 、缺乏灵活便捷、丰富多样的数据应用方式 对研究人员来说，一方面在研究过程中产生大量有价值的研究成果， 另一方面，却只能通过携带有限的纸张图件和材料为领导汇报，不能充 分体现研究人员的工作价值。对管理人员来说，统计、分析、管理工作 繁重，缺乏有效的工具。对领导和专家来说，决策时不能看到足够丰富 的数据、成果，难以澄请模糊的地质认识。 因此针对地震勘探过程中存在的问题，需要寻求一种新思路，开 创一种新的工作模式，为研究人员提供项目研究的数据支持与成果资料 的管理、共享：使管理部门及时掌握项目进度，提高勘探项目的管理水 平及工作效率；为决策人员：提供准确可靠的决策依据，降低决策风险， 提升勘探决策水平。 3 2 地震勘探数据管理与应用需求分析 地震勘探研究工作是一项非常复杂的工作通常在前期地质综合研 8 中国彳i 油大学( 华东) 硕士论文第3 章地震数据管理系统整体框架设计 究基础上确定目标区块，确定勘探目标的油气藏类型。对于构造油气藏， 需要利用三维地震资料进行构造解释，做出目的层的构造图。对于岩性 油气藏，需要进行砂岩体地震追踪和综合解释，做出待钻探的砂体图。 尽可能多地收集区块内或周围已钻井各类地质数据，如己钻探井或开发 井位置，所钻层位、岩电柱状图、试油试采数据、岩心测试数据等，根 据不同要求，进行地层研究、储层研究、油气藏评价研究等，并且编制 相应的成果图件：通常要编绘过目标井位的地层对比图、储层对比图、 预测油藏剖面图等，最后提交目标井位的建议书，内容包括：地质认识、 油气藏评价、圈闭面积、储层厚度及预测储量等。最终按照参数井、预 探井、评价井等不同的勘探任务要求，提交不同的成果资料。 因此，在整个过程中需要用到大量的地震勘探数据，并产生丰富的 成果。 通常需要援集整理以下各种前期研究成果资料： ( 1 ) 区域概况( 工区概况、勘探部署图及图册、工区示意图等) 。 ( 2 ) 地质综合研究报告 ( 3 ) 储量上报情况 ( 4 ) 构造特征、沉积特征( 沉积相、沉积类型) 、岩芯分析报告 ( 5 ) 储层特征( 地震剖面图、地震反演剖面图、地质剖面图、储层预 测图、油层对比图、油藏剖面图等图件) 、油藏类型描述、油藏控制因素 ( 6 ) 地震与解释数据( 叠后地震数据体、深度偏移地震数据体、反演 数据体、相干数据体、属性数据体、层位断层解释数据、合成记录) ( 7 ) 并数据( 基础数据、溅井数据、v s p 、分层数据、地层对比示意 图、试油成果、岩心照片、分析化验数据等) 最终，按照参数井、预探井、评价井等不同的勘探任务要求，提交 不同的成果资料： 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第3 章地震数据管理系统整体框架设计 ( 1 ) 井位部署建议报告( w o r d 和p o w e r p o i nl ) ( 2 ) 井位部署申报表( e x c e l ) ( 3 ) 建议井位统计表( e x c e l ) ( 4 ) 主要地震标准反射层构造图( c g m ) ( 5 ) 目的层局部构造井位图( c g m ) ( 6 ) 过设计井的“十”字地震剖面图( 经过解释的) ( c g m ) ( 7 ) 关键连井地震剖面图( 经过标定的) ( 8 ) 过设计井预测油气藏剖面图( c g m ) ( 9 ) 主要目的层段地震相及预测砂体分布图( c g m ) ( 1 0 ) 构造发育剖面图( c g m ) ( 11 ) 预测地层岩性柱状剖面 ( 1 2 ) 测井约束反演剖面图 ( 1 3 ) 特殊处理的地震资料有关图件 ( 1 4 ) 地震属性分析图 ( 15 ) 沉积亚、微相分析图件 ( 1 6 ) 地层对比图 ( 1 7 ) 地层压力预测曲线图 ( 1 8 ) 断层封堵条件分析图 ( 1 9 ) 储层物性参数及敏感性伤害预测报告等。 3 3 地震勘探数据管理与应用设计方案 胜利油田经过十余年的努力，将勘探4 0 年来积累的大量的原始数据 和勘探成果保存并管理起来，建成了个包括地震采集类、地震处理类、 非地震物化探类、录井类、测井类、试油类、分析化验类、综合研究类、 储量类等数据的勘探数据库，已加载录入了自1 9 6 0 年以来近6 0 0 0 口探 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章地震数据管理系统整体框架设计 井、约7 0 0 万条记录的勘探成果数据、6 0 0 0 口探井共1 1 0 2 0 个数据文件 的测井曲线数据体以及2 0 0 0 年以来的生产动态数据。 根据地震勘探的需要，依托胜利油田勘探数据库，增加海量地震数 据以及各类研究成果的管理，提供一套整体解决方案，针对地震勘探工 作中与快节奏的勘探步伐不相适应的现状，达到以下目的： 为研究人员提供一个能够快速、齐全、准确地搜集到各种相关地震 勘探资料的平台，尽可能地缩短一些低效工作的消耗时间，同时把研究 过程中的各种中间成果保存起来，实现资料快速、安全上载，一方面在 项目组内部充分共享，另一方面在全局范围内按照权限共享，以利于今 后的研究。 为管理人员提供一个贯穿地震勘探项目管理过程管理的平台，随时 掌握各个项目的运行情况，为管理人员上传下达提供方便。同时提供灵 活、实用的工具，能够对探并井位进行动态管理，实现有关联的统计分 析，自动给出各类统计表并以图表方式关联显示，能够帮助进行计划与 成效管理。 为决策人员提供一个先进的成果数据展示平台，将勘探各个环节产 生的文档类研究报告、研究成果、幻灯片以及各类绘制的图件等管理起 来，实现基于网络的浏览、查询发布，按照严格的使用权限实现信息的 交流与共享，那么，专家就可以自己灵活掌握时间，提前对资料进行反 复地分析研究，在论证前做到心中有数。同时，在论证现场也不必再要 求汇报人员携带大量的纸质图件，而是需要什么调用什么，真正实现井 位讨论无纸化、多媒体化；同时，可以综合各类以往的历史成果以及其 他国家、地区的勘探成果，建立一个内容丰富的知识库，就可以借鉴不 同地区、不同地质条件下已打探井的实施情况吸取经验、总结教训，能 够在确定井位、地质设计、工程设计中尽可能提高准确度；还可以研究 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第3 章地震数据管理系统整体框架设计 建立辅助决策模型，提出辅助决策方案，比如利用井位部署优选决策模 型，根据勘探意义、地质条件、资料落实程度等指标排队确定实施次序。 根据以上分析，地震勘探数据管理与应用系统解决方案总体框架设 计如下( 见图3 - 3 一1 ) ： 图3 - 3 - 1 地震勘探数据管理与应用系统解决方案总体框架图 l 、提供一个数据管理平台，建立井位论证项目库 研究人员可以将长期积累的资料以及最近的新认识集中到项目库。 按照中石化标准从基础数据库入手建立井位论证项目数据库，为了对各 类数据实行有效地管理和使用“1 ，需要建立项目数据库管理平台，通过 此平台实现工区数据管理( 新建、修改、删除) ，地震数据加载，解释数 据加载，井数据导入，数据的查询，图档数据的上传、修改、分类与检 索等。 对于各类资料的管理，如：地质研究资料，地震及解释资料，测井 及解释资料，试油测试资料，录井动态资料，井位数据表，井位论证报 1 2 中国石油大学( 华东) 硕七论文第3 章地震数据管理系统整体框架设计 告，汇报多媒体，三级储量数据，年度勘探计划，化验分析资料等，不 要求项目组必须全部收集这些资料，但需要把这些资料分门别类的存放。 2 、提供一个可视化展示和查询平台，为井位论证会提供现场展示支 持 可视化平台依托于项目数据库，实现各类数据的现场可视化显示。 在井位部署论证会上，项目组与专家可以在现场使用计算机查看各类工 区数据，包括综合研究报告，各单位提交的设计井位，关键地震剖面， 解释数据，邻井资料，构造图等各类图件，逐渐替代大量的纸质剖面图 件的工作方式，同时提供更为丰富的2 1 ) 3 d 显示，例如将探井叠加在一 张构造图上，从井上导航到井的各类相关资料；或者根据井的类别，如： 已发坐标井，未发坐标井，待钻井，正钻井，完钻井，工业油流并，低 产油井等从图上直观地显示出来，各类井的统计情况同时显示出来。另 外，可以现场显示设计井的目标层位的构造图，过设计井的十字剖面， 现场进行连井剖面的显示，在含有丰富地面信息的g i s 底图上能够显示 工区的概貌，邻井区域内的所有探井、开发井，利用井筒可视化显示功 能显示井的综合录井图，查阅各类测井、录井资料，为研究与决策人员 提供更加直观的决策依据。 3 、依托业务流、数据流分析，提供井位部署工作流程管理平台 在网上实现初审、复审、部署论证、勘探领导审批、发井位坐标、 钻探任务书、项目经理审查、勘探主管部门审批、探井部署申报、归档 接收等部署工作的计算机管理，从而提高部署管理工作的效率。 4 、建立一个知识库，提供井位优选群体决策支持 根据不同领域的专家及最高权威决策者对多项指标的评价，采用局 域决策网技术模式，通过井位部署决策程序，对勘探井位优选进行合作 型群体决策。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章地震数据管理系统整体椎架设训 通过这样一个系统的、完整的解决方案，应该达到以卜目标： 1 ) 使研究人员快速查找到已有的资料，并与其他单位进行资料的 共享。 2 ) 减少论证过程中图纸携带不便的困难。 3 ) 实现汇报现场图文并茂，资料丰富，可以有效地提高汇报质量 和效果。 4 ) 使管理人员及时了解项目进展，高效地组织项目运行。 5 ) 便于管理人员进行探井并位动态管理和统计分析“1 。 6 ) 使决策人员可以事先消化大量的资料，提高井位论证效率。 7 ) 论证时可以查询事先未准备的重要材料，澄清模糊的认识，提 高钻探的成功率。 8 ) 井位论证成果资料有效支持下一阶段的探井生产管理。 4 中国石油大学( 华东) 硕七论文第4 章地震数据管理系统实现中的关键技术 第4 章地震数据管理系统实现中的关键技术 4 1 地震数据压缩技术研究 国内外已经有许多科研机构和公司致力于此项技术的研究。 在目前的地震资料处理和解释过程中，地震数据变得越来越庞大， 如果直接进行存放这些数据，就会占用大量的存储空间，并且由于这些 数据经常在工作站之间通过局域网传输，如重了网络的负担，所以压缩 地震数据显得越来越重要。如果能把数据压缩1 0 倍，那么以前只能存储 1 个未压缩数据体的空间，现在可以存储1 0 个压缩后的数据体，并且传 输压缩后的数据比传输原始数据只需占用1 1 0 的带宽，因此会极大地减 轻网络的负担。 4 1 1 压缩方法的基本理论与分析 由于地震波是一种声波，所以它的许多理论与语音信号、图像信号 非常类似，数据压缩方法也不例外，因此有关地震数据压缩方法的理论 绝大多数都是取自于语音、图像压缩的基础理论”“”。在讨论地震数据 数据压缩之前，有必要对数据压缩的基本理论进行概括性介绍，这些理 论通常适合各种类型数据的压缩。 根据解压缩后的数据与原始数据是否完全一致来分类，数据压缩方 法一般可划分为无损压缩( 1 0 s s l e s sc o m p r e s s i o n ) 和有损压缩( 1 0 s s y c o m p r e s s i o n ) 两大类。无损压缩方法要求在解压缩后得到的信号和原始 信息严格相同，这种压缩方法的压缩效果非常有限，它比较适合文本类 型的数据，对于象地震信号这样的数据，一般很难超过2 ：l 的压缩比； 有损压缩方法的重构数据较之原始数据存在一定的误差，但根据应用的 领域还是可以接受的，对于地震数据，要获得高压缩率就必须采用有损 压缩方法，所以本文讨论的都是有损压缩方法。 ls 中国石油大学( 华东) 硕十论文第4 章地震数据管理系统实现中的关键技术 根据有损压缩的原理进行分类，可以有线性预测压缩l p c 方法、基 于变换的压缩方法、分频带压缩方法和基于知识的压缩方法等。 线性预测压缩方法是一种针对统计冗余进行压缩的方法。对统计冗 余来说，以图像压缩为例，它反映了数据内相邻两像素之间的相关性比 较强，因而一个像素可以由与它相邻的并且已被编码的像素来进行预测 估计，当然，预测是根据某一模型进行的。从理论上讲，只要模型选取 得足够好，则只需存储或传输起始像素与模型参数就可以代替一幅图像。 但是，在实际应用中，预测不会总是正确的与精确的，此时的做法是再 将误差存储或传输。编码方法基本是针对输入的数据是一个平衡过程而 设计的。当输入的数据不是平衡过程时，可采用自适应预测编码方法。 基于变换的压缩方法也是一种针对统计冗余进行的方法“。”1 。所 谓变换编码是将时域信号变换到系数空间( 频域) 上进行处理的方法。 因为由时域映射到频率域总是通过某种变换进行的，所以称为变换编码 方法。在时域上具有强相关的信号反映在频域上是在某些特定区域中能 量集中在起，或者是系数矩阵的分布具有某种规律，利用这些规律从 而达到压缩的目的。常用的变换有k l 变换，离散余弦变换( d c t ) ，离散 小波变换( d w t ) 和离散小波包变换( d w p t ) 等等。 本文将主要讨论基于变换的压缩方法“3 “1 。 4 1 2 基本原理 基于变换的压缩方法( t r a n s f o r m b a s e dc o m p r e s s i o n ) 主要包含三 个过程“：变换( t r a n s f o r m ) 、量化( q u a n t iz a t i o n ) 和编码( c o dj n g ) ，而 解压缩过程正好是这三个过程的逆过程：解码( d e c o d i n g ) 、反量化 ( d e q u a n t iz a t i o n ) 和逆变换，如图4 一l 一1 所示。 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第4 章地震数据管理系统实现中的关键技术 i 困一固一圈! 左菇 一 一 l 传输或存储i i j 解竺且， ! 圈一回一回 图4 一卜1 基于变换的压缩方法 首先，对信号进行某种数学变换，如果不考虑数值计算中的舍入误 差和截断误差，这一步完全是没有损失的。经过变换后的数据具有很强 的规律性，通常信号的主要信息集中在一块相对较小的区域内，也正是 因为这个特点才使高效地压缩成为可能。其次，经过变换以后这些系数 ( 通常用实数表示) 要在量化这一步映射到一个有限的整数集合中，就是 在这一步造成了数据的损失，然而这时较少的字节就能表示这些系数。 最后，利用其他的无损编码技术来减少这些整数系数占用的字节数。 压缩后的数据可以存储傲为备份，或者通过网络传输到异地，再经 过解码、反量化和逆变换后，可以进一步地进行处理或解释。这个过程 称为解压缩过程，或称为重构过程。 在本文中经常出现压缩率的概念，设原始地震数据的字节长度为l o ， 压缩后的字节长度为l c ，则压缩率r 为： r = l 。，l 。 ( 4 1 ) 按此定义，4 ：1 的压缩率就是指用4 个字节表示的数据压缩以后可 以用1 个字节表示。 下面对变换、量化和编码三个步骤分别进行讨论。 ( 1 ) 变换( t r a n s f o r m ) 在变换过程中除去舍入误差和截断误差外，本质上是无损失的a 经 过适当的变换可以把时域信号变换到频域信号，在时域上具有强相笑的 信号反映在频域上是在某些特定区域中能量集中在一起，或者是系数矩 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第4 章地震数据管理系统实现中的关键技术 阵的分布具有某种规律，利用这些规律从而达到压缩的目的。常用的变 换有k l 变换，离散余弦变换( d c t ) ，离散小波变换( d w t ) 和离散小波包变 换( d w f i ) 等等。 ( 2 ) 量化( q u a n t i z a t i o n ) 简单说来就是通过减少精确度( 经常是把实数映射到一个有限整数 集) 来减少存储一个整数所需比特数的过程。量化可以分成：分级量化( 每 个样点单独进行量化) 和矢量量化( 把样点分组进行量化) 。 如果把量化算法组成一个功能模块，就称为量化器。因为量化这一 步会损失数据的精确度，所以量化器设计的好坏将直接影响到数据的损 失程度，对于图像和语音数据的量化器虽然也可以用于地震数据，但不 能得到最好的效果，所以应该对地震数据设计自己的量化器。 ( 3 ) 编码( c o d i n g ) 为了进一步地用较少的字节来表示量化后的数据，需要使用某种无 损压缩算法，这就是编码过程。因为在信号里各种数据出现的频度不同， 所以经常用不定长编码技术，即对经常出现的符号用较少的位表示，而 对较少出现的符号用较多的位表示，这就是通常所说的熵编码。 这里给出s h a n n o n 的熵的定义： 给定随机变量x ，f x 为x 的概率密度函数，则其熵h ( x ) 为： h ( x ) ；一i f x ( y ) l o g ：f x ( y ) d y( 4 2 ) 引进熵的概念主要是用来定量地描述信号的复杂程度，熵值越大表 明信息越复杂，也就越难以预测，因此包含的信息也越多。按上式计算 熵值比较困难，故对于离散信号x = x ，x ：，x 。 ，p ( x = x ，) 表示x ， 出现的概率，则该信号的信息熵为： t 日( x ) ；一p ( x = x i ) l o g ： p ( = x ) ( 4 _ 3 ) 在本文中的其它部分，所有熵值按此公式计算得出。 中国石油大学( 华东) 颈十论文第4 章地震数据管理系统实现中的关键技术 信息的熵值决定了信号的最大压缩的程度，如果各个符号出现的概 率相等，那么用熵编码将无法得到任何压缩效果。 常用的熵编码有：h u f f m a n 编码、算术编码等。h u f f m a n 算法是基于 统计模型的数据压缩技术的主要部分，它的基本思想是：首先为输入数 据流建立一个统计模型，此模型应能准确地预测数据流中符号出现的概 率；然后根据符号的出现概率对其进行编码，出现概率越大，分配的码字 越短；最后输出一个有变长码字组成的比特流。 本文压缩算法中的编码算法采用了h u f f m a n 编码。 ( 1 ) d c t 离散余弦变换 d c t 变换和著名的傅立叶变换( f o u r i e rt r a n s f o r m a t i o n ) 属于同 一类数学运算，这类变换可以把信号从时间域变换到频域。对于给定的 输入信号x ( n ) ，n = o ，1 ，2 。，n - 1 ，一维d c t 变换的公式是： y ( m ) = b 。x ( ) c os 【号m ( + ) ( 4 - 4 ) ：0 v 其中：b 。= m = 1 ，2 ，n 一1 m = 0 f f t 与d c t 的不同点在于：对于信号z ( n ) ，其输出y ( n ) 是一样的。 z r n 、： 。( ”) ”o ，1 ，一1 ( 4 - 5 ) l 2 【”j 2 x ( 2 n h 1 ) h ：n ，n + l ，2 n 一1 在压缩数据时经常使用d c t 变换而不使用傅立叶变换的原因是：d c t 变换只包含实数运算，而傅立叶变换却有复数运算。 在实际应用中，经常使用二维d c t 变换： 一棚= 击c ( o c ( j ，篓叫坚葛产h - 堑半 。固 c ( t ) ： 者 ”o 1“，0 ) 可以看到，n n 的矩阵在空域和频域的点数是相同的，对这个进行 1 9 辱 中国石油人学( 华东) 硕士论文第4 章地震数据管理系统实现中的关键技术 压缩并没有多大的效果，当然这也没有体现出d c t 变换的真正意义。 在频域中，n n 矩阵的第0 行的元素在信号的一个方向的频率分量 为0 ，第0 列的所有元素则在另个方向的频率分量为0 ，随着行列逐渐 远离原点，系数就表示越来越高的频率，最高的频率在矩阵的( n 一】，n 一1 ) 处。 d c t 变换现在已经在计算机图像压缩方面广泛使用，其中j p e g 压缩 算法已经制定了国际标准。由于计算机屏幕上的大多数图像都由低频信 息构成因此这一点是很有意义的，在o 行和0 列的分量( d c 分量) 就比 高频分量携带了更多关于图像的有用信息。当进步远离图像的d c 分量 时，发现系数越来越小，而且对描述图像越来越不重要。也就是说，已 经确定了可以被扔掉的像素。 在多数应用中，并不是对整个输入信号进行d c t 变换，而是把输入 信号分成几段，对各段分别进行d c t 变换，这样更有利于描述信号的局 部频率特性。 在用二维d c t 的方法进行变换时，分块矩阵的大小影响着计算的复 杂度，由于使用两层嵌套循环，计算量为0 ( n n ) ，当n 增大时，处 理d c t 输出数组中每个元素所需时间将急剧增加。随着d c t 分块大小的 增加，可能会给出更好的压缩，但不会太大。研究表明，随着d c t 块的 大小的增加，像素间的联系倾向迅速减小，这意味着6 4 6 4 的d c t 块可 能并不比将其分为4 个1 6 x1 6 的块效果好，因此j p e g 委员会选用的是 8 8 的块。 但对于地震数据来说，此分块方法会对解压缩后的数据产生条带现 象，即在分块的边界位置处可以看到明显的不连续性，所以这也是使用 d c t 变换对地震数据进行压缩的最大缺点，现在的研究绝大多数