為滿足油氣勘探、開發的需要，結合地震勘探的特點，以AVS/Express可視化系統為開發平臺，本文就地震勘探中的可視化技術進行了研究。實現了地震層位及其屬性的三維可視化，實現了三維地震數據體和各種綜合信息的三維可視化，實現了復雜地質模型（如速度深度模型）和各種方法計算的地震波走時波前曲面的三維可視化，并制作了地震電影，形成了具有靈活方便使用等特點的三維可視化軟件系統。通過對勝利油田ZX地區大量地震資料三維可視化處理，取得了比較明顯的效果，此項技術對于提高地震勘探、鉆探的精確度和成功率有重要意義。

關鍵詞 AVS/Express 地震勘探 三維可視化

隨著地震勘探、油氣儲層橫向預測以及油氣藏描述技術的應用與發展，勘探家對地震成果的要求也越來越高；面對日益復雜、隱蔽的油氣藏，為提高鉆探的成功率，需要為油氣勘探工作者提供一個全新的三維地質構造形態以及地質構造形態和屬性特征的三維圖形。地震勘探三維可視化技術就是為滿足油氣勘探開發和發展地球物理技術的需要而產生的一些特殊處理技術, 并為精確三維油氣藏描述提供信息，同時促進油氣田勘探和開發的發展。地震勘探三維可視化技術是對各種復雜的地質模型和三維地震數據進行描述，并在三維立體空間顯示，它不僅使地球科學家們能更深刻地理解各種地質現象的發生、發展及影響，而且使他們的想象力更加豐富多彩，使他們能夠在地質構造和三維地震數據中翱翔，這樣可提高地震勘探和鉆探的準確度和成功率，同時，它也是地震成像處理的重要技術基礎，對石油勘探開發起到至關重要的作用。美國AVS公司是享譽世界的可視化軟件供應商，它的核心產品就是AVS/EXPRESS開發版，AVS/EXPRESS軟件從1988年起，就一直處在可視化技術市場的前沿。AVS開發版包括圖形顯示、數據可視化、圖象處理、數據庫管理和用戶接口等五個軟件包，每個軟件包又有幾十個功能模塊，這樣就形成了一個具有交互式開發功能的先進的可視化軟件系統。

一、地震勘探三維可視化技術的現狀及趨勢

從80年代末開始，地震勘探三維可視化技術得到了快速發展。通過十幾年的研究開發，出現了一批可視化應用軟件。國外比較著名的有Landmark公司的EarthCube和OpenVision、GeoQuest公司的GeoViz以及DGI公司的EarthVision等，它們基本上代表了當今地震勘探三維可視化應用的最高水平。這些軟件包可將二維地震、三維地震、測井曲線、地質分層、井軌跡、網絡化層面、斷層面等進行完整的三維立體顯示，用戶可以用鼠標控制旋轉角度來觀察地質目標，直觀便捷。在國內的石油公司、地球物理公司、計算中心等單位普遍使用的地震軟件大都是從國外引進的，并以Landmark公司和GeoQuest公司的解釋系統居多。這些解釋系統都具有較好的可視化功能，由于三維可視化的復雜性,在國內還沒有見到好的具有自主知識產權的地震勘探三維可視化系統。本文借助先進的SGI O2工作站，以C 、FORTRAN等語言作為編程工具，并以AVS/Expresss可視化系統為開發平臺，研究、開發和發展了地震勘探三維可視化技術，在沒有解釋系統的情況下，同樣能夠實現三維地震數據體、地震層位（包括斷層面）以及復雜地質模型等的三維可視化，實現對三維數據體進行切片、抽取等的顯示，以及各種綜合立體顯示，形成了具有自己靈活方便使用的可視化軟件系統。本文并結合勝利石油管理局與中國科學院地球物理所共同承擔的九.五國家自然科學基金會重大課題“復雜地質體精細速度分析及三維疊前深度偏移理論和方法研究――以樁西埕島古潛山為例”項目第一次以樁西地區為實驗區進行了實際應用，取得了一批成果，使該項目能順利進行，為油氣田勘探和開發作出了貢獻。

二、地震層位及其屬性的三維可視化

傳統的地震資料解釋工作是提供反映勘探目的層構造形態特征的構造平面等值線圖（通常所說的等t0圖）、各種巖性油藏圈閉等值線圖和描述巖層物性或地層屬性沿層面變化的參數平面等值線圖。但是這種傳統圖件不能全面、真實地反映地下地層的客觀性，給資料的進一步解釋分析帶來不便：1.用平面等值線描述空間層位的起伏變化直觀性差；2.人為地把屬于同一層形態與屬性信息割裂開來，分別繪制等值線圖，造成地質分析、解釋復雜程度的進一步加劇；3.各層之間的關系不清楚，分析多個層位時更顯示其復雜性。三維可視化能夠根據給定的地震層位數據集或地震層位及其屬性的數據集建立三維圖形圖像，用更接近實際的方式去描繪它，從各個不同的角度觀察它。在一個油氣探區，經過處理解釋后的地震層位可能由若干層組成。一般情況下，各層位在地下由淺到深依次排列。每個特定層位可能是一個空間曲面，但在復雜地質構造情況下，由于斷層的錯斷切割，一個層位就可由若干個空間曲面組合而成。一個地震層位可用數據集｛x，y，z｝來表示，其中x、y分別是地面坐標，一般是CMP號或Crossline線號，z在時間域代表雙程旅行時，在深度域代表深度。地震資料經處理解釋后，可獲得某個層位的地震屬性如速度、孔隙度等，這樣地震屬性數據就是一個四維數據集｛x，y，z，p｝，p是由x、y、z確定的層位上某點空間坐標處的物性或屬性。

在對地震層位進行三維可視化之前，首先要分析地震層位的數據結構，一般情況下，經過解釋系統拾取的某一個地震層位的數據可以表示為｛xi，yj,zk｝，其中xi代表CMP點，yj代表橫測線（Crossline），zk代表所拾取的時間或深度。不同的測線拾取的樣點數是不同的，這樣我們利用Delaunay 三角形剖分對地震層位進行剖分，形成三角形網格，并記錄下各三角形之間的接觸關系，然后進行顯示。地震層位的三維可視化流程如下： 
如圖1是勝利ZX地區某個層位的三維空間立體圖，圖2是ZX地區七個層位的立體圖。從圖中可以看出，空間層位的起伏變化形象、直觀，這些圖較好地描述了各層面的起伏變化。

地震層位屬性的三維可視化是在對地震層位數據進行剖分的基礎上，對層位上的地震屬性如速度、孔隙度、地震振幅等利用插值方法如離散光滑插值（DSI）把屬性插到剖分形成的三角形網格中，用不同的顏色代表地層屬性值的大小，這樣就可實現地震層位與其屬性的三維可視化。

圖3是渤南油田52小層孔隙度立體圖。從這些圖中不僅可以看出地層的起伏變化，而且可以看出地層上的屬性如孔隙度等的變化情況；在一個平面上同時顯示多個層位與其屬性，可以從不同的角度觀看層位變化和其屬性的變化，有利于勘探和開發方案的確定。

三、三維地震數據體的三維可視化

三維地震數據體由于其數據量大，一般占用上百兆空間，在做三維數據體可視化方面難度比較大，特別是三維數據體在空間旋轉、平移、變比等時要做坐標變換，運算工作量相當大，所以速度比較慢。為了提高顯示速度，除配備高檔微機或工作站外，配備較好的顯示卡也很重要。在這里，我們主要是在保證顯示精度的情況下，對三維地震數據進行加工，減少存貯字節，減少數據量，來提高顯示速度。

一般的解釋系統在顯示地震剖面時使用紅、蘭、白等顏色，這樣也可以較準確地顯示地震記錄。根據這個特點，我們在對數據進行加工時，把地震數據進行歸一化處理，使其數值控制在某一范圍內，把原來占用四個字節的每個數據用一個字節來存儲，這樣，可以，極大地減少數據體的存貯量。由于存貯量的減少，顯示速度也得到了大的提高。

對一個三維地震數據體｛xi，yj,zk，al ｝, 其中xi代表CMP點，yj代表橫測線（Crossline），zk代表采樣點的時間，al是振幅值，由于它是規則數據體，用規則六面體進行剖分，對每個六面體內的振幅值充填不同顏色，就完成地震三維數據體的可視化。

圖4是樁西地區三維地震數據體的立體顯示圖。該圖能在空間任意平移、旋轉和縮放。根據需要，有時只需對數據體中的某一部分進行觀看，這就需要對數據體進行切割處理，只取其中的一部分進行顯示。用AVS/Express的BOUND模塊就可實現這個功能。為了更好地觀看地震數據，需對數據體進行挖空和切割處理，這就是我們通常所看到的時間切片，縱剖面、橫剖面等。通過對三維數據體進行不同的挖空顯示，可以對探區的地質構造有一定的了解。圖5是樁西地區縱橫剖面和水平切片的綜合顯示。

四、三維地震數據體和地震層位的綜合顯示

利用前面敘述的可視化技術，在統一的坐標系統下，把地震層位和三維地震數據體作為兩個不同的對象，同時輸入到系統中，就可實現三維地震數據體和地震層位的綜合顯示。由于把層位放在三維數據體中，對數據體做各種挖空顯示，這樣可以檢驗解釋層位的正確性。圖6是樁西三維數據體與其七個層位加斷層的綜合立體顯示圖。

五、地震電影

由于把三維地震數據體不再作為靜態顯示的手段，而是從地震體中沿縱橫剖面方向、水平切片方向產生電影畫面，這樣用電影功能快速觀察整個數據體的地質結構變化，在進行解釋之前可使解釋人員在很短的時間內對要解釋的數據體有一個整體的概念，這有利于考慮下步解釋方案與解釋細節。

通常我們所看到的電影是把活動物體用30帖/秒的膠片記錄下來，然后通過放映機把靜止的膠片按每秒30幅畫面連續不斷的播放，這樣就可看到不間斷的畫面。根據這個思路，我們對三維地震數據體沿某個方向按一定的間隔如沿Crossline方向做許許多多的切片，按順序把每個切片記錄下來形成可用計算機軟件播放的文件格式，如MPG格式，然后用movieplay等計算機軟件進行播放，就可形成沿這個方向的地震電影。在放映中，我們可以反復看到精彩的地震電影。從地震電影中，可以看到地震層位的變化情況和地質構造的變化，這樣有利于下一步的解釋。對速度深度模型、地震波波前走時曲面數據體等用同樣的方法也可以作成電影播放。

六、復雜地質模型的三維可視化

復雜地質模型的可視化是計算機輔助設計的一部分，在油氣勘探和開發中，我們平常看到的大部分地質模型一般是以二維的形成表現出來，不形象直觀，在做三維疊前深度偏移時，速度深度模型的建立是該技術的關鍵和難點，這其中就用到三維可視化。

在本文中主要對速度深度模型進行各種處理和顯示。如果輸入的速度深度模型數據是規則數據，可用規則六面體進行剖分；對不規則散列數據，也可用規則六面體剖分，但精度不高，會出現鋸齒狀；一般的速度深度模型是不規則數據,所以我們這里用Delaunay剖分形成四面體比較精確。速度深度模型的三維可視化流程如下：

七、地震波波前曲面可視化

在做疊前深度偏移處理時，其中有一項非常重要的工作就是計算地震波走時。為了檢驗地震波走時計算是否正確，需要把計算結果顯示出來。勝利石油管理局與中國科學院地球物理所共同承擔的九.五國家自然科學基金會課題“復雜地質體精細速度分析及三維疊前深度偏移理論和方法研究――以樁西埕島古潛山為例”中就有多種計算走時的方法。中科院楊長春博士基于三維射線跟蹤的微變網格方法和波前重建思路，提出了一種適用于三維復雜介質地震波走時的快速算法，可高效地獲得三維疊前深度偏移的地震波理論走時；方正茂高級工程師根據Format原理用簡單微積分技術和計算排序在矩形網格上計算初至旅行時，彌補了Schneider（1992）算法在實現方法上的不足。在本文的研究過程中，與復雜地質體項目緊密結合，并根據項目的要求，把計算得到的地震波波前曲面實現了三維可視化。

由于地震波波前曲面傳播的三維數據體是規則數據，其數據格式和三維地震數據體的格式相同，所以，地震波波前曲面三維可視化的方法與三維地震數據體的三維可視化基本相同。

圖8是一個速度為2800米/秒的均勻介質地震波前傳播曲面圖。從圖中可以看出，波前面是均勻的半球面。圖9是用ZX地區速度深度模型基于Format原理用簡單微積分技術和計算排序在矩形網格上計算初至旅行時的地震波波前走時圖，它的計算網格是120*500*120米。從圖中可以看出，由于速度的變化，波前曲面有變化，并且隨著與震源點的距離的增加波前的間隔也隨之增大，這與實際情況一致。圖10是在一個屏幕上同時顯示連續不同時刻的波前曲面切片，這樣便于分析。