S12地震儀記錄格式

1、數(shù)字地震儀(或雷達)的文件格式及其轉換方法*胡家富段永康摘要 詳細介紹了 SEG(The Society of Exloration Geophysicists)新規(guī)定的 SEG-2 標準及其文 件結構，這一標準不但適用于數(shù)字地震儀，而且也適用于地質(zhì)雷達等數(shù)字化記錄設備。同時給出了 一個在IBM-PC環(huán)境下讀取SEG-2數(shù)據(jù)文件的C語言示范程序，根據(jù)這個示范程序，用戶可以很方 便地將SEG-2數(shù)據(jù)文件轉換成適用于特定應用軟件的數(shù)據(jù)格式。關鍵詞SEG-2標準；數(shù)字地震儀File format of digital seismograph(or radar)and its convertion m

2、ethodHu Jiafu and Duan Yongkang(Earth Science Department of Yunnan University,Kunming 650031,China)Abstract In this paper,the SEG-2 standard and its file structure recommended by the Society of Exploration Geophysicists are introduced in detail.These standard and structure are applicable not only to

3、 digital seismograph,but also to digital recording equipment such as geological radar etc.At the same time,a demonstration program written in C language is supplied to read SEG-2 file under IBM-PC environment.Using this program,users can conveniently convert SEG-2 file to that formatted for special

4、application.Key words: SEG-2 standard,digital seismograph概述隨著電子技術的飛速發(fā)展以及個人微機的普及，各種新儀器進入一個革命性的時代，數(shù)字化的 地震儀、地質(zhì)雷達的出現(xiàn)結束了模擬記錄的歷史。但是，各廠家生產(chǎn)的儀器對數(shù)據(jù)記錄都有一套特 殊的存貯方式和相應的處理軟件，用戶只有在購買了儀器的同時，買了相應軟件才能正常地使用其 數(shù)據(jù)記錄。由于缺乏標準的數(shù)據(jù)格式，用戶處理能力受到了阻礙。在此之前，SEG曾推薦過諸如 SEG-D，SEG-Y等格式(Bary,1975)，但經(jīng)過多年的實踐證明它還不夠完善，包含的信息量太少，結 構過于單一。為此，SEG在

5、1987年10月的工程地球物理會議上規(guī)定了一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)文件格式， 即SEG-2標準(Pullan,1991)。規(guī)定從1987年10月以后出廠的數(shù)字化地震儀器及有關設備，無論 以何種方式采集的數(shù)據(jù)，都應以此標準存貯數(shù)據(jù)。即使不用此標準存貯數(shù)據(jù)，但必須提供相應的轉 換軟件，可以把數(shù)據(jù)轉換成這種存貯格式。國內(nèi)不少科研單位花巨資從國外引進數(shù)字地震儀或雷達， 但由于經(jīng)費較為緊張，沒有購得相應的處理軟件，因數(shù)據(jù)存貯格式不同，原有的軟件又用不上。為 了解決這一問題，我們查閱了 SEG-2標準，并結合電力部昆明勘測設計院物探隊引進的 SmartSeis-s12型12通道高頻數(shù)字地震儀，剖析其存貯結構，同時編

6、寫出在IBM-PC環(huán)境下的格式 轉換程序，用戶可以根據(jù)自己的軟件特點隨意進行轉換。1 SEG-2標準1.1文件結構在SEG-2標準出現(xiàn)以前，SEG還頒布過一系列的標準，但經(jīng)過實踐的檢驗，還存在一些不盡完 善的地方。SEG-2標準克服了以往的缺點，形成了一個統(tǒng)一的標準，它不僅可以存放地震儀或地質(zhì) 雷達采集的原始數(shù)據(jù)，也可以存貯經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)。它不局限于DOS支持的IBM系列微機，還適 用于OS/2， Macintoshe系列機和UNIX操作系統(tǒng)的工作站。這個標準采用了自由格式存貯數(shù)據(jù)， 不依賴于任何一種編程語言，文件的結構如圖1所示。文件增述塊第道描述觀第！道莪據(jù)塊第3OT述塊第W遭數(shù)據(jù)塊第X

7、坦捎述煥第N道數(shù)據(jù)塊圖1 SEG-2文件結構從圖1中可看出，一個文件的開頭部分是文件描述塊(file descriptor block)，緊跟其 后的是第1通道描述塊(trace descriptor block 1)，其后是第1通道數(shù)據(jù)塊(data block 1)，然后是第2通道描述塊和第2通道數(shù)據(jù)塊，依此類推。它由1個文件描述塊和1個或 多個通道的描述塊和數(shù)據(jù)塊組成。1.2文件描述塊文件描述塊位于文件的起始部分，包含了文件格式，版本號，該文件的采集方式，所 用儀器型號，處理方式，記錄道數(shù)以及每一道數(shù)據(jù)在文件中的起始位置等信息。文件描述 塊由3個基本部分組成：32個字節(jié)分別存放文件標識，版

8、本號，道指針子塊的大小， 該文件的采樣道數(shù)，字符串和行結束符等信息；道指針子塊，它存貯了一系列指向每一 道描述塊的起始地址的指針；用以說明該文件的共同信息以及處理方式等的字符串。文件描述塊中的第0，1字節(jié)中存了一個十六進制正數(shù)3a55，它表明該文件存貯的方 式是低字節(jié)在前，高字節(jié)在后，這就是DOS所支持的IBM系列微機所采用的存貯方式。如 果該正數(shù)是553a，則表明采用的是高字節(jié)在前，低字節(jié)在后的存貯方式，例如，UNIX支 持的68000系列機就采用這種方式。該常數(shù)指明數(shù)據(jù)文件是DOS還是UNIX系統(tǒng)下生成的。第2, 3字節(jié)是一個整型狀態(tài)描述量，指明所使用的SEG標準的版本號，規(guī)定SEG-2

9、標準的版本號是1。第4, 5字節(jié)是一個無符號的整型量，指明了道指針子塊(Trace Pointer Sub-block)的大小。第6, 7字節(jié)是一個無符號的整型量，它指明儀器所使用的道數(shù)。第 8字節(jié)存放的是01h或02h，用以指明第9, 10字節(jié)中存放的字符結束符的個數(shù)，如果第 8字節(jié)中的值是01h，則字符結束符存放于第9字節(jié)中，否則分別存放于第9, 10字節(jié)中。 同理，第11, 12, 13字節(jié)分別存放行結束符的個數(shù)以及行結束符。從第1431字節(jié)是 SEG-2保留的。從第32字節(jié)開始是道指針子塊，它存放的是一系列的道指針，每一個道 指針均是一個占4字節(jié)的無符號長整型量，指針指向該道的道描述塊

10、的起始位置。道指針 子塊所占的字節(jié)數(shù)由第4, 5字節(jié)中的值來決定(或者由第6, 7字節(jié)的中記錄道數(shù)決定)。道指針子塊后面存放的是一系列的字符串，提供了該儀器的一些必要參數(shù)，以及采樣 地點、時間、方式等一些重要信息，例如，ACQUSTION-DATEvalue，PROCESSING-TIME value , COMPANY name , INSTRUMENT manufactuer name(model number)等。SEG只是規(guī)定了這些字符串取值范圍(即SEG關鍵字)，但是并沒有規(guī)定字符串的個數(shù)，因此，不同儀器產(chǎn)生的文件中包含的字符串個數(shù)都可能不同，這就給讀取數(shù)據(jù)帶來了一定 的困難。但是S

11、EG明確規(guī)定了字符串的存貯格式：字符串前面存放了一個2字節(jié)的整型量， 其值的大小就是該字符串所占的字節(jié)數(shù)（包括前面的2字節(jié)的整型量在內(nèi)），字符串中包含 了關鍵字和數(shù)字，它們之間用空格分隔，如果該整型量的值為0，則說明其后再沒有字符 可讀。字符串雖處理完了，但其后不一定緊跟著就是數(shù)據(jù)，SEG還留了一些字節(jié)作為將來 擴充用，數(shù)據(jù)存貯的起始位置應由道描述塊指針（在文件描述塊里所定義的）和該道描述塊 的大小來決定。1.3道描述塊和數(shù)據(jù)塊在文件描述塊之后是道描述塊和相應的數(shù)據(jù)記錄塊，道描述塊中記錄了該道數(shù)據(jù)的個 數(shù)、存貯方式等信息。SEG規(guī)定每個數(shù)據(jù)文件中至少要有一個道描述塊和與之相對應數(shù)據(jù) 記錄塊。在

12、道描述塊中，第0，1字節(jié)中存放的是一個無符號整型量，其值是4422h（十六 進制），用以指明此為道描述塊的開始。第2, 3字節(jié)是一個無符號的整型量，指明該道描 述塊的大?。▎挝皇亲止?jié)）。第4, 5, 6, 7字節(jié)中存放的是一個無符號長整型量，指明該 道數(shù)據(jù)塊的大小，單位是字節(jié)。第8, 9, 10，11字節(jié)中也存放了一個無符號長整型量， 其值的大小就是該道數(shù)據(jù)塊里所包含的采樣點數(shù)。第12字節(jié)中存放了一個無符號的整型 數(shù)，是該文件的數(shù)據(jù)格式代碼，用來指明該道數(shù)據(jù)的存貯格式，其值與數(shù)據(jù)的存貯格式的 關系如下。第12字節(jié)的值01h02h03h04h05h數(shù)據(jù)存貯格式16位整數(shù)32位整數(shù)20位浮點數(shù)（S

13、EG-D標準）32位浮點數(shù)（IEEE標準）64位浮點數(shù)（IEEE標準）第1331字節(jié)是保留的，也許SEG以后會用來存貯擴充的信息。從第32字節(jié)開始， 存貯了一系列的字符串，這些字符串中包含了波形增益，采樣間隔，該道數(shù)據(jù)所通過的數(shù) 字濾波器帶寬，炮點序號，延遲等大量的文字信息和參數(shù)。例如，ALIAS-FILTERfrequency slop， DELAYvalue， SAMPLE-INTERVALvalue， STACKvalue，CDP-NUMBER value，CDP-TRACEvalue等。這些信息是我們處理數(shù)據(jù)時所必需的，其存貯格式 和處理方法與文件描述塊里的一樣。緊跟其后便是該道的采樣

14、數(shù)據(jù)，處理方法在下面討論。2數(shù)據(jù)存貯格式SEG-2標準規(guī)定了數(shù)據(jù)可用16位整型、32位整型、20位浮點型、32位和64位浮點 型存貯，具體是哪一種，由道描述塊里第12字節(jié)的值來決定。眾所周之，用高級語言均 可很方便地讀取16位和32位整型數(shù)，以及32位和64位浮點數(shù)，用戶無須了解其存儲方 式。故這里重點介紹第三種格式，即20位浮點數(shù)的格式，這是一種常用的格式，它的特 點是動態(tài)范圍大，節(jié)省存貯空間。但是，20位浮點數(shù)是用2.5個字節(jié)存貯一個采樣點， 而高級語言只能以字節(jié)為單位進行處理，這就給讀取數(shù)據(jù)帶來了一定的困難。SEG-2規(guī)定 20位浮點數(shù)的存貯格式為：用10個字節(jié)來存儲4個采樣點，即每個采

15、樣點占2.5個字節(jié)， 其中前2個字節(jié)用來存這4個數(shù)的階碼。每個采樣點由2個字節(jié)的整型量及其階碼組成， 整型量的最高位是符號位，其值的范圍是-32 76832 767。如圖2所示，其存貯順序依 次為階碼，然后是第1，2, 3, 4個采樣點，由于20位浮點型數(shù)據(jù)的這一特殊存貯方式， 要求每次必須讀取10個字節(jié)，進行處理后得到4個采樣點的值。為了正確得到每一個采樣點的值，除了取得一個2字節(jié)的整型量外，還必須與其相應 的階碼相結合。圖2中的前2個字節(jié)的分布如圖3所示，從中可以看出低字節(jié)的前4個二 進制位（例如，寫成cccc）存儲第1個采樣點的階碼，低字節(jié)的后4位存貯的是第2個采 樣點的階碼，高字節(jié)的前

16、4位存貯第3個采樣點的階碼，高字節(jié)的后4位存貯第4個采樣 點的階碼?；?,故可以寫成2ccc，c其中cccc的取值范圍是015。LB HB LB HB LBH 自LB HB LB曲瑪 第1個點 第Z個點 .第3個點第4個點圖2 4個采樣點的存貯結構圖3 4個采樣點的階碼存貯結構3讀取方法和示范程序前面詳細介紹了 SEG-2文件的結構，為了方便廣大科技人員使用，這里給出了一個C 語言示范程序，為了壓縮篇幅，僅給出關鍵的語句，并未對一些特殊情況作判斷處理。它 適用于Microsoft C,Turbo C和Borland C的編譯環(huán)境。假定程序里打開一個SEG-2的數(shù) 據(jù)文件，文件指針為f1，并定

17、義最大采樣點數(shù)為4096，最大記錄道數(shù)為163,下面是用 以讀取文件描述塊的C語句。ttdefine MAXSAME 10D6 define MAKE RACES 1 就 jn1 i.j ,k ,m，亦冰 i(_1 ,emini,wtrjnRjenElhi uigncd Lung tracepuintersM AXTRACES； unsiftncd Lung numsanifiLcs ,dalaJen&tlii LinsinciL iriL puiiLctlJyieecjurn ,nlittirra.cu h bJucklecig j iiiigncd char datatype chflr

18、眥 ri n glttm con nL hairing term 1 ,sLtin glerrti 2 * rcser vtd 19 char Jijietermcount Jtnelerml R!lneterm2,stringl200j； /MF始處理文件挪述塊 m 洞 f&blockid,Z,Ln)；iftbiocKidi Gx3?j55kxjti)： Cr-ad(giTcvnii?nj trrcscKpuLriLLTiiyiccaunc 2,1 ,f I) j in-.nf-li mt mm.己 1. 口； freFJfJ) j Eread (ctintcrmS.l freadCSdjn

19、eiermcuunttl；frc-；Ld(?4incf.rrn, I . I .ft)； cread (. iodine tpriiEn , rfl ) j frfad (mmhcxI F*讀職道指針子塊“ 仃 fi 淮【lliters j4,n ii nil race，口)；/*開始姓理文件描述塊里的字符甲X/ Fe混&5tring1e：i坦h wjlikCO! =?rrLijt；EeFigdi fraadCs(ring 1,1,導MngE油引h 一衛(wèi)Ffl)； ffcad(cstrjnengtht2h hjfD ； 至此，已經(jīng)處理完文件描述塊。這里只讀取了文件描述塊里的字符串，但未作任何處

20、理，每- 字符串中的字符個數(shù)等于所占字節(jié)數(shù)減去2(一個整型量所占的字節(jié))，字符串的末尾包含1或2個 結束符，用戶可根據(jù)自己的需要提取有關的SEG關鍵字和相應的常數(shù)。接下去是用一個循環(huán)語句讀 取每一道描述塊和數(shù)據(jù)塊。經(jīng)過上面兩段程序的處理，用戶已經(jīng)讀取了 SEG-2數(shù)據(jù)文件的文件信息和道信息，最后一 個語句把文件讀指針指向道數(shù)據(jù)塊的起始處，只須根據(jù)道描述塊里的第12字節(jié)的值datatype 來判斷采用哪一種方式讀取數(shù)據(jù)即可。4結語本文詳細地介紹了 SEG-2數(shù)據(jù)格式，并根據(jù)電力部昆明勘測設計院物探隊從美國進口的一 批SmartSeis-s12型12通道高頻數(shù)字地震儀的有關資料，編寫了 DOS下的

21、轉換程序，限于篇幅， 這里僅給出程序的框架，在此基礎上用戶很容易把它擴充成為一個完整的程序。對于UNIX用戶， 只須稍作改動即可。經(jīng)程序轉換過來的數(shù)值是一些無量鋼的值，若要得到電壓值，還必須解釋 SEG的關鍵字和相應的常數(shù)。毫無疑問，只須對該程序作一些擴充就可滿足不同軟件的需求， 不但可以為用戶節(jié)約購買軟件的資金，同時還可以縮短工程周期。4處理資料文件格式說明：4.1 SEG-Y記錄格式（標準）（1）卷頭：3600字節(jié)（a）ASCII區(qū)域：3200字節(jié)（40條記錄x 80字節(jié)/每條記錄）。（b）二進制數(shù)區(qū)域：400字節(jié)（32013600）。32133214字節(jié)一每個記錄的數(shù)據(jù)道數(shù)（每炮道數(shù)或總

22、道數(shù)）。32173218字節(jié)一采樣間隔（”s）。32213222字節(jié)一樣點數(shù)/每道（道長）。32253226字節(jié)一數(shù)據(jù)樣值格式碼1-浮點；32553256字節(jié)一計量系統(tǒng)：1-米，2-英尺。32613262*字節(jié)一文件中的道數(shù)（總道數(shù)）。326礦3270*字節(jié)一數(shù)據(jù)域（性質(zhì)）：0-時域，1-振幅，2-相位譜 * “號字為非標準定義。（2）道記錄塊：（a）道頭字區(qū)：含：60個字/4字節(jié)整或120個字/2字節(jié)整，共240個字節(jié)，按二進制格式存放。SEGY格式道頭說明：字號（4字節(jié)）字號（2字節(jié)）字節(jié)號內(nèi)容說明12 14 一條測線中的道順序號，如果一條測線有若干卷磁帶，順序號連續(xù)遞增。34 58在本卷

23、磁帶中的道順序號。每卷磁帶的道順序號從l開始。56 9-12 *原始的野外記錄號（炮號）。78 1316在原始野外記錄中的道號。910 1720測線內(nèi)炮點樁號（在同一個地面點有多于一個記錄時使用）。1112 2124 CMP號（或CDP號）。（彎線=共反射面元號）1314 2528在CMP道集中的道號（在每個CMP道集中道號從1開始）。81 15 2930*道識別碼：1=地震數(shù)據(jù)；4=爆炸信號；7 =計時信號；2=死道；5=井口道；8 =水斷信號；3=無效道（空道）；6 =掃描道；9N=選擇使用（N=32767）2 16 3132構成該道的垂直疊加道數(shù)（1是一道；2是兩道相加；）1 17 33

24、34構成該道的水平疊加道數(shù)（1是一道；2是兩道疊加；）92 18 3536數(shù)據(jù)類型：1=生產(chǎn)；2=試驗1920 3740從炮點到接收點的距離（如果排列與激發(fā)前進方向相反取負值）（分米）。2122 4144接收點的地面高程。高于海平面的高程為正，低于海平面為負（cm）。2324 4548炮點的地面高程（cm）。2526 4952炮井深度（正數(shù)，cm）。2728 5356接收點基準面高程（cm）。2930 5760炮點基準面高程（cm）。3132 6164 炮點的水深（cm）。3334 6568接收點的水深（cm）。l8l 35 6970對41 一 68字節(jié)中的所有高程和深度應用此因子給出真值。比

25、例因子=l, 土 10, 土 100, 土 1000或者土 10000。如果為正，乘以因子；如果為負，則除以因子。（此約定中=-100）182 36 7172對7388字節(jié)中的所有坐標應用此因子給出真值。比例因子=1，土 10，土00，土 1000或者土 10000。如果為正，乘以因子；如果為負，則除以因子。（此約定中= -10）3738 7376炮點坐標一X （分米）。（如果坐標單位是弧度秒，3940 7780炮點坐標一Y （分米）。X值代表徑度，Y值代表4142 8184接收點坐標一X （分米）。緯度；正值代表格林威4344 8588接收點坐標一Y （分米）。治子午線東或者赤道北的秒數(shù)。負

26、值則為西或者南的秒數(shù)）1 45 8990坐標單位；1=長度（米或者英尺）；2=弧度秒2 46 9192接收點下風化層速度（低速帶速度，M/S）。1 47 9394接收點下次風化層速度（降速帶速度，M/S）。2 48 9596震源處的井口時間（ms）。1 49 9798接收點處的井口時間（ms）。2 50 99100炮點的野外一次靜校正值（ms）。1 51 101102接收點的野外一次靜校正值（ms）。2 52 103104總野外一次靜校正量（若未用靜校時為零，ms）。1 53 105106延遲時間一A，以ms表示。240字節(jié)的道標識的結束和時間信號之間的時間。如果時間信號出現(xiàn)在道頭結束之前 為

27、正。如果時間信號出現(xiàn)在道頭結束之后為負。時間信號就是起始脈沖，它記錄在輔助道上或者由記錄系統(tǒng)指定。2 54 107108時間延遲一B，以ms表示。為時間信號和起爆之間的延遲時間?？烧韶?。1 55 109110延遲記錄時間，以ms表示。震源的起爆時間和開始記錄數(shù)據(jù)樣點之間的時間（深水時，數(shù)據(jù)記錄不從時間零開 始）。2 56 111112起始切除時間（ms）。1 57 113114結束切除時間（ms）。2 58 115116*本道的采樣點數(shù)。801 59 117118*本道的采樣間隔，以us表示。2 60 119120野外儀器的增益類型：l =固定增益；2 =二進制增益；3 =浮點增益；4N =

28、選擇使用1 61 121122儀器增益常數(shù)。2 62 123124儀器起始增益（db）（固定增益）。 1 63 125126相關碼：1=沒有相關；2 =相關2 64 127128起始掃描頻率。1 65 129130結束掃描頻率。2 66 131132掃描長度，以ms表示。1 67 133134掃描類型：1=線性；2 =拋物線；3 =指數(shù)；4 =其他2 68 135136掃描道起始斜坡長度，以ms表示。1 69 137138掃描道終了斜坡長度，以ms表示。2 70 139140 斜坡類型：1=線性；2 = COS?； 3 =其他1 71 141142濾假頻的頻率（如果使用）2 72 143144

29、濾假頻的陡度1 73 145146陷波頻率（如果使用）2 74 147148 陷波陡度1 75 149150低截頻率（如果使用）2 76 151152高截頻率（如果使用）1 77 153154低截頻率陡度2 78 155156高截頻率陡度1 79 157158數(shù)據(jù)記錄的年2 80 159160 日1 81 161162 小時（24 小時制）2 82 163164 分1 83 165166 秒2 84 167168時間代碼：1 =當?shù)貢r間；2 =格林威治時間；3 =其他。1 85 169170道加權因子（最小有效位定義為2*（N）, N = 0, 1, 2,，32767）2 86 171172覆

30、蓋開關位置1處的檢波器串（道）號。1 87 173174在原始野外記錄中第一道的檢波器串號。2 88 175176在原始野外記錄中最后一道的檢波器串號。1 89 177178缺口大小（覆蓋滾動的總道數(shù)）；改為：（ = 1，單邊激發(fā)；=2，中間激發(fā)。）2 90 179180在測線的開始或者結束處的覆蓋斜坡位置：1=在后面（下行）；2 =在前面（上行）；改為：=0，無坐標；=1，有高程；=2，有坐標和高程。下述字號為自定義內(nèi)容9192 181184彎線或直測線中每個共反射點的X坐標（分米）。9394 185188彎線或直測線中每個共反射點的Y坐標（分米）。9596 189192彎線中每個共反射面元

31、中點的X坐標（分米）。9798 193196彎線中每個共反射面元中點的Y坐標（分米）。99100 197200彎線中輸出剖面段的X坐標（分米）。101102 201204彎線中輸出剖面段的Y坐標（分米）。1 103 205206測線內(nèi)接收點樁號。2 104 207208站點間距或道間距（分米）。1 105 209210 道數(shù)/每炮。2 106 211212炮點下低速帶速度（M/S）。1 107 213214炮點下降速帶速度（M/S）。2 108 215216 CMP （CDP）點或共面元中點間距（分米）。1 109 217218測線內(nèi)有效站點總數(shù)。2 110 219220剖面內(nèi)CMP （CDP）點或共面元點總數(shù)。1 111 221222炮點剩余靜校正量（ms）。2 112 223224接收點剩余靜校正量（ms）。1 113 225226總剩余靜校正量（ms）。2 114 227228炮點下低速帶厚度（分米）。1 115 229230接收點下低速帶厚度（分米）。2 116 231232彎線中該道列號。1 117 233234彎線中該道行號。2 118 235236彎線中輸出剖面段的段號。60 119120 237240測線內(nèi)的總道數(shù)。-說明：1.帶*的字節(jié)信息必須記錄，4660 91120 181240為自定義字號及內(nèi)容，可以選擇使用。4660字號內(nèi)容