Pohjois-Suomen yksikkö Q16.2/2009/3 8.1.2009 Rovaniemi Ilmaisohjelmia seismisten heijastusluotausten tuloskäsittelyä varten Erkki Lanne
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro 8.1.2009 Tekijät Lanne, Erkki Raportin laji arkisto Raportin nimi Ilmaisohjelmia seismisten heijastusluotausten tuloskäsittelyä varten Toimeksiantaja Geologian tutkimuskeskus Tiivistelmä Tässä työssä tarkastellaan eräiden heijastusseismisten havaintojen katseluun ja tuloskäsittelyyn tarkoitettujen PCpohjaisten ilmaisohjelmien ominaisuuksia. Seuraavia SEG-dataformaattiin perustuvia ilmaisohjelmia on kokeiltu: GSEGYView, SeisVU, SeiSee, Reflex2DQuick ja Kogeo. Testatuista ohjelmista käyttökelpoisimmiksi osoittautuivat Reflex2DQuick, Kogeo ja SeiSee. Ohjelmissa on havaintojen skaalaus- ja zoomaus-mahdollisuudet, väripalettien muokkaus ja Kogeo:ta lukuunottamatta sekä rasteriettä rekisteröintikäyrien vektorimuotoiset esitystavat. Ohjelmissa on usein myös havaintojen export-mahdollisuus esimerkiksi osajoukon poimimiseksi isosta havaintotiedostosta. Havaintojen katseluominaisuuksien ohella Reflex2DQuick:ssa on myös tulkintamahdollisuuksia kun taas Kogeo:ssa on monipuolisimmat signaalinkäsittelyominaisuudet Työ liittyy vuosina 2001-2005 suoritettujen FIRE4-heijastusseismisten luotausten tulkintaan. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Seismiset menetelmät, atk-ohjelmat Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Karttalehdet Muut tiedot Arkistosarjan nimi Q16.2 Arkistotunnus Q16.2/2009/3 Kokonaissivumäärä 10 Kieli suomi Hinta Julkisuus julkinen Yksikkö ja vastuualue Pohjois-Suomen yksikkö/kallioperä ja raaka-aineet Allekirjoitus/nimen selvennys Hanketunnus 2801026 Allekirjoitus/nimen selvennys Erkki Lanne
GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND DOCUMENTATION PAGE Date / Rec. no. 8.1.2009 Authors Lanne, Erkki Type of report archives Commissioned by Geological Survey of Finland Title of report Freeware computer programs for the processing of reflection seismic data Abstract In this report the properties of some PC-based freeware programs are reviewed which are meant for looking and processing of reflection seismic data. Following programs, which use SEG-format data, are reviewed: GSEGY- View, SeisVU, SeiSee, Reflex2DQuick and Kogeo. Most useful seem to be Reflex2DQuick, Kogeo and SeiSee, which have versatile zooming, panning and scaling properties as well as editing colour palettes. There are opportunities to extract subsets from large datasets and export them to further processing. Except Kogeo the data can be presented either in raster or vector format. On the other hand Kogeo has most versatile signal processing opportunities. Reflex2DQuick has several interpretation alternatives. This report is associated with the reinterpretation of reflection seismic data of FIRE4 project (2001-2005). Keywords Seismic methods, computer programs Geographical area Map sheet Other information Report serial Q16.2 Total pages 10 Language Finnish Unit and section Northern Finland Office/ Bedrock Geology and Resources Signature/name Archive code Q16.2/2009/3 Price Project code 2801026 Signature/name Confidentiality public Erkki Lanne
Sisällysluettelo Kuvailulehti Documentation page 1 JOHDANTO 1 2 OHJELMAT 2 2.1 KOGEO 3 2.2 SeiSee 5 2.3 Reflex_2DQuick 6 2.4 GSEGYView 9 2.5 SeisVU 10 2.6 OpendTect 10 3 JOHTOPÄÄTÖKSIÄ 10
1 1 JOHDANTO Öljyn ja maakaasun etsinnässä pääasiallisin geofysikaalinen menetelmä on seisminen heijastusluotaus. Heijastusluotausta on sovellettu myös kiteisen, vanhan kallioperän rakenteiden tutkimuksessa. Merkittävimpiä Suomen alueeseen liittyviä hankkeita ovat BABEL-, FIRE- ja HIREhankkeet. Koska luotauksessa syntyvät havaintomäärät ovat erittäin suuria ja tuloskäsittely on usein suuritöistä, varsinaiset tuloskäsittelyohjelmistot vaativat esim. UNIX-pohjaisia työasemia. Sekä työasemien että ohjelmistojen kustannukset rajoittavat osaltaan havaintojen laaja-alaista hyödyntämistä maankamaran tutkimuksessa. Pääosa suomalaisista tulkinnoista lienee perustunut tietyillä standardimenetelmillä käsiteltyjen havaintojen joko paperi- tai tietokoneen kuvaruutupohjaiseen kuvatulkintaan. Kuten monet muutkin geofysikaaliset havainnot seismiset havainnot sisältävät runsaasti tietoa maankamaran yksityiskohdista, joka ei välttämättä tule esille havaintojen rutiiniesitysmuodoissa. Visuaalista tulkintaa voi vääristää ns. prosessointihaamut, joiden tarkistamiseksi havaintoja joudutaan muokkaamaan uudestaan virhepäätelmien välttämiseksi. Siten on tarvetta muokata havaintoja myös varsinaisten menetelmäkorjausten ym. peruskäsittelyn jälkeen. Kuvassa 1 on esimerkkinä suurennos migroidun heijastuskuvioinnin yleiskuvasta. Kuvassa 2 on likimain vastaava kohta NMO-pinotusta SEG-tiedostosta. Jälkimmäisestä kuvasta voidaan päätellä yksityiskohtaisemmin heijastavan vyöhykkeen hienorakennetta kuten vaiheen ts. akustisen impedanssin merkkiä, yksittäisten heijasteiden jatkuvuutta, siirroksia jne. PC-tyyppisten koneiden tehokkuuksien kasvaessa myös niille on kehitetty ohjelmistoja, joilla voi tarkastella havaintojen laatua ja tehdä rajoitettuja käsittely- ja tulkintaoperaatioita. Osa ohjelmista on ns. ilmaisohjelmia, jotka ovat joko tutkijoiden omaan käyttöön kehittämiä tai kaupallisten ohjelmien rajoitettuja käyttöversioita. Vaikka tuloskäsittely- ja tulkintaohjelmistot on kehi-tetty ensisijaisesti nuorten sedimenttikivien rakenteiden analysointia varten, niitä voi soveltuvin osin käyttää myös kiteisen kallioperän alueilla suoritettujen luotausten tulkintaan. Tässä työssä tarkastellaan eräiden v. 2008 Internetistä löydettyjä PC-pohjaisten ilmaisohjelmien ominaisuuksia. Työ liittyy vuosina 2001-2005 suoritettujen FIRE-luotausten tulkintaan ja erityisesti Kittilän vihreäkivivyöhykkeen rakennetutkimuksiin.
2 Kuva 1. Yleiskuva migroidusta heijastuskuvioinnista. Kuvan ala n. 2.5 km x 1 km. Fig 1. General view of a migrated reflection pattern. Area of the Kuva 2.5 km x 1 km. Kuva 2. NMO-pinottu data. Kuvan ala n. 2.5 km x 1 km. Fig. 2. NMO-stacked data. Area of the fiiuge 2.5 km x 1 km. 2 OHJELMAT Seuraavia ilmaisohjelmia on kokeiltu: GSEGYView, SeisVU, SeiSee, Reflex2DQuick, Kogeo. Edullisesta Reflex2DQuick-ohjelmasta on hankittu maksullinen versio, koska ilmaisversiosta puuttuu esim. tulostusmahdollisuuksia. Lisäksi OpendTect-ohjelmasta lienee ilmaisversio, mutta sitä ei ole kokeiltu. On myös ohjelmien kokeiluversioita, jotka toimivat ainoastaan määräajan, joten niillä ei ole käytännön merkitystä työkäytössä. Kaikki ohjelmat perustuvat SEG:n (SEG= The Society of Exploration Geophysicists) standardien mukaisten dataformaattien (.SEG,.SGY,.SEGY) mukaisiin havaintoihin. Toisaalta, koska standardeissa on eri versioita, kaikki ohjelmat eivät hyväksy kaikkia dataformaatteja. Kaikissa ohjelmissa on havaintojen skaalaus- ja zoomaus-mahdollisuudet, väripalettien muokkaus ja Kogeota lukuunottamatta sekä rasteri- että rekisteröintikäyrien vektorimuotoiset esitystavat.
3 Ohjelmissa on usein myös havaintojen export-mahdollisuus esimerkiksi osajoukon poimimiseksi isosta havaintotiedostosta. Vaikka tässä yhteydessä ei testattu ohjelmien 3D-ominaisuuksia, useat ohjelmat näyttävät sisältävän myös 3D-käsittely-mahdollisuuksia. Seuraavassa tarkastellaan esimerkinomaisesti ohjelmien erityispiirteitä lähinnä prosessointi- ja tulkintamahdollisuuksien osalta. Tärkeimpiä ominaisuuksia on poimittu ohjelmien esitteistä ja käyttöohjeista. 2.1 KOGEO Kotisivu: www.kogeo.de Kogeo on ns. GNU-pohjainen ohjelma, jonka erityisominaisuutena on rasterimuotoisten kuvien digitointi SEG-formaattiin. Ohjelmassa monipuoliset signaalin muokkausmahdollisuudet. Kuvissa 3 ja 4 on yleiskuvat prosessointivalikoista. Yksityiskohtaisempia kuvauksia löytyy kotisivuilla olevasta käyttöohjeesta Ominaisuuksia: - Time shift - Fixed gain, AGC - Time domain frequency filter - Predictive deconvolution - Coherency, dip/azimuth transform - SO-EP multitrace alpha-trim filter - Spectral decomposition - Attribute crossplot classifier - Neural network classifier - Resample
Kuva 3. Kogeon havaintojen muokkausvalikko. Fig. 3. Kogeo s data editing menu. 4
5 Kuva 4. Kogeon signaalinmuokkausvaihtoehtot. Fig. 4. Kogeo s signal transformation alternatives. 2.2 SeiSee Kotisivu: www.dmng.ru/seisview/ SeiSee on ehkä tunnetuimpia heijastusseismisten havaintojen katseluohjelmia. Ohjelmasta puuttuu oikeastaan vain varsinaiset tulkintaoperaatiot. Kaikki testiaineistot eivät avautuneet oikein. Todennäköisin syy avautumisongelmiin oli testiaineiston paikannustiedoissa olevat epätäydelliset parametritiedot. Yleiskuva havaintojen prosessointisivusta on kuvassa 5. Ominaisuuksia: - supports standard integer (2,4 bytes) and IBM float (4 bytes) sample formats - nonstandard integer(1 byte), float IEEE (4 bytes) sample formats - CGG Geovecteur disk SEG-Y format - shows seismic in various modes (wiggle, variable area, variable density, color) - scaling seismic image, gain control, axes labeling setup - plots seismic to printer (plotter) - exports the image in Windows Bitmap (.bmp) and PostScript formats. - SEG-Y trace headers display (formats Integer*1,*2,*4, IEEE Float*4,*8, IBM Float*4 are supported) - trace searching by header item value - data samples browsing - text header and binary editor - band pass filter - automatic gain control (AGC) - headers consistency check
6 - write whole SEG-Y file or part of it to disk in SEG-Y (IBM-32) format with ability to select data on base of trace index or trace header value and given time interval; reversal trace order is also supported, processing parameters can be applied to recorded data (filter, AGC etc). - export trace(s) sample and header values to text file - import trace headers values from text file - trace shift according with Delay Recording Time trace header value - selection of traces to be displayed by trace index or header value and by expression - trace headers change by means expressions - single trace header value editing - open and fix files containing wrong data in binary header (Recovery Mode) - fast disc directory browsing Kuva 5. Esimerkki SeiSeen prosessointivalikkosivusta. Fig. 5. An example of the SeiSee s processing menu page. 2.3 Reflex_2DQuick Kotisivu: www.sandmeier-geo.de/reflex/reflex_2dquick.htm Kyseessä on tulkintaohjelma, joka tarkoitettu heijastusseismisten, maatutkahavaintojen VSPhavaintojen ja rajoitetusti reflektioseismisten havaintojen pienimuotoiseen muokkaamiseen ja tulkintaan. Demo-versio toimii melko monipuolisesti, mutta kaupallisenkin version hankinta on
7 hyvin edullinen verrattuna moniin muihin tulkintaohjelmiin. Samalta valmistajalta on myös laaja-alaisempia modulipohjaisia tulkinta- ja tuloskäsittelyohjelmia. Ominaisuuksia: - Direct import from different formats (SEGY, SEG2, Mala, Gssi, PulseEkko, Utsi, Ids - Easy change of the distance scaling and the geometry - Standard processing with predefined default parameters which can be manually changed - Different display possibilities like point or wiggle mode, scaling and zooming functions - Printing the profiles with free scaling - Interactive velocity adaptation for zero-offset, single shot (reflection and refraction) or VSP data - Picking the onsets and combine the picked phases to a layer model - Export the data to other formats like SEGY, SEG2 The program is useful for the following applications: - GPR or seismic reflection constant (zero) offset data - GPR or seismic single shot data (e.g. refraction seismics or single CMP s) Käyttöohjeen sisällysluettelo 1. load and display the data 1.1 File MenuItem 1.2 Global MenuItem 1.2.1 Global settings 1.3 View MenuItem 2. Geometry and processing menu 2.1 processing steps 2.2 Traceheader Edit 2.2.1 traceheader tabella 3. PlotOptions 3.1 Plotsettings 3.2 Pointmodeattributes 3.3 Wiggleattributes 3.4 Manual scaling and incrementation 3.5 PlotGain/Filter 3.6 Plotsuboptions 4. Print Menu 4.1 Print preview 5. Velocity adaptation 6. Pick Menu 6.1 Auto-Pick MenuItem 6.2 Pick save MenuItem 6.3 LayerShow 6.3.1 Create LayerShow 6.3.2 Create LayerShow report 6.3.3 guide for the layershow use 6.3.3.1 pick distinct reflector 6.3.3.2 combine the different picked reflectors into one layer model (open layershow panel 6.3.3.3 generate an output report of the layer-show (open layershow panel ) 7. Export data 8. Application guide 8.1 seismic refraction single shot data 8.2 GPR constant (zero) offset data
Kuva 6. Esimerkki Reflex2DQuick:lla poimituista heijasteista (amplitudimaksimit). Fig. 6. An example of a Reflex2DQuick interpretation of reflections (amplitude maxima). 8
9 Kuva 7. Reflex2DQuick:lla tulkittu mahdollinen diffraktio. Fig 7. Potential diffraction interpreted by Reflex2DQuick. 2.4 GSEGYView Kotisivu: gsegyview.sourceforge.net GSEGYView on pelkkä katseluohjelma. On yleisilmeeltään vanhahtava, vaikka viimeisin päivitys melko uusi. Ongelmia oli havaintojen luvussa, eivätkä luvatut väripalettien muokkaukset onnistuneet. Ohjelmasta ei löytynyt ominaisuuksia, joita ei olisi muissa ohjelmissa. Syynä voi olla myös kokeiluissa käytetyn tietokoneen yksilölliset ominaisuudet.
10 2.5 SeisVU Kotisivu: www.phoenixdatasolutions.co.uk Kaupallinen ohjelma, jolle eivät kelvanneet kokeilussa käytetyt testihavainnot. Sitävastoin kanadalaisen LITHOPROBE-hankkeen julkinen SGY-muotoinen tiedosto avautui vaivatta. Varsinainen ohjelma on monipuolinen havaintojen käsittelyohjelma, mutta ilmaisversion ominaisuudet eivät juuri poikkea esim SeiSeen ominaisuuksista. Lainaus web-sivulta: "...Most of the functionality contained in the full version has been disabled, but it still comprises a complete SEG-Y viewing tool for Windows - incorporating the ability to view the seismic data, both as a colour display and as conventional black and white traces. In addition, the user can view all the file header information.... It even has audio-out so you can listen to your seismic! Individual sample values can also be obtained, as well as histograms of sample value distribution - for an individual trace, the section as a whole, or for an area of interest. The effect of amplitude clipping can be visually tested by means of an interactive colour coded display linked to the sample value histogram." 2.6 OpendTect Base Kotisivu: www.opendtect.org/ Modulipohjaista ohjelmaa ei kokeiltu, mutta se lienee monipuolisimpia ei-kaupalliseen käyttöön soveltuvia ilmaisohjelmia. Ilmaiskäyttö on sallittu ainoastaan opetus- ja tutkimuskäytössä ja jonka ilmaisversio sisältää ainoastaan osan ohjelmamoduleista. Vastaavia perusominaisuuksista löytyy myös Reflex2DQuick:sta. Kaupallinen käyttö edellyttää ohjelmamodulien hankintaa ja melko isoja vuotuisia käyttömaksuja. Ominaisuuksiin voi tutustua ohjelman kotisivuilta löytyvän 268-sivuisen PDF-muotoisen käyttöoppaan avulla. http://www.opendtect.org/index.php/documentation.html ja ftp://ftp.opendtect.org/pub/rel/doc/user.pdf Lainaus web-sivulta: OpendTect Base is the open source part of OpendTect, a seismic interpretation system and R&D environment that supports a/o data IO, visualization, interactive attribute analysis, spectral decomposition, horizon tracking, fault interpretation and multi-platform distributed computing. 3 JOHTOPÄÄTÖKSIÄ Testatuista ohjelmista käyttökelpoisimmiksi osoittautuivat Reflex2DQuick, kogeo ja SeiSee. Kaikissa ohjelmissa on vähintään kohtuulliset tulostusmahdollisuudet, jotka mahdollistavat jatkokäytön joko perinteisenä kuvatulkintana tai raportointiliitteinä. Kogeosta puuttuu vektorimuotoinen (wiggle-mode) esitystapa, mutta toisaalta siinä on migraatiota lukuun ottamatta monipuolisimmat signaalinkäsittelymahdollisuudet. Reflex2DQuick sisältää monipuolisia tulkintamahdollisuuksia, mutta ilmaisversion tulostusmahdollisuudet ovat rajoitetumpia. SeiSee on ehkä helppokäyttöisin, jolla voi esimerkiksi tarkistaa nopeasti suurista havaintoaineistoista mielenkiintoisia yksityiskohtia. Käytännön sovelluksista riippuen kannattaa myös perehtyä SeisVU- ja OpendTect-ohjelmien erityisominaisuuksiin.