S12地震仪记录格式

1、数字地震仪(或雷达)的文件格式及其转换方法*胡家富段永康摘要 详细介绍了 SEG(The Society of Exloration Geophysicists)新规定的 SEG-2 标准及其文 件结构，这一标准不但适用于数字地震仪，而且也适用于地质雷达等数字化记录设备。同时给出了 一个在IBM-PC环境下读取SEG-2数据文件的C语言示范程序，根据这个示范程序，用户可以很方 便地将SEG-2数据文件转换成适用于特定应用软件的数据格式。关键词SEG-2标准；数字地震仪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概述随着电子技术的飞速发展以及个人微机的普及，各种新仪器进入一个革命性的时代，数字化的 地震仪、地质雷达的出现结束了模拟记录的历史。但是，各厂家生产的仪器对数据记录都有一套特 殊的存贮方式和相应的处理软件，用户只有在购买了仪器的同时，买了相应软件才能正常地使用其 数据记录。由于缺乏标准的数据格式，用户处理能力受到了阻碍。在此之前，SEG曾推荐过诸如 SEG-D，SEG-Y等格式(Bary,1975)，但经过多年的实践证明它还不够完善，包含的信息量太少，结 构过于单一。为此，SEG在

5、1987年10月的工程地球物理会议上规定了一种统一的数据文件格式， 即SEG-2标准(Pullan,1991)。规定从1987年10月以后出厂的数字化地震仪器及有关设备，无论 以何种方式采集的数据，都应以此标准存贮数据。即使不用此标准存贮数据，但必须提供相应的转 换软件，可以把数据转换成这种存贮格式。国内不少科研单位花巨资从国外引进数字地震仪或雷达， 但由于经费较为紧张，没有购得相应的处理软件，因数据存贮格式不同，原有的软件又用不上。为 了解决这一问题，我们查阅了 SEG-2标准，并结合电力部昆明勘测设计院物探队引进的 SmartSeis-s12型12通道高频数字地震仪，剖析其存贮结构，同时编

6、写出在IBM-PC环境下的格式 转换程序，用户可以根据自己的软件特点随意进行转换。1 SEG-2标准1.1文件结构在SEG-2标准出现以前，SEG还颁布过一系列的标准，但经过实践的检验，还存在一些不尽完 善的地方。SEG-2标准克服了以往的缺点，形成了一个统一的标准，它不仅可以存放地震仪或地质 雷达采集的原始数据，也可以存贮经过处理后的数据。它不局限于DOS支持的IBM系列微机，还适 用于OS/2， Macintoshe系列机和UNIX操作系统的工作站。这个标准采用了自由格式存贮数据， 不依赖于任何一种编程语言，文件的结构如图1所示。文件增述块第道描述观第！道莪据块第3OT述块第W遭数据块第X

7、坦捎述焕第N道数据块图1 SEG-2文件结构从图1中可看出，一个文件的开头部分是文件描述块(file descriptor block)，紧跟其 后的是第1通道描述块(trace descriptor block 1)，其后是第1通道数据块(data block 1)，然后是第2通道描述块和第2通道数据块，依此类推。它由1个文件描述块和1个或 多个通道的描述块和数据块组成。1.2文件描述块文件描述块位于文件的起始部分，包含了文件格式，版本号，该文件的采集方式，所 用仪器型号，处理方式，记录道数以及每一道数据在文件中的起始位置等信息。文件描述 块由3个基本部分组成：32个字节分别存放文件标识，版

8、本号，道指针子块的大小， 该文件的采样道数，字符串和行结束符等信息；道指针子块，它存贮了一系列指向每一 道描述块的起始地址的指针；用以说明该文件的共同信息以及处理方式等的字符串。文件描述块中的第0，1字节中存了一个十六进制正数3a55，它表明该文件存贮的方 式是低字节在前，高字节在后，这就是DOS所支持的IBM系列微机所采用的存贮方式。如 果该正数是553a，则表明采用的是高字节在前，低字节在后的存贮方式，例如，UNIX支 持的68000系列机就采用这种方式。该常数指明数据文件是DOS还是UNIX系统下生成的。第2, 3字节是一个整型状态描述量，指明所使用的SEG标准的版本号，规定SEG-2

9、标准的版本号是1。第4, 5字节是一个无符号的整型量，指明了道指针子块(Trace Pointer Sub-block)的大小。第6, 7字节是一个无符号的整型量，它指明仪器所使用的道数。第 8字节存放的是01h或02h，用以指明第9, 10字节中存放的字符结束符的个数，如果第 8字节中的值是01h，则字符结束符存放于第9字节中，否则分别存放于第9, 10字节中。 同理，第11, 12, 13字节分别存放行结束符的个数以及行结束符。从第1431字节是 SEG-2保留的。从第32字节开始是道指针子块，它存放的是一系列的道指针，每一个道 指针均是一个占4字节的无符号长整型量，指针指向该道的道描述块

10、的起始位置。道指针 子块所占的字节数由第4, 5字节中的值来决定(或者由第6, 7字节的中记录道数决定)。道指针子块后面存放的是一系列的字符串，提供了该仪器的一些必要参数，以及采样 地点、时间、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只是规定了这些字符串取值范围(即SEG关键字)，但是并没有规定字符串的个数，因此，不同仪器产生的文件中包含的字符串个数都可能不同，这就给读取数据带来了一定 的困难。但是S

11、EG明确规定了字符串的存贮格式：字符串前面存放了一个2字节的整型量， 其值的大小就是该字符串所占的字节数（包括前面的2字节的整型量在内），字符串中包含 了关键字和数字，它们之间用空格分隔，如果该整型量的值为0，则说明其后再没有字符 可读。字符串虽处理完了，但其后不一定紧跟着就是数据，SEG还留了一些字节作为将来 扩充用，数据存贮的起始位置应由道描述块指针（在文件描述块里所定义的）和该道描述块 的大小来决定。1.3道描述块和数据块在文件描述块之后是道描述块和相应的数据记录块，道描述块中记录了该道数据的个 数、存贮方式等信息。SEG规定每个数据文件中至少要有一个道描述块和与之相对应数据 记录块。在

12、道描述块中，第0，1字节中存放的是一个无符号整型量，其值是4422h（十六 进制），用以指明此为道描述块的开始。第2, 3字节是一个无符号的整型量，指明该道描 述块的大小（单位是字节）。第4, 5, 6, 7字节中存放的是一个无符号长整型量，指明该 道数据块的大小，单位是字节。第8, 9, 10，11字节中也存放了一个无符号长整型量， 其值的大小就是该道数据块里所包含的采样点数。第12字节中存放了一个无符号的整型 数，是该文件的数据格式代码，用来指明该道数据的存贮格式，其值与数据的存贮格式的 关系如下。第12字节的值01h02h03h04h05h数据存贮格式16位整数32位整数20位浮点数（S

13、EG-D标准）32位浮点数（IEEE标准）64位浮点数（IEEE标准）第1331字节是保留的，也许SEG以后会用来存贮扩充的信息。从第32字节开始， 存贮了一系列的字符串，这些字符串中包含了波形增益，采样间隔，该道数据所通过的数 字滤波器带宽，炮点序号，延迟等大量的文字信息和参数。例如，ALIAS-FILTERfrequency slop， DELAYvalue， SAMPLE-INTERVALvalue， STACKvalue，CDP-NUMBER value，CDP-TRACEvalue等。这些信息是我们处理数据时所必需的，其存贮格式 和处理方法与文件描述块里的一样。紧跟其后便是该道的采样

14、数据，处理方法在下面讨论。2数据存贮格式SEG-2标准规定了数据可用16位整型、32位整型、20位浮点型、32位和64位浮点 型存贮，具体是哪一种，由道描述块里第12字节的值来决定。众所周之，用高级语言均 可很方便地读取16位和32位整型数，以及32位和64位浮点数，用户无须了解其存储方 式。故这里重点介绍第三种格式，即20位浮点数的格式，这是一种常用的格式，它的特 点是动态范围大，节省存贮空间。但是，20位浮点数是用2.5个字节存贮一个采样点， 而高级语言只能以字节为单位进行处理，这就给读取数据带来了一定的困难。SEG-2规定 20位浮点数的存贮格式为：用10个字节来存储4个采样点，即每个采

15、样点占2.5个字节， 其中前2个字节用来存这4个数的阶码。每个采样点由2个字节的整型量及其阶码组成， 整型量的最高位是符号位，其值的范围是-32 76832 767。如图2所示，其存贮顺序依 次为阶码，然后是第1，2, 3, 4个采样点，由于20位浮点型数据的这一特殊存贮方式， 要求每次必须读取10个字节，进行处理后得到4个采样点的值。为了正确得到每一个采样点的值，除了取得一个2字节的整型量外，还必须与其相应 的阶码相结合。图2中的前2个字节的分布如图3所示，从中可以看出低字节的前4个二 进制位（例如，写成cccc）存储第1个采样点的阶码，低字节的后4位存贮的是第2个采 样点的阶码，高字节的前

16、4位存贮第3个采样点的阶码，高字节的后4位存贮第4个采样 点的阶码。基是2,故可以写成2ccc，c其中cccc的取值范围是015。LB HB LB HB LBH 自LB HB LB曲玛 第1个点 第Z个点 .第3个点第4个点图2 4个采样点的存贮结构图3 4个采样点的阶码存贮结构3读取方法和示范程序前面详细介绍了 SEG-2文件的结构，为了方便广大科技人员使用，这里给出了一个C 语言示范程序，为了压缩篇幅，仅给出关键的语句，并未对一些特殊情况作判断处理。它 适用于Microsoft C,Turbo C和Borland C的编译环境。假定程序里打开一个SEG-2的数 据文件，文件指针为f1，并定

17、义最大采样点数为4096，最大记录道数为163,下面是用 以读取文件描述块的C语句。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、眦 ri n glttm con nL hairing term 1 ,sLtin glerrti 2 * rcser vtd 19 char Jijietermcount Jtnelerml R!lneterm2,stringl200j； /MF始处理文件挪述块 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*读职道指针子块“ 仃 fi 淮【lliters j4,n ii nil race，口)；/*开始姓理文件描述块里的字符甲X/ Fe混&5tring1e：i坦h wjlikCO! =?rrLijt；EeFigdi fraadCs(ring 1,1,导MngE油引h 一卫Ffl)； ffcad(cstrjnengtht2h hjfD ； 至此，已经处理完文件描述块。这里只读取了文件描述块里的字符串，但未作任何处

20、理，每- 字符串中的字符个数等于所占字节数减去2(一个整型量所占的字节)，字符串的末尾包含1或2个 结束符，用户可根据自己的需要提取有关的SEG关键字和相应的常数。接下去是用一个循环语句读 取每一道描述块和数据块。经过上面两段程序的处理，用户已经读取了 SEG-2数据文件的文件信息和道信息，最后一 个语句把文件读指针指向道数据块的起始处，只须根据道描述块里的第12字节的值datatype 来判断采用哪一种方式读取数据即可。4结语本文详细地介绍了 SEG-2数据格式，并根据电力部昆明勘测设计院物探队从美国进口的一 批SmartSeis-s12型12通道高频数字地震仪的有关资料，编写了 DOS下的

21、转换程序，限于篇幅， 这里仅给出程序的框架，在此基础上用户很容易把它扩充成为一个完整的程序。对于UNIX用户， 只须稍作改动即可。经程序转换过来的数值是一些无量钢的值，若要得到电压值，还必须解释 SEG的关键字和相应的常数。毫无疑问，只须对该程序作一些扩充就可满足不同软件的需求， 不但可以为用户节约购买软件的资金，同时还可以缩短工程周期。4处理资料文件格式说明：4.1 SEG-Y记录格式（标准）（1）卷头：3600字节（a）ASCII区域：3200字节（40条记录x 80字节/每条记录）。（b）二进制数区域：400字节（32013600）。32133214字节一每个记录的数据道数（每炮道数或总

22、道数）。32173218字节一采样间隔（”s）。32213222字节一样点数/每道（道长）。32253226字节一数据样值格式码1-浮点；32553256字节一计量系统：1-米，2-英尺。32613262*字节一文件中的道数（总道数）。326矿3270*字节一数据域（性质）：0-时域，1-振幅，2-相位谱 * “号字为非标准定义。（2）道记录块：（a）道头字区：含：60个字/4字节整或120个字/2字节整，共240个字节，按二进制格式存放。SEGY格式道头说明：字号（4字节）字号（2字节）字节号内容说明12 14 一条测线中的道顺序号，如果一条测线有若干卷磁带，顺序号连续递增。34 58在本卷

23、磁带中的道顺序号。每卷磁带的道顺序号从l开始。56 9-12 *原始的野外记录号（炮号）。78 1316在原始野外记录中的道号。910 1720测线内炮点桩号（在同一个地面点有多于一个记录时使用）。1112 2124 CMP号（或CDP号）。（弯线=共反射面元号）1314 2528在CMP道集中的道号（在每个CMP道集中道号从1开始）。81 15 2930*道识别码：1=地震数据；4=爆炸信号；7 =计时信号；2=死道；5=井口道；8 =水断信号；3=无效道（空道）；6 =扫描道；9N=选择使用（N=32767）2 16 3132构成该道的垂直叠加道数（1是一道；2是两道相加；）1 17 33

24、34构成该道的水平叠加道数（1是一道；2是两道叠加；）92 18 3536数据类型：1=生产；2=试验1920 3740从炮点到接收点的距离（如果排列与激发前进方向相反取负值）（分米）。2122 4144接收点的地面高程。高于海平面的高程为正，低于海平面为负（cm）。2324 4548炮点的地面高程（cm）。2526 4952炮井深度（正数，cm）。2728 5356接收点基准面高程（cm）。2930 5760炮点基准面高程（cm）。3132 6164 炮点的水深（cm）。3334 6568接收点的水深（cm）。l8l 35 6970对41 一 68字节中的所有高程和深度应用此因子给出真值。比

25、例因子=l, 土 10, 土 100, 土 1000或者土 10000。如果为正，乘以因子；如果为负，则除以因子。（此约定中=-100）182 36 7172对7388字节中的所有坐标应用此因子给出真值。比例因子=1，土 10，土00，土 1000或者土 10000。如果为正，乘以因子；如果为负，则除以因子。（此约定中= -10）3738 7376炮点坐标一X （分米）。（如果坐标单位是弧度秒，3940 7780炮点坐标一Y （分米）。X值代表径度，Y值代表4142 8184接收点坐标一X （分米）。纬度；正值代表格林威4344 8588接收点坐标一Y （分米）。治子午线东或者赤道北的秒数。负

26、值则为西或者南的秒数）1 45 8990坐标单位；1=长度（米或者英尺）；2=弧度秒2 46 9192接收点下风化层速度（低速带速度，M/S）。1 47 9394接收点下次风化层速度（降速带速度，M/S）。2 48 9596震源处的井口时间（ms）。1 49 9798接收点处的井口时间（ms）。2 50 99100炮点的野外一次静校正值（ms）。1 51 101102接收点的野外一次静校正值（ms）。2 52 103104总野外一次静校正量（若未用静校时为零，ms）。1 53 105106延迟时间一A，以ms表示。240字节的道标识的结束和时间信号之间的时间。如果时间信号出现在道头结束之前 为

27、正。如果时间信号出现在道头结束之后为负。时间信号就是起始脉冲，它记录在辅助道上或者由记录系统指定。2 54 107108时间延迟一B，以ms表示。为时间信号和起爆之间的延迟时间。可正可负。1 55 109110延迟记录时间，以ms表示。震源的起爆时间和开始记录数据样点之间的时间（深水时，数据记录不从时间零开 始）。2 56 111112起始切除时间（ms）。1 57 113114结束切除时间（ms）。2 58 115116*本道的采样点数。801 59 117118*本道的采样间隔，以us表示。2 60 119120野外仪器的增益类型：l =固定增益；2 =二进制增益；3 =浮点增益；4N =

28、选择使用1 61 121122仪器增益常数。2 62 123124仪器起始增益（db）（固定增益）。 1 63 125126相关码：1=没有相关；2 =相关2 64 127128起始扫描频率。1 65 129130结束扫描频率。2 66 131132扫描长度，以ms表示。1 67 133134扫描类型：1=线性；2 =抛物线；3 =指数；4 =其他2 68 135136扫描道起始斜坡长度，以ms表示。1 69 137138扫描道终了斜坡长度，以ms表示。2 70 139140 斜坡类型：1=线性；2 = COS?； 3 =其他1 71 141142滤假频的频率（如果使用）2 72 143144

29、滤假频的陡度1 73 145146陷波频率（如果使用）2 74 147148 陷波陡度1 75 149150低截频率（如果使用）2 76 151152高截频率（如果使用）1 77 153154低截频率陡度2 78 155156高截频率陡度1 79 157158数据记录的年2 80 159160 日1 81 161162 小时（24 小时制）2 82 163164 分1 83 165166 秒2 84 167168时间代码：1 =当地时间；2 =格林威治时间；3 =其他。1 85 169170道加权因子（最小有效位定义为2*（N）, N = 0, 1, 2,，32767）2 86 171172覆

30、盖开关位置1处的检波器串（道）号。1 87 173174在原始野外记录中第一道的检波器串号。2 88 175176在原始野外记录中最后一道的检波器串号。1 89 177178缺口大小（覆盖滚动的总道数）；改为：（ = 1，单边激发；=2，中间激发。）2 90 179180在测线的开始或者结束处的覆盖斜坡位置：1=在后面（下行）；2 =在前面（上行）；改为：=0，无坐标；=1，有高程；=2，有坐标和高程。下述字号为自定义内容9192 181184弯线或直测线中每个共反射点的X坐标（分米）。9394 185188弯线或直测线中每个共反射点的Y坐标（分米）。9596 189192弯线中每个共反射面元

31、中点的X坐标（分米）。9798 193196弯线中每个共反射面元中点的Y坐标（分米）。99100 197200弯线中输出剖面段的X坐标（分米）。101102 201204弯线中输出剖面段的Y坐标（分米）。1 103 205206测线内接收点桩号。2 104 207208站点间距或道间距（分米）。1 105 209210 道数/每炮。2 106 211212炮点下低速带速度（M/S）。1 107 213214炮点下降速带速度（M/S）。2 108 215216 CMP （CDP）点或共面元中点间距（分米）。1 109 217218测线内有效站点总数。2 110 219220剖面内CMP （CDP）点或共面元点总数。1 111 221222炮点剩余静校正量（ms）。2 112 223224接收点剩余静校正量（ms）。1 113 225226总剩余静校正量（ms）。2 114 227228炮点下低速带厚度（分米）。1 115 229230接收点下低速带厚度（分米）。2 116 231232弯线中该道列号。1 117 233234弯线中该道行号。2 118 235236弯线中输出剖面段的段号。60 119120 237240测线内的总道数。-说明：1.带*的字节信息必须记录，4660 91120 181240为自定义字号及内容，可以选择使用。4660字号内容