1、地震地磁觀測與研究第20卷第3期SEISMOLO GICAL AND GEOMA GN ETIC Vol20No3 1999年6月OBSERVA TION AND RESEARCH J un1999數(shù)字地震儀(或雷達的文件格式及其轉換方法3胡家富段永康(中國昆明650031云南大學地球科學系摘要詳細介紹了SEG(The S ociety of Exloration G eophysicists新規(guī)定的SEG22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IBM2PC環(huán)境下讀取SEG22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

2、很方便地將SEG22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SEG22標準;數(shù)字地震儀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SEG2D,SEG2Y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1987年10月的工程地球物理

3、會議上規(guī)定了一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)文件格式,即SEG22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SEG22標準,并結合電力部昆明勘測設計院物探隊引進的Smart Seis2s12型12通道高頻數(shù)字地震儀,剖析其存貯結構,同時編寫出在IBM2PC環(huán)境下的格式轉換程序,用

4、戶可以根據(jù)自己的軟件特點隨意進行轉換。3云南省自然科學基金資助項目本文收到日期:19982092171SEG 22標準111文件結構在SEG 22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 22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UN IX 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。圖1SEG 22文件結構從圖1中可看

5、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(datablock 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。112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

6、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,UN IX 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UN IX 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 22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

7、子塊(Trace Point 2er Sub 2block 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 22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

8、,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 2DA TE value ,PROCESSIN G 2TIM E value ,COMPAN Y name ,INSTRUM EN T 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733期胡家富等:數(shù)字地震儀(或雷達的文件格式及其轉換方法83地震地磁觀測與研究20卷數(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

9、了一定的困難。但是SEG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。113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。

10、在道描述塊中,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小(單位是字節(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)的值數(shù)據(jù)存貯格式01h16位整數(shù)02h32位整數(shù)03h20位浮點數(shù)(SEG2D標準04h32位浮點數(shù)(IEE

11、E標準05h64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,AL IAS2FIL TERfre2 quencyslop,DELA Yvalue,SAMPL E2IN TERVALvalue,STAC Kvalue,CDP2 NUMB ERvalue,CDP2TRACEvalue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數(shù)據(jù),處理方法在下面討論。2

12、數(shù)據(jù)存貯格式SEG22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215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。SEG22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,即每個采樣點占215個字節(jié),其中前2個字節(jié)用來存

13、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-3276832767。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

14、碼。基是2,故可以寫成2cccc ,其中cccc 的取值范圍是015 。圖24 個采樣點的存貯結構圖34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 22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 22的數(shù)據(jù)文件,文件指針為f1,并定義最大采樣點數(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 。933期胡家富等:數(shù)字地震儀(或雷達的文件格式及其轉換方法 至此

15、,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,但未作任何處理,每一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 22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。04地震地磁觀測與研究20卷3 期 胡家富等 : 數(shù)字地震儀 ( 或雷達 的文件格式及其轉換方法 41 4 結

16、語 口的一批 Smart Seis2s12 型 12 通道高頻數(shù)字地震儀的有關資料 , 編寫了 DOS 下的轉換程 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 UN IX 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 。 參考文獻 p hysics , 56 , 12601267 Bary K M , 1975. R

17、ecommended standareds for digital tape formats , Geop hysics , 40 , 344352 File f ormat of digital seismograph ( or radar and its convertion method Hu Jiaf u and Duan Yongkang Abstract not only to digital seismograp h , but also to digital recording equip ment such as geological radar SEG 2 file und

18、er IBM2PC environment . Using t his program , users can conveniently convert 2 SEG 2 file to t hat formatted for special application. 2 Key words : SEG 2 standard , digital seismograp h 2 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. etc. At t he same time , a demonst ration program written in C language is supplied to read Pullan S E , 1991. Recommended standard for seismic ( / radar data files in t he computer environment , Geo2 ( Eart h Science Depart men