(地質礦產部航空物探遙感中心)
本文概述了伽馬能譜測井數據處理、解釋、圖形圖像軟件系統的功能、設計思想和研究特點、環境和安裝，以及該系統的主要測試結果。提出了“原型程序”的思想，這是詳細設計階段的有力工具。
前言
本系統用C語言編寫，可在IBM PC/286或以上或兼容機上運行，具有模塊化結構。開發過程嚴格遵循軟件工程方法，經歷了總體設計、詳細設計、編程調試、系統集成和系統測試等階段。除了原設計預期完成的正反向定量解釋、趨勢分析、彩色圖形顯示、交會圖等20項功能外，對預處理、交互解釋等8項功能進行了擴展和補充，特別是剖面對比、巖性柱、綜合顯示、巖性柱的交互解釋，提高了整體水平，形成了較為完善的交互解釋體系。
該系統旨在解決自然伽馬能譜測井定性和定量解釋的計算問題。我部對急需礦種鉀鹽普查方法技術研究給予了大力支持。20世紀60年代，地球物理勘探研究所提出了利用自然伽馬能譜測井找鉀的方法。經過方法試驗和5種儀器的研制，已在6個省推廣應用，取得了壹定的生產效果。該系統的研制成功無疑提高了我國鉀鹽能譜測井技術。
壹、系統功能
伽馬能譜測井數據處理、解釋、圖形圖像(HRSIS)軟件系統包括28個功能，其主要用途如下:
A組:PRP(A組:預處理)
A.1 CALCALT(計算)對兩條測井曲線進行算術運算。
A.2計算1(計算1)，對兩條測井曲線進行算術運算。輸出格式與輸入格式相同。
A.3 LGMINMAX(測井曲線的最大值和最小值)，求測井曲線的最大值和最小值。
A.4 LITHOLOG(巖性柱)，形成巖性柱數據文件，用於繪制測井剖面。
A.5 SEPARATR(曲線分離)，將多條曲線的數據文件分離成多條單曲線的文件，其格式適合進壹步處理或顯示。
b:ktu(b組:計算鉀、釷和鈾的含量)
B.1 W2F(含量計算雙窗口法)，用於計算測井曲線各點的鉀、幹擾元素(U+Th)等元素的含量。
B.2 W2FF(雙窗法尋找含鉀場景)，用雙窗法計算測井曲線各點的鉀含量。
B.3 W2_GJ(解方程組求雙窗法向系數)，用高斯喬丹函數解實線性方程組，得到模型標定的雙窗法向系數。
B.4 W2_MR(雙窗法系數多元回歸擬合)，利用多元reg函數對觀測數據集建立最小二乘線性多元回歸方程，求解模型標定的雙窗法系數。
B.5 W3F(三窗含量測定法)，采用雙窗法計算測井曲線各點的鉀、釷、鈾等元素含量。
B.6 W3_GJ(解方程組求三窗法向系數)，用高斯-喬丹法解線性方程組，得到模型標定的三窗法向系數。
B.7 W3_MR(三窗法系數多元回歸擬合)，利用MultipleReg函數對觀測數據集建立最小二乘線性多元回歸方程，求解模型標定的雙窗法系數。
C組:trend組:趨勢分析)
C.1 TRENDML(多趨勢分析)，利用DataSmoothWeights函數，輸入加權系數，對測井曲線進行多趨勢分析。
C.2 TRENDSG(GS趨勢分析)，使用DataSmoothSg函數進行趨勢分析。該函數中使用的算法是Savitzky-Golay技術，它簡化了最小平方平滑和微分方法。平滑方式有五種:5點，7點，9點，11點，13點。對於9點光滑法和計算壹階導數，程序作了特殊處理，采用待定系數。
C.3 TRNDSG1(GS趨勢分析1)，測井曲線趨勢分析采用Savitzky-Golay技術。
C.4 TRENDW(加權趨勢分析)，使用DataSinoothWeights函數和輸入的加權值來分析測井曲線的趨勢。
d組:團體(d組:圖形展示)
D.11LEGENDS(圖例1)，在頁面底部創建14巖性顏色模式圖例。
d . 22圖例(圖例2)，創建14巖性顏色模式圖例。
d . 3 kthuctbw(K、Th、U含量黑白圖)，繪制測井中鉀、釷、鈾含量黑白圖。
d . 4 kthutcl(K、Th、U含量彩色圖)，並繪制測井鉀、釷、鈾元素彩色圖。
d . 5 kuctbw 1(K、Th、U含量黑白圖)與D.3相同，但Th、U的曲線從右邊開始。
D.6 LOGMTPBW(多條測井曲線黑白圖)，繪制最多10條測井曲線黑白圖。
D.7 LOGMTPCL(多測井曲線彩色圖)，繪制多達10條測井曲線彩色圖。
D.8 SCATTGRM(黑白散點圖)，利用庫函數_ _pg_chartscatter在兩條測井曲線上做黑白散點圖。
D.9 SCATTG15(彩色散點圖)對兩條測井曲線進行彩色散點圖。
E組:ITR(E組:互動口譯)
E.1 CORRELAT(比較互動解釋)。多井測井管柱對比圖的交互式繪制。
E.2 LOGMTP(巖性柱交互解釋)，顯示多條測井曲線，進行巖性柱交互解釋。
E.3 VICTORY(巖性柱綜合顯示和交互解釋)，顯示多條測井曲線、3條含量曲線和2條趨勢曲線，進行巖性柱交互解釋。
二、系統設計思想和開發特點
1.以軟件工程理論為指導。
該系統的開發自始至終註重和強調軟件工程理論的指導，以提高軟件開發水平。經歷了立項、總體設計、詳細設計、編程調試、總體測試總結等階段。現在我簡單描述壹下通常最容易被忽略的前三個階段。
在項目階段，進行了可行性研究和系統功能設計。由於我們對方法的深入理解，這個階段對系統中涉及的教學方法和公式做了足夠清晰的闡述，這個階段的主要成果就是項目設計書。
在總體設計階段，進行結構設計、用戶界面設計和為所需的計算方法選擇合適的軟件資源。在結構設計中，從項目設計書中規定的系統總體功能出發，采用自頂向下的分解和模塊化設計方法設計系統的層次結構和組成模塊，並在軟件開發過程中自底向上對系統結構進行補充和修改，形成最終的層次體系。在這壹階段，還從豐富的軟件資源中選擇了可貸函數，如解方程的GaussJordan函數、MultiplReg多元回歸擬合函數、DataSmoothWeights和DataSmoothSg曲線平滑函數、_ р g _ Chartsca-ter二維概率統計圖形庫函數等。
在詳細設計階段，主要進行模塊設計。它的任務是為各個模塊設計和實現其指定的功能、算法和外部接口所需的內部數據結構和程序邏輯結構，編寫和調試“胚胎程序”。“原型程序”的提出是我們在開發該系統過程中創造的壹種實踐。對於每壹類功能相近的模塊，都設計了原型程序，邏輯完善，可操作性強，但需要補充細節。我們意識到原型程序對編程有很大的好處。壹般壹個原型程序只有幾十條程序語句，而壹個完善的最終主函數(程序)可以有700多條語句，調用十多個函數(子程序)。後者以前者為基礎，由簡單到復雜，逐步補充完善，簡化了復雜程序的調試，節省了時間，提高了源程序文本的質量。大部分胚胎程序被保存下來，以供系統維護時參考。
2.模塊化軟件結構
HRSIS系統具有層次化和模塊化的軟件結構。系統深度為4層，用戶可見3層(見圖1)。第壹層是主控模塊。第二層是功能組合，第三層是28個主要功能模塊，第四層是公共模塊。整個系統由98個用C語言編寫的函數組成，包括29個主要函數。所有源程序* * *有10000多條語句* * *占1.65，438+0.65 m字節，剛好容納在壹張l.2M的軟盤上。主控模塊(HRSIS)給出系統入口界面，並通過spawn函數創建和執行子進程。每個功能模塊都是壹個獨立的子流程，表示為。exe文件，可以被spawn調用。HLP信息是通過。BA T批處理文件，所以為每個HLP文件提供了壹個. bat文件，並且每個批處理也作為子進程被spawn函數調用。
圖1 HRSIS系統用戶界面
3.友好的用戶界面
HRSIS系統具有友好的用戶界面，具有以下特點:
*易於使用，所有功能由主控制模塊控制。進入入口程序後，選擇功能時，用戶只需鍵入序列號，無需重復功能名稱。
*請用戶鍵入參數的提示條款，這些條款是標準的、壹致的，並在括號中給出例子。
*交互功能有操作提示。
*具有完整的HLP子系統，各功能的使用和操作示例可從HLP子系統獲得。此外，為了方便系統維護(糾正性維護、擴展維護和更新)，HLP子系統還包括大多數子程序(函數)的HLP文件。對於英語有困難的用戶，還有壹個中文HLP子系統，需要在中文DOS下運行。
4.利用分段和分頁解決宏數據和內存不足的矛盾。
該系統面臨計算功能和圖形顯示功能的大規模數據處理。這些數據存儲在數據文件中。每個測井曲線數據文件可以包括數千個真實數據點。對於圖形顯示功能，經常同時顯示超過65，438+00條曲線。由於內存的限制，無法壹次將多條曲線轉入內存。為了解決宏數據量和內存不足的矛盾，我們采用了動態分配、分段和分頁的數據處理技術。
5.建立完善規範的文檔。
為了提高軟件產品的可維護性和繼承性，本系統非常重視開發過程中文檔的建立和完善。各階段都有文字資料。特別是在進入編程階段之前，在詳細設計階段就制定了源程序的編寫規則，特別強調註釋的使用。使不同人在不同時間編寫的源程序保持統壹的程序風格，文字美觀、清晰、易懂。每個函數通過後，立即以統壹的格式編寫中英文HLP文本，大大簡化了後期工作。
該系統提交的文件包括:
*項目“伽馬能譜測井數據處理、解釋和圖形圖像軟件系統”尚未編寫。
*HRSIS系統用戶手冊。
*HRSIS系統源程序集。
*HRSIS系統源程序安裝軟盤。
*HRSIS系統開發報告。
三、系統環境和安裝
1.系統硬件和軟件環境
主機:該系統在IBM PC 286上開發成功，安裝在IBM PC 386上。主內存1M以上，顯示器為640×480高分辨率彩色顯示器，帶VGA顯卡，1.2M軟驅。
打印機:愛普生LQ-1600K。
操作系統:MS-DOS版本3.31或以上，中文DOS。
語言工具:quick C。
2.系統安裝
HRSIS系統* * *所有源程序占1.165MB，裝在1.2MB的軟盤上，有11子目錄:HR-SIS，HLP，BAT，PRP，KTU，TRD，GRP，ITR。還有壹個啟動程序:SUHRSIS。裝甲兵基礎訓練(Basic Armor Training)?教學法學士(Bachelor of Arts in Teaching)?B.A.T.Industries PLC(在英國的世界最大的香煙公司)
安裝系統時，先將其放在系統的未來目錄下，運行以下兩條命令建立系統目錄樹，並將系統源程序加載到已建立的目錄樹中。
科裏答:蘇爾西斯。蝙蝠↓
蘇爾西斯
編譯和連接後，HRSIS系統可以通過HRSIS主控功能運行。
第四，系統測試
我們基本上分兩步進行軟件測試，即模塊測試(或單元測試)和系統測試(或集成測試)。
在我們的單元測試工作中，我們采用了窮舉方法，即我們詳細測試模塊的每壹個邏輯結構、各種可能的輸入和各種可選的操作選項。之後在IBM 286和IBM 386上進行了四次系統集成和兩組並行集成測試，充分證明了系統的可靠性。系統測試的代表性結果如下。
1.定量解釋功能
定量解釋(KTU組)* * *有七個功能模塊，其中四個是定量解釋系數正演模型；三是根據得到的定量換算系數計算放射性元素的含量，即反演。根據放射性測井和鉀譜測井生產中使用的三窗法和雙窗法，本軟件系統具有三窗法和雙窗法的正向和反向功能。
三窗法的關系在設計書中有詳細解釋，可以用矩陣形式表示為:
N=AQ
其中:計數率向量n為背景校正後的第K、U、Th個窗口的計數率；
含量向量q為k、u、th的巖石含量；
a是靈敏度矩陣。
正向任務使用校準數據n和校準模型的已知內容q來求解靈敏度矩陣a
反演的任務是根據已知的a矩陣和計數率n求內容向量q。
雙窗口法是鉀鹽能譜測井的壹種方法。由於U和Th元素含量較低，所以結合起來作為幹擾元素。雖然雙窗法的關系不同(見設計書)，但如上用矩陣形式表示。
在系統設計中，使用了兩種數學方法來求解該方程:最小二乘線性多元回歸擬合方法(MultipleReg)和求解線性方程組的高斯-喬丹方法。對於兩窗法和三窗法，形成了四個正演模擬模塊:W2_MR、W3-MR、W2_GJ和W3_GJ。從數學上講，後壹種方法更嚴謹，但第壹種方法對實測數據更實用、更準確。我們建議壹般使用W2_MR和W3_MR模塊，只有在模型數量較少的情況下(雙窗法至少兩個，三窗法至少三個)才可以萬不得已使用W2_GJ和W3_GJ模塊，所以這兩個功能保留。
W2F、W3F、W2FF為反演模塊，選取1988石家莊大郭村靜態板上多道機載能譜儀實際刻度數據作為測試數據。
表1大郭村機場靜態航空能譜模型標準含量
檢定數據表中所列數據為死時間校正後扣除儀器背景凈峰面積後的兩盒檢測晶體。
方法，我們添加u和th窗口計數作為n-詞幹，添加模型板qu和qth作為q-詞幹。
表2三窗法驗證數據
表3雙窗口法的驗證數據
此外，我們還準備了測試內容計算的測井數據文件。
用表2中的數據運行W3_MR函數，得到的數組為:
113.63-0.87-0.59
-5.365.07-0.50
1.33-0.505.12
然後用靈敏度系數文件模擬測井數據文件運行W3F，得到AP-M刻度板中K、U、Th的含量如下:QK = 3.93%；Qu = 20.59ppmQTh=40.50ppm .
使用表3中的數據運行W2_MR函數，獲得的靈敏度系數矩陣如下:
113.72-0.63
-4.024.61
利用靈敏度系數文件和模擬測井數據文件運行W2F，得到AP-M刻度板K和幹擾元素的含量如下:QK = 3.89%；Q dry = =61.96ppm .與表1中的已知數據比較，結果準確，完全可以證明這些函數運算是正確的。
2.測井曲線的圖形顯示和交互解釋功能
測井曲線的圖形顯示體現在GRP組D.3-D.7的五個功能中，並改進為交互解釋功能LOGMTP和VICTORY。驗證勝利函數是否代表這些函數；而且在勝利中還展示了趨勢分析曲線和圖例，驗證了TRD組和D.1和D.2的功能
選取雲南省蘭坪縣拉井鹽礦ZK4鉆孔能譜測井節點作為驗證數據。原始能譜測井曲線有4條:右積分曲線、左積分曲線、峰值微分曲線和自然伽馬曲線。在數字化、趨勢分析和巖性柱數據分析之後，運行勝利函數。圖2(附彩色版)展示了該功能的漂亮效果，* *展示了兩個測井列，共九條曲線(三條內容曲線、四條實測曲線和兩條趨勢分析曲線)，其中壹條可以交互修改。在274米和325米處，有明顯的鉀鹽地層。最後壹頁的下部(圖3(彩色版附圖1))是巖性圖例。
3.對比交互式解釋功能
CORRELAT功能允許我們對多個鉆孔面進行對比解釋，最多可顯示10個鉆孔面，對比層數不受限制。屏幕底部給出了操作提示。鉆井剖面可以使用含量曲線、原始曲線或趨勢曲線。
圖4(色板圖1)是驗證結果。
4.二維概率統計函數
圖5(彩色版附為1)是D.9 SCATTG15的彩色散點圖功能驗證結果。不同概率的點用不同的顏色和符號表示。在這個例子中，最高重復概率是69，這意味著69個點的數據在兩條測井曲線上分別具有接近的值。
這種圖形也稱為交會圖，是壹種重要的測井分析方法，特別適用於巖相研究。圖5上部的點群代表th含量最高，K含量中低的巖性，很可能是泥質巖。
感謝石、、李等同誌在本系統開發過程中參與了部分工作，在此表示感謝。
參考
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伽馬能譜測井數據處理和解釋的圖形圖像軟件系統
張
中國科學院航空地球物理與遙感中心；MlR)
本文簡要介紹了該系統的功能、設計思想、開發特點、軟硬件環境、安裝以及最重要的測試結果。提出了“胚胎程序”的新概念，它可以成為詳細設計階段的重要工具。
彩圖見附圖1。