[發明專利]一種基于隱式模型表達的界面感知射線追蹤方法

有效

• 申請號: 201110414879.0
• 申請日: 2011-12-10
• 公開（公告）號: CN102495427A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 李吉剛;孟憲海;張建興;楊欽
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李新華;成金玉

技術領域

本發明涉及一種在隱式表達的地質構造模型約束下，自動進行速度建模和射線追蹤的系統與方法，特別涉及一種基于隱式模型表達的界面感知射線追蹤方法。

背景技術

由于射線攜帶著大量對于地震反演、建模和偏移十分有用的信息，因此射線追蹤方法在地震勘探數據處理中扮演著非常重要的角色。如果地下速度已知，射線路徑、旅行時、振幅和出射角等參數都可以通過射線追蹤的數值計算得到。

早在1977年Cerveny等人就提出了射線追蹤方法，后來的Cerveny和Hron又進行了補充和完善，這些構成了經典的射線追蹤理論。射線追蹤從數學理論到計算機實現也非常直接，但直到近些年，三維射線追蹤在實際地震反演和建模中的應用也非常有限，大多是科研領域進行模擬實例研究，例如為了實驗新的處理方法生成三維合成地震記錄，或者是檢驗某種假設和近似的合理性。這種方法在石油工業界所以不能夠被廣泛應用的一個重要原因，就是對于真實的復雜地質構造區域三維地震勘探應用是非常耗費計算資源的，而且傳統方法的誤差也是很大的。國內外已有許多基于網格的速度建模方法用于射線追蹤和層析反演。2004年Chapman也介紹了一種基于射線的速度建模算法，能夠感知層面框架，當射線遇到層面時能沿射線傳播物理屬性。但是，這些傳統方法通常基于四面體網格，網格的生成受斷面和層面約束，包括不整合和上覆地層等，在復雜地下構造的地區，網格生成往往十分困難且生成網格質量不高。2006年，Ruger等人提出一種從精細采樣的均勻速度網格中自動生成地層速度結構網格的方法，該方法無需提供額外的約束信息(如斷層和地層)，速度網格在不連續區域被嵌入Delaunay細分的四面體網格中，但他們并沒有從根本上解決約束網格生成的難題。傳統的射線追蹤通常將工作流分割成幾個不同的階段：拾取構造特征、生成速度模型和射線追蹤，除了前一階段的輸出會作為下一階段的輸入外，各個階段往往相互獨立，沒有其它必然聯系。

本發明公開了一種基于隱式模型表達的界面感知射線追蹤方法，射線追蹤的三個主要階段：構造建模、速度建模和射線追蹤具有統一的方法基礎——隱式表達方法，不僅能有效表達復雜地質構造，而且各階段有機聯系，除前一段為后一階段的輸入外，還為后一階段提供結構支撐和計算方法支撐，構成一個統一的整體。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：研究在復雜地質構造模型中自動進行速度建模和高精度射線追蹤的方法，用于地震勘探數據反演、建模和偏移的系統，以解決現有射線追蹤方法在復雜地質構造中實施困難的問題，從而克服現有技術中精度不高、效率較低以及難以有效支撐地震反演、偏移和模擬的困難。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：提供一種基于隱式模型表達的界面感知射線追蹤方法，其在隱式模型表達的構造模型約束下，進行速度建模和界面感知射線追蹤，包括以下步驟：

步驟A，基于隱式的地質界面和地質體生成方法構造三維地質構造模型，包括符號距離場和地層二叉樹；

步驟B，在隱式表達的三維構造模型基礎上自動構造速度模型；

步驟C，根據構造模型和速度模型進行射線追蹤。

步驟A中的符號距離場是構造模型的隱式表達形式，符號距離場的零等值面用以表示相應的地質層面；地層二叉樹是描述地質層面和地質體空間拓撲關系的數據結構，具有以下性質：每一個非葉子節點代表一個層面，每一個葉子節點代表層面所分割的一個空間區域，即地層體；主地層總是相應輔地層的父或祖先節點；對任一地層二叉樹節點，它的左節點、自己、它的右節點對應的層面總是成為層序或逆層序的子排列。

步驟B進一步包括：

步驟B1，根據地層二叉樹和符號距離場為每個地層體指定四面體網格，這些四面體網格包括完全位于地層體內部和與地層體邊界地層面相交的四面體網格，相交的四面體網格在與其相交的不同地層體中各保存一份復本；

步驟B2，根據速度生成規則為每個地層體指定的四面體網格頂點賦速度值，并以地層體為單位組織速度文件；速度生成規由地層面基速度函數和速度梯度共同決定，其中速度梯度來源于地質學家和地球物理學家的先驗知識或者由偏移速度分析獲取。

步驟C進一步包括：

步驟C1，根據運動學方程，采用等時分割的方法，對射線路徑分段計算；每一計算分段稱為一個射線步，對每個射線步，如果其與四面體單元的邊界三角形相交，那么它將被該面截斷，相交點成為該射線步新的終點。