一种基于隐式模型表达的界面感知射线追踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于隐式模型表达的界面感知射线追踪方法，用于地震数据反演、建模和偏移的系统，步骤为：基于隐函数来表达地质界面；使用二叉树来描述地层沉积序列，并结合隐式表达的地质界面实现三维地质体构造模型的生成；在隐式表达的构造模型的基础上，根据指定的每个地层体的速度分布规则，为包含在地层体内或者与地层面相交的四面体单元顶点赋速度值，并以地层体为单位，组织和存储速度文件；在隐式表达的构造模型约束下，根据运动学方程和反射定律，基于界面感知的射线追踪在构造模型中分段迭代进行。本发明专利技术可对复杂地质构造模型的自动进行速度建模，并完成高精度和健壮的射线追踪，为地震反演、偏移成像和数值模拟获得重要参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在隐式表达的地质构造模型约束下，自动进行速度建模和射线追踪的系统与方法，特别涉及。
技术介绍
由于射线携带着大量对于地震反演、建模和偏移十分有用的信息，因此射线追踪方法在地震勘探数据处理中扮演着非常重要的角色。如果地下速度已知，射线路径、旅行时、振幅和出射角等参数都可以通过射线追踪的数值计算得到。早在1977年Cerveny等人就提出了射线追踪方法，后来的Cerveny和Hron又进行了补充和完善，这些构成了经典的射线追踪理论。射线追踪从数学理论到计算机实现也非常直接，但直到近些年，三维射线追踪在实际地震反演和建模中的应用也非常有限，大多是科研领域进行模拟实例研究，例如为了实验新的处理方法生成三维合成地震记录，或者是检验某种假设和近似的合理性。这种方法在石油工业界所以不能够被广泛应用的一个重要原因，就是对于真实的复杂地质构造区域三维地震勘探应用是非常耗费计算资源的，而且传统方法的误差也是很大的。国内外已有许多基于网格的速度建模方法用于射线追踪和层析反演。2004年Chapman也介绍了一种基于射线的速度建模算法，能够感知层面框架，当射线遇到层面时能沿射线传播物理属性。但是，这些传统方法通常基于四面体网格，网格的生成受断面和层面约束，包括不整合和上覆地层等，在复杂地下构造的地区，网格生成往往十分困难且生成网格质量不高。2006年，Ruger等人提出一种从精细采样的均勻速度网格中自动生成地层速度结构网格的方法，该方法无需提供额外的约束信息(如断层和地层)， 速度网格在不连续区域被嵌入Delaimay细分的四面体网格中，但他们并没有从根本上解决约束网格生成的难题。传统的射线追踪通常将工作流分割成几个不同的阶段拾取构造特征、生成速度模型和射线追踪，除了前一阶段的输出会作为下一阶段的输入外，各个阶段往往相互独立，没有其它必然联系。本专利技术公开了，射线追踪的三个主要阶段构造建模、速度建模和射线追踪具有统一的方法基础——隐式表达方法，不仅能有效表达复杂地质构造，而且各阶段有机联系，除前一段为后一阶段的输入外，还为后一阶段提供结构支撑和计算方法支撑，构成一个统一的整体。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是研究在复杂地质构造模型中自动进行速度建模和高精度射线追踪的方法，用于地震勘探数据反演、建模和偏移的系统，以解决现有射线追踪方法在复杂地质构造中实施困难的问题，从而克服现有技术中精度不高、效率较低以及难以有效支撑地震反演、偏移和模拟的困难。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是提供，其在隐式模型表达的构造模型约束下，进行速度建模和界面感知射线追踪，包括以下步骤步骤A，基于隐式的地质界面和地质体生成方法构造三维地质构造模型，包括符号距离场和地层二叉树；步骤B，在隐式表达的三维构造模型基础上自动构造速度模型；步骤C，根据构造模型和速度模型进行射线追踪。步骤A中的符号距离场是构造模型的隐式表达形式，符号距离场的零等值面用以表示相应的地质层面；地层二叉树是描述地质层面和地质体空间拓扑关系的数据结构，具有以下性质每一个非叶子节点代表一个层面，每一个叶子节点代表层面所分割的一个空间区域，即地层体；主地层总是相应辅地层的父或祖先节点；对任一地层二叉树节点，它的左节点、自己、它的右节点对应的层面总是成为层序或逆层序的子排列。步骤B进一步包括步骤Bi，根据地层二叉树和符号距离场为每个地层体指定四面体网格，这些四面体网格包括完全位于地层体内部和与地层体边界地层面相交的四面体网格，相交的四面体网格在与其相交的不同地层体中各保存一份复本；步骤B2，根据速度生成规则为每个地层体指定的四面体网格顶点赋速度值，并以地层体为单位组织速度文件；速度生成规由地层面基速度函数和速度梯度共同决定，其中速度梯度来源于地质学家和地球物理学家的先验知识或者由偏移速度分析获取。步骤C进一步包括步骤Cl，根据运动学方程，采用等时分割的方法，对射线路径分段计算；每一计算分段称为一个射线步，对每个射线步，如果其与四面体单元的边界三角形相交，那么它将被该面截断，相交点成为该射线步新的终点。步骤C2，检查射线步是否与断层相交由于断层面采用四面体网格面显示表达， 且取消了断层两侧四面体拓扑邻接关系，共享断层面的相邻四面体各自保留一份公共面复本，当射线步与四面体的边界三角形相交时，检查该面是否为断层面，如果是，则将该射线步终点标记为位于断层，即该射线步与断层相交；步骤C3，检查射线步是否与地层面相交，由于地层面采用了隐示函数表达，不能直接判定相交，可使用判断空间点层位的规则在地层二叉树中确定如果射线步的起点和终点位于地层二叉树同一叶节点，可以确定该射线步完全位于某地层体内而没有与地层面相交；否则，该射线步至少与一个地层面相交。进一步确定交点的确切位置检查从该射线步起点所在地层体叶节点到根节点的溯祖路径上的每个节点，对于非叶节点，如果射线步的起点和终点在符号距离场中符号相反，则可以确定射线步与该地层面相交，射线步的起点和终点在符号距离场中的值的比例可以确定交点的确切位置。步骤C4，当射线步与断层或地层相交时，将发生反射和折射，使用符号距离场，可迅速计算出射线与层面相交点处的法向量，以方便计算射线入射角与出射角。当射线步相交于断层时，反射射线步仍在当前地层体的当前四面体中进行，但具有新的射线方向；折射射线步将在与当前四面体共享断层面的相邻四面体中进行，根据判断空间点层位的规则可以确定新四面体所在地层体，如果不在当前地层体，需要加载相应地层体速度文件，并使用新地层体的速度生成规则为折射射线步起点插值出速度值。当射线步相交于地层时，反射射线步仍在当前地层体中进行，但具有新的射线方向；折射射线步将起始于新的地层体，新地层体使用修正的判断空间点层位的规则确定，并加载相应地层体速度文件，使用新四面体复本为折射射线步起点插值出速度值。步骤C3及C4中的判断空间点层位的规则是指从地层二叉树根节点开始选择性遍历，由当前二叉树节点对应的层面的符号距离场中插值出给定空间点的值，由该值的符号决定下一个遍历的子节点是左子节点还是右子节点，如此继续遍历，直至抵达叶子节点即给出了空间点所在层位；修正的判断空间点层位的规则的是指当遍历至相交地层的非叶节点，如果当前地层体位于左子树，则从右子树继续遍历，反之亦然。本专利技术与现有技术相比所具有的优点是1、本专利技术由于采用的隐式方法表达构造模型，能直接服务于速度建模和射线追踪，适用于复杂地质构造环境；2、本专利技术速度建模中，采用多重复本方法，以地层体为单位生成速度文件，能嵌入地质学家和地球物理学家对地质规律的认识，能实现地层界面处速度的间断表达，为射线追踪有供有力支撑；3、本专利技术利用符号距离场和地层二叉树，形成了一整套合理的射线相交、反射和折射规则，有效提高了射线追踪的精度与效率。附图说明图1为地质构造剖面和对应生成的地层二叉树；图2为与地层面相交的四面体示意图；图3为具有双重复本的速度模型表达示意图；图4为带有多个断层的复杂地质构造模型；图5为单射线在复杂构造模型中的反射、折射示意图；图6为复杂构造模型中内部任意点源射线到某剖面的传播示意图；图7为带有蘑菇体的复杂地质构造模型；图8为内部任意点源射线在带有蘑菇体的复杂地质构造模型的传播(只考虑反射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李吉刚，孟宪海，张建兴，杨钦，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：