[发明专利]一种基于隐式模型表达的界面感知射线追踪方法

说明书

技术领域

本发明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，特别涉及一种基于隐式模型表达的界面感知射线追踪方法。

背景技术

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匀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Delaunay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。

本发明公开了一种基于隐式模型表达的界面感知射线追踪方法，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。

发明内容

本发明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。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：提供一种基于隐式模型表达的界面感知射线追踪方法，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B1，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C1，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。