基於複雜地質構造的自適應三維射線追蹤方法
2023-12-03 03:12:36 2
專利名稱：基於複雜地質構造的自適應三維射線追蹤方法
技術領域：
本發明涉及地震勘探資料採集，具體地講，涉及一種基於複雜地質構造模型的三 維射線追蹤方法，用於石油天然氣地震勘探、地質地礦等領域。
背景技術：
地震勘探法是這樣一種方法，即，從地震波檢測點接收由放炮點(即，激發點)在 地表激發的地震波的折射波和/或反射波，通過對檢測到的由地質構造層界面處對該地震 波產生的折射波和/或反射波返回地表的射線路徑、傳播時間等進行處理和分析，以便準 確了解和確定地質構造的形態和位置。地震勘探法已廣泛用於石油天然氣地震勘探、地質 地礦等領域。地震學主要包括兩大核心理論，一種是揭示地震波動力學特徵的波動理論，另一 種是揭示地震波運動學特徵的射線理論。因此，在模型正演方面依據這兩大理論就產生了 基于波動理論的正演方法和基於射線理論的正演方法兩個分支。波動理論正演方法是對建立的模型進行網格化，用差分方法或有限元方法等，根 據波動方程近似，按時間步長迭代計算波場，獲得正演波場模擬結果。波動理論正演方法的 特點是能夠準確揭示波在介質中傳播的振幅、頻率、相位變化，真實地反映出波的動力學特 徵，是進行波場研究的有效手段。理論上，波動理論正演方法能夠適應非常複雜的結構，但 在實際應用上受模型網格大小的限制，對非常複雜結構有一定的局限性。射線理論正演方法是根據模型結構及速度變化，追蹤地震波在地下介質中的運動 軌跡及波經過速度界面發生反射、透射(包括折射)變化，並通過計算波場擴散、透射係數、 反射係數等波的能量損失和相位變化，來近似模擬波場特徵。射線理論正演方法主要用於 研究波傳播的軌跡、反射點的分布、波場的分布範圍等波的運動學特徵，也是進行層析反演 的基礎。Snell (斯涅耳)定理表明地震波在傳播過程中，當遇到介質分界面時，一部分能 量發生反射，回到原來的介質稱為反射波，另外一部分能量透過界面，進入到新的介質中稱 為透射波，入射波和透射波遵循如下關係sin α, ν,
權利要求
1.一種基於複雜地質構造模型的三維射線追蹤方法，包括以下步驟 在震源激發點在全角度範圍內對所述地質構造模型的目標層面試射一組射線； 將目標層面進行面元劃分，統計目標層面的每個面元上的試射射線的數量；針對射線密度低於預定閾值的面元，對所述面元進行加密試射； 根據試射射線的初始角度計算試射射線與目標層面的交點，然後計算試射射線在接收 區域的出射點的坐標；在接收區域搜索與接收點最近的3條初始射線的出射點，通過三角形內插，修正射線 在激發點的初始角度，使得試射射線在接收區域的出射點逐漸收斂到接收點；根據射線的修正初始角度計算射線與目標層面的交點，將震源激發點、根據修正初始 角度計算的交點以及接收點依次連接，由此獲得三維射線追蹤路徑。
2.根據權利要求1所述的三維射線追蹤方法，其中，在修正射線在激發點的初始角度 的步驟中，所述3條初始射線的初始角度分別為(θ ρ φ,), (θ2, φ2)和(θ3，φ3)，其中， θ:、θ2、θ 3分別是所述3條初始射線在三維空間內與Z坐標軸的夾角，Φρ Φ2、Φ3分別 是所述3條初始射線XOY水平面上的投影與X坐標軸的夾角，則射線的修正初始角度(θ ρ， Φ ρ)為
3.根據權利要求1所述的三維射線追蹤方法，其中，計算試射射線與目標層面的交點 的步驟包括(1)將構成目標層面的所有三角形按三角形個數平均劃分成兩個子區域，分別計算兩 個子區域在三維坐標系XYZ下的X、Y、Z坐標極值，根據計算得到的Χ、Υ、Ζ坐標極值構造空 間長方體，將試射射線和長方體分別投影到Χ0Υ、Χ0Ζ和YOZ平面，當射線和空間長方體在三 個平面Χ0Υ、Χ0Ζ和YOZ上的投影都彼此相交時，確定試射射線和相應的子區域存在交點；(2)將確定與試射射線相交的子區域再次平均劃分為兩個子區域，採用與步驟(1)相 同的方式，分別判斷試射射線和再次劃分的子區域是否相交；(3)重複執行步驟O)，直到當劃分的子區域內的三角形個數小於特定閾值時，不再 將該子區域進行劃分，直接對試射射線和最後劃分的子區域內的每個三角形進行求交點計 算，求出交點。
4.根據權利要求3所述的三維射線追蹤方法，其中，所述特定閾值為5 10之間的整數。
5.根據權利要求4所述的三維射線追蹤方法，其中，所述特定閾值為8。
6.根據權利要求3所述的三維射線追蹤方法，其中，求交點計算的步驟包括 根據試射射線的初始角度計算試射射線與三角形所在平面的交點； 根據三角形的三個頂點的坐標，將所述交點的坐標轉換成三角形面積坐標； 根據三角形面積坐標的性質，確定所述交點是否在三角形中；如果所述交點在三角形中，則獲得試射射線與目標層面的真正交點；如果所述交點不 在三角形中，則繼續計算射線與下一個三角形的交點，直到計算的交點在三角形中為止。
7.根據權利要求6所述的三維射線追蹤方法，其中，三角形面積坐標被定義為(Ul，ii2，u3),
全文摘要
一種基於複雜地質構造模型的自適應三維射線追蹤方法包括在激發點在全角度範圍內對目標層面試射一組射線；將目標層面進行面元劃分，統計目標層面的每個面元上的試射射線的數量；針對射線密度低於預定閾值的面元加密試射；根據射線的初始角度計算射線與目標層面的交點，計算射線在接收區域的出射點的坐標；在接收區域搜索與接收點最近的3條初始射線的出射點，修正射線在激發點的初始角度；根據射線的修正初始角度計算射線與目標層面的交點，將震源激發點、根據修正初始角度計算的交點以及接收點依次連接，獲得三維射線追蹤路徑。本發明可以迅速排除大量無交點的三角形，減少計算量；通過區域搜索，減少了射線搜索空間，加快了射線的搜索速度。
文檔編號G01V1/28GK102053258SQ20101058915
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月15日 優先權日2010年12月15日
發明者何光明, 劉鴻, 周阿波, 敬龍江, 李亞林, 李忠, 耿春, 胡善政 申請人:中國石油集團川慶鑽探工程有限公司