专利名称：基于复杂地质构造的自适应三维射线追踪方法
技术领域：
本发明涉及地震勘探资料采集，具体地讲，涉及一种基于复杂地质构造模型的三 维射线追踪方法，用于石油天然气地震勘探、地质地矿等领域。
背景技术：
地震勘探法是这样一种方法，即，从地震波检测点接收由放炮点(即，激发点)在 地表激发的地震波的折射波和/或反射波，通过对检测到的由地质构造层界面处对该地震 波产生的折射波和/或反射波返回地表的射线路径、传播时间等进行处理和分析，以便准 确了解和确定地质构造的形态和位置。地震勘探法已广泛用于石油天然气地震勘探、地质 地矿等领域。地震学主要包括两大核心理论，一种是揭示地震波动力学特征的波动理论，另一 种是揭示地震波运动学特征的射线理论。因此，在模型正演方面依据这两大理论就产生了 基于波动理论的正演方法和基于射线理论的正演方法两个分支。波动理论正演方法是对建立的模型进行网格化，用差分方法或有限元方法等，根 据波动方程近似，按时间步长迭代计算波场，获得正演波场模拟结果。波动理论正演方法的 特点是能够准确揭示波在介质中传播的振幅、频率、相位变化，真实地反映出波的动力学特 征，是进行波场研究的有效手段。理论上，波动理论正演方法能够适应非常复杂的结构，但 在实际应用上受模型网格大小的限制，对非常复杂结构有一定的局限性。射线理论正演方法是根据模型结构及速度变化，追踪地震波在地下介质中的运动 轨迹及波经过速度界面发生反射、透射(包括折射)变化，并通过计算波场扩散、透射系数、 反射系数等波的能量损失和相位变化，来近似模拟波场特征。射线理论正演方法主要用于 研究波传播的轨迹、反射点的分布、波场的分布范围等波的运动学特征，也是进行层析反演 的基础。Snell (斯涅耳)定理表明地震波在传播过程中，当遇到介质分界面时，一部分能 量发生反射，回到原来的介质称为反射波，另外一部分能量透过界面，进入到新的介质中称 为透射波，入射波和透射波遵循如下关系sin α, ν,
权利要求
1.一种基于复杂地质构造模型的三维射线追踪方法，包括以下步骤 在震源激发点在全角度范围内对所述地质构造模型的目标层面试射一组射线； 将目标层面进行面元划分，统计目标层面的每个面元上的试射射线的数量；针对射线密度低于预定阈值的面元，对所述面元进行加密试射； 根据试射射线的初始角度计算试射射线与目标层面的交点，然后计算试射射线在接收 区域的出射点的坐标；在接收区域搜索与接收点最近的3条初始射线的出射点，通过三角形内插，修正射线 在激发点的初始角度，使得试射射线在接收区域的出射点逐渐收敛到接收点；根据射线的修正初始角度计算射线与目标层面的交点，将震源激发点、根据修正初始 角度计算的交点以及接收点依次连接，由此获得三维射线追踪路径。
2.根据权利要求1所述的三维射线追踪方法，其中，在修正射线在激发点的初始角度 的步骤中，所述3条初始射线的初始角度分别为(θ ρ φ,), (θ2, φ2)和(θ3，φ3)，其中， θ:、θ2、θ 3分别是所述3条初始射线在三维空间内与Z坐标轴的夹角，Φρ Φ2、Φ3分别 是所述3条初始射线XOY水平面上的投影与X坐标轴的夹角，则射线的修正初始角度(θ ρ， Φ ρ)为
3.根据权利要求1所述的三维射线追踪方法，其中，计算试射射线与目标层面的交点 的步骤包括(1)将构成目标层面的所有三角形按三角形个数平均划分成两个子区域，分别计算两 个子区域在三维坐标系XYZ下的X、Y、Z坐标极值，根据计算得到的Χ、Υ、Ζ坐标极值构造空 间长方体，将试射射线和长方体分别投影到Χ0Υ、Χ0Ζ和YOZ平面，当射线和空间长方体在三 个平面Χ0Υ、Χ0Ζ和YOZ上的投影都彼此相交时，确定试射射线和相应的子区域存在交点；(2)将确定与试射射线相交的子区域再次平均划分为两个子区域，采用与步骤(1)相 同的方式，分别判断试射射线和再次划分的子区域是否相交；(3)重复执行步骤O)，直到当划分的子区域内的三角形个数小于特定阈值时，不再 将该子区域进行划分，直接对试射射线和最后划分的子区域内的每个三角形进行求交点计 算，求出交点。
4.根据权利要求3所述的三维射线追踪方法，其中，所述特定阈值为5 10之间的整数。
5.根据权利要求4所述的三维射线追踪方法，其中，所述特定阈值为8。
6.根据权利要求3所述的三维射线追踪方法，其中，求交点计算的步骤包括 根据试射射线的初始角度计算试射射线与三角形所在平面的交点； 根据三角形的三个顶点的坐标，将所述交点的坐标转换成三角形面积坐标； 根据三角形面积坐标的性质，确定所述交点是否在三角形中；如果所述交点在三角形中，则获得试射射线与目标层面的真正交点；如果所述交点不 在三角形中，则继续计算射线与下一个三角形的交点，直到计算的交点在三角形中为止。
7.根据权利要求6所述的三维射线追踪方法，其中，三角形面积坐标被定义为(Ul，ii2，u3),
全文摘要
一种基于复杂地质构造模型的自适应三维射线追踪方法包括在激发点在全角度范围内对目标层面试射一组射线；将目标层面进行面元划分，统计目标层面的每个面元上的试射射线的数量；针对射线密度低于预定阈值的面元加密试射；根据射线的初始角度计算射线与目标层面的交点，计算射线在接收区域的出射点的坐标；在接收区域搜索与接收点最近的3条初始射线的出射点，修正射线在激发点的初始角度；根据射线的修正初始角度计算射线与目标层面的交点，将震源激发点、根据修正初始角度计算的交点以及接收点依次连接，获得三维射线追踪路径。本发明可以迅速排除大量无交点的三角形，减少计算量；通过区域搜索，减少了射线搜索空间，加快了射线的搜索速度。
文档编号G01V1/28GK102053258SQ20101058915
公开日2011年5月11日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者何光明, 刘鸿, 周阿波, 敬龙江, 李亚林, 李忠, 耿春, 胡善政 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司