一种多尺度伪弯曲射线追踪方法与流程

本发明涉及地球物理勘探技术领域，更具体的涉及一种多尺度伪弯曲射线追踪方法。

背景技术：

射线追踪作为一种快速有效的正演模拟技术，在野外数据采集设计、波场分析与识别、静校正、层析成像以及偏移成像等方面都有重要的应用。射线追踪是已知介质和观测系统，求取震源和接收点之间波传播的路径、走时、振幅等问题。

传统的射线追踪技术可分为：试射法(或打靶法)、弯曲法和波前重建法等。众多射线追踪方法中弯曲法具有迭代速度快，精度也较高，但不适于连续介质，而伪弯曲法射线追踪考虑了速度梯度，因而能适用于连续速度变化的介质中，却不适应于存在速度突变的介质中。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种多尺度伪弯曲射线追踪方法，用以解决现有技术中伪弯曲法射线追踪不适用于速度突变介质中的问题。

本发明实施例提供一种多尺度伪弯曲射线追踪方法，包括：

步骤1、将预定的第一三维速度模型按立方体网格剖分，进行空间离散化；

步骤2、根据预定的炮点坐标和接收点坐标在剖分后的第一三维速度模型中确定初始射线路径；

步骤3、设置初始尺度因子k＝1；

步骤4、根据公式(1)，从所述剖分后的第一三维速度模型中提取对应尺度的三维速度模型分量v^k；

其中，公式(1)中，l为高斯滤波器长度，(x0，y0,z0,)是高斯窗中心点，k为尺度因子，w(k)为高斯滤波器，v^k为高斯滤波器与三维速度模型的卷积结果，v为三维速度模型；

步骤5、将初始射线路径的所有相邻两节点间的射线路径长度一一与提取的对应尺度的三维速度模型分量的立方体网格的边长进行比较；

步骤6、当所述提取的对应尺度的速度模型分量的立方体网格的边长小于相邻两节点间射线路径长度时，将所述相邻两节点的中间点作为新节点；

步骤7、采用伪弯曲射线追踪方法对所述新节点进行修改，将初始射线路径的两节点和修改后的节点之间的连线作为优化后的射线路径，将所述优化后的射线路径作为初始射线路径；

步骤8、令尺度因子k加1，并当尺度因子k对应的网格化后的三维速度模型与预定的第二三维速度模型不匹配时，重复步骤4-7；

步骤9、输出最终的射线路径，并计算射线走时；其中，所述最终的射线路径为当尺度因子k对应的网格化后的三维速度模型与预定的第二三维速度模型匹配时的初始射线路径。

较佳地，所述采用伪弯曲射线追踪方法对所述新节点进行修改具体包括：

s1、假设初始射线路径的两节点为pk-1和pk+1，pk-1和pk+1的连线的中心处插入的新节点为pmid；

s2、通过以下迭代公式组对中间节点pmid进行修改，修改后的节点为pk，即优化后的路径节点为pk-1、pk和pk+1；

其中，vmid为中点pmid处的速度值，为修改后点pk处的速度梯度向量，为中点pmid处的速度梯度向量，xk-1为节点pk-1的横坐标，xk+1为节点pk+1的横坐标，γ为方向矢量，n为单位方向矢量，r为中点pmid到修改后点pk的距离，c为点pk-1和点pk+1处慢度的平均，l＝|xk+1-xmid|，l为节点pk+1和节点pmid之间的距离，xmid为节点pmid的横坐标，xk为节点pk的横坐标。

较佳地，所述中点pmid处的速度值vmid可根据如下公式(2)计算得到；

其中，公式(2)式中，vmid(x,y,z)为中点pmid(x,y,z)处的速度，vmid((i+l,j+m,k+n)表示中点pmid周围8个网格节点处的速度值；(x,y,z)是中点pmid的坐标，(xi,yj,zk)分别是网格节点的x坐标，y坐标和z坐标。

本发明实施例中，通过判断提取的对应尺度的三维速度模型分量的网格大小是否小于初始射线路径；当所述提取的对应尺度的速度模型分量的网格大小小于初始射线路径时，将初始射线路径的中心处插入新节点；采用伪弯曲射线追踪方法对所述新节点进行修改，将初始射线路径的两节点和修改后的节点之间的连线作为优化后的射线路径，将所述优化后的射线路径作为初始射线路径，也即，通过逐级提取，并且比较每一步提取的对应尺度的三维速度模型分量的网格大小与初始射线路径后，对初始射线路径进行加密和优化，直至路径满足设定的终止条件，从而使得伪弯曲法从技术上进行改进，使其适用于包括速度突变的任意复杂介质中，以充分发挥这种方法本身所具有的高效率高精度的优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种多尺度伪弯曲射线追踪方法的流程示意图；

图2为本发明网格剖分示意图；

图3为伪弯曲法三点迭代示意图

图4为复杂速度模型多尺度伪弯曲法射线追踪过程。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

多尺度伪弯曲射线追踪方法属于地球物理勘探中的正演问题，即通过给定三维速度模型和炮点、接收点排列的位置来得到正确的地震波传播的射线路径，进而得到正确的地震记录。为实现上述目的，本发明实施例提供的一种多尺度伪弯曲射线追踪方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤1、将预定的第一三维速度模型按立方体网格剖分，进行空间离散化。

其中，按照立方体网格对第一三维速度模型进行剖分，如图1所示。

步骤2、根据预定的炮点坐标和接收点坐标在剖分后的第一三维速度模型中确定初始射线路径。

步骤3、设置初始尺度因子k＝1。

步骤4、根据公式(1)，从该剖分后的第一三维速度模型中提取对应尺度的三维速度模型分量v^k。

其中，公式(1)中，l为高斯滤波器长度，(x0，y0,z0,)是高斯窗中心点，k为尺度因子，w(k)为高斯滤波器，v^k为高斯滤波器与三维速度模型的卷积结果，v为三维速度模型。

步骤5、将初始射线路径的所有相邻两节点间的射线路径长度一一与提取的对应尺度的三维速度模型分量的立方体网格的边长进行比较。

步骤6、当该提取的对应尺度的速度模型分量的立方体网格的边长小于相邻两节点间射线路径长度时，将该相邻两节点的中间点作为新节点。

步骤7、采用伪弯曲射线追踪方法对该新节点进行修改，将初始射线路径的两节点和修改后的节点之间的连线作为优化后的射线路径，将该优化后的射线路径作为初始射线路径。

其中，该采用伪弯曲射线追踪方法对该新节点进行修改具体包括：

s1、假设初始射线路径的两节点为pk-1和pk+1，pk-1和pk+1的连线的中心处插入的新节点为pmid。

s2、通过以下迭代公式组对中间节点pmid进行修改，修改后的节点为pk，即优化后的路径节点为pk-1、pk和pk+1。

其中，vmid为中点pmid处的速度值，为修改后点pk处的速度梯度向量，为中点pmid处的速度梯度向量，xk-1为节点pk-1的横坐标，xk+1为节点pk+1的横坐标，γ为方向矢量，n为单位方向矢量，r为中点pmid到修改后点pk的距离，c为点pk-1和点pk+1处慢度的平均，l＝|xk+1-xmid|，l为节点pk+1和节点pmid之间的距离，xmid为节点pmid的横坐标，xk为节点pk的横坐标。

另外，插入新节点的方式也称为加密射线节点，如图3所示，假设初始射线路径的两节点为pk-1和pk+1，在pk-1和pk+1的连线的中心处插入的新节点为pmid，即通过增加射线中间节点，得到加密后的射线路径。

此外，对连续的三个点pk-1、pmid和pk+1，利用pk-1和pk+1通过迭代公式组对中间点pmid进行修改，修改后的节点为pk，即优化后的路径节点为pk-1、pk和pk+1，该节点的表示如图3所示。

具体地，该中点pmid处的速度值vmid可根据如下公式(2)计算得到；且中点pmid的位置如图2所示。

其中，公式(2)中，vmid(x,y,z)为中点pmid(x,y,z)处的速度，vmid((i+l,j+m,k+n)表示中点pmid周围8个网格节点处的速度值；(x,y,z)是中点pmid的坐标，(xi,yj,zk)分别是网格节点的x坐标，y坐标和z坐标。

步骤8、令尺度因子k加1，并当尺度因子k对应的网格化后的三维速度模型与预定的第二三维速度模型不匹配时，重复步骤4-7。

步骤9、输出最终的射线路径，并计算射线走时。

其中，该最终的射线路径为当尺度因子k对应的网格化后的三维速度模型与预定的第二三维速度模型匹配时的初始射线路径。

图4为利用本发明一种多尺度伪弯曲射线追踪方法对复杂速度模型多尺度伪弯曲法射线追踪过程，图4中，a为初始射线路径，即炮点和接收点的连线；b为尺度因子k＝1时的射线路径，此时炮点和接收点之间插入一个节点；c为尺度因子k＝2时的射线路径，…，一直到j为最终的射线路径。

本发明实施例中，通过判断提取的对应尺度的三维速度模型分量的网格大小是否小于初始射线路径；当该提取的对应尺度的速度模型分量的网格大小小于初始射线路径时，将初始射线路径的中心处插入新节点；采用伪弯曲射线追踪方法对该新节点进行修改，将初始射线路径的两节点和修改后的节点之间的连线作为优化后的射线路径，将所述优化后的射线路径作为初始射线路径，也即，通过逐级提取，并且比较每一步提取的对应尺度的三维速度模型分量的网格大小与初始射线路径后，对初始射线路径进行加密和优化，直至路径满足设定的终止条件，得到的射线路径即为最终结果，从而使得伪弯曲法射线追踪可适用于速度突变介质中。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。