肖吉星+王軍民

摘要：隨著地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展，三維地震勘探技術(shù)作為新的地球物理勘探方法，在石油界已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可，由此，三維地震模型的可視化和正演成為地球物理勘探的重要部分；加之近年來計(jì)算機(jī)圖像處理能力的加強(qiáng)以及計(jì)算速度的提高也為快速的三維可視化提供了實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。本文基于成熟的逐段迭代射線追蹤法，用C語言實(shí)現(xiàn)多層水平層狀均勻介質(zhì)算法，并結(jié)合QT，OPENGL實(shí)現(xiàn)模型可視化和模型正演程序界面，并實(shí)現(xiàn)了可拖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)的基本交互。

關(guān)鍵詞：三維結(jié)構(gòu)；逐段迭代；射線路徑；射線追蹤；模型可視化；模型正演

近年來，隨著地球物理勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，地震勘探已經(jīng)進(jìn)入了高精度、高分辨率勘探階段，三維地震勘探的地位進(jìn)一步的得到石油界的廣泛認(rèn)可，因此三維地震模型的可視化和正演成為地球物理勘探技術(shù)的重要組成部分。利用三維地質(zhì)模型可以以3D真實(shí)感的圖像的形式形象的表達(dá)地質(zhì)構(gòu)造的真實(shí)形態(tài)、特征以及三維空間物性參數(shù)分布規(guī)律。實(shí)現(xiàn)正演模擬的三維可視化對(duì)于地震資料處理、解釋具有重大意義，可以大大提高解釋的直觀性與準(zhǔn)確性。

1 逐段迭代射線追蹤方法理論介紹

逐段迭代射線追蹤方法是對(duì)Fermat原理和Snell定理的地球物理應(yīng)用與延伸，地震波在地層的傳播過程中，同一條射線路徑上滿足相同射線參數(shù)，實(shí)際上在地層中任意連續(xù)三點(diǎn)都滿足這些射線參數(shù)，而三點(diǎn)間的具體形式為Snell定律。從射線的任意一端出發(fā)，依據(jù)Snell定理，求出中間點(diǎn)，然后以一個(gè)小單位長(zhǎng)度為步長(zhǎng)移動(dòng)，順次進(jìn)行下去，直到另一個(gè)端點(diǎn)，完成一次射線路徑迭代計(jì)算。當(dāng)整條路徑的總矯正量滿足精度要求時(shí)，就認(rèn)為最后一次的追蹤計(jì)算結(jié)果為射線路徑，不然，就一直重復(fù)上述過程，直到找到路徑為止。這種計(jì)算方法在保證了計(jì)算速度的情況下，也可以滿足大部分需求的精度要求。

下面以透射波的推導(dǎo)過程為例給出具體公式：假設(shè)空間中的一界面z=f（x，y），設(shè)P1點(diǎn)的坐標(biāo)為 ，P3點(diǎn)的坐標(biāo)為 ，則P1點(diǎn)到 P3點(diǎn)的總旅行時(shí)為：

對(duì)（1）求導(dǎo)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行一階不完全泰勒展開，即對(duì)射線長(zhǎng)度不做展開。此時(shí)

最后推得 ，其具體形式為：

求解的到 后，用 代替原來的 。重復(fù)以上過程直到達(dá)到所需精度要求。反射波的情況與之類似。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件UI使用了Qt進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)模型創(chuàng)建，參數(shù)設(shè)置，參數(shù)修改，數(shù)據(jù)處理，三維模型呈現(xiàn)，模型交互等功能。三維模型建立采用了OPENGL實(shí)現(xiàn)，將計(jì)算模塊與三維模型建立模塊最大程度的分離，符合軟件設(shè)計(jì)低藕性、內(nèi)聚性的特性。

3 軟件展示及總結(jié)

軟件實(shí)現(xiàn)了模擬透射波傳播路徑模型，并可以通過修改震源，檢波器的坐標(biāo)，以及地層參數(shù)對(duì)各種不同的情況進(jìn)行正演模擬與展示。

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