强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法、设备和介质技术

本发明专利技术公开了强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法、设备和介质，涉及地球物理正演技术领域，该方法包括：基于克里斯托费尔频散理论推导VTI介质中高频近似假设条件下程函方程qP波、qSV波和qSH波慢度平面表达公式；推导水平方向群速度V

【技术实现步骤摘要】
强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法、设备和介质


[0001]本专利技术涉及地球物理正演
，具体涉及一种强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法、设备和介质。

技术介绍

[0002]各向异性对地震波传播的振幅和传播时间有明显的影响。层状VTI介质广泛应用于地震叠前时间偏移和页岩水力压裂中的微震监测。它们的成像质量关键取决于正演计算的准确性。两点射线追踪方法，如射击法和弯曲法，已被证实是一种实用的方法来寻找射线路径和旅行时间。与各向同性介质不同，地震波在VTI介质中会分裂为qP波、qSV波和qSH波，三种波均需要精确计算它们的群速度旅行时间和射线路径。在各向异性介质中，程函方程依赖于相速度角，而在射线路径依赖于群速度角。计算过程中很难找到群速度角与其对应的群速度矢量之间的确切关系。一些近似公式，如Byun近似式和Sena近似式，在弱各向异性介质中表现良好，而在强各向异性地层中误差较大。另一种选择是预先在群速度和群角之间建立字典，然而，计算过程中查找字典中的大量信息大大降低了计算效率。因此，传统方法在计算强各向异性VTI介质射线追踪时，存在计算精度低、耗时大的问题，不适用于工业生产应用。研究表明，慢度系数可以在qP波和qSV波中形成四次曲面，而在qSH波中可以形成二次曲面。VTI介质中的群速度有其射线参数的解析式，适用于强各向异性介质。因此，与传统方法利用角度作为自变量不同，可以利用慢度作为自变量计算群速度，进而可以推导出射线路径和走时关于慢度的解析公式，最终通过高斯牛顿法快速迭代获得慢度大小，推导获得各层的射线路径和走时大小。相对于传统方法，基于慢度为自变量的方程适用于任意强度各向异性介质，计算效率更高，结果更加精确。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法、设备和介质，其旨在解决基于现有技术计算VTI介质射线路径和走时精度差、效率低的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术可以采用以下技术方案进行：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法，其包括如下步骤：
[0007]基于克里斯托费尔频散理论推导VTI介质中高频近似假设条件下程函方程qP波、qSV波和qSH波慢度平面表达公式；
[0008]通过慢度平面推导水平方向群速度V
x
和垂直方向群速度V
z
的解析表达式；
[0009]通过VTI介质水平方向群速度V
x
和垂直方向群速度V
z
推导qP波、qSV波和qSH波的射线路径和走时表达式；
[0010]通过参数变换，将原慢度参数为自变量的射线路径表达式转换为单层最大水平路
径为自变量的射线路径表达式，推导在已知射线水平路径条件下目标函数表达式，并通过高斯牛顿法推导反演求解迭代公式；
[0011]通过寻求离散值拟合射线路径中水平分量路径曲线，推导反演中的初始值大小；
[0012]通过水平射线路径公式推导出最大水平路径取值，根据最大水平路径取值推导出该射线路径和走时；
[0013]综合射线路径和走时即可确定该次射线追踪结果。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行，以实现如上所述的强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法。
[0015]第三方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如上所述的强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法。
[0016]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：本专利技术实施例的一种强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法，其基于克里斯托费尔频散理论推导VTI介质中高频近似假设条件下程函方程qP波、qSV波和qSH波慢度平面表达公式；通过慢度平面推导水平方向群速度Vx和垂直方向群速度Vz的解析表达式；通过Vx和Vz推导qP波、qSV波和qSH波的射线路径和走时表达式；通过参数变换转换为单层最大水平路径为自变量的射线路径表达式；通过高斯牛顿法推导反演求解迭代公式；通过离散值拟合射线路径推导反演中的初始值大小。本方法的优势在于可以高效、高精度地获得任意各向异性VTI介质中的旅行时间和射线路径。在强各向异性VTI介质中，直达波和反射波的射线路径是精确的。该方法的提出，有利于提高地震叠前时间偏移和页岩水力压裂中微震监测正演计算的准确性，为油气资源的低成本高效开采提供了良好的技术基础。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术实施例的强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法的流程图；
[0019]图2为本专利技术实施例的强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法慢度平面示意图；
[0020]图3为本专利技术实施例的VTI介质射线追踪中射线路径轨迹示意图；
[0021]图4为本专利技术实施例的VTI介质存储设备的结构示意图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本
申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
[0023]实施例：
[0024]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本专利技术实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0025]在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法，其特征在于，包括如下步骤：基于克里斯托费尔频散理论推导VTI介质中高频近似假设条件下程函方程qP波、qSV波和qSH波慢度平面表达公式；通过慢度平面推导水平方向群速度V
x
和垂直方向群速度V
z
的解析表达式；通过VTI介质水平方向群速度V
x
和垂直方向群速度V
z
推导qP波、qSV波和qSH波的射线路径和走时表达式；通过参数变换，将原慢度参数为自变量的射线路径表达式转换为单层最大水平路径为自变量的射线路径表达式，推导在已知射线水平路径条件下目标函数表达式，并通过高斯牛顿法推导反演求解迭代公式；通过寻求离散值拟合射线路径中水平分量路径曲线，推导反演中的初始值大小；通过水平射线路径公式推导出最大水平路径取值，根据最大水平路径取值推导出该射线路径和走时；综合射线路径和走时即可确定该次射线追踪结果。2.根据权利要求1所述的强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法，其特征在于，基于克里斯托费尔频散理论推导VTI介质中高频近似假设条件下程函方程qP波、qSV波和qSH波慢度平面表达公式，具体步骤包括：由于各向异性介质中沿不同方向传播的射线速度不同，S波可以分裂为SH波和SV波，连同体波P波，共形成三种不同的波形qP波、qSV波和qSH波；以慢度为自变量，分别计算VTI介质中的qP波、qSV波和qSH波的慢度平面；确定克里斯托费尔频散理论条件下qP波和qSV波的慢度平面，具体步骤包括：由于VTI介质中qP波和qSV波耦合在一起，因此它们对应的程函方程为一个四次慢度平面：面：面：面：面：面：式中，α0和β0代表沿对称轴P波和SV波的速度大小；ε代表qP波水平和垂直方向的速度比值；γ代表qSH波水平和垂直方向的速度比值；δ代表qP波在垂直方向的改变率，p
x
和p
z
是水平方向和垂直方向慢度矢量；计算水平方向和垂直方向慢度矢量p
x
和p
z
，具体步骤包括：由于qP波速度更快，因此qP波的慢度矢量是以下方程的根：由于qSV波速度，因此qSV波的慢度矢量是以下方程的根：
确定克里斯托费尔频散理论条件下，qSH波的慢度平面，具体步骤包括：qSH波对应的程函方程为一个二次慢度平面：qSH波的慢度矢量是以下方程的根：3.根据权利要求1所述的强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法，其特征在于，通过慢度平面推导水平方向群速度V
x
和垂直方向群速度V
z
的解析表达式，具体步骤包括：水平方向群速度V
x
可以被慢度表示为：垂直方向群速度V
z
可以被慢度表示为：S(p
x
,p
z
)在qP波、qSV波和qSH波中分别代表S
qP
(p
x
,p
z
),S
qSV
(p
x
,p
z
)和S
qSH
(p
x
,p
z
)。4.根据权利要求1所述的强各向异性层状VTI介质高效射线追踪方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋星达，杨华勇，李超，杨得厚，李跃金，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室广州，
类型：发明
国别省市：