剖面三维地质建模与高斯射线束正演的研究与实现

摘要

射线正演方法在地震勘探中起着非常重要的作用，高斯射线束法是一种快速的地震记录合成方法，通过该方法合成的波场记录不仅能反映波的运动学特征，也能反映高频动力学特征。该方法将波动方程和射线理论紧密结合起来，通过运动学射线追踪获取射线轨迹，通过动力学追踪来获取中心射线附近的高频能量分布，因而即能反映波的运动学特征，又能表现波的动力学特点，并且具有运算速度快、精度高等优点。 利用射线法进行三维正演模拟，需要建立三维地质模型，并进行三维射线追踪。然而三维地质建模，特别是复杂模型的构造通常比较困难，本文提出了基于三维地质块体的模型表示方法，介绍了一种利用二维地质剖面构建三维地质模型的算法，该方法以用户编辑的二维地质剖面作为原始资料，自动构造以三维地质块体为单元的初始模型，并利用曲面插值和限定三角网技术，经细化处理后输出光滑、细腻、合理的三角网格模型，有效地解决了复杂三维地质建模的问题。离散的三角网格可以描述复杂的地质构造，但是由于包含大量三角形，使得射线追踪效率比较低。因此本文在此基础上又介绍了利用空间包围盒在三角网模型上进行快速射线追踪的方法，利用该方法可以在复杂三维模型上快速完成上万条射线的追踪，有效配合三维高斯射线束方法完成了对复杂三维模型的正演工作。 在进行三维地质建模和高斯射线束正演方法理论研究的基础上，本文设计了以三层架构为基础，以网络数据库为中心的分布式三维地质建模及高斯射线束正演软件体系结构，并基于ot和OpenGL实现了完全自主知识产权的软件产品，通过多个模型试算表明该软件功能完备、运行稳定具有很好应用和推广前景。

目录

文摘

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第1章 引言

1.1.论文研究的目的和意义

1.2.国内外研究评述

1.2.1.国内外在三维地质建模方面的研究和发展

1.2.2.射线正演方法国内外研究现状

1.3.研究成果

第2章 三维地质建模与可视化概述

2.1.三维地质模型

2.1.1.体元模型

2.1.2.表面模型

2.2.三维地质建模方法

2.2.1.表面建模的一般方法

2.2.2.体元建模的一般方法

2.3.三维可视化技术

2.3.1.三维空间变换

2.3.2.消隐处理

2.3.3.光照处理

2.3.4.纹理映射

2.3.5.三维可视化图形库

第3章 二维地质剖面建模方法

3.1.二维地质剖面的曲线表示方法

3.2.弦长样条曲线

3.3.二维地质块体的定义

3.4.二维地质块体追踪算法

第4章 基于剖面的三维地质建模方法

4.1.三维地质块体的定义

4.2.基于轮廓线重构的剖面三维地质建模方法

4.3.基于曲面插值的剖面三维地质建模方法

第5章 曲面插值方法

5.1.中、小规模散乱数据插值

5.1.1.与距离成反比的加权法

5.1.2.径向基函数插值法

5.1.3.薄板样条法

5.2.大规模散乱数据插值

5.2.1.基于B样条的大规模插值方法

5.2.2.基于层次B样条的大规模插值方法

5.2.3.基于自适应层次B样条大规模插值方法

第6章 限定三角网剖分技术

6.1.逐点插入算法

6.1.1.格雷厄姆法计算凸壳

6.1.2.凸壳三角化

6.1.3.插点入网

6.1.4.LOP优化算法

6.2.逐点插入算法的改进

6.2.1.快速定位插入点

6.2.2.快速判定外接圆包含关系

6.3.限定三角网

6.3.1.嵌入限定边

6.3.2.删除限定域外的三角形

6.4.加密三角网

第7章 三维可视化技术

7.1.Qt与OpenGL程序开发

7.2.交互式三维图形组件库

7.2.1.数学工具基础对象

7.2.2.OpenGL基础对象

7.2.3.场景图与节点层

7.2.4.交互层

第8章 高斯射线束正演方法

8.1.二维高斯射线束方法

8.1.1.二维高斯射线束的表达式

8.1.2.二维运动学射线追踪

8.1.3.二维动力学射线追踪

8.1.4.二维高斯射线束地震记录合成

8.2.三维高斯射线束方法

8.2.1.三维高斯射线束表达式

8.2.2.三维运动学射线追踪

8.2.3.基于空间包围盒的快速射线追踪

8.2.4.三维动力学射线追踪

8.2.5.三维高斯射线束地震记录合成

第9章 软件体系结构设计与实现

9.1.基于网络平台的软件体系结构

9.2.数据服务层

9.3.组件服务层

9.3.1.二维地质建模组件

9.3.2.三维地质建模组件

9.3.3.三维可视化组件

9.3.4.二维/三维高斯射线束正演组件

9.4.用户界面层

9.5.软件实现效果和算例

结论与建议

致谢

参考文献