2D模型使用手册

Klseis1.1 地震采集工程软件系统 二维地质模型分析

第一部分 基本原理

1． 模型结构描述

1．1传统的层状结构

传统上用于射线追踪的地质模型都是用层状结构进行描述，要求模型的每一个层都必须从模型体的左边界贯穿到模型体的右边界，并且层的定义一般按顺序由上到下依序排列，不得交叉。对于较复杂介质的地质模型，如断层、透镜体等，常常假定一些虚界面，使其延伸到边界。比如要定义一个透镜体则需要假定两个虚界面，一个是透镜体上界面的左右延伸至边界，一个是透镜体下界面的左右延伸至边界，两个虚构的界面重合，虚构界面上下介质的波速相同。对于简单的地质体上述这些做法无疑是很方便的。但是当地下的地质结构比较复杂时，如逆断层、尖灭等，这种模型的描述方法就比较困难，如下图所示的地质构造。另外，复杂模型按顺序定义层号，在射线追踪时判断射线路经时也存在较大的问题。

图1－1 复杂的地质构造。沿用传统的层状结构模型

来描述这样的地质构造会变得十分困难。

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1．2块状结构

为能描述复杂地质模型，本系统不采用传统的用于射线追踪的地质结构的描述方法，而提出了用块来描述地质模型结构的方法。该方法摈弃了传统上层的概念，以介质或块作为操作单元，其优点是能够描述任意复杂的地质模型，并能保证射线正确的追踪。

所谓块是指具有一定速度和密度的地质体，它是一个相对独立的个体，对于二维地质模型，块可以看成是由相交界面或相交界面与模型边界构成的封闭区域。

按块的定义方法来描述二维地质模型需要增加几个新的概念：块、边、段、点。“块”即二维空间的一个封闭的同一性质的连续区域，“边”是由界面的线段组成，“段”由两点组成的直线，“点”即由有X坐标值和Y坐标值定义的实际点。块、边、段、点之间的关系是：点组成段，段组成边，边组成块。每一个边的两侧应为不同的块，若边的两边为同一个块，则称此边为非封闭边，对于非封闭边，在计算中忽略它的存在而不于考虑，同一条边的上侧，或下侧必须对应同一个“块”，否则应定义为不同的边，边可以由若干条折线和若干条曲线组成，称这些折线或曲线叫段。“段”是直线段，但相邻的段可以根据需要进行光滑处理， 本系统采用的是三次样条函数进行光滑处理，它能保证光滑曲线是一次导数值、二次导数值连续。在二维情况下，点由其由x、z坐标决定。为了描述由相接续的段组成的光滑曲线，使用与这些相接续段的端点所构成的点序列，来构成光滑曲线。假设由n个点来描述此光滑曲线，则此光滑曲线共分为n-1个光滑段，每一个段用一个三次曲线来描述，即：

z?c3d3?c2d2?c1d?c0

当d?0时z?zi，当d?zi?1?zi时z?zi?1，因此c0?zi。由于zi为上述n个点中第i个点的z坐标，因此是已知的。由此可知c0已知，因此对每一个段共有三个未知数c3,c2,c1，由此共(n?1)?3个未知数，在给定n个点的x、z坐标已知的，相当于给定n个数据，相当于有n个方程（注意不是2n个数据），另外要求处于中间的n?2个点上相邻的曲线一次导数和二次导数均连续，因此，一共有2(n?2)方程，因此总共有3n?4个方程，而未知数为3n?3个，因此缺一个方程，解是不确定的，可以限定边界的系数或其他条件来引进解的方程，我们使用要求全部曲线二次系数的积分最小作为加入的另一个条件，即要

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求得到的曲线尽可能的圆滑，现在所得的解是确定的了。对于非光滑曲线段，即折线段，相当于Spline系数中c2?c3?0，而c1?坐标相联系。

zi?1?zi.每一个点与其x,zxi?1?xi

2． 基于模型的采集参数分析方法

采集参数分析是地震采集设计的最基本的内容，它为观测系统的设计提供最基本的信息。基于模型的采集参数分析能够更准确、更直观的提供采集参数分析结果，并且可进行沿层多点的分析，为得到一个合理的采集参数提供更为有用的工具。基于模型的采集参数分析包含的内容有：偏移孔径计算、纵向和横向分辨率计算、面元大小计算、最大炮检距分析、CRP分析和绕射波分析。

2．1 偏移孔径计算

为了使倾斜层和断层正确归位，必须进行偏移。在布署勘探范围时，必须考虑到偏移孔径而扩大满覆盖面积。偏移孔径主要考虑如下三个方面的因素。 (1) 收集某个角度（一般为30度）范围内的绕射能量归位所需要的距离；

(2) 大于第一菲涅耳带半径；

(3) 根据地质模型法线反向追踪得到实际的偏移距离。

计算公式分别为：

(1) 绕射能量归位的距离

d

?z?tg?其中： d 为绕射能量归位的距离 z 为绕射点的深度

α为绕射能量归位的角度

(2) 菲涅耳带半径的计算公式

rf?Z2?Vintfmod?1?16?V??f?intmod????2

其中 rf 为菲涅耳带半径 Z 为目的层深度

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Vint 为目的层处的层速度 fmod 为有效波的主频

(3) 模型追踪偏移距

先根据模型计算出计算点的层倾角，再根据法线反向射线追踪到地面，最后根据追踪结果得到实践的偏移距。射线追踪原理在“射线追踪方法”介绍。

?

?tg?1????f?x0???' 其中 α 为界面倾角；

f(x) 为界面函数；

x0 为计算点的x坐标。

追踪偏移距为：

dr?x1?x0 其中 dr 为追踪偏移距；

x1 为实际射线追踪到地面的x坐标。

2．2 纵向和横向分辨率计算

纵向分辨率：分辨地层的最小厚度即最小波长的四分之一。根据各目的层的最大频率和地震波的层速度，纵向分辨率为：

vr?Vint4fmax

其中 Vr 为纵向分辨率；

Vint 为目的层的层速度； fmax 为目的层的最大频率。

横向分辨率：两个绕射点的距离若小于最高频率的一个空间波长，它们就不能分开，即最高频率的一个空间波长定义为横向分辨率。根据各目的层的最大频率和地震波的层速度，横向分辨率为：

hr?vintfmax

其中 hr 为横向分辨率；

Vint 为目的层的层速度； fmax 为目的层的最大频率。

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2．3 面元大小计算

根据“最高无混叠频率”法则，每一个倾斜同相轴都有一个偏移前可能的最高无混叠频率Fmax，它依赖于此同相轴的上一层的地层速度Vint，倾角θ和面元边长：

Fmax?Vint/

?4?b?sinθ? 其中 Fmax 为最大有效波频率 Vint 为上一层的地层速度 b 为面元边长 θ 为地层倾角

因此根据保护目的层的最大有效波无混叠的法则，得到面元的大小为：

b?Vint/?4?Fmax?sin??

道距必须满足空间采样条件，即道距小于最小有效波的视波长的一半：

?x??a2?Vint?2?fmax?sin??

其中 Δx 为道距

λa 为有效波的最小视波长 θ 为目的层的倾角 Vint 为上一层的地层速度 fmax 为有效波的最大频率

3射线追踪方法 3.1射线追踪原理

本系统提供两种方法进行射线追踪。即打靶法和迭代追踪法。

3.1.1 打靶法

以从炮点发射出射线，检波点接收到反射波为例来进行射线追踪说明。本系统假定每个块中模型介质均匀，因此射线在各“块”中为直线，在块的边界即段处按Snell定律发生透射，在定义好的一些相邻的段组成的“反射线”上发生反射，反射角等于入射角。炮点从源点按一定角度变化依次发射射线，则

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各射线经地下反射界面的反射后与地表形成一系列的交点。检查各接收点，如果处于某两条射线在地表的两交点之间，则用内插法求修正后的新发射角，如处于全部交点之外的一定范围内，则用外推法。求出修正后的射线发射角后再按此新发射角试发射射线，直至射线与地表的交点小于预先设定的误差，最后将射线与地表的交点直接置于接收点处。

计算射线与块边界的交点是决定射线追踪速度的关键。其处理方法是，将块的边界看做由若干条折线组成，光滑曲线近似为连续的折线，先求直线与各有限长线段的交点，如果此段为光滑曲线的一部分，即所谓Spline段，则还需要将Spline段与射线方程联合求解，这样做可以大大减少计算量，能有效的提高射线追踪速度。

对于折射波（首波）射线追踪，将折射波分为两段，即发射段和接收段。对于发射段，以炮点为发射源点向地下进行一系列试射，计算射线直到射线射到预先定义好的折射界面或射到边界或地表才停止计算。如射到折射界面，判断入射角是大于或小于临界角，此时可以用试射法或射线路径迭代法进行修正，直到满足一定精度要求为止。对于接收段用同样的方法处理，但射线方向必须与发射段相反，并且发射段与接收段不能发生交叉。

3.1.2 迭代追踪法

为了避免在打靶法中试射射线有时会十分消耗计算机时的缺点。本系统使用基于不断修正射线与块边界段相交的交点的新方法。称之为逐段迭代射线追踪。

以透射波为例进行逐段迭代射线追踪过程说明，对于反射波射线路径的追踪来说，仅在反射点处有所区别，其原理相同。

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图1－2 二维层状介质逐段迭代示意图

如图1－2所示，图中v1,v2,?,vn?1为速度, f1(x),f2(x),?,fn(x)为界面函数。首先给出连接S和R之间的初始射线路径R P1 P2?PnS。由于地震波在整条路径上满足同一个射线参数，因此射线路径上任意连续三点也将满足同一个参数，而三点间的射线表现形式为Snell定律。按照Snell定律，可导出一个求取中间点的一阶近似公式。当前后两点位于界面两边时，中间点为透射点，所求路径为透射路径；当前后两点位于界面的同一边时，中间点为反射点，所求路径为反射路径。基此，可以从任一端点出发，连续地选取三点，通过一阶近似公式进行逐段迭代取中间点，利用新求出的点代替原来的点，然后以一点的跨跃作为步长，顺序地逐段迭代下去，直到另一端点。这样，新计算出的中间点和两个端点就构成了一次迭代射线路径。如图2中RP'1P'2?P'nS所示，如果整条射线路径上校正量的范数之和满足一定的精度要求，则认为射线追踪过程结束，否则从追踪出的射线路径开始，继续重复上述过程，直到满足精度要求为止。最后一次追踪到的中间点和两个端点，就构成了整条射线路径。

基于块状模型结构，在迭代射线追踪中需要进行一些特殊处理，这在层状地质模型中则是不需要的。即在射线迭代追踪中会遇到减点和增点的问题，在本系统中是这样实现增点和减点的，即如发现修正后的点越过段的边界则要根

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据与被超越过的点相连接的段来决定增点和减点，先要删去原射线与“连接段”相交的点，得到原射线中被删点集的上一点和下一点，再求新点在其余的连接段上的可能的位置，再进行下一个迭代射线追踪，可以看出其逻辑是比较复杂的。这正是该系统的创新点，它使本系统能够追踪任意复杂的地质模型。

3.2

多解性问题

运用逐段迭代法进行射线追踪时，给出一个发射点和一个接收点，可以追踪出一条路径。但如果有多条路径存在（例如聚焦），则会出现漏解的情况。为解决这个问题，本系统在运用逐段迭代法进行射线追踪之前，先用打靶法进行试射，对于所给的发射点，以一定的角度分别进行试射，即每隔一定的发射角度，直接利用Snell 定律计算出接收点的位置，然后根据各接收点的位置分布来判断是否存在多解。

S R AB P1 P2 图1－3 多解性问题（1）

如图1－3，对于发射点S，接收点R及反射面ACB，存在两条射线追踪路径SP1R和SP2R，即存在多解。如果用逐段迭代法进行射线追踪之前不知道存在两条路径，那么只会给出一条初始射线路径，最后迭代追踪的结果只能得到SP1R或SP2R一条路径，这样就漏掉了一个解，而最后得到的是哪条路径与初始路径有关。

本系统解决多解性问题采用的方法：在用逐段迭代法射线追踪之前先进行试射，即按照一定的发射角度分别计算出接收点的位置。如图1－4，对于按顺序1到6发射出的6条射线，在接收面上得到的顺序却出现了一次倒转，即从1

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到3，是从右到左，从3到6，是从左到右，据此可认定存在两条路径，而且根据接收点R和试射的6条射线的位置，大致可确定所求反射点P1、P2分别在射线1、2和射线5、6的反射点之间，即在弧ACB上的K1、K2和K5、K6之间。同样对大于两个值的情况可类似得到解决。

S 3 4 2 5 6 1 1 2 3 4 5 6 A B k1 k6 k2 k3 k4 k5 C

图1－4 多解性问题（2）

3.3 初始迭代路径

初始迭代路径的选择与计算速度有着非常直接的关系，计算结果表明，处理好初始迭代路径，可将速度提高一到两个数量级。本系统中采用了以下两种方法确定初始迭代路径，其效果同一般的两点追踪方法相比，计算效率提高了两个数量级。

方法1：在运用逐段迭代法进行射线追踪之前进行试射，利用计算出的射线作为初始迭代路径，即选择与给定接收点最近的接收点所在路径，以此路径作为初始迭代路径进行迭代。

方法2：在实际应用过程中，往往是求共炮点、共接收点或共反射点等情况下的射线路径。以共炮点为例，一般要求几十到几百甚至上千个接收点的射线路径，而这些接收点一般是有规则的排列，见图1－5，这使得在大多数情况下，对于相邻接收点，它们的射线路径很接近。由于初始迭代路径和真实路径很接近，而逐段迭代法本身在接近真实路径时收敛速度明显加快，从而最大限度的发挥了逐段迭代法的优势。

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s

图1－5 接收点一般是有规则的排列，这使得在大多数情况下，对于相邻接收点， 它们的射线路径很接近。这样，在计算出第一条射线路径后，将其作为第二条射线路径的初始迭代路径可以大大加快迭代速度。

3.4 传播能量

合成地震记录时要考虑射线传播的扩散损失、反射损失和透射损失，真正的动力学能量损失需要根据波动理论进行计算。考虑实时计算和显示的需要，系统只做了简单的能量损失考虑。

a. 扩散损失 — 按扩散损失反比于传播路径的长度。

b. 反射损失、透射损失 — 反射损失为1减去波在界面上的反射系数，透射损失为1减去波在界面上的透射系数。反射系数和透射系数的推导可参见“定量地震学—理论和方法”第一卷，K. Aki，地震出版社，P.163。 设 P1P2为纵波从介质1到介质2的透射系数； S1S2为横波从介质1到介质2的透射系数；

P1P1为纵波在介质1与介质2之间界面上的反射系数；

P1S1为纵波在介质1与介质2之间界面上转换为反射横波的转换系数；

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则

P1P2?2?1cosi1?1?1F?1/(?2D)，

S1S2?2?1cosj1E?1/(?2D)， cosi2cosi1cosj2P1P1?[(bcosi1?1cosi1?c?2)F?(a?dcosi2cosj2?1?2)Hp2]/D，

P1S1??2其中

?1(ab?cd?2?2)p?1/(?1D)，

2222a??2(1?2?2p)??1(1?2?12p2)， b??2(1?2?2p)?2?1?12p2， 222c??1(1?2?12p2)?2?2?2p， d?2(?2?2??1?12)，

E?bcosi1?1?ccosi2?2， F?bcosj1?1?ccosj2?2?1，

G?a?dcosi1cosj2?1?2， H?a?dcosi2cosj1?2，

D?EF?GHp2，

实际计算中只用到了上面四种透射反射系数。

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4．波动方程方法

4.1非均匀介质中的声波方程

根据Euler方程

dV1???P?0 dt?

和Brekhovskikh于1960年给出的连续方程

?dP2??c??V?0 dt

可以推导出非均匀介质中的声波方程

??1???2P2?P????r?f?t? 2??c????? ?t 其中V是粒子的运动速度，P是声波场的压力，?（x,z）是介质的密度，c(x,z)是介质中声波的传播速度，?（r）是用来定义震源点位置的脉冲函数，f(t)是用来定义震源子波形态的函数。

4.2 有限差分格式

将上述非均匀介质中的声波方程在二维空间中展开可得

??1?P???1?P???2P2???c????????r?f?t? ???x??x?z??z?t2??????

用下列的差分算子分别作用于上述等式

P(m,n,k?1)?2P(m,n,k)?P(m,n,k?1)?2P=2?t2?t

???1??P??????????????x??x??m,n

k??1?m?,n?=

?x??121?????1?m?,n???P?m?1,n,k??P?m,n,k???2??P?m,n,k??P?m?1,n,k???????

?x?x?x????k???1??P??????????????z??z??m,n

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??1?m,n??=

???z??1?1????1?m,n???2??P?m,n?1,k??P?m,n,k??2??P?m,n,k??P?m,n?1,k??? ?????z?z?z??????1?m?,n?12??

=

??1?m?1,n????1?m,n?2

可得：

P?m,n,k?1?=2P?m,n,k?-P?m,n,k?1????m,n?c2?m,n??t22?x2????1?m?1,n????1?m,n???P?m?1,n,k???x?P?m,n,k??P?m?1,n,k??????z??P?m,n,k????1?m,n????1?m?1,n??1?1?????2???m,n?1????m,n???P?m,n?1,k??P?m,n,k??????m,n????m,n?1???1?1?P?m,n,k??P?m,n?1,k???+?

m,nf(t)

其中 P?m,n,k?=P?m?x,n?z,k?t?, ?x和?z是离散网格在水平方向和垂直方向上的距离，?t是声波场传播的时间增量。

4.3 数值频散的处理和算子的稳定性

为了避免正演模拟过程中的数值频散现象，即短波长波组的传播速度小于长波长波组的传播速度，在对所计算的区域进行离散处理时，必须保证每个波长的范围内最小有10个网格节点。

10?x??，10?z??

为了使数值解稳定，对于所有的网格节点处和波的传播过程中，数值解和理论解之间的差必须保持有限。因此，对于非均匀介质中声波传播的数值解的稳定条件为：

c?t2 ??x2

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4.4 边界条件

由于受计算机能力的限制，用于波场模拟的区域必然为有限区域，从而带来人为的反射边界。这与实际情况不相吻合。为了消除来自于人为边界的反射，采用Reynolds于1978发展的边界条件，其主要利用波场传播到人为边界时与各个网格节点的交角的不同来衰减人为边界的反射。

4.5 震源函数

在未引入震源之前，所有计算区域内的网格节点处的波场值都为零。震源函数发生作用时，它们的第一个值被置于用户定义的网格节点上，为了避免单点震源造成的非稳定性，将震源置于相邻的四个网格节点上，震源后续各个时间点上的值，将在上述四个网格节点上与当前的波场值相加。

震源函数使用Richer子波作为标准的输入。

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第二部分 二维地质模型操作手册

1开始使用

1.1二维地质模型系统简介

1.1.1启动二维地质模型

运行KLSeis后，执行主菜单工具?维模型可以激发本程序。

1.1.2主要功能

二维地质模型分析系统主要功能包括：

? 模型建立：可以建立任意复杂的二维地质模型；

? 模型分析：可以进行基于模型的偏移孔径分析、纵横向分辨率分析、面元大小分析和吸收衰减分析； ? 模拟分析：可以进行自激自收分析射线追踪和记录模拟、各种射线的射线追踪和记录模拟以及声波差分法模拟单炮记录。 1.1.3二维地质模型操作步骤

各部分的关系及工作流程如下图所示：

第一步，曲线编辑：首先建立曲线以描述模型的结构和形态。 第二步，介质定义：输入各地层的纵波速度、横波速度和地层密度。 第三步，界面定义：定义模型的地表，定义地层的反射界面。做完这三步，完成二维地质模型建立。

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第四步，模型分析：模型建立完毕后，就可以进行基于模型的各项分析，如偏移孔径分析、纵横向分辨率计算、面元大小计算和模型吸收衰减分析。 第五步，模拟分析：用不同观测系统对地质模型进行射线追踪和地震记录模拟。

1.2 输入、输出数据

和Klseis系统的其他模块不同，二维地质模型模块所用数据并未存放在数据库中，而是保存为磁盘文件，由用户自己管理。

系统建立的数据文件格式有：

1) 模型文件（.md2，.txt）进行模型分析时，需要建立或打开模型文件； 2) 射线文件（.ray）输出射线数据；

3) 记录文件（.gri 只能在模拟记录窗口中打开）模拟单炮记录及自激自

收剖面时生成记录文件。

1.3 主要工作窗口

当用户打开或建立一个模型后，系统中有三种类型的窗口：模型建立窗口、模拟记录窗口和吸收衰减分析窗口。不同窗口中可以进行不同的操作。

在不同窗口之间切换有两种方法：（1）根据用户选择的菜单功能，系统自动切换到不同的窗口，与此窗口有关的工具条出现在界面中。（2）单击Tab上的窗口标签可以切换到某种窗口，与此窗口有关的工具条出现在界面中。

模型建立窗口

图2－1

Tab上的第一个窗口。在其中可进行曲线编辑、介质定义、界面定义，模型分析（偏移孔径、纵横向分辨率、面元大小），自激自收，射线追踪

Tab上的第二个窗口，在其中显示地震记录，并可进行滤波、增益等分析

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模拟记录窗口

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吸收衰减分析窗口

Tab上的第三个窗口，在其中显示模型吸收衰减的有关信息

2．主界面介绍

介绍系统主界面，系统工具栏及菜单。

2.1 系统主界面

图2－2

系统主界面包括六部分： ① 系统主菜单 ② 系统工具栏 ③ 显示窗口标尺 ④ 工作窗口 ⑤ Tab窗口，包括模型建立、模拟记录和吸收衰减分析三种显示窗口 ⑥ 状态栏，显示分析数值及系统信息

2. 2 系统工具栏

系统工具栏在系统运行期间始终激活。不同的工作状态将分别弹出相应的工具栏。系统在模型建立时，弹出曲线编辑子工具栏或界面定义工具栏，在模型分析时，弹出模型分析子工具栏。在此先介绍系统工具栏。

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新建：单击此按钮，打开一个空白模型文件 打开：打开模型文件或射线文件 保存：保存模型文件 剪切：

复制：把当前窗口显示内容复制到系统剪贴板 粘贴：

放大：按下此按钮，在窗口中单击左键，窗口显示逐次放大。如果拖拉出矩形，则可以按窗口放大。

缩小：按下此按钮，在窗口中单击左键，窗口显示逐次缩小。 整页显示：把窗口内容按照显示纵横比，最佳的放大在窗口中。 拖放式滚动：按下此按钮，在窗口中拖拉左键，窗口的不可见显示内容被拖出来显示。（注：显示比例较小时无效） 打印预览 打印

获得系统帮助

2.3 菜单描述

2.3.1 文件菜单

通过文件菜单可以新建、打开、保存及打印模型文件。描述如下：

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新建 新建一个模型文件 打开 打开已有模型文件（.md2或.txt）或射线文件(.ray) 关闭 关闭当前显示的模型文件或射线文件 保存 保存当前显示的模型文件 另存为 保存当前显示的模型为另一文件 打印 打印当前的模型文件或射线文件 打印预览 预览当前的模型文件或射线文件 打印设置 设置打印纸张、方向及打印质量等选项 最近文件 选择打开最近使用过的文件，系统最多记录10个文件 退出 退出系统

2.3.2 模型建立

通过菜单模型建立及相应工具栏可以完成建模的任务。

文本数据 位图数据 模型参数 曲线编辑 介质定义 界面定义

2.3.3 模型分析菜单

模型分析菜单包括下级菜单：偏移孔径、纵横向分辨率、面元大小和吸收衰减分析。菜单偏移孔径又包含下一级菜单：倾角归位、绕射归位和菲涅尔半径。

用于加载文本数据来代替模型曲线编辑 加载位图（剖面），在位图上交互建立模型

设置模型边界、网格大小，显示纵横比，显示颜色及打印标题等 选择此项功能，弹出曲线编辑工具栏，可以新建、删除及移动曲线，在线上加点、减点，多点移动

选择此项功能，定义各闭合地质体的纵波速度、横波速度及密度等属性

选择此项功能，弹出界面定义工具栏，可以定义表层、反射界面，并可以平滑界面

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鼠标指定模型分析点，计算该点的倾角归位偏移孔径（法线射线追踪到地面，获得的偏离距离）

绕射归位 鼠标指定模型分析点，根据绕射能量归位计算的偏离距

离

菲涅尔半径 鼠标指定模型分析点，计算该点的菲涅尔半径 纵横向分辨率 鼠标指定模型分析点，计算和显示该点的纵横向分辨率 面元大小 鼠标指定模型分析点，计算和显示该反射界面的面元大

小

吸收衰减分析 对模型进行吸收衰减分析

2.3.4 模拟分析菜单

菜单模拟分析包括下级菜单：自激自收、射线追踪和声波差分。主要用自激自收分析、射线追踪、声波差分和模拟单炮地震记录。

倾角归位

自激自收 射线追踪 声波差分

用自激自收射线追踪方法追踪射线路径和模拟单炮地震记录

对模型进行各种波的射线追踪和模拟地震记录 用声波差分方法模拟单炮地震记录

3. 快速向导

3.1 使用过程及功能浏览

1) 建立或打开二维地质模型。

2) 对模型进行分析。分析功能包括偏移孔径、纵横向分辨率、面元大小

计算等。使用方法：按下相应工具按钮，用鼠标单击要分析的目的层，其结果显示在模型中或状态栏上。

3) 自激自收分析。通过设置检波器及计算参数，得到自激自收射线，并

进行记录模拟得到自激自收剖面

4) 射线追踪。设置炮检点和射线追踪参数，对模型进行射线追踪和记录

模拟。

5) 声波差分。用声波差分方法模拟单炮记录

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3.2 建立二维地质模型的过程

1) 执行菜单文件?新建，建立一个空模型

2) 执行菜单模型建立?模型参数，弹出模型参数对话框，设置模型的长

度和深度

图2－3

3) 执行菜单模型建立?曲线编辑，输入和编辑组成模型的曲线

4) 执行菜单模型建立?介质定义，定义各介质的属性

5) 执行菜单模型建立?界面定义，定义地表、各反射界面，必要时可平

滑界面

3.3 模型分析的过程

1) 从模型分析菜单上任意选择菜单偏移孔径、纵横向分辨率、面元大

小，弹出模型分析工具栏。

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2) 按下模型分析工具栏上相应的分析按钮，用鼠标单击模型中要分析的

目的层，该位置的分析值显示在窗口状态栏中，同时其射线（偏移孔径分析时才有射线）显示在模型中。

图2－4

3.4吸收衰减分析的过程

1) 定义好模型

2) 执行菜单模型分析?吸收衰减分析

3) 模型吸收衰减值用颜色显示在模型中，鼠标移到不同位置，鼠标处的

值在光标下面显示出来

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图2－5

3.5 自激自收分析过程

1) 定义好模型

2) 执行菜单模型分析?自激自收

3) 单击工具栏设置检波器按钮，弹出射线参数对话框，进行检波器设置

图2－6

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4) 单击工具栏计算参数按钮 ，弹出自激自收参数对话框（图2－7），

输入参数，单击确定按钮。

图2－7

5) 单击工具栏射线追踪按钮，进行射线追踪

图2－8

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6) 单击工具栏模拟记录按钮 ,切换到模拟记录窗口

图2－9

3.6 模拟分析 的过程

1) 执行菜单模拟分析?射线追踪后，出现射线追踪子工具栏

2) 单击工具栏射线追踪参数按钮，弹出射线参数对话框，设置炮检位

置，设置各种射线参数后，单击确定按钮

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图2－10

3) 按下射线追踪按钮，进行射线追踪

图2－11

4) 单击移动炮点按钮（移到开始点按钮、移到上一点按钮、移到下一点

按钮和移到结束点按钮）移动炮点 ，射线追踪也随着移动

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5) 单击模拟记录按钮，模拟记录，程序自动切换到模拟记录窗口

图2－12

3.7 声波差分方法

1) 执行菜单模拟分析?声波差分 2) 设置分析参数及炮检参数

图2－13

3) 对参数进行稳定性测试

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图2－14

4) 如果参数稳定，单击确定按钮 5) 进行声波差分法模拟记录

图2－15

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4. 模型建立

4.1模型结构

本系统的模型数据结构不同于传统的层状模型结构。层状模型存在以下缺：每一层必须贯穿模型的左右边界（如果没有贯穿，需要增加虚界面）；分界面按顺序从上到下排列，不能交叉。因此，对实际的复杂地质结构如逆断层和各种侵入体难以描述。用传统的层状模型结构很难建立下图所示模型。

图2－16

本系统采用块状结构描述模型，即任意闭合的地质体（块）就是一个地层，其介质属性相同。任一分隔两闭合体的界面称为边，每一闭合块由两个以上的边组成。每一边可以由一个或多个段组成，每个段由两个或多个点组成。每个反射界面由一个或多个边组成，界面可以根据需要进行平滑。

4.2建立模型的操作步骤

第一步，创建一个新模型（空白模型）。单击工具栏新建按钮，弹出一个空白模型。

第二步，设置模型参数。执行菜单模型建立?模型参数，弹出模型参数对话框，在模型边界框中输入模型的长度和深度，还可以鼠标单击标签选项和颜色设置，进行各种射线的颜色设置和其他设置。

第三步，编辑模型界面曲线。执行菜单模型建立?曲线编辑，弹出编辑曲线的相应工具栏。模型界面由封闭的线段组成，只要输入所有线段即可。线段

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输入方法：鼠标单击工具栏新建曲线按钮，使其处于按下状态，鼠标指向模型窗口内线段的起始点，单击鼠标左键，移动鼠标到到第二个点，单击鼠标左键，在第一点和第二点之间出现一条直线，依次单击鼠标左键，在终点处双击鼠标左键，结束线段输入。输入第二条线段时，鼠标再次单击工具栏新建曲线按钮，使其处于按下状态，输入第二条线段。输入所有线段，即完成模型界面编辑，线段输入错误可以对其进行编辑。注意：只有完全封闭的块才能作为一个地层，该封闭的线条要使其封闭。

第四步，定义介质属性，即输入每一层的属性：纵波速度、横波速度和密度。执行菜单模型建立?介质定义，系统自动识别每一个地层（块），将不同的地层（块）用不同的颜色填充。用鼠标单击某个块，弹出介质定义对话框，分别输入该地层的纵波速度、横波速度和介质密度。可以只输入纵波速度，系统会自动换算横波速度和介质速度。由于一个封闭块为一个独立的地层，因此要依次输入所有地层块的属性。

图2－17

第五步，定义界面，即指定模型界面中哪些界面为地层面。分为两步：定义表层（地表）和地层界面。执行菜单模型建立?界面定义，鼠标单击工具栏定义表层按钮，鼠标左键单击模型中地表，其控制点出现方框（表示选中该线段），单击鼠标右键，该线段的颜色发生改变，表层定义成功。鼠标单击工具栏新建界面按钮，鼠标左键单击模型中地层界面，其控制点出现方框（表示选中该线段），单击鼠标右键，该线段的颜色发生改变，该界面定义为地层界面。

第六步，模型圆滑。鼠标单击工具栏缺省定义spline界面按钮，多于两个控制点个数的线段将自动圆滑。

对话框说明

?

模型参数设置

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图2－18

模型类型：选择深度模型或时间模型（目前只能选择深度模型）。 长度单位：选择米或英尺（目前只能选择米）。 时间单位：秒或毫秒。

模型边界：水平坐标起始、结束值。起始结束值之差至少为50。地表高度：如果地表可以不为0，可以输入负数（海拔之上）。地下深度：输入模型的厚度。

显示网格：设置模型的网格间距。

水平刻度：设置模型的水平网格间距；纵向刻度：设置模型的垂直网格间距。刻度数值必须是5的倍数，如果不是，系统自动进行转换。

确定：系统接受以上参数。 取消：取消以上设置。

说明：系统的坐标系指水平方向从左向右，垂直方向从上到下。在模型建立过程中，可以随时设置模型边界，系统自动按比例缩放模型。

? 选项设置

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图2－19

显示背景网格：选择此项，根据用户设置的纵横向网格间距在模型上显示网格线。

显示点标记：选择此项，在曲线显示方式时，每个控制点位置显示矩形方块。

显示层属性：选择此项，在块显示方式时，在每个块的中心位置显示块的属性。可以在右侧下拉框中选择选项，可以显示部分或全部属性。

鼠标信息提示：选择此项，实时显示鼠标位置的对象信息。

显示纵横比：设置模型的显示纵横比。两数值相等，则为等比例显示。由于模型长度一般比深度要大得多，用户可以设置不同的纵横向比例。

? 颜色设置

颜色设置主要设置模型颜色和射线颜色。可以设置模型的背景色、网格线颜色、曲线颜色和界面颜色。射线颜色包括反射波、折射波、VSP、CRP、绕射波、转换波、多次波射线的颜色。单击对应的颜色设置按钮进行颜色设置。

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图2－20

说明

界面：用户选中该项，则模型中所有反射界面的颜色相同，都显示为其后面颜色框中的颜色。

介质颜色按速度分色：用户选中介质颜色按速度分色选项，系统将自动设置介质的颜色。在定义介质属性时，用户将无法改变介质颜色。如果用户不选中介质颜色按速度分色选项，在定义介质属性时，用户可以改变介质颜色。

? 打印设置

可以打印模型窗口的当前显示内容。在打印时系统自动设置纵横向标尺，用户可以任意设置打印的标题及字体。鼠标单击上图中的标签打印，弹出下图，可以输入标题（系统缺省设置标题为模型或记录的名称），并可以设置标题字体。

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图－21

4.3 曲线编辑

曲线是组成块状模型的基础。曲线上连接边界的控制点必须与边界有交点。一条曲线与其它曲线连接也必须有交点。程序不自动处理曲线相交的情况。在曲线方式，曲线上与其它曲线不相交的点显示为带颜色的小叉。如果在建立模型时，某点与其它曲线不相交，拖动此点在需要相交的曲线上一放，程序可以自动使其相交。

执行菜单模型建立?曲线编辑后，出现曲线编辑工具栏：

工具栏按钮描述如下：

选择曲线按钮。对曲线的操作，一般要先选择此曲线，然后对该曲线再进行切割、合并、删除、移动及加点、减点等操作

新建曲线按钮。按下此按钮，则选择曲线按钮弹起。操作状态为新

增曲线，在模型区不断用鼠标左键单击，并移动鼠标，每单击一次在新线上增加一点。双击左键结束新线的定义，同时操作状态变为选择状态。需要再次定义新线时，重复上述过程。

切割曲线按钮。如果一条线段太长，可以把它从某一点上切开，使

它成为两条线段。首先，要单击选择曲线按钮，选择一条曲线，此时，此该按钮处于可激活状态。再按下此按钮，在线上某一点上单击鼠标左键，该线段变为两条线段（仍然相连），完成了切割。

合并曲线按钮。此按钮功能是合并曲线。如果选择了两条相连的曲

线，此按钮激活。按下此按钮，则使两条线合并为一条线。操作状态变为选择状态。

移动曲线按钮。如果一条曲线是自由线，可以整体移动它到任意位

置。先选择该线，按下此按钮后，移动鼠标到线上，按下左键，移动鼠

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标（保持左键按下），即可移动整条线。放开左键，完成移动操作。

删除曲线按钮。如果一条曲线是自由线，可以删除它。先选择该

线，按下删除按钮，即删除了该线。

插入点按钮。先选择一条线，按下插入点按钮，在线上单击左键，

插入一个点到该线。

删除线上的点按钮。先选择一条线，按下该按钮，在线的点上单击

鼠标左键，该点被删除。

显示网格按钮。按下此按钮，根据用户设置的纵横向网格间距显示

网格线，再次按下该按钮，则弹起此按钮，不显示网格线。

4.4 曲线编辑的其它操作

4.4.1多点移动

多点移动功能允许用户同时移动一条线或多条线上的多个点。分为三步：（1）选择线段，（2）选择线段上的点，（3）移动选中的点。

移动一条线上的多点

? 第一步，选中一条线。按下工具栏选择曲线按钮，再在线上单击鼠标

左键，可选中该曲线。

图2－22

? 第二步，选择线上的点。一旦有了选择的线，选择操作即为选点操

作。此时鼠标光标为时，鼠标光标变为

，按下SHIFT键，移动鼠标到选中线的点上，单击左键可以选择该点，可以连续选择多个

点。也可以拖拉一矩形框一次选择多个点。选中的点变为黑色方块。

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图2－23

? 第三步，移动选中的点。移动鼠标到选中的某点上，按下左键，移动

鼠标，选中的所有点同时移动。如果选中的点包括模型左边界或右边界上的点，则所有点的移动为上下滑动。如果选中的点包括模型底边界上的点，则所有点的移动为左右滑动。

图2－24

移动多条线上的多点

? 第一步，选择多条线。按下工具栏选择曲线按钮，按下SHIFT键，移

动鼠标到线上时，鼠标光标变为

，单击左键可以选择该线。鼠标单

击其他线，可以选择多条线。也可以拖拉一矩形框一次选择多条线。 ? 第二步和第三步的操作方法同上。

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注意

? 如果作单点移动（先选择一条线，再选择线上一点），且该点是模型左边界或右边界上的点，系统能够根据点的上下层关系，限制点的移动，使之不会跨层移动。

? 在多点移动时，系统对跨层的移动没有进行限制，用户移动包括整个层的点时，不可作跨层的移动，否则会导致不可预知的错误。

4.4.2 定义起伏地表线

地表其实是一条特殊的线，即模型的上界面。

? 第一步，定义起伏地表的最大值。选择模型建立/模型参数，在模型边界的

地表高度中输入地表最高处的深度（可为负数）。

图2－25

? 第二步，在地表曲线中添加点。执行菜单模型建立?曲线编辑，按下选择

曲线按钮，鼠标单击地表，选中地表线，再按下插入点按钮，单击鼠标，在地表线中添加点。 ? 第三步，移动线上的点到合适的位置。再次单击选择曲线按钮，用鼠标移

动点到合适位置（向上移动点时，不能超过模型的上边界）。也可以通过修改点的坐标来移动点。在选择地表线后，单击右键，弹出右键菜单，选择属性项后，将弹出修改坐标对话框，用户可以直接在表格中输入坐标值，然后单击确定按钮，即完成了地表控制点的坐标定义。

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图2－26

图2－27

4.4.3 断开线连接

如果一条线，其上一点或多点与其它的线相交，则此线不能被删除或移动。可断开线连接，即使此线上的所有点都仅属于本条线，此线即成为自由线。

操作过程：

? 第一步，选择该曲线。按下工具栏选择曲线按钮，鼠标单击曲线，选中该曲线。

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? 第二步，单击鼠标右键，弹出右键菜单，选择菜单断开线连接，该线与其他线段断开，成为自由线。

4.4.4 断开点连接

如果线上某端点连接了其它的线，断开点连接可以使该点仅属于此条线。操作过程：

? 第一步，选择该曲线。按下工具栏选择曲线按钮，鼠标单击曲线，选中该曲线。

图2－28

? 第二步，选择该线与其他线段连接的端点。鼠标单击该线与其他线段连接的端点，选中该点。

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图2－29

? 第三步，单击鼠标右键，弹出右键菜单，选择菜单断开点连接，即完成了断开操作。

4.4.5 结束曲线定义

? 方法1，通过双击鼠标左键结束一条曲线的定义。如果在定义一条曲线时，应该双击时而忘了双击，则双击时会使曲线多了一个错误的点。

? 方法2，输入曲线最后一个点后，单击鼠标右键，弹出右键菜单，单击菜单结束曲线定义，结束该曲线定义。

4.4.6 建立透镜体

1) 水平方向的透镜体

透镜体由上下两个界面组成。如下图所示：

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2zv3.html