本发明专利技术公开了一种从至少一个正入射单通道反射声学振幅时间序列地震图中定量描述海床沉积物组成和海床分层底基结构的方法，该方法在所述地震图中，从底基界面检测多个反射，确定每个检测到的反射的走时、极性以及反射率，确定沉积物层在相邻反射对之间的固有衰减，并确定海床分层底基结构的声学性质、层厚和材料性质，用于作为所述检测到的反射的走时、极性和反射率以及所述沉积物层在相邻反射对之间的固有衰减的函数。本发明专利技术还公开了描述海床沉积物的材料性质和声学性质之间的物理关系的前向模型。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的目的是获得单通道地震反射轮廓数据，该数据可用于定量确定海床和分层底基的沉积物的物理性质。
技术介绍
使用正入射单通道声学系统的地震反射轮廓方法广泛使用在海洋勘测中，用以提供海底以下～50-80米内的大尺度地质特征的定性概览。本案中地震数据的典型表现是地震部包括大量相邻的地震轨迹，也就是，在时间序列中，相对于双向走时绘制有振幅曲线。除了这种近乎唯一的应用外，地震轮廓还具有用来描述海底沉积物和分层底基结构的潜质。然而，将走时转化成深度进而层厚需要沉积物的声学性质——声速和衰减——的知识。虽然衰减可以根据地震脉冲和反射的走时和频率量来确定，但是声速却不能在没有进一步的知识的情况下根据单通道地震图来确定。该进一步的知识可以通过物理声音模型概念提供，该物理声音模型概念以数学方式描述了声学性质和海床沉积物的材料性质之间的定量关系。 1.2 现有理论和以前的方法 当前应用最广泛的用来从其组成要素和结构构架的几何和弹性性质的角度计算多孔介质的声学性质的的数学/物理模型是由Biot(1956a，b)描述的。该理论允许通过一套沉积物的物理参数来计算充液多孔固体中压缩波和剪切波的速度和衰减率 固体相体积密度ρr， 固体相体积模量Kr， 孔隙流体密度ρf， 孔隙流体体积模量Kf， 孔隙流体粘度η， 结构体积模量Kb， 结构剪切模量Gb， 孔隙率φ， 渗透率κ， 孔隙尺寸d， 弯曲度a。 在频域中，压缩波的速度Vp和衰减率Qp-1通过如下公式得到 其中，ω是角频率，R(k)和 是复波数k的实部和虚部，该复波数可由下面的特征方程求得 其中，m＝aρf/φ，ρ是饱和的多孔介质的密度，F是在高频状态下流动修正因子，i是虚部单位，并且 该模型在其最初的公式中只适合于固体多孔介质，但是通过引进非弹性结构概念以替换固体弹性结构后已经适用于疏松的海洋沉积物(Stoll，1974)。这种非弹性结构假定考虑到这样的事实，即在这样的松散材料中的固态相发生在松散堆积的颗粒集合体中，这种状态(1)表现出与固态材料的结构相比大大减小的刚度，(2)吸收经过的声波中的能量。在这个被称为Biot-Stoll模型的模型中，该非弹性沉积物构架分别由定常复数体积模量和剪切结构模量Kb和Gb说明，这两个模量假定用来描述在声波通过沉积物时假设的发生在颗粒接触处的颗粒和颗粒之间的摩擦。由Biot-Stoll模型引进的这两个相应的附加的输入参数是结构体积模量和剪切模量的虚部。这些都是根据经验参数假定的(比如Hamilton，1972)。 这种非弹性沉积物构架的概念在物理上是有问题的，因为在颗粒与颗粒之间摩擦的假定下，一种非线性成分被加到了原本为线性的Biot理论中。这导致对波衰减的颗粒位移的振幅的依赖(Winkler等，1978)，这在Biot-Stoll模型中是不考虑的。而且，Biot-Stoll模型不允许通过材料性质来计算这些变体积结构模量和剪切结构模量，而是通过调整这些模量来使其符合声音衰减的文献数据，该声音衰减发生在粗糙颗粒的松散的海洋沉积物中，例如沙中。另外，Biot-Stoll模型依赖声音衰减的经验值，从而在预定任意单独的海洋沉积物的声学性质时缺少数学的严格。对那些由细粒组成的松散海洋沉积物，比如粘土，进一步修正的Stoll模型(1989)为常复数结构模量引入了粘弹性成分以使其符合数据。尽管有其部分的经验性和启发性，该Biot-Stoll模型在松散海洋沉积物的建模中被广泛使用(比如Turgut和Yamamoto，1988；Holland和Brunson，1988；Turgut，2000)。美国专利5815465号公开了一种通过声学测量来确定沉积物参数的方法，其中使用了Biot方程来连接沉积物构架的常复数弹性模量。这表明那里事实上使用了Biot-Stoll模型，因为在原始的Biot理论中弹性模量是实参数。 专利技术目的 本专利技术的目的是为了能够估计底基沉积物构架的层厚以及估计声速、密度、孔隙率、渗透性，以及通过走时、衰减和由单通道地震轮廓数据确定的反射率来确定海洋松散沉积物的组成。
技术实现思路
相应地，本专利技术提供了通过至少一个正入射单通道反射声学振幅时间序列地震图来定量描述海床沉积物组成和海床分层底基结构的方法，产生合成地震图的方法，描述了海床沉积物的材料性质和声学性质之间的物理关系的前向模型，以及这样的数学模型在反演方案中的应用，正如在后面的权利要求中所展示的。 根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了通过至少一个正入射单通道反射声学振幅时间序列地震图来定量描述海床沉积物组成和海床分层底基结构的方法，该方法包括以下步骤 在所述地震图中，从底基界面检测多个反射； 确定每个检测到的反射的走时、极性以及反射率； 确定沉积物层在相邻反射对之间的固有衰减； 确定海床分层底基结构的声学性质、层厚和材料性质，用于作为所述检测到的反射的走时、极性和反射率以及所述沉积物层在相邻反射对之间的固有衰减的函数。 优选地，确定走时的步骤包括在对各自的地震图进行相关联处理时采用对根据预定衰减值集进行变形的震源子波的估计。 优选地，确定固有衰减的步骤包括在对各自的地震图进行相关联处理时采用对根据预定衰减值集进行变形的震源子波的估计。 优选地，确定每个检测到的反射的反射率的步骤包括确定每个反射的相应包络线的最大值，尽管可以理解，也可以使用可选的已知方法。 优选地，确定海床分层底基结构的声学性质、层厚和材料性质，用于作为所述检测到的反射的走时、极性和反射率以及所述沉积物层在相邻反射对之间的固有衰减的函数的步骤包括，前向模型的开发，该模型描述所述海床沉积物的材料性质和声学性质之间的物理关系。 所述前向模型最好包括 关于所述沉积物中的粘土部分的精细结构和由所述精细结构的规格导致的机械响应的定量模型，和 关于所述沉积物构架总体结构和由所述总体结构的规格导致的机械响应的定量模型。 根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种通过松散沉积物的预定分层结构生成合成地震图的方法，这种沉积物的材料性质通过一套参数来描述。该方法包括以下步骤 建立用来描述所述海床沉积物的材料性质和声学性质之间的物理关系的前向模型，该前向模型包括 所述沉积物中的粘土部分的精细结构和由所述精细结构的规格导致的机械响应的定量模型，和 所述沉积物构架的总体结构和由所述总体结构的规格导致的机械响应的定量模型；和 将所述材料性质参数集输入到所述前向模型中，从而得到合成的地震图。 优选地，该前向模型将所述沉积物的每个颗粒看作球形。优选地，该前向模型用两个颗粒尺寸来代替所述沉积物实际的颗粒尺寸分布。优选地，所述两个颗粒尺寸的尺寸比的数量级约为100。优选地，该前向模型单独地考虑了这两个颗粒尺寸的填充。 优选地，该前向模型将较小的颗粒部分的材料看做是滞弹性的两相系统，该两相系统包括散布有充液低展弦比的椭圆内含物的弹性基体，所述内含物代表在可膨胀的粘土矿物中的层间水，所述内含物沿着整个外周与总体结构的孔隙空间相连。 优选地，该前向模型将较大颗粒的剪切模量视为弹性的，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种从至少一个正入射单通道反射声学振幅时间序列地震图中定量描述海床沉积物组成和海床分层底基结构的方法，该方法包括以下步骤： 在所述地震图中，从底基界面检测多个反射； 确定每个检测到的反射的走时、极性以及反射率； 确定沉积物 层在相邻反射对之间的固有衰减； 确定海床分层底基结构的声学性质、层厚和材料性质，所述声学性质、层厚和材料性质作为所述检测到的反射的所述走时、极性和反射率以及所述沉积物层在相邻反射对之间的固有衰减的函数。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：KC洛伊雷尔，C布朗，
申请(专利权)人：高尔韦爱尔兰国立大学，
类型：发明
国别省市：IE[爱尔兰]
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