[发明专利]地下非均匀介质地震探测复杂性定量评估方法

权利要求书

1. 地下非均匀介质地震探测复杂性定量评估方法，其特征在于，包括：

首先计算复杂构造介质的横向速度变化非均质谱和地层角度变化的非均质谱；

然后分析和计算各种波动方程地震传播算子的频散关系及其宽带特性；

再把地震传播算子的频散关系及其宽带特性与复杂构造介质的横向速度变化和地层角度变化的非均质谱相关联，通过将地震传播算子的非均质谱和角谱与复杂构造介质的横向速度变化非均质谱和地层角度变化非均质谱作点积来计算波在复杂介质中的传播效率，最终定义地下介质变化地震探测的复杂系数，实现对复杂介质的复杂性进行定量评估。

2. 根据权利要求1所述的地下非均匀介质地震探测复杂性定量评估方法，其特征在于，所述计算介质的横向速度变化非均质谱和地层角度变化的非均质谱方法的步骤包括：

1)通过地震资料或测井资料，获取地下地震速度场v(r)的信息；

2)利用麦克斯韦随机非均匀表示理论识别地震速度场的横向速度变化概率和识别地震速度场或地震偏移剖面上地层角度变化概率，计算复杂构造介质的横向速度变化非均质谱p(n)和地层角度变化的非均质谱q(θ)。

3. 根据权利要求1所述的地下非均匀介质地震探测复杂性定量评估方法，其特征在于，利用图形识别理论中的边缘检测算子，将地下地震速度结构v(r)或地震偏移剖面转化为梯度场，从梯度场通过扫描计算地层的倾角结构θ(r)。

4. 根据权利要求1所述的地下非均匀介质地震探测复杂性定量评估方法，其特征在于，所述对各种波动方程地震传播算子的频散关系及其宽带特性的分析和计算是指，分析傅立叶(Fourier)地震传播算子从小角到宽角的速度扰动特性和分布规律，准确确定波与介质相互作用的尺度化程度，计算地震传播算子的非均质谱f(n)和角谱g(θ)，从地震探测的角度实现对地震传播算子感应横向速度变化和地层角度变化两个方面的量化表达。

5. 根据权利要求1至4中任一项所述的地下非均匀介质地震探测复杂性定量评估方法，其特征在于，所述定量评估方法，包括以下步骤：

1)计算地震速度场横向变化的非均质谱p(n)，步骤包括：

①获取地震速度场数据：可通过地震资料获得粗略的地下地震速度场估计v(r)，或利用测井资料获得对地震速度场v(r)标定数据；

②利用麦克斯韦随机非均匀表示理论，计算地震速度场的横向速度变化非均质谱p(n)，计算方法：利用地震速度场的最小速度v₀，将地下地震速度结构v(r)按公式n(r)＝v₀/v(r)转化为地震折射率结构n(r)来表示岩性的分布，总共有N个离散点；对地震折射率数据n(r)进行分段，设在n～n+Δn区间内的离散点数为ΔN；则复杂构造介质的横向速度变化的非均质谱p(n)以下式表示

p(n)=limΔn→0ΔNNΔn=1NdNdn,]]>其中∫01p(n)dn=1.---(1)]]>

2)计算地层的倾角结构θ(r)和地层角度变化的非均质谱q(θ)，步骤包括：

①获取地震速度场数据或地震偏移剖面数据；

②通过图形识别理论中的边缘检测算子，将地下地震速度结构v(r)或地震偏移剖面转化为梯度场，再从梯度场通过扫描计算得到地层的倾角结构θ(r)，计算方法：把速度场v(r)作为图像{v(i，j)}，转化为梯度场梯度场实为地下地质构造的边缘图像，在梯度场上，通过逐点扫描计算可获得地层和构造边界的倾角场θ(r)；

③利用麦克斯韦随机非均匀表示理论，从地层倾角场计算地下复杂构造地层角度变化的非均质谱q(θ)，计算方法：将总共有M个离散点的地层倾角结构θ(r)的分布进行分段，设在θ～θ+Δθ区间内的离散点数为ΔM，则ΔM/M就是在这区间内的地层倾角值占总倾角值的百分率，而ΔM/(MΔθ)就是单位地层倾角区间的分布几率。则地下复杂构造地层角度变化的非均质谱q(θ)以下式表示

q(θ)=limΔθ→0ΔMMΔθ=1MdMdθ,]]>其中∫01q(θ)dθ=1.---(12)]]>

3)计算地震传播算子的非均质谱f(n)和角谱g(θ)，步骤包括：

①地震波场在频率域可表示为u(k_x，z)，z为深度，k_x为关于水平方向x坐标的波数，采用三种使用的波动方程傅立叶(Fourier)地震传播算子，即分离变量算子，广义屏算子和分裂步算子，

对应于分裂步算子的媒介波场的频散关系式为

k‾x2+(k‾z-(n-1))2=1,---(15)]]>

式中k_x＝k_x/k₀和k_z＝k_z/k₀，k₀为背景波数，k_z为关于垂直方向z坐标的波数，n为折射率；

对应于分离变量算子的媒介波场的频散关系式为

k‾x2+[k‾z-(n-1)(1-a1k‾x21+b1k‾x2)]2=1,---(17)]]>

式中a₁和b₁为常系数，根据方程(15)或(17)可以计算出地震传播算子的非均质谱f(n)；

②利用相对相位差e＝δφ-1来表示地震波在非均匀介质中的传播误差，式中δφ为波传播的相位扰动，根据方程(15)或(17)以及容许的传播误差，可以计算出地震传播算子的角谱g(θ)，例如分裂步算子的角谱可表示为

cosθ=(e+1)(n-1)+(1-n)(n(e2+2e-1)+(e+1)2)n((e+1)2-1).---(18)]]>

4)通过把地震传播算子的非均质谱f(n)和角谱g(θ)与复杂构造介质的横向速度变化非均质谱p(n)和地层角度变化非均质谱q(θ)作点积来计算地震波在复杂介质中的传播效率η；

5)定义地下非均匀介质地震探测的复杂系数为从而实现了对复杂介质的复杂性进行的定量评估。

6. 根据权利要求5所述的地下非均匀介质地震探测复杂性定量评估方法，其特征在于，所述步骤4)中，地震波在复杂介质中的传播效率按下式计算

η=ηn*ηθ=(∫01f(n)p(n)dn)*(∫01g(θ)q(θ)dθ),---(19)]]>

式中η_n和η_θ分别为传播效率与横向速度变化和地层角度变化有关的分量。