專利名稱：單通道地震反射輪廓數(shù)據(jù)在定量確定海床和分層底基的沉積物物理性質中的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的目的是獲得單通道地震反射輪廓數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可用于定量確定海床和分層底基的沉積物的物理性質。

背景技術：
使用正入射單通道聲學系統(tǒng)的地震反射輪廓方法廣泛使用在海洋勘測中，用以提供海底以下～50-80米內(nèi)的大尺度地質特征的定性概覽。本案中地震數(shù)據(jù)的典型表現(xiàn)是地震部包括大量相鄰的地震軌跡，也就是，在時間序列中，相對于雙向走時繪制有振幅曲線。除了這種近乎唯一的應用外，地震輪廓還具有用來描述海底沉積物和分層底基結構的潛質。然而，將走時轉化成深度進而層厚需要沉積物的聲學性質——聲速和衰減——的知識。雖然衰減可以根據(jù)地震脈沖和反射的走時和頻率量來確定，但是聲速卻不能在沒有進一步的知識的情況下根據(jù)單通道地震圖來確定。該進一步的知識可以通過物理聲音模型概念提供，該物理聲音模型概念以數(shù)學方式描述了聲學性質和海床沉積物的材料性質之間的定量關系。
1.2 現(xiàn)有理論和以前的方法 當前應用最廣泛的用來從其組成要素和結構構架的幾何和彈性性質的角度計算多孔介質的聲學性質的的數(shù)學/物理模型是由Biot(1956a，b)描述的。該理論允許通過一套沉積物的物理參數(shù)來計算充液多孔固體中壓縮波和剪切波的速度和衰減率 固體相體積密度ρr， 固體相體積模量Kr， 孔隙流體密度ρf， 孔隙流體體積模量Kf， 孔隙流體粘度η， 結構體積模量Kb， 結構剪切模量Gb， 孔隙率φ， 滲透率κ， 孔隙尺寸d， 彎曲度a。
在頻域中，壓縮波的速度Vp和衰減率Qp-1通過如下公式得到
其中，ω是角頻率，R(k)和

是復波數(shù)k的實部和虛部，該復波數(shù)可由下面的特征方程求得 其中，m＝aρf/φ，ρ是飽和的多孔介質的密度，F(xiàn)是在高頻狀態(tài)下流動修正因子，i是虛部單位，并且 該模型在其最初的公式中只適合于固體多孔介質，但是通過引進非彈性結構概念以替換固體彈性結構后已經(jīng)適用于疏松的海洋沉積物(Stoll，1974)。這種非彈性結構假定考慮到這樣的事實，即在這樣的松散材料中的固態(tài)相發(fā)生在松散堆積的顆粒集合體中，這種狀態(tài)(1)表現(xiàn)出與固態(tài)材料的結構相比大大減小的剛度，(2)吸收經(jīng)過的聲波中的能量。在這個被稱為Biot-Stoll模型的模型中，該非彈性沉積物構架分別由定常復數(shù)體積模量和剪切結構模量Kb和Gb說明，這兩個模量假定用來描述在聲波通過沉積物時假設的發(fā)生在顆粒接觸處的顆粒和顆粒之間的摩擦。由Biot-Stoll模型引進的這兩個相應的附加的輸入?yún)?shù)是結構體積模量和剪切模量的虛部。這些都是根據(jù)經(jīng)驗參數(shù)假定的(比如Hamilton，1972)。
這種非彈性沉積物構架的概念在物理上是有問題的，因為在顆粒與顆粒之間摩擦的假定下，一種非線性成分被加到了原本為線性的Biot理論中。這導致對波衰減的顆粒位移的振幅的依賴(Winkler等，1978)，這在Biot-Stoll模型中是不考慮的。而且，Biot-Stoll模型不允許通過材料性質來計算這些變體積結構模量和剪切結構模量，而是通過調(diào)整這些模量來使其符合聲音衰減的文獻數(shù)據(jù)，該聲音衰減發(fā)生在粗糙顆粒的松散的海洋沉積物中，例如沙中。另外，Biot-Stoll模型依賴聲音衰減的經(jīng)驗值，從而在預定任意單獨的海洋沉積物的聲學性質時缺少數(shù)學的嚴格。對那些由細粒組成的松散海洋沉積物，比如粘土，進一步修正的Stoll模型(1989)為常復數(shù)結構模量引入了粘彈性成分以使其符合數(shù)據(jù)。盡管有其部分的經(jīng)驗性和啟發(fā)性，該Biot-Stoll模型在松散海洋沉積物的建模中被廣泛使用(比如Turgut和Yamamoto，1988；Holland和Brunson，1988；Turgut，2000)。美國專利5815465號公開了一種通過聲學測量來確定沉積物參數(shù)的方法，其中使用了Biot方程來連接沉積物構架的常復數(shù)彈性模量。這表明那里事實上使用了Biot-Stoll模型，因為在原始的Biot理論中彈性模量是實參數(shù)。
發(fā)明目的 本發(fā)明的目的是為了能夠估計底基沉積物構架的層厚以及估計聲速、密度、孔隙率、滲透性，以及通過走時、衰減和由單通道地震輪廓數(shù)據(jù)確定的反射率來確定海洋松散沉積物的組成。


發(fā)明內(nèi)容
相應地，本發(fā)明提供了通過至少一個正入射單通道反射聲學振幅時間序列地震圖來定量描述海床沉積物組成和海床分層底基結構的方法，產(chǎn)生合成地震圖的方法，描述了海床沉積物的材料性質和聲學性質之間的物理關系的前向模型，以及這樣的數(shù)學模型在反演方案中的應用，正如在后面的權利要求中所展示的。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了通過至少一個正入射單通道反射聲學振幅時間序列地震圖來定量描述海床沉積物組成和海床分層底基結構的方法，該方法包括以下步驟 在所述地震圖中，從底基界面檢測多個反射； 確定每個檢測到的反射的走時、極性以及反射率； 確定沉積物層在相鄰反射對之間的固有衰減； 確定海床分層底基結構的聲學性質、層厚和材料性質，用于作為所述檢測到的反射的走時、極性和反射率以及所述沉積物層在相鄰反射對之間的固有衰減的函數(shù)。
優(yōu)選地，確定走時的步驟包括在對各自的地震圖進行相關聯(lián)處理時采用對根據(jù)預定衰減值集進行變形的震源子波的估計。
優(yōu)選地，確定固有衰減的步驟包括在對各自的地震圖進行相關聯(lián)處理時采用對根據(jù)預定衰減值集進行變形的震源子波的估計。
優(yōu)選地，確定每個檢測到的反射的反射率的步驟包括確定每個反射的相應包絡線的最大值，盡管可以理解，也可以使用可選的已知方法。
優(yōu)選地，確定海床分層底基結構的聲學性質、層厚和材料性質，用于作為所述檢測到的反射的走時、極性和反射率以及所述沉積物層在相鄰反射對之間的固有衰減的函數(shù)的步驟包括，前向模型的開發(fā)，該模型描述所述海床沉積物的材料性質和聲學性質之間的物理關系。
所述前向模型最好包括 關于所述沉積物中的粘土部分的精細結構和由所述精細結構的規(guī)格導致的機械響應的定量模型，和 關于所述沉積物構架總體結構和由所述總體結構的規(guī)格導致的機械響應的定量模型。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供了一種通過松散沉積物的預定分層結構生成合成地震圖的方法，這種沉積物的材料性質通過一套參數(shù)來描述。該方法包括以下步驟 建立用來描述所述海床沉積物的材料性質和聲學性質之間的物理關系的前向模型，該前向模型包括 所述沉積物中的粘土部分的精細結構和由所述精細結構的規(guī)格導致的機械響應的定量模型，和 所述沉積物構架的總體結構和由所述總體結構的規(guī)格導致的機械響應的定量模型；和 將所述材料性質參數(shù)集輸入到所述前向模型中，從而得到合成的地震圖。
優(yōu)選地，該前向模型將所述沉積物的每個顆?？醋髑蛐?。優(yōu)選地，該前向模型用兩個顆粒尺寸來代替所述沉積物實際的顆粒尺寸分布。優(yōu)選地，所述兩個顆粒尺寸的尺寸比的數(shù)量級約為100。優(yōu)選地，該前向模型單獨地考慮了這兩個顆粒尺寸的填充。
優(yōu)選地，該前向模型將較小的顆粒部分的材料看做是滯彈性的兩相系統(tǒng)，該兩相系統(tǒng)包括散布有充液低展弦比的橢圓內(nèi)含物的彈性基體，所述內(nèi)含物代表在可膨脹的粘土礦物中的層間水，所述內(nèi)含物沿著整個外周與總體結構的孔隙空間相連。
優(yōu)選地，該前向模型將較大顆粒的剪切模量視為彈性的，并且較小顆粒的剪切模量是復數(shù)的和頻率相關的。
優(yōu)選地，該前向模型將所述較小顆粒的復數(shù)的和頻率相關的剪切模量視為應力誘導噴射流從較小顆粒部分中的低展弦比內(nèi)含物進入沉積物構架的總體結構的孔隙空間的結果。
優(yōu)選地，在沉積物構架的總體結構，該前向模型在沉積物構架的總體結構中沉積物顆粒之間直接接觸的區(qū)域中，將應力誘導的徑向噴射流過程定量地描述為有效壓力的函數(shù)(該壓力不同于側限壓力和孔隙壓力)。
優(yōu)選地，該沉積物構架總體結構的體積模量和剪切模量是復數(shù)的和頻率相關的。
優(yōu)選地，該沉積物構架總體結構的復數(shù)的和頻率相關的體積模量和剪切模量視為所述來自較小顆粒部分的低展弦比內(nèi)含物的噴射流和在與顆粒接觸的緊鄰區(qū)域中的所述徑向噴射流過程的結果。
優(yōu)選地，該前向模型將所有壓力相關的參數(shù)看成與海底下面的深度相關。
優(yōu)選地，該前向模型提供了海底下面所有深度范圍內(nèi)孔隙率和有效壓力之間的定量關系。
優(yōu)選地，該前向模型提供了孔隙率和組成之間的定量關系。
優(yōu)選地，該材料性質參數(shù)集只包括 a.海水密度， b.海水體積模量， c.海水粘度， d.海底沉積層厚和每層厚度， e.碳酸鹽體積含量， f.小顆粒材料體積含量，和 g.可膨脹的粘土礦物體積含量。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明以反演方案的方式提供了采用上述方法產(chǎn)生的數(shù)學模型的使用，其輸入?yún)?shù)是所述走時、極性和檢測到的反射的反射率以及沉積物層在相鄰反射對之間的所述固有衰減，用于確定海床分層底基結構的聲學性質、層厚和材料性質。
本發(fā)明進一步提供了用來描述海床沉積物的材料性質和聲學性質之間的物理關系的前向模型，包括 所述沉積物中的粘土部分的精細結構和由所述精細結構的規(guī)格導致的機械響應的定量模型，和 所述沉積物構架中的總體結構和由所述總體結構的規(guī)格導致的機械響應的定量模型。
優(yōu)選地，將所述沉積物的每個顆?？醋髑蛐?。優(yōu)選地，由兩個顆粒尺寸來代替每個沉積物實際的顆粒尺寸分布。
優(yōu)選地，所述兩個顆粒尺寸的尺寸比的數(shù)量級約為100。優(yōu)選地，這兩個顆粒尺寸的填充被單獨考慮。
優(yōu)選地，將較小顆粒部分的材料看做是滯彈性的兩相系統(tǒng)，該兩相系統(tǒng)包括散布有充液低展弦比的橢圓內(nèi)含物的彈性基體，所述內(nèi)含物代表在可膨脹的粘土礦物中的層間水，所述內(nèi)含物沿著整個外周與總體結構的孔隙空間相連。
優(yōu)選地，將較大顆粒的剪切模量視為彈性的，并且較小顆粒的剪切模量是復數(shù)的和頻率相關的。
優(yōu)選地，將所述較小顆粒的復數(shù)的和頻率相關的剪切模量視為應力誘導噴射流從較小顆粒部分中的低展弦比內(nèi)含物進入沉積物構架的總體結構的孔隙空間的結果。
優(yōu)選地，將應力誘導的徑向噴射流過程在沉積物構架的總體結構中沉積物顆粒之間直接接觸的區(qū)域被定量地描述為有效壓力的函數(shù)(該壓力不同于側限壓力和孔隙壓力)。
優(yōu)選地，該沉積物構架總體結構的體積模量和剪切模量是復數(shù)的和頻率相關的。
優(yōu)選地，該沉積物構架總體結構的所述復數(shù)的和頻率相關的體積模量和剪切模量視為所述來自較小顆粒部分的低展弦比內(nèi)含物的所述噴射流和在與顆粒接觸的緊鄰區(qū)域中的所述徑向噴射流過程的結果。
優(yōu)選地，該前向模型將所有壓力相關的參數(shù)看成與海底下面的深度相關。
優(yōu)選地，該前向模型提供了海底下面所有深度范圍內(nèi)孔隙率和有效壓力之間的定量關系。
優(yōu)選地，該前向模型提供了孔隙率和組成之間的定量關系。
在本發(fā)明的一個實施方案中，一系列的地震圖被用來定量描述海床沉積物的組成和跨越海床區(qū)域的海床分層底基結構。
本發(fā)明進一步提供了一種電腦可讀介質，該介質具有指令，當所述指令由處理器執(zhí)行時，引起處理器執(zhí)行上述任意方法。
可以理解，本發(fā)明提供了關于沉積物聲學的改進模型。美國專利6061300號使用了一個由Dvorkin和Nur(1993)提出的模型，該模型用于闡述固體砂巖。本發(fā)明的關鍵的特征是對原始Biot理論進行改進從而使其適應松散的海洋沉積物。該闡述的特點是，與原先使用的Biot-Stoll模型相比，對松散海洋沉積物的聲學性質作出了更高精度的數(shù)學嚴格的預測。這是通過帶兩個組分的幾何模型和機械模型實現(xiàn)的，它清楚的描述了由聲波在柔軟的沉積物中的傳播引起并影響該傳播的主導的物理過程。這些是通常所知的局部流體流(“噴射流”)。松散沉積物的這類處理事件早先由Stoll(1985)提出假設，但是他沒有在幾何模型的基礎上采用數(shù)學描述。
本發(fā)明的改進的沉積物模型的三個組分是 a)海洋松散沉積物的標準模型——該模型將給定沉積物的實際顆粒尺寸分布由兩個顆粒尺寸替代，一個代表沙子和粗糙泥沙，另一個代表粘土和精細泥沙，并且把顆?？闯墒乔蛐蔚?。這種方法允許根據(jù)小顆粒和大顆粒體積部分和引用的材料性質對沉積物組分的許多輸入?yún)?shù)進行計算，比如孔隙率(見2.2)、顆粒密度(見2.3)、滲透率、孔隙大小和彎曲度。因此，它允許減少輸入?yún)?shù)集。
b)有效顆粒模型——該模型(Leurer，1997)考慮到了沉積物顆粒特殊種類的事實，也就是被稱為高嶺石的可膨脹粘土礦物，其以可變數(shù)量存在于海洋沉積物的粘土部分中，事實上包括礦物相和在交互層中的吸附水。該礦物種類的兩相本質使得其對機械變形的抵抗的減弱，這又強烈地影響到通過的聲波的傳播。該原始模型產(chǎn)生了顆粒體積模量(見2.4)，盡管下面給出的擴展的公式也能產(chǎn)生顆粒剪切模量。
c)粘彈性接觸模型——與原來的模型相比最重要的改進是粘彈性公式，該公式定量地描述了在顆粒之間緊接區(qū)域的噴射流過程。它們是被在沉積物中傳播的聲波所激發(fā)的，反過來，它們又影響波的傳播行為。這個模型產(chǎn)生了結構體積模量和剪切模量(見2.5)。
模型成分b)和c)都是由物理合理假設的線性模型，所以可以包含在原先的Biot理論中而不需要更多的數(shù)學發(fā)展(Biot，1962)。另外，在新的公式中包含了和所有壓力有關的參數(shù)與海底下面的深度之間的依存關系。這已經(jīng)不是原始的Biot理論或者Biot-Stoll模型的部分。除了密度的引用值和固體組分的彈性模量外，減少的輸入?yún)?shù)集包括 海水密度ρf， 海水體積模量κf， 海水粘度η， 沉積物層厚度e，(可選地有效壓力) 碳酸鹽的體積含量Ccarb， 小顆粒材料的體積含量，Cclay， 可膨脹粘土礦物的體積含量，Cmont。
這三個組分已經(jīng)允許構造一個新的前向模型，該模型(1)允許通過沉積物的預定分層結構生成合成地震圖，該沉積物的材料性質通過減少的參數(shù)集描述；(2)能夠用在反演過程中，用于通過正入射單通道地震圖來確定沉積物的聲學參數(shù)、層厚和材料性質。



圖1是雙峰顆粒尺寸球包的模型概念的示意圖。顆粒的半徑差兩個數(shù)量級的幅度。
圖2表示來自我們的二元顆粒尺寸模型的有效孔隙率與從盒芯中測量得到的孔隙率值的比較。
圖3表示來自標準沉積物模型的有效孔隙率與對自然的海洋沉積物樣品壓緊實驗以作為有效壓力的函數(shù)的測量得到的空隙率的比較。
圖4是兩個相同的半徑為R的彈性球與接觸水結合的示意圖，該接觸水分布在外徑b和外厚度d的擺動環(huán)上，繞著半徑為a的球到球接觸的方向。
圖5是壓縮速度、吸收系數(shù)和衰減的比較。
圖6表示合成地震圖的例子。
圖7表示計算在一半空間上有預定物理性質的沉積物層的合成地震圖。
圖8表示Galway Bay的Aran群島附近的地震部分。
附圖具體說明 1、標準沉積物模型 本發(fā)明采用了海洋沉積物的標準特性的概念。該標準被認為包括對聲波通過海洋沉積物的傳播具有十分顯著的影響的物理特性，而其他特性被認為對聲波的傳播是可以忽略的。該模型的幾何規(guī)格大大地減少了輸入?yún)?shù)。由Marion等(1992)和Dvorkin和Gutierrez(2001)提出的相似方法缺少明確的微粒公式，也就是顆粒接觸機制和它們對聲波傳播的結果的數(shù)學公式；而且，前面的作者完全沒有提供孔隙率和限定壓力之間的定量關系，后者提出了啟發(fā)性的一點，其可以被認為僅僅在已經(jīng)高度緊湊的含有粘土的沙巖和沙子中有效，而不覆蓋海底下面所有深度的范圍。
2.1 標準化 該標準化包括將任意實際的沉積物通常連續(xù)顆粒尺寸的分布替換為雙峰顆粒尺寸分布，其中該沉積物顆粒被認為是球形顆粒。較小的顆粒代表粘土部分和泥沙部分的精細部，而較大顆粒代表給定沉積物的沙子部分和泥沙部分的粗糙部。較大沉積物顆粒對較小沉積物顆粒的尺寸比是100(圖6)。這個條件保證了壓緊過程中單個大的和小的球形部分不會顯著地影響互相的填充和重新布置。(顆粒形狀的這種簡化類似于通過相等的球形顆粒的直徑表示顆粒尺寸的通常的慣例，該球形顆粒具有相同的設定速度，如同實際上十分均勻的盤形的顆粒。) 圖6是雙峰顆粒尺寸球形包的模型概念的示意圖。顆粒的半徑相差兩個數(shù)量級的幅度(灰色區(qū)域大顆粒部分；黑色小顆粒)。
用于本發(fā)明的標準沉積物模型中的最重要的沉積物物理參數(shù)是孔隙率、顆粒密度和飽和密度、顆粒材料的體積和剪切模量，以及沉積物的構架體積和剪切模量。這些參數(shù)描述在下面的部分中。
2.2 孔隙率 孔隙率限制 在實際的未壓緊的海洋粘土中，最大的孔隙率可以假設為φ≈0.9(例如，Buckingham，1997)，φ＝0.93的值由McLeroy和DeLoach(1968)提出。粘土的該最大孔隙率被認為是這里提出的幾何模型中的小球形包的上孔隙率極限。從而，在雙峰混合物中的該最高可能有效孔隙率在大球體積含量為零時達到。
海底的雙峰顆粒混合物的孔隙率(z＝0) 通過增加混合物中大球形材料的數(shù)量，非壓緊海底沉積物朝向較低孔隙率的整個范圍在這個模型中是可見的。這個逐漸減小的有效孔隙率，僅僅因為沉積物中相應的體積部分逐漸由固體占據(jù)，而較大球體之間的小顆粒集合體的孔隙率保持恒定。這個過程可以持續(xù)進行，直到達到海床沉積物的非壓制低孔隙率極限，這在本模型中通過大球體最松散的可能填充而決定，所述大球體的孔隙充滿最高孔隙率的小顆粒填充。沒有考慮小顆粒盡量低地聚合以形成懸浮。
雙峰顆?；旌衔镌趬壕o下的孔隙率(z>0) 機械壓制與沉積物顆粒的重新布置相關，導致逐漸緊密的填充。在本模型中，在每個單獨球形包中認定的最高壓制的狀態(tài)由相同球體聚合的可能最密填充決定，其中孔隙率假定為大約φ＝0.35。結果，在雙峰顆?；旌衔镏械淖畹涂赡芸紫堵蕦袉蝹€部分的最高壓緊狀態(tài)，即，在最密大球體填充的間隙由最密小球體填充占據(jù)。該臨界狀態(tài)非常重要，因為它區(qū)分了兩個不同的區(qū)域，當組分改變時，其中孔隙率的值向著相同球體的隨機密度包中的值增加。在比這個臨界狀態(tài)更朝向小球體更高聚合的區(qū)域，該最高的壓制以精細顆粒材料的最密填充為特征。然而，該更大球體的填充逐漸變得不太密集，從而先前由固體大球體占據(jù)的體積部分逐漸被多孔的精細顆粒材料替代，直到達到純密集的小球體包。比該臨界狀態(tài)更靠近精細顆粒材料的較低聚合，最高壓緊以粗糙顆粒材料的最密填充為特征，它們的間隙逐漸充滿更小密集填充的精細顆粒材料。在該區(qū)域，占主要部分的大球體的填料防止了小球體的完全壓緊。下面，這些區(qū)域分別被稱為沙域和粘土域。
在我們的模型中采用這些假設和關于孔隙率極限的考慮，非壓制雙顆粒尺寸混合物的有效孔隙率，表示為總的固體部分中的小球體部分體積含量cs的函數(shù)，可以寫為 for cs≥1-φmax，(4) 其中，φmax是小球體包的上孔隙率極限。在最大壓制的深度，上述最小可能的有效孔隙率給出為 其中φRD為相同球體的隨機密集包的孔隙率，所述相同球體在大和小球體包中具有相同的值。該最小孔隙率在固體相內(nèi)的小球體體積含量cs假設為臨界值 時達到。
在沙域中，也即對于比cs，crit更低的小球體含量，該上壓制有效孔隙率極限給出為 1-φmax≤cs<cs，crit，(7) 而在粘土域中，該孔隙率極限給出為 cs>cs，crit. (8) 基于盒芯(boxcore)數(shù)據(jù)(Holler和Kassens，1989)和來自壓制實驗的數(shù)據(jù)(Leurer，2004)的比較，假定了深度的對數(shù)孔隙率變量。然后，任何給定的雙混合物的最終有效孔隙率可以描述為精細顆粒含量和深度的函數(shù) 其中z是深度，Z0和Z1是對應于有效孔隙率極限的深度值，并且其中，用于沙域或粘土域的合適的孔隙率極限φ1(cs)(各自為等式(7)和(8))已經(jīng)被替換。在小球體包中，孔隙率φs隨著深度的改變可以通過 1-φmax<cs<cs，crit，(10) 和 cs≥cs，crit. (11) 計算，等式(10)表示，在沙域，小球形組分的填料從而其孔隙率依賴于固體相內(nèi)的小球體的體積含量cs。這個行為的理由是，在該范圍中，大球體的機械重新布置從不如此顯著地允許在其間隙中形成盡可能密集的小球體包。從而該實際的小球體包孔隙率與cs成反比。
當達到臨界體積含量cs，crit時，這種情形改變。在該狀態(tài)和在cs的值在粘土域(等式(11))上升時，小球體包的壓制不受到較大球體填料的限制，并展現(xiàn)孔隙率變量從z0處的最大的小球體孔隙率φmax到z1處隨機密集包的孔隙率值φRD的整個范圍。在該域中，是大球體具有朝向更高小球體聚合的逐漸變小的緊鄰接觸。該大球體包的單獨孔隙率φl——在體積含量cs和深度z的整個范圍內(nèi)——給出為 其中在沙域，等式(10)，或者粘土域，等式(11)中，φs合適的表達必須分別替換。
模型孔隙率與測量孔隙率的比較 為檢查雙峰標準沉積物模型的有效性，由模型得到的孔隙率與海洋軟沉積物的數(shù)據(jù)集的比較表示在本部分中。此外，數(shù)據(jù)用作校對模型的方式，該模型將測量到的連續(xù)顆粒尺寸分布分成大的和小的顆粒組分。在該計算中，在純的小球體包中的最大孔隙率假設為在深度z0＝0.1m處為0.92，根據(jù)等式(4)，在cs＝0.08處得到最小有效孔隙率φ0＝0.49。這里認為，在單獨的大和小球體密集填料中，在最大深度z1＝2000m處的最小孔隙率都假設為0.35。根據(jù)等式(5)，這導致φ＝0.1225的最小有效孔隙率，根據(jù)等式(6)，在cs＝0.26的精細顆粒體積部分。
樣品材料最初來自從挪威海提取的兩個盒芯，并被具體描述(Holler和Kassens，1989；Leurer，2004)。第一個樣品是完整的近表面沉積物圓柱，8.72m長，提取自74059.7’N和13058.2’E，從1768m水深處，而第二個樣品是來自芯的單一沉積物樣品，該芯來自73003.8’N和09043.4’E，從2227m水深處。為將不同沉積物材料的連續(xù)顆粒尺寸分布轉換為各自的二元分布，我們在測量得到的和計算得到的孔隙率值之間進行了最小二乘擬合。當小顆粒組分被限定為包含84％的粘土和泥沙部分，而該部分剩下的16％加上沙部分被限定為大顆粒組分時，觀測到最佳擬合。
對于近表面沉積物芯，作為深度的函數(shù)的來自雙峰顆粒尺寸模型的最終孔隙率值與新鮮芯處測量的孔隙率值一起表示在圖7中。該雙峰方法反應了在近表面區(qū)域孔隙率隨著深度減小的一般趨勢。注意的是，每個模型孔隙率值通過應用等式(9)得到，其中各個沉積物材料的各個值φ0和φ1來自芯分析數(shù)據(jù)。偏差的原因可能包括建立在低滲透性沉積物中的不規(guī)則孔壓、粗糙顆粒的互鎖、差的分選，也就是那些不能預期但是不會導致模型預期和數(shù)據(jù)之間無法忍受的差值的過程。
圖7表示我們的二元顆粒尺寸模型(開符號)的有效孔隙率與從盒芯測量得到的孔隙率值(實線符號)之間的比較。
該單一沉積物樣品已被用于脈沖傳送實驗中(Leurer，2004)，其中的有效壓力達到20MPa，對應于約2km的深度，從而適于在大規(guī)模的壓制中測試該雙峰顆粒尺寸模型。對于該沉積物樣品，除了顆粒尺寸分布之外，還對粘土部分的組分進行了分析。計算得到的和從壓制實驗中測量得到的孔隙率值之間的比較結果是以如圖4所示的非常好的擬合為特征的。
圖8表示來自標準沉積物模型的有效孔隙率(實線)與來自對天然海洋沉積物樣品進行壓制實驗而測量得到的孔隙率值(符號)之間的比較，該測量得到的孔隙率值是有效壓力的函數(shù)。
2.3 顆粒密度和濕體積密度 (石英)沙和粘土(在海洋沉積物中，主要是伊利石、綠泥石、高嶺石、蒙脫石)通常不同的密度各自歸屬為雙峰標準沉積物的大和小顆粒部分。碳酸鹽顆粒在海洋沉積物中已知地具有全部的顆粒尺寸分布；相應地，它們均勻地分布在這里給出的模型中。大和小顆粒部分各自的顆粒密度給出為 ρl＝ccarbρcarb+cquartzρquartz， 其中，c為所指的體積部分，而ρ分別表示碳酸鹽、石英、粘土、蒙脫石和在蒙脫石中吸收的層間水的密度。該組合顆粒材料的總密度表示為 ρg＝csρs+clρl (14) 通過孔隙率和顆粒密度，該沉積物的濕體積密度或飽和密度計算為 ρ＝φρf+(1-φ)ρg. (15) 對松散的海洋沉積物的壓制受控于孔隙率的減小，這又由作用于沉積物的固體構架上的有效壓力，過載壓力和空隙壓力之間的差隨著海底以下的深度而增加引起的。沉積物層在深度n處的平均有效壓力pe可以根據(jù) pe|n＝g(ρ-ρf)z+pe|n-1，(16) 遞歸地計算。其中，g是重力加速度，pe|n-1是作用在所述層上面的層填料上的有效壓力。有效壓力的知識在計算粘彈性接觸模型中(見2.5節(jié))的沉積物顆粒之間的接觸硬度時是必要的。
2.4 復頻率相關的顆粒模量——有效顆粒模型 有效顆粒模型的公式(Leurer，1997)基于這樣的假設，即如果沉積物具有顯著的粘土部分和如果存在可膨脹粘土礦物(主要表現(xiàn)為蒙脫石)，對顆粒材料由定常實數(shù)體積模量表示是不充分的，該可膨脹粘土礦物實質上指的是所有含有粘土的海洋沉積物的情形。作為可膨脹粘土礦物膨脹，也就是片狀蒙脫石微晶的礦物層之間的水層的吸收的結果，整個粘土部分可以認為是兩相系統(tǒng)。
在該有效顆粒模型中，該膨脹的蒙脫石的水間層被認為是均勻地并各向同性地分布在小顆粒部分的整個彈性礦物相中的平橢圓體的內(nèi)含物。小顆粒部分的該顆粒材料通過對應力波的滯彈性反應被處理為有效的介質。相關的松弛機構包括層間水進入空隙空間的應力誘導運動和延遲重新進入微晶的層間空間，所以能夠被認為是“噴射流”過程(Mavko和Nur，1975)。該過程分別由復頻率相關的體積和剪切模量，Kg和Gg描述，對于小顆粒部分的顆粒材料，給出為 對于體積模量，其中，Kr和Gr是礦物體積和剪切模量，C是縱橫比率分布中的第m縱橫比率αm的體積聚合，從而 其中，θ是縱橫比率的2n離散階再分的連續(xù)分布。該分布以這種方式選擇，用于反應蒙脫石的顆粒尺寸分布。如果蒙脫石的實際顆粒尺寸不能獲得，取自Vogt和

(1978)的幾個蒙脫石樣品的平均顆粒尺寸分布產(chǎn)生θ(αm)≈0.45+0.046·ln(αm)。參數(shù)Tiijj是Wu的張量公式(1966)的標量元素，其于兩相介質中的壓縮負載相關，并且 Kads(ω)＝Kads+iωg 和 (20) 對于剪切模量，其中Tiijj是用于切向負載的相應的張量元素(Wu，1966)，并且 Gads＝iωη，(21) 其中，η是層間水的粘度。
2.5 復頻率相關的結構模量——黏彈性接觸模型 先前的接觸模型概念(Leurer和Dvorkin，2000；2006)假設顆粒材料由相同的彈性球體組成，并認為沒有壓力上的依賴。這里的模型是先前方法的變形，以適合上面提出的二元結構，并包括有效顆粒模型。通常的假設是，形成各自尺寸類的顆粒材料的成分的材料性質可以根據(jù)在它們的類內(nèi)的那些成分的體積部分而稱量。在相同的方法中，整個雙峰球體包的有效性質將根據(jù)小和大球體的體積部分而稱量。另外一個顯著的假設是，顆粒接觸的緊鄰區(qū)域內(nèi)的空隙水部分可以認作固體結構的一部分，根據(jù)Stoll(1985)，從而變成為兩相系統(tǒng)。該二元結構假設為宏觀均勻和各向同性的。
干球體包的結構模量 傳統(tǒng)的用于獲得球體包的體積和剪切模量的Hertz-Mindlin方法包括各自找到單個兩相組合的法向和切向接觸硬度Sn和St，其中硬度定義為施加的法向或切向力相對于接觸平面對于球體中心的各自的最終位移的比率。兩相組合的這些法向和切向硬度可以用于計算孔隙率φ的相同彈性球體的隨機包的結構體積和剪切模量，(Walton，1987) 其中，N是每個球體具有的與其最鄰近的接觸的數(shù)目(配位數(shù))，而R是球體的半徑。對于干球體包的情形，這些模量可以被看作是結構模量。根據(jù)Mindlin(1949)，所述硬度是 其中，G和v分別是球體材料的剪切模量和泊松比，而a是形成在壓縮球體之間的圓形接觸平面的半徑。該接觸半徑給出為(Hertz，1882) 其中，F(xiàn)H是兩個顆粒之間的Hertzian法向接觸力，其可以從作用于相同球體的隨機包上的有效壓力pe計算得到 濕球體包的復結構模量 Leurer和Dvorkin(2000)已經(jīng)表明，在顆粒接觸處的粘性流體的少量，也即少許百分比的空隙空間(圖4)能夠顯著地改變非壓制兩球體組合的法向接觸硬度。
對于在和諧的應力場中的壓制球體來說，在圍繞直接的球體-球體接觸的擺動環(huán)中分布的流體被迫進行擺動的徑向流動，以恢復壓力平衡。這個過程導致頻率相關的復法向接觸硬度，而對切向硬度僅僅具有較小的影響并可以忽略不計。Leurer和Dvorkin(2006)求解了支配的積分-微分方程，并找到了Cole-Cole形式(Cole和Cole，1941)非常精確的現(xiàn)象上的近似，用于為復法向接觸硬度找到它們嚴格數(shù)字解，其實部和虛部可以寫為

其中，Kω為流體的體積模量。弛豫時間τ、分布參數(shù)β為 β＝0.12·ln(sc)+0.92，(27) 其中pe和p0分別是有效壓力和大氣壓力，η是接觸水的粘度，而α是由接觸水占據(jù)的空間的外厚度d與外半徑b的比率(圖9)。對于a為干的直接球體-球體半徑，各個松弛和非松弛的法向硬度S0和S∞表示為 和Sn來自等式(23)，且 (29) 圖9是兩個半徑為R的相同的彈性球體組合的示意圖(接觸幾何圖形被大大放大)，其中接觸水分布在圍繞半徑為a的直接的球體-球體接觸的、外半徑為b和外厚度為d的擺動環(huán)中。
采用來自等式(26)的復法向接觸硬度

并保留來自等式(23)的定常和實切向接觸硬度St，我們得到此后的相同球體的隨機包的兩相輪廓結構的復體積和剪切模量(比較等式(22))， 由于顆粒尺寸部分都采用它們各自獨立的接觸硬度、配位數(shù)和部分孔隙率，以這種方式分別確定了結構體積和剪切模量，二元球體包的復有效結構體積和剪切模量計算為各自模量的同張力(Voigt)和同應力(Reuss)平均值的算術平均，根據(jù)(Mavko等，1998) 其中，體積和剪切模量的Voigt平均值為 而各自的Reuss平均值為 其中 (34) 其中下標s和l表示用于小的和大的球體包各自的數(shù)量。
為表明這里提出的新沉積物模型對原先的Biot理論的松散海洋沉積物的改進的適應性，圖10表示了作為頻率函數(shù)的理論上的響應(例子淤泥)。來自Wood和Weston(1964)的數(shù)據(jù)的比較表明了與標準沉積物模型的良好擬合，而Biot-Stoll模型和原先的Biot理論不能解釋這些數(shù)據(jù)。
圖10是計算自這里給出的模型(紅色)、原先的Biot理論(黑色)和Biot-Stoll模型(藍色)關于Wood和Weston(1964)的海洋淤泥數(shù)據(jù)(黑圓環(huán))的壓縮速度(頂部)、吸收系數(shù)(中部)和衰減(底部)的比較。
3 合成地震波 這里提供的標準沉積物模型可以用于前向模型，以根據(jù)預定的底基分層沉積物構架生成合成地震圖，其中的材料性質 海水密度ρf， 海水體積模量Kf， 海水粘度η， 沉積物層厚度e，(可選地有效壓力) 碳酸鹽的體積含量Ccarb， 小顆粒材料的體積含量，Cclay， 可膨脹粘土礦物的體積含量，Cmont。
用作輸入?yún)?shù)。已知沉積物層的厚度和各自的飽和密度(等式(15))，并采用等式(1)、(2)和(3)計算壓縮速度和衰減，合成的地震圖可以通過已知的源子波與一系列的峰值的卷積積分計算得到，所述峰值的幅度對應于沉積物層的反射率。合成地震圖的一個例子表示在圖11中。圖11表示從預定的沉積物構架到合成地震波。
3 具有人工神經(jīng)網(wǎng)絡的地震反射數(shù)據(jù)的反演 前向模型是從測量到的地震反射輪廓數(shù)據(jù)來預測沉積物物理參數(shù)的基本要求。這里提供的該模型成功地應用于神經(jīng)網(wǎng)絡(NN)方案的初步測試，該方案用于對Galway灣的地震反射數(shù)據(jù)進行反演。
用NN對地震反射輪廓數(shù)據(jù)的反演要求從測量得到的地震圖中確定幾個關鍵參數(shù)。它們是來自層邊界的反射的走時、衰減和反射率。在與各自的地震圖的相關過程中(源子波建模)，走時和衰減通過采用對源子波的估計而同時被確定(基于海床反射)，根據(jù)預定的衰減值集變形。反射率，即幾何擴展校正的反射系數(shù)，取決于反射各自包絡線的最大值(它們的Hilbert變形的絕對值)。
NN反演要求訓練過程。前向模型用于通過使用在各自可能的變化范圍內(nèi)隨機挑選的沉積物參數(shù)產(chǎn)生多個(約2000)合成地震圖。該NN能夠在一組輸入?yún)?shù)和期望的輸出參數(shù)之間發(fā)現(xiàn)定量關系，在本例中為沉積物性質。如果它能夠為不屬于訓練組的任意合成地震圖預測輸出參數(shù)的話，該NN可以認為是充分訓練過的。良好訓練的NN為三層示例，即水柱、第一沉積物層和下層的半空間預測沉積物參數(shù)的能力的例子，如圖12所示。
圖12表示在半空間之上(頂部)的預定物理性質下，計算從沉積物層的合成地震圖(振幅為時間(msec)的函數(shù))。預定性質的值和那些從地震圖預知的值各自表示在第二和第三列中。預知的值典型地在理論值的約1％內(nèi)，除了蒙脫石(約10％)。
在預先測試非過程地震波(圖13)中，該NN在測量來自Galway灣的地震反射輪廓數(shù)據(jù)中的應用獲得了對于第一沉積物層的下面的參數(shù)(表1)。該參數(shù)集的值強烈地指示為沙子，與抓取樣品的顆粒尺寸分析相符，該樣品已經(jīng)確定為區(qū)域中的精細沙子(O’Connor，1991)。
圖13表示Galway灣的Aran群島附近的地震部分。采用初步的神經(jīng)網(wǎng)絡反演方案，從地震圖獲得了對第一沉積物層的厚度和物理性質的成功估計(除了散數(shù)字2、6、12、15-17)。地震數(shù)據(jù)在13m海水中采用3.5kHz的剖面儀收集。

參考本發(fā)明，“包括/包含”和“具有/包括”在這里使用時，用作明確說明存在的狀態(tài)特征、整數(shù)、步驟或組分，但是不排除一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、組分或組在其中的存在或附加。
可以理解的是，為了清楚表示，本發(fā)明描述在各個實施例的上下文中的一些特征，可能在單個實施例中提供有結合。相反地，為了簡短，本發(fā)明描述在單一實施例上下文中的不同特征，也可能分別地或以任何合適的子結合的形式提供。
參考文獻 美國專利5815465號，1998年9月29日，海洋沉積物分類方法和裝置(Altan Turgut) 美國專利6061300號，2000年5月9日，沉積物中滲透性和流體含量結構的成像方法(Tokuo Yamamoto) Biot，M.A.，1956a，關于彈性波在流體飽和多孔固體中傳播的理論，I，低頻范圍，J.Acoust.Soc.Am.，28，168-178。
Biot，M.A.，1956b，關于彈性波在流體飽和多孔固體中傳播的理論，II，高頻范圍，J.Acoust.Soc.Am.，28，179-191。
Biot，M.A.，1962，在多孔介質中的變形和聲學傳播機制J.Appl.Physics，33，1482-1498。
Buckingham，M.J.，1997，在包括海洋沉積物在內(nèi)的松散顆粒材料中聲學衰減、散布和脈沖傳播的理論，J.Acoust.Soc.Am.，102，2579-2596。
Cole，K.S.，和Cole，R.H.，1941，電介質中的散布與吸收，J.Chem.Phys.，9，341-351。
Dvorkin，J.和M.A.Gutierrez，2001，彈性速度上的組織分類效果，第II部分雙峰顆?；旌衔锏膹椥裕?1SEG年度會議，San Antonio，擴展的摘要，1764-1767。
Dvorkin，J.，和Nur，A.，1993，動態(tài)空隙彈性噴射和Biot機構的統(tǒng)一模型，地球物理學，58，524-533。
Hamilton，E.L.，1972，海洋沉積物中的壓縮波衰減，地球物理學，37，620-646。
Hertz，H.R.，1882，

die Berührung fester elastischer

Z.Reine Angew.Math.，92，156-171。
Holland，C.W.，和Brunson，B.A.，1988，Biot-Stoll模型及實驗評估，J.Acoust.Soc.Am.，84，1437-1443。
Holler，P.，和Kassens，H.，1989，SedimentphysikalischeEigenschaften aus dem

Nordmeer(DatenreportF.S.Meteor，Reise 7).Ber.Sonderforschungsbereich 313，University ofKiel，15，1-61。
Leurer，K.C.，1997，在精細顆粒海洋沉積物中的衰減通過“有效顆粒模型”(EGM)對Biot-Stoll模型的延伸，地理物理學，62，1465-1479。
Leurer，K.C.，2004，在實驗壓制過程中深海沉積物的壓縮和剪切波速度和衰減，J.Acoust，Soc.Am.，116，2023-2030。
Leurer，K.C.和J.Dvorkin，2000，沙子中的內(nèi)顆粒噴射流帶粘性粘合劑的顆粒，International Journal of Solids andStructures，37，1133-1144。
Leurer，K.C.和J.Dvorkin，2006，帶粘性粘合劑的松散沙子的粘彈性，地理物理學，71，出版中。
Marion，D.，Nur，A.，Yin，H.，和Han，D.，1992，沙-粘土混合物中的壓縮速度和孔隙率，地理物理學，57，554-563。
Mavko，G.，和Nur，A.，1975，Melt squirt in the asthenophere，J.Geophy.Res.，80，1444-1448。
Mavko，G.，Mukerji，T.和Dvorkin，J.，1998，巖石物理手冊，劍橋大學出版社。
McLeroy，E.C.，和DeLoach，A.，1968，從15到1500kHz，在天然海底沉積物中測得的聲速和衰減，J.Acoust.Soc.Am.，44，1148-1150。
Mindlin，R.D.，1949，彈性體接觸中的柔量，J.AppliedMech.，16，259-268。
O’Connor，B.，1991，The use of hydrodynamic mathematicalmodels in predicting types of subtidal macro-faunal communities，在Modelling the benthos，ReportCOST 647“沿海深海底生態(tài)學“，Yerseke，荷蘭，125-136。
Stoll，R.D.，1974，飽和沉積物中的聲波，在海洋沉積物中的聲音物理學，L.Hampton(ed.)，紐約Plenum出版社。
Stoll，R.D.，1985，海洋沉積物聲學，J.Acoust.Soc.Am.，77，1789-1799。
Stoll，R.D.，1989，沉積物聲學，在Bhattacharji.S.Friedman，G.M.，Neugebauer，H.J.，和Seilacher，A.(Eds.)Lecture Notes in Earth Sciences，第26卷，紐約Springer。
Turgut.A.，和Yamamoto，T.，1988，用于海洋沉積物的合成地震圖及孔隙率和滲透性的確定，地理物理學，53，1056-1067。
Turgut.A.，2000，海洋沉積物中粘性衰減的近似描述關于Biot的“臨界”和“峰值”頻率，J.Acoust.Soc.Am.，108，513-518。
Walton，K.，1987，球體隨機包的有效彈性模量，J.Mech.和Phys.Solids，35，213-216。
Winkler，K.，Nur，A.，和Gladwin，M.，1978，“巖石中的摩擦和地震衰減”，Nature，277，528-531。
Wood，A.B.，和Weston，D.E.，1964，聲音在淤泥中的傳播，Acustica，14，156-162。
Wu，T.T.，1966，內(nèi)含物形狀對兩相材料彈性模量的影響，International Journal of Solids and Structures，2，1-8。
權利要求
1、一種從至少一個正入射單通道反射聲學振幅時間序列地震圖中定量描述海床沉積物組成和海床分層底基結構的方法，該方法包括以下步驟
在所述地震圖中，從底基界面檢測多個反射；
確定每個檢測到的反射的走時、極性以及反射率；
確定沉積物層在相鄰反射對之間的固有衰減；
確定海床分層底基結構的聲學性質、層厚和材料性質，所述聲學性質、層厚和材料性質作為所述檢測到的反射的所述走時、極性和反射率以及所述沉積物層在相鄰反射對之間的固有衰減的函數(shù)。
2、根據(jù)權利要求1所述的方法，其中確定走時的所述步驟包括在對相應的地震圖進行互相關聯(lián)處理時采用對根據(jù)預定衰減值集進行變形的震源子波的估計。
3、根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中確定固有衰減的所述步驟包括在對相應的地震圖進行互相關聯(lián)處理時采用對根據(jù)預定衰減值集進行變形的震源子波的估計。
4、根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其中確定每個檢測到的反射的反射率的所述步驟包括確定每個反射的相應包絡線的最大值。
5、根據(jù)權利要求1所述的方法，其中確定海床分層底基結構的聲學性質、層厚和材料性質的所述步驟包括前向模型的開發(fā)，所述前向模型描述所述海床沉積物的材料性質和聲學性質之間的物理關系，其中所述聲學性質、層厚和材料性質作為所述檢測到的反射的所述走時、極性和反射率以及所述沉積物層在相鄰反射對之間的所述固有衰減的函數(shù)。
6、根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述前向模型包括
沉積物中的粘土部分的精細結構和由所述精細結構的規(guī)格導致的機械響應的定量模型，和
所述沉積物構架的總體結構和由所述總體結構的規(guī)格導致的機械響應的定量模型。
7、一種從松散沉積物的預定分層結構中生成合成地震圖的方法，這種沉積物的材料性質通過參數(shù)集來描述，所述方法包括以下步驟
建立描述所述海床沉積物的材料性質和聲學性質之間的物理關系的前向模型，所述前向模型包括
所述沉積物中的粘土部分的精細結構和由所述精細結構的規(guī)格導致的機械響應的定量模型，和
所述沉積物構架的總體結構和由所述總體結構的規(guī)格導致的機械響應的定量模型；和
將所述材料性質參數(shù)集輸入到所述前向模型中，以便得到合成的地震圖。
8、根據(jù)權利要求5-7中任一項所述的方法，其中所述前向模型將所述沉積物的每個顆?？醋髑蛐?。
9、根據(jù)權利要求5-8中任一項所述的方法，其中所述前向模型由兩個顆粒尺寸來代替所述沉積物實際的顆粒尺寸分布。
10、根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述兩個顆粒尺寸的尺寸比的數(shù)量級約為100。
11、根據(jù)權利要求9或10所述的方法，其中所述前向模型單獨考慮所述兩個顆粒尺寸的填充。
12、根據(jù)權利要求9-11中任一項所述的方法，其中所述前向模型將較小的顆粒部分的材料看作是滯彈性的兩相系統(tǒng)，所述兩相系統(tǒng)由散布有充液低展弦比的橢圓形內(nèi)含物的彈性基體組成，所述內(nèi)含物代表在可膨脹的粘土礦物中的層間水，所述內(nèi)含物沿著整個外周與總體結構的孔隙空間相連。
13、根據(jù)權利要求9-12中任一項所述的方法，其中所述前向模型將所述較大顆粒的剪切模量視為彈性的，并且較小顆粒的剪切模量是復數(shù)的和頻率相關的。
14、根據(jù)權利要求9-13中任一項所述的方法，其中所述前向模型將所述較小顆粒的復數(shù)的和頻率相關的剪切模量視為應力誘導的噴射流從較小顆粒部分中的低展弦比內(nèi)含物進入沉積物構架的總體結構的孔隙空間中的結果。
15、根據(jù)權利要求4-11中任一項所述的方法，其中所述前向模型在沉積物構架的總體結構內(nèi)、沉積物顆粒之間直接接觸的區(qū)域中，將應力誘導的徑向噴射流過程定量地描述為有效壓力的函數(shù)。
16、根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述沉積物構架的總體結構的體積模量和剪切模量是復數(shù)的和頻率相關的。
17、根據(jù)權利要求16所述的方法，其中所述沉積物構架的總體結構的所述復數(shù)的和頻率相關的體積模量和剪切模量視為所述來自較小顆粒部分的低展弦比內(nèi)含物的所述噴射流和在與顆粒接觸的緊鄰區(qū)域中的所述徑向噴射流過程的結果。
18、根據(jù)權利要求5-17中任一項所述的方法，其中所述前向模型將所有壓力相關的參數(shù)看成與海底下面的深度相關。
19、根據(jù)權利要求5-18中任一項所述的方法，其中所述前向模型提供海底下面整個深度范圍上孔隙率和有效壓力之間的定量關系。
20、根據(jù)權利要求5-19中任一項所述的方法，其中所述前向模型提供孔隙率和組成之間的定量關系。
21、根據(jù)權利要求5-20中任一項所述的方法，其中所述材料性質參數(shù)集只包括
h.海水密度，
i.海水體積模量，
j.海水粘度，
k.沉積物層厚和每層厚度，
l.碳酸鹽體積含量，
m.小顆粒材料體積含量，和
n.可膨脹的粘土礦物體積含量。
22、一種利用上述權利要求6-20中任一項所述的方法產(chǎn)生的數(shù)學模型在反演方案中的使用，用于確定海床分層底基結構的聲學性質、層厚和材料性質，所述反演方案的輸入?yún)?shù)是所述檢測到的反射的所述走時、極性和反射率以及沉積物層在相鄰反射對之間的所述固有衰減。
23、一種描述海床沉積物的材料性質和聲學性質之間的物理關系的前向模型，包括
所述沉積物中的粘土部分的精細結構和由所述精細結構的規(guī)格導致的機械響應的定量模型，和
所述沉積物構架的總體結構和由所述總體結構的規(guī)格導致的機械響應的定量模型。
24、根據(jù)權利要求23所述的前向模型，其中將所述沉積物的每個顆?？醋髑蛐?。
25、根據(jù)權利要求23或24所述的前向模型，其中每個沉積物的實際顆粒尺寸分布由兩個顆粒尺寸代替。
26、根據(jù)權利要求25所述的前向模型，其中所述兩個顆粒尺寸的尺寸比的數(shù)量級約為100。
27、根據(jù)權利要求25或26所述的前向模型，其中所述兩個顆粒尺寸的填充是單獨考慮的。
28、根據(jù)權利要求25-27中任一項所述的前向模型，其中所述較小顆粒部分的材料看做是滯彈性的兩相系統(tǒng)，所述兩相系統(tǒng)包括散布有充液低展弦比的橢圓形內(nèi)含物的彈性基體，所述內(nèi)含物代表在可膨脹的粘土礦物中的層間水，所述內(nèi)含物沿著其整個外周與總體結構的孔隙空間相連。
29、根據(jù)權利要求25-28中任一項所述的前向模型，其中所述較大顆粒的剪切模量視為彈性的，并且較小顆粒的剪切模量是復數(shù)的和頻率相關的。
30、根據(jù)權利要求25-29中任一項所述的前向模型，其中所述較小顆粒的復數(shù)的和頻率相關的剪切模量視為應力誘導的噴射流從較小顆粒部分中的低展弦比內(nèi)含物進入沉積物構架的總體結構的孔隙空間的結果。
31、根據(jù)權利要求23-30中任一項所述的前向模型，其中所述應力誘導的徑向噴射流過程在沉積物構架的總體結構內(nèi)、沉積物顆粒之間直接接觸的區(qū)域中定量地描述為有效壓力的函數(shù)。
32、根據(jù)權利要求23-31中任一項所述的前向模型，其中所述沉積物構架的總體結構的體積模量和剪切模量是復數(shù)的和頻率相關的。
33、根據(jù)權利要求23-32中任一項所述的前向模型，其中所述沉積物構架的總體結構的所述復數(shù)的和頻率相關的體積模量和剪切模量視為來自所述較小顆粒部分的低展弦比內(nèi)含物的所述噴射流和在顆粒接觸的緊鄰區(qū)域中的所述徑向噴射流過程的結果。
34、根據(jù)權利要求23-33中任一項所述的前向模型，其中考慮了所有壓力相關的參數(shù)對海底下面的深度的依賴。
35、根據(jù)權利要求23-34中任一項所述的前向模型，其中提供了海底下面整個深度范圍上孔隙率和有效壓力之間的定量關系。
36、根據(jù)權利要求23-35中任一項所述的前向模型，其中提供了孔隙率和組成之間的定量關系。
37、根據(jù)權利要求1所述的方法，其中一系列的地震圖被用來定量描述海床沉積物的組成和跨越海床區(qū)域的海床分層底基結構。
38、一種電腦可讀介質，所述介質具有指令，當所述指令由處理器執(zhí)行時，引起處理器執(zhí)行根據(jù)權利要求1-22中任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從至少一個正入射單通道反射聲學振幅時間序列地震圖中定量描述海床沉積物組成和海床分層底基結構的方法，該方法在所述地震圖中，從底基界面檢測多個反射，確定每個檢測到的反射的走時、極性以及反射率，確定沉積物層在相鄰反射對之間的固有衰減，并確定海床分層底基結構的聲學性質、層厚和材料性質，用于作為所述檢測到的反射的走時、極性和反射率以及所述沉積物層在相鄰反射對之間的固有衰減的函數(shù)。本發(fā)明還公開了描述海床沉積物的材料性質和聲學性質之間的物理關系的前向模型。
文檔編號G01V1/30GK101535841SQ200780013646
公開日2009年9月16日 申請日期2007年2月21日 優(yōu)先權日2006年2月24日
發(fā)明者K·C·洛伊雷爾, C·布朗 申請人:高爾韋愛爾蘭國立大學