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近地表的复杂性一直制约着地震勘探的发展与进步。由于近地表复杂性引起的散射和衰减，使得实际采集到的地震数据信噪比极低，从而大大的降低了地震成像的品质。近地表复杂性主要包括地形的边界起伏和体积介质的非均匀性两部分。一方面，在实际地震勘探中，地表和地层界面往往是不平甚至陡峭的，这样的构造会导致较强的边界散射，使下层地层的反射波难以识别；另一方面，由于近地表结构中岩石和矿体的分布等原因，整个地层呈非均质，地层中的速度扰动会产生体积散射，干涉边界散射波，导致深层反射波衰减甚至破碎。因此，将边界散射和体积散射相结合是解决近地表复杂性的关键。目前，国内外大部分研究工作主要针对不规则边界和内部随机介质的模型来对复杂近地表地震波场进行数值模拟，虽然这样可以研究不同地形参数和性质对与地震波场的影响，但很难直观地反映多组模型中不同参数对于散射的影响和相关性。另外，虽然地震波场数值模拟技术已臻于成熟，但求解方程仍存在着计算量巨大、耗时长、占用内存大等问题。尤其是近地表的体积扰动将极大增加计算成本（该计算需要对整个非均质体进行剖分，并考虑每个体积单元的散射影响，即使是在频率-波数域下也需较长的时间）。针对上述问题，本文提出了一种高效的近地表地质复杂度的定量分析方法。该方法运用边界元-体积元的数值方法，利用广义Lippmann-Schwinger积分方程对整个地质体进行剖分，最终定义一个复杂性参数，使用矩阵分析技术，对对应地质区块进行复杂度评估。在广义Lippmann-Schwinger积分方程中，整个地质体的地震响应被分成边界响应、体积响应和震源三部分，其形成的矩阵方程中的散射振幅系数矩阵不仅可以反映近地表边界特征的影响，还可以描述结构中任意两个体积元的相互影响，利用该方法可对边界散射和体积散射分别讨论，具有更高准确性；利用矩阵分析方法来处理广义Lippmann-Schwinger积分方程的系数矩阵也规避了方程求解，使运算效率大大提高。大量实验结果表明，此方法具有较强的适用性、可靠性和高效性。类似地，根据广义Lippmann-Schwinger积分方程对于地震波场的分解特性，我们将整个积分方程求解问题转化为利用反射/透射矩阵来计算上行/下行波问题，并将方法拓展至频率-波数域。如此可将庞大的积分方程求解问题转化为利用反射/透射因子矩阵进行层间递推的关系的问题，用以计算近地表介质中任一点的地震波场。对于非均质情况，我们将整个近地表模型划分为很多个薄层，分别定义薄层中每个体积元的物理性质，计算每个体积元引起的非均质散射影响，并将薄层内每个体积元的影响组合成整个薄层的影响，通过整个薄层的散射计算上行波和下行波的反射/透射关系，达到最终计算非均质体的地震波场的目的。