基于理想气体模型的气枪震源子波模拟实验研究

摘要

气枪震源适用于海洋探测，是一种新型的无污染装备，用以激发气体产生子波。其子波信号特征不仅影响勘探效果，而且是地震资料处理中的重要参数。在实际应用通过现场测量得到子波不仅耗费巨大，而且对环境要求比较高。气枪子波模型方便有效地解决了这一难题，通过将计算机模拟获得震源子波，简单快捷，有着实际测量无法比拟的优势，因此气枪子波模拟的研究意义重大。气枪震源设计的关键之一是如何控制子波的特征，使之符合勘探作业要求。
　　空气枪震源已经逐步成为海上地震勘探的主要激发形式。本文总结了国内外关于气枪震源的研究历史及现状，讨论了气枪工作的基本原理，比较了Sleeve枪、Bolt枪和G枪三种气枪的结构，描述了气泡的震荡过程。评价气枪震源子波的四个主要参数是脉冲能量、初泡比、气泡周期和子波频谱，本文对这几个参数作了详尽说明，并简单说明影响震源子波的几个因素。
　　现阶段单枪模型主要有齐奥科夫斯基(Anton Ziolkowski)模型、舒尔兹-盖特曼(Schulze-Gattermann)模型、萨法(Safar)模型、Johnson模型等，本文总结了这几个模型的特点与优劣，在“自由气泡振荡”理论基础上对模型方程简化计算，分析了开发震源模拟软件所需的三个主要算法:龙格-库塔处理函数算法，震源子波模拟绘图算法及快速傅里叶变换算法。最后从气枪本身参数、外界环境参数及其它参数三方面进行大量的对比分析，研究了参数对震源子波模拟图形的影响，为实际测量时的参数选择奠定了良好理论基础。

目录

声明

摘要

1 前言

1.1 项目来源

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 研究现状

1.3.1 气枪震源发展历史

1.3.2 气枪震源子波提取方式

1.3.3 单枪子波模型理论

1.3.4 阵列子波理论模型和GI枪

1.4 研究内容

1.5 技术路线

1.6 创新点

2 气枪震源基本理论

2.1 常规气枪结构及工作原理

2.2 气泡振荡过程

2.3 气枪震源子波参数

2.3.1 脉冲能量

2.3.2 初泡比

2.3.3 气泡周期

2.3.4 子波频谱

2.4 震源子波影响因素

2.4.1 气枪类型

2.4.2 气枪容量

2.4.3 气枪沉放深度

2.4.4 电缆沉放深度

2.4.5 工作压力

2.4.6 虚反射

3 基于理想气体的单枪子波模型

3.1 “自由气泡振荡”理论

3.2 舒尔兹盖特曼(Schulze-Gattermann)模型

3.3 齐奥科夫斯基(Anton Ziolkowski)模型

3.4 萨法(Safar)模型

3.5 Johnson模型

4 震源子波模拟软件设计算法

4.1 龙格库塔处理函数算法

4.1.1 龙格-库塔方法简述

4.1.2 步长选择

4.1.3 处理函数算法流程

4.2 快速傅里叶变换算法

4.3 绘图软件设计算法流程

5 参数影响模拟分析

5.1 气枪本身参数的影响

5.1.1 气枪类型的影响

5.1.2 气枪容量的影响

5.1.3 工作压力的影响

5.2 外界环境的影响

5.2.1 大气压的影响

5.2.2 海水密度的影响

5.2.3 海水声速的影响

5.2.4 气枪沉放深度的影响

5.2.5 检波距离的影响

5.3 其它因素的影响

5.3.1 时间点数

5.3.2 热容比

5.3.3 能量衰减

5.3.4 半径修正

6 总结与建议

参考文献

致谢