發(fā)布時間：2018-10-26 10:47

【摘要】：氣槍震源具有性能穩(wěn)定、成本低、易操控、可重復、高精度、無污染等諸多優(yōu)點,在海洋石油勘探上得到廣泛應用。為探索移動式水庫氣槍震源在區(qū)域尺度深部探測的應用前景,福建省地震局于2014年11月在福建省三明市尤溪縣街面水庫實施移動式水庫氣槍震源綜合實驗。本文基于布設(shè)在庫區(qū)水上平臺周圍的水聽器、OBS、測震儀、強震儀組成的近場觀測系統(tǒng)記錄,研究移動式水庫氣槍震源近場特性及其影響因素,進而基于開口熱力學系統(tǒng)進行氣槍子波模擬,并與實驗近場觀測結(jié)果對比,最后利用福建及周邊固定臺的遠場記錄研究氣槍信號傳播特性。本文研究結(jié)果表明:移動式水庫氣槍震源激發(fā)的地震信號具有穿透深、傳播遠、攜帶深部信息豐富的特性,在區(qū)域尺度深部探測有廣泛的應用前景。主要工作如下:氣槍震源近場特性研究。首先利用實驗近場觀測記錄研究氣槍震源的時頻特性、能量特性、環(huán)境影響和可重復性,再結(jié)合槍盤水聽器和庫區(qū)OBS記錄分析氣槍子波參數(shù)受沉放深度、工作壓力、氣槍數(shù)量、槍陣尺寸、水體深度的影響情況。結(jié)果表明:(1)氣槍子波由高頻主脈沖和低頻氣泡脈沖組成,主脈沖持時短,頻帶寬,可用于淺層高精度勘探,氣泡脈沖富含10Hz以下低頻能量,可用于深部探測。(2)氣槍是小當量震源,實驗中單槍激發(fā)能量相當于0.23級地震,四桿槍陣激發(fā)能量相當于0.48級地震。(3)氣槍震源綠色環(huán)保,四桿槍陣激發(fā)時大壩振動的峰值加速度為0.45gal,對大壩及周圍環(huán)境不會產(chǎn)生破壞。(4)氣槍信號重復性高,岸上首臺速度記錄互相關(guān)系數(shù)峰值大于0.95的占93.26%。(5)氣槍沉放越深,氣泡振蕩能量越大,氣泡周期越小,深部探測需選擇合適的沉放深度,兼顧低頻和能量的需求。(6)氣泡能量和氣泡周期隨工作壓力增加而增加。(7)槍陣激發(fā)的能量隨氣槍數(shù)量增加而增加,激發(fā)的主頻受各單槍容量影響。(8)當槍陣尺寸大于5倍氣泡半徑時,氣泡之間相互作用很小,氣槍陣列子波近似各槍子波線性疊加,受槍陣尺寸變化的影響很小。(9)沉放深度是水體深度的一半時,氣泡能量和氣泡周期較大,激發(fā)效果較好�；陂_口系統(tǒng)的氣槍子波模擬。(1)介紹氣泡振蕩機制,模擬并比較了零階不可壓縮流體的Rayleigh (1917)模型、二階非線性可壓縮流體的Ziolkowski (1970)模型、一階線性可壓縮流體的Johnson (1994)模型和Ziolkowslki (1998)模型四種氣泡振蕩理論模型。結(jié)果表明:Rayleigh(1917)模型不考慮聲能輻射,沒有能量損失,是簡諧振蕩。其余三種氣泡振蕩模型的模擬結(jié)果基本一致,是周期和幅值逐漸減小的阻尼振蕩。其中Ziolkowski (1970)模型具有二階精度,在研究沖擊波和強壓力脈沖傳播過程中具有不可替代的適用性,但模擬子波與實測子波相比存在初始幅值過大和衰減速度過慢的問題。(2)在Ziolkowski(1970)模型的基礎(chǔ)上,引入與外界具有質(zhì)量和能量交換的開口熱力學系統(tǒng),綜合考慮氣體釋放率、槍體體積、槍口節(jié)流、熱傳導、水氣轉(zhuǎn)換、粘滯性等多種因素對氣泡振蕩的影響,構(gòu)建新的單槍子波模型。模擬結(jié)果表明:槍體體積、槍口節(jié)流、熱傳導和水氣轉(zhuǎn)換是影響氣槍子波衰減的主要因素。其中槍體體積和槍口節(jié)流影響主脈沖振幅,熱傳導和水氣轉(zhuǎn)換影響氣泡振蕩衰減。實際氣體體積為氣泡體積減去槍體體積,從而增加子波振幅。槍口節(jié)流降低氣體釋放速度,減小主脈沖振幅。熱傳導和水氣轉(zhuǎn)換加快氣泡振蕩衰減,大幅減小氣泡脈沖振幅。(3)在單槍子波模擬的基礎(chǔ)上,考慮氣泡之間相互作用隨氣槍間距的變化,進一步模擬氣槍陣列子波。通過與實測子波對比發(fā)現(xiàn)當氣槍間距大于5倍氣泡半徑時,氣泡之間相互作用很小,氣槍陣列子波近似各槍子波線性疊加。(4)基于MATLAB平臺自主研發(fā)氣槍子波模擬程序,實測子波與模擬子波良好的一致性表明建立的單槍子波模型和槍陣子波模型具有較高的準確性和可行性,可應用于氣槍震源工況設(shè)計,檢測氣槍震源性能,提供氣槍震源子波等工作。氣槍信號疊加技術(shù)及應用。(1)介紹線性疊加和相位加權(quán)疊加兩種疊加方法,并在相位加權(quán)疊加的基礎(chǔ)上提出分頻相位加權(quán)疊加方法,通過數(shù)值模擬分析信噪比、相關(guān)性和疊加次數(shù)的關(guān)系,比較三種疊加方法的疊加效果。結(jié)果表明:相位加權(quán)疊加在線性疊加的基礎(chǔ)上進一步利用相位信息,提高信噪比的效率高于線性疊加,但會引起波形畸變;在低信噪比和疊加次數(shù)較少的情況下,分頻相位加權(quán)疊加方法提高信噪比和降低波形畸變的效果最好。(2)結(jié)合固定臺的遠場記錄,提出利用臺站平均信噪比進行最優(yōu)工況評估的方法。固定臺站記錄的平均信噪比越大,信號傳播距離越遠,是一種可行的確定最優(yōu)工況的方法。(3)在對正式工況數(shù)據(jù)進行1024次分頻相位加權(quán)疊加后,給出地震剖面并確定氣槍信號的傳播距離。通過同相軸追蹤單炮激發(fā)最遠傳播距離約150km。1024次疊加最遠可以在450km處通過同相軸追蹤到信號,折合后能看到豐富的Pg,Pm,Pn,Sm等震相,表明氣槍信號穿透深度能達到下地殼和上地幔頂部,充分說明了利用大容量氣槍震源進行深部探測具有廣泛的應用前景。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國地震局工程力學研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P631.4

【參考文獻】

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本文編號：2295467