气枪气泡特性及子波数值模拟研究

论文摘要

各国对于海洋矿产资源（天然气水合物、铁锰结核、砂矿及石油）的竞争性探索开发,促进了近半个世纪以来海上地震勘探技术的迅猛发展,就目前来说海上资源的探测技术多采用地震反射波探测的方法,而气枪及气枪枪阵震源相对于电法、磁法及重力,无疑是对于地下勘探最有实用性以及最普及的震源激发方式。但由于气枪激发的气泡脉动过程非常复杂,使得对于其产生的压力子波的研究也就变得非常不易,要确定气枪震源子波,一方面（也是最常用的方式）可以通过实际的激发测试实验,但该方法存在耗费巨大人力物力的缺点,因此对这方面的研究采用数值模拟的方法。国内目前对于气枪子波的模拟计算多采用引进的国外软件如Nucleus和Gundalf,极大的限制我们对于震源理论的研究以及地震勘探事业发展。随着气枪震源研究的深入,其应用范围也不断扩展,逐渐发展到到陆域水体,用于进行实时地下介质监测等区域尺度探测,对于陆上水体气枪激发的相关震源理论研究目前来说还仍然不够深入。同时当下工业化的气枪震源模拟其原理仅限于球形气泡理论,没有考虑实际情况下气枪气泡发生的变形、射流、迁移等因素的影响。为了进行相关理论研究以及开发可移动式、小型化的陆地水体气枪源和相应的实用化数据处理软件,福建省地震局连续数年在省内的不同陆域水库进行了大容量气枪震源的激发试验,本文主要利用了2014-2018年福建省地震局利用可移动式水库气枪震源在不同水库进行激发试验的数据,主要为福建省泉州市德化龙门滩水库以及泉州市的山美水库、沙溪口水库以及在台湾海峡进行的气枪气泡实际工况摄影实验数据,进行的主要工作如下:利用基于球形假设最初始的关于气泡的理论结果（以Rayleigh-Plessent气泡运动方程为例）以及基于边界元的非球形理论方法研究大容量气枪震源激发的气泡动力学特性,尤其是气泡的形态、射流、迁移等特征,进一步理解气枪气泡的运动行为,并与实际的测量压力子波进行对比。本文表明,气枪气泡在坍塌阶段会发生变形,这些变形会对气泡的径向和垂向运动产生影响,增大振荡频率,降低上升速度等。发现气泡在浮力作用下在竖向运动方向上会形成液体射流。边界元法在研究气泡的动力学特性上有很大优势,对于远场子波的模拟优势不明显。总结了球形气泡理论中的几个经典模型（舒尔兹-盖特曼模型、萨法模型、约翰逊模型、乔科夫斯基模型）,在工业化程度最高的乔科夫斯基模型基础上,建立了针对大容量气枪震源的气泡振荡方程以及压力子波方程,结合实际测量数据分析了陆域水库气枪子波特性的影响因素,尤其是激发深度、枪数量、虚反射等因素的影响。由于建立的气泡震荡方程以及压力子波模型作为一个简化的模型仍然具有许多不足之处,例如其气体瞬间全部释放以及球形的假设与实际不符、没有考虑枪体的存在以及气泡与水之间的热量交换等,导致其预测的振荡结果衰减慢、持续时间长,主脉冲幅值过大,而实际的测量子波记录显示一个典型的气枪气泡在前几次的振荡后就会消耗殆尽。基于此,我们分析了气枪震源子波模拟中忽略的一些因素,通过引入附加的影响因子对原有模型进行改进。引入了对于模拟结果具有重要影响的修正因子包括基于开口的热力学模型、枪口节流作用、蒸发冷凝、枪体影响、气体释放率等来改善传统的计算单枪压力子波的方法,利用模型以及与实测的子波比对结果分析各修正因素对子波模拟的影响程度,进而通过改进的单枪信号进一步计算大容量枪阵的压力子波,改进的模拟方法预测的子波波形与实测信号进行对比显示改进的模型比原有模型能更好的对单枪和枪阵的震源子波进行模拟,同时分析了模型的模拟误差产生的原因。最后利用数值方法模拟分析了相干枪的平面阵列产生的地震子波,并与实测资料进行了对比,发现改进的齐奥科夫斯基模型也非常适用于陆域大容量气枪以及枪阵的子波模拟。这对于今后的对于陆域深部探测震源研究有一定意义,可以指导陆域枪阵设计以及更进一步的震源研究。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张国平

导师: 金星

关键词: 气枪震源,气泡摄影,气枪阵列,影响因素分析,子波模拟

来源: 中国地震局工程力学研究所

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 中国地震局工程力学研究所

基金: 国家自然科学基金项目—陆地水体气枪震源系统的研发与集成》(41790461),莆田市科技项目(2018SP3002)

分类号: P631.46

DOI: 10.27490/d.cnki.ggjgy.2019.000045

总页数: 77

文件大小: 14230K

下载量: 51

相关论文文献

• [1].利用提取的子波压制气泡效应及影响因素分析[J]. 石油地球物理勘探 2020(06)
• [2].基于对时变子波进行分频段处理的反褶积方法在薄层预测中的应用[J]. 物探化探计算技术 2019(05)
• [3].阿尔茨海默病患者自发脑电信号子波熵的研究[J]. 生物医学工程学杂志 2014(04)
• [4].多子波分解与重构中子波的优选[J]. 石油物探 2013(01)
• [5].基于高阶统计复倒谱子波提取[J]. 物探与化探 2013(03)
• [6].灰色双子波模型在数据挖掘中的应用[J]. 现代情报 2011(04)
• [7].地震反演系统中的子波提取方法[J]. 物探化探计算技术 2010(02)
• [8].合成地震记录子波提取方法[J]. 内蒙古石油化工 2008(01)
• [9].隐藏原子波[J]. 物理 2008(04)
• [10].南海北部海域油气资源调查技术及其应用研究——震源子波检测及模拟分析[J]. 海洋技术学报 2019(02)
• [11].多尺度子波分解技术在地震解释中的应用[J]. 海洋地质前沿 2016(03)
• [12].基于高阶统计的时变子波估计及其应用[J]. 物探与化探 2014(05)
• [13].多子波分解与重构法砂岩储层预测[J]. 西南石油大学学报(自然科学版) 2013(01)
• [14].同态反褶积的子波稳定性方法研究[J]. 石油物探 2012(03)
• [15].子波拉伸校正[J]. 地球物理学进展 2011(05)
• [16].混合相位动态子波估计[J]. 油气地球物理 2008(01)
• [17].纳米光子波净化技术原理及其在上海新江湾城体育中心的应用[J]. 制冷空调与电力机械 2008(02)
• [18].边界子波谱元法及其在复杂结构外部声场计算中的应用[J]. 西北工业大学学报 2008(03)
• [19].远场子波在海洋地震资料信号处理中的应用[J]. 华南地震 2020(01)
• [20].盒子波调查技术在苏南地区的应用分析[J]. 石化技术 2017(05)
• [21].用量子波干预减肥增胖系列指标防治心脑血管病[J]. 当代医学 2016(12)
• [22].自适应分段的时变子波估计方法[J]. 石油地球物理勘探 2015(04)
• [23].基于奇异值分解的时变子波提取准确性评价方法[J]. 石油物探 2015(05)
• [24].基于Anton Ziolkowski模型气枪震源子波模拟[J]. 核电子学与探测技术 2008(06)
• [25].子波匹配技术在多个区块连片处理中的应用[J]. 科学技术创新 2020(13)
• [26].基于加权指数型子波的质心频移法估算品质因子[J]. 物探与化探 2016(06)
• [27].基于自适应子波分解的品质因子Q提取方法[J]. 石油物探 2016(01)
• [28].利用改进的在线字典学习估计时变子波[J]. 石油地球物理勘探 2016(05)
• [29].海洋地震资料子波零相位化技术研究与应用[J]. 石油物探 2015(05)
• [30].基于子波分解与重构的储层预测技术[J]. 海洋地质前沿 2014(01)

标签：气枪震源论文;  气泡摄影论文;  气枪阵列论文;  影响因素分析论文;  子波模拟论文;