实际气体状态下模拟气枪单枪激发信号研究(英文)

以Ziolkowski提出的算法为基础,提出更为准确的气枪震源信号模拟模型。模型引入范德瓦尔斯方程和准静态开放式热力学系统,考虑了气体和水之间的热交换作用、枪口节流作用和气泡上浮因素,并讨论了海面反射对信号的影响,给出了模拟计算过程,最终获得了改进的气枪信号模拟模型。利用模型进行实验,结果表明:(1)海水温度与震源信号能量成正比,与子波信号的信噪比成反比;(2)海面反射造成的陷波效应受实际条件下的海面反射系数和震源沉放深度的影响;(3)气枪的工作压力较高,超出理想气体状态方程的适用范围,应用范式方程可提高模型准确度;(4)改进模型所模拟的气枪子波与气枪激发的实际子波十分吻合。能够精确模拟单枪信号的模型是研究和模拟气枪枪阵信号的基础。现有的大部分模型假设所产生气泡内的气体为理想气体,但由于气枪的工作压力很高,这种假设会导致一定的误差。为了能够精确地模拟气枪信号,在齐奥科斯基算法的基础上,应用范德瓦尔斯方程,建立了新的模型。模型中还引入了准静态开放式热力学系统,考虑了气体和水之间的热交换作用、枪口节流作用和气泡上浮因素,并讨论了海面反射对信号的影响。利用建立的模型进行实验发现:(1)海水温度与震源信号能量成正比,与子波信号的信噪比成反比;(2)海面反射造成的陷波效应受实际条件下的海面反射系数和震源沉放深度的影响;(3)气枪的工作压力较高,超出理想气体状态方程的适用范围,应用范式方程可提高模型准确度;(4)改进模型所模拟的气枪子波与气枪激发的实际子波十分吻合。这些都证明了本文提出的模型能够精确地模拟气枪单枪信号。     

海上地震资料子波提取鬼波压制技术

海洋地震勘探由于受到海面强反射界面的影响,记录数据中存在鬼波,致使数据频谱中产生陷波效应,限制数据的频带宽度,影响数据的分辨率,干扰地层反射的识别.近年来发展的鬼波压制方法,能够较好的压制地震数据中的鬼波,然而现有鬼波压制技术容易产生延续相位,且计算效率较低.为进一步提高鬼波压制效果和工作效率,本文对海上地震资料特性进行分析,研究认为,海上地震资料中的海底反射信号真实记录了海底有效反射、震源鬼波和检波点鬼波的形态,可以利用提取的海底反射子波对数据进行确定性子波反褶积处理,能够有效的压制震源鬼波和检波点鬼波.模型海上实际数据测试结果表明,该方法具有鬼波压制效果好、计算效率高的优势,处理之后的数据频带得到有效拓宽,低频和高频信息均得到加强.     

立体气枪阵列延迟激发震源特性及在浅海区OBS探测中的应用

利用中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源和海底地震仪(OBS)在我国北部浅海海域开展了人工地震深部地球物理探测试验.基于水深条件和压制水体虚反射、提升低频能量的需要,使气枪震源有足够的输出能量和高品质子波特性,研究了立体气枪阵列延迟激发震源工作机理,经远场子波理论模拟优选了组合参数并进行了海上试验工作.结果表明,中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源,适应了浅水海域的激发环境,降低了由虚反射造成的局部陷波和干扰作用,有效地改善了OBS信号的品质,获得了Ps,Pg,PmP,Pn等多种震相.创新了由中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源在浅海区OBS探测中的应用,也填补了南黄海海域深地震探测数据的空白,为南黄海、渤海深部地壳结构研究及含油气盆地形成演化研究提供了重要的基础资料.     

单道地震的子波整形问题探讨

在海洋地质调查中,高分辨率数字单道地震是一种必不可少的调查手段。单道地震采用单一震源激发地震子波,会使震源子波旁瓣较多,地震剖面出现大量同相轴,从而影响地震解释。为了能够有效压制地震子波旁瓣,利用同态反褶积估算地震子波,基于估算子波进行俞氏子波整形处理,提高剖面的分辨率。经过仿真实验和实际资料分别验证了同态法估算子波和利用估算子波进行子波整形的可行性。     

大容量气枪震源子波激发特性分析

大容量气枪水库激发作为陆地震源的可行性与有效性已经得到成功验证.为进一步提高气枪震源激发效果,本文通过水库气枪激发试验对单枪容量为2000 in³的气枪震源激发子波特征及规律进行了研究.依据近场水听器和远场短周期地震仪记录数据,分析气枪震源沉放深度、工作压力等不同激发条件对压力脉冲和气泡脉冲的影响.有助于人们根据不同尺度地下结构探测对震源激发信号的要求,调整气枪激发参数和激发环境,获得最佳激发效果.试验结果表明：（1）沉放深度对压力脉冲波形影响较小,其优势频率不随沉放深度而改变;（2）随着沉放深度从5 m增加到11 m,气泡脉冲的优势频率由5 Hz增加至7 Hz,其最大振幅亦近线性递增;（3）工作压力越大,激发压力脉冲能量越强,而对气泡脉冲的影响主要体现在主频降低.适合远距离深穿透地下结构探测的低频信号主要来自大容量气枪所激发气泡的反复振荡,由于气枪振荡过程非常复杂,本文通过较为简洁的数学和物理模型进行了解释.     

大容量气枪阵列子波时频特性及其影响因素

通过分析福建街面水库气枪实验的OBS竖向速度记录,研究大容量气枪阵列子波时频特性及其受气枪数量和枪阵尺寸的影响。数据分析结果表明:(1)气枪子波由主脉冲和气泡脉冲组成,同时伴随有水面虚反射引起的负脉冲。主脉冲振幅大、持时短、频带宽,通常应用于浅部探测;气泡脉冲能量集中在低频段,垂直穿透深,水平传播远,通常应用于深部探测。在频谱上可以看到气泡振荡引起的频谱波动和虚反射引起的陷波点。(2)气枪数量增加,主脉冲振幅和气泡脉冲振幅相应增加,初泡比震荡变小,气泡周期和低频段主频主要受单枪容量影响,变化很小,频谱形状较为一致。(3)街面水库气枪阵列的枪阵尺寸远大于单枪气泡半径,各枪子波之间相互作用很小,枪阵子波近似为各枪子波线性叠加,子波参数随枪阵尺寸变化影响不大。     

震源和水听器沉放深度对单道地震勘探的影响

为研究震源和水听器电缆沉放深度对单道地震勘探的影响,建立鬼波影响模型,采用雷克子波模拟震源子波,分析因震源及水听器电缆沉放深度产生的鬼波对一次有效反射地震波的影响,并采用不同震源和水听器电缆沉放深度的数据对本次研究结论进行验证。研究表明：地震剖面分辨率和震源及水听器电缆沉放的总深度呈反比;随着震源或水听器电缆沉放深度的增加,地震剖面的分辨率递减,接收地震波能量从低值递增到最大值,再从最大值缓慢降低到稳定值;当水听器电缆沉放深度小于168.8/f(m)时,接收地震波能量随震源沉放深度变化的波动相对平缓,水听器电缆沉放深度浅有利于地震波的一致性,但沉放深度过浅时接收地震波能量将被极大削弱,会明显降低地震波的有效穿透深度;当震源沉放深度约为292.3/f(m)时,一次有效反射波的峰值和震源鬼波的峰值重叠,接收地震波能量最大;当震源沉放深度大于584.6/f(m)时,不考虑地震波能量在水中衰减的情况下,震源沉放深度继续增加对接收地震波能量的增加无效。     

气枪震源激发条件对走时变化观测结果的影响

基于4支单枪容量2 000 in3的气枪组成的阵列,2017年2月在宾川地震信号发射台大银甸水库内开展了不同激发气枪压力、沉放深度和水平位移情况下的对比试验。利用发射台周边9个流动宽频带数字地震仪与震源附近3个参考台的数据,使用互相关时延检测的方法计算了不同激发条件下的气枪信号的走时变化,并结合激发条件进行了分析。研究表明:(1)不同气枪压力或沉放深度下,激发的气枪信号的波形和互相关系数存在明显差异;(2)气枪压力从9 MPa升为15 MPa,走时变化可达0.06 s;(3)走时变化的可能原因是主频段(3~5Hz)中的相对高频成分发生变化,相对低频成分未变化,二者耦合在一起形成了伪走时变化;(4)由于气枪信号不同时窗走时变化不尽相同,技术手段难以消除压力的影响,所以建议未来气枪激发时固定激发条件;利用已有资料做走时变化相关研究时选用震幅相近的数据。     

起伏地表组合震源地震波场定向方法

多个震源组合激发通过改变激发延时,可以得到沿某方向传播的地震波场,即定向地震波场激发技术,它可用于特定目标体的照明与探测之中.本文以水平地表的组合震源定向激发原理为基础,推导了倾斜地表情况下的组合震源定向激发公式,并计算绘制了其理论方向图.另外本文将组合震源波场定向方法推广至任意起伏地表,根据惠更斯菲涅尔原理,提出了旋转坐标方法,即将水平坐标旋转至定向波场传播方向法向的倾斜坐标,可方便地计算震源传播至定向波场波前面的走时,作为组合震源的激发延时.根据本文提出的方法,我们分别计算了倾斜地表条件与复杂地表条件定向地震波场的组合震源延时参数,通过波动方程数值模拟技术得到的波场快照验证了本文方法的有效性.     

基于整形正则化非平稳回归技术的匹配滤波压制单道地震鬼波方法及应用

受海平面及水下观测方式的影响,海洋地震资料中普遍发育鬼波.作为一种虚假干扰信号,鬼波的存在会给地震解释造成一定的困难,因此在数据处理环节需要将其消除.目前,虽然鬼波压制方法多种多样,但大部分是针对多道地震发展起来的,并不适用于单道地震鬼波处理.预测反褶积一直是压制单道地震鬼波的主要方法,然而由于野外资料通常不能满足该方法的假设条件,导致应用效果不佳.针对单道地震资料鬼波压制问题,本文结合预测反褶积鬼波压制思路和整形正则化非平稳回归技术在自适应匹配滤波方面的优势,提出了一种基于整形正则化非平稳回归技术的匹配滤波压制单道地震鬼波方法,通过模型试验和实际数据处理分析表明该方法能够有效地压制鬼波,并且在计算过程中不会产生虚假延续相位,应用效果良好.     

气枪震源信号波速变化计算中的水位影响及消除

气枪震源是一种重复性很高的人工震源.受激发条件改变影响,气枪信号一致性会有所下降.反褶积方法可以去除气枪信号中激发压力、沉放深度、位置移动等的影响,但信号中水位变化的影响难以通过反褶积消除.地震信号波速变化反映了介质应力及物理状态的变化.利用气枪信号计算的波速变化受水位变化影响不能完全反应真正的介质变化,对研究结果及后续分析和应用产生较大干扰.为消除气枪信号波速变化中水位变化的干扰,本文提出了一种消除水位影响的方法:(1)水位以△h =0.2 m为间隔分段,将各个水位区间内激发的所有气枪信号叠加;(2)计算所有水位区间内气枪信号的波速变化,得到波速变化与水位变化的关系;(3)进行最小二乘拟合得到水位变化与波速变化的关系式,并计算水位变化引起的波速变化;(4)初始波速变化减去水位变化引起的波速变化,得到消除水位后的介质波速变化.研究结果表明:大银甸水库水位变化引起的气枪信号波速变化率最大可迭10-2,波速变化与水位变化呈线性正相关,水位影响随震中距的增大而减小,相同震中距气枪信号受水位变化的影响大小与气枪信号穿过水体的多少有关.运用本文提出的去除水位影响的方法可较好地消除波速变化中的水位变化信息.     

地震资料宽频处理技术在天然气水合物矿体描述中的应用研究

针对天然气水合物钻探难以有效解决的矿体空间展布等难点,提出一套基于自适应鬼波压制技术的地震宽频处理技术,有效改善资料分辨率.首先采用上下行波场分离的鬼波压制技术实现对震源端和电缆端鬼波的压制;然后通过高精度网格层析反演速度建模技术获取高质量速度场,利用叠前深度偏移成像进一步提高水合物层成像精度.实践表明,相对于常规处理...     

GI枪结构震源子波模拟研究

GI枪不同于常规空气枪,它虽然使子波峰-峰值减少,但是具有较好的压制气泡振荡的优点.现在GI枪已经成为海上地震勘探主要震源激发方式之一.因此研究GI枪子波特性和模拟子波过程就有理论与现实意义.GI枪震源子波模型是依据GI枪激发特性,基于空气枪震源子波模型理论,以准静态开放式热力学系统与气泡振荡方程为依托建立的.模型根据模拟经验参数模拟震源子波结果,并与GI枪实测子波资料进行了对比,模拟结果表明能较好的吻合.文中同时给出子波模拟经验参数,使模型标准化.     

基于非稳态反演的气枪阵列子波方向性反褶积（英文）

由于气枪阵列所激发的子波具有能量强,气泡比高等优点,因此,海上地震勘探大多采用气枪阵列进行激发。但是气枪阵列具有一定的长度和宽度,加之海水虚反射的影响;致使气枪阵列子波具有明显的方向性效应,破坏了地震子波一致性,改变了反射振幅随入射角和方位角的函数关系。针对这一问题,本文提出了一种基于非稳态反演的方向性反褶积方法。该方法首先根据气枪阵列的空间配置和近场子波计算与方位角和出射角有关的远场子波。然后,基于速度模型计算不同时间地震反射在震源位置的出射角,构建方向性滤波算子。最后,采用非稳态反演方法将不同方向的地震子波整形为阵列正下方的远场子波,实现气枪阵列子波方向性反褶积处理。     

数值模拟激发条件对宾川水库气枪信号振幅的影响

利用有限差分方法,对宾川气枪试验中激发条件对气枪信号振幅的影响进行数值模拟。结果显示:水库水位对信号振幅的影响呈非线性关系,34 m为气枪激发试验的优势激发水位,能产生最强波形振幅能量,而水位变化的影响随距离缓慢减小。通过拟合给出了不同水位变化幅度与其产生的平均振幅变化率之间的幂函数关系,可为实际波形运用中去除水位变化的影响提供理论参考。波形振幅与激发能量及震源沉放深度呈近线性关系,即激发能量越大,震源沉放深度越深,气枪激发效果越好,越有利于进行远距离深穿透地下结构的探测。     

大容量气枪震源的实验与模拟研究

气枪震源是一种新兴、环保、绿色的人工震源,在区域尺度深部探测中有重要的应用前景.本文通过实验模拟研究了用于深部探测的大容量气枪震源,主要工作为:(1)根据陆上气枪实验分析了大容量气枪震源的特征;(2)采用自由气泡振荡理论模拟气枪信号,探讨深部探测中增强气泡效应从而增大气枪低频部分能量的方法;(3)研究气枪容量、工作压力和沉放深度等对单枪信号的影响及枪阵激发时刻和气枪间距对枪阵信号的影响,指导深部探测中气枪震源工作参数的选择;(4)研究不同类型水底对反射透射系数的影响,其结果对于选择合适的场地条件有指导意义.     

利用直达波提取地震子波进行相关滤波

利用可控震源进行地震勘探时,通常都需要进行相关滤波,相关滤波结果的好坏取决于所选取的子波与有效反射波的相关性.海洋地震勘探常用的电火花震源激发能量通常可以调控,理论上,同一激发能量产生的震源子波应当是一致的,因此可以仿效可控震源资料的处理手段,对单道地震资料进行相关处理.但在复杂多变的海洋环境下,震源参数也要随勘探条件的变化而改变,采用理论计算或实验环境下获得的子波模型进行相关滤波往往难以达到预期的效果,需要寻找与实际勘探中激发的地震波相似度更高的地震子波.单道地震记录中直达波的能量较强,波形畸变较小,与震源子波较为接近.本文建立了一种利用直达波提取地震子波的方法,并应用到实际资料.实际资料的地震子波提取和相关滤波处理结果显示,利用直达波提取地震子波进行相关滤波能够有效地压制干扰波、突出有效波,提高了地震记录的信噪比.需要注意的是:1)提取子波的过程中要降低环境因素的影响,可利用统计平均的方法来实现;2)相关滤波时要根据实际处理效果的改善程度选择相关子波长度.     

基于逆散射级数法的鬼波压制方法

鬼波问题是影响海上地震资料分辨率和保真度提高的最重要因素之一.详细论述了逆散射级数理论和逆散射级数法鬼波压制原理,说明了逆散射级数方法进行鬼波压制理论的完善性和对鬼波描述的精确性.实现了基于逆散射级数理论的鬼波压制方法,方法以波动方程和Lippmann-Schwinger方程为基础,在频率-波数-波数域内构造与鬼波相关的压制算子,在不需要对地下介质作任何假设条件下实现地震数据驱动鬼波压制,并通过改善消除鬼波的压制算子,提高算法的稳定性.资料处理试验与处理结果分析表明,基于逆散射级数鬼波压制方法能在实现鬼波压制的同时较好保留有效反射波的信息,从而补偿地震资料低频损失和提高地震数据的保真度.数据处理试验还表明,研究方法能对低信噪比的地震资料进行有效的鬼波压制处理.建立了基于逆散射级数鬼波压制处理流程.     

大容量气枪主动源波形资料处理(一):云南宾川

宾川气枪地震信号发射台以水库大容量非调制气枪阵列为震源,可以连续不断地激发重复性极高的地震信号。本文利用其2013年的数据,对地下介质进行了观测。由于水库水位的变化对震源波形及远处台站接收到的地震波形会产生影响,因此,为了区分介质变化与震源变化,研究了陆上水库环境下激发气枪震源所产生的地震波形的特征和合适的处理流程。结果表明:1水库水位变化较大时,同一台站记录的地震波形之间的互相关系数过小,不能直接进行叠加处理,需进行震源聚类分析,而震源聚类受水位变化量的控制;2为消除水位的影响,进行了反褶积处理,当震中距小于10km时,对不同水位激发的信号进行叠加再进行反褶积的效果优于直接进行叠加的效果;3通过互相关计算和信噪比分析发现,4个台站的波形变化可能是由地下介质变化引起的。     

台差法提高低信噪比下走时变化探测精度的研究

为研究噪音对主动源信号走时变化提取精度的影响,采用对比数值实验的方法。按照常规流程,首先用反褶积去除震源激发时间的不确定性干扰,压缩子波以得到更加尖锐的震相,由于发现反褶积会降低信号的信噪比,于是提出了台差法来代替反褶积矫正气枪激发的不确定性,再结合干涉法提取走时变化,并定量对比了两者的走时变化提取精度,最后尝试用台差法提取主动源走时的日变化。结果表明,台差法可以有效矫正震源激发时刻的影响,且不降低信噪比,从而也能获得较高走时变化提取的精度。