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气枪震源子波特性分析与处理技术研究

李高林  
【摘要】:气枪震源作为一种海洋地震勘探中的常用震源,在石油勘探领域以及地质调查与环境地质评价中有了广泛的应用。在工作条件一定的条件下,气枪产生的子波具有很好的稳定性,这样就可以根据勘探的目的来选择和设计气枪的工作条件以及组合方式,获得需要的子波,完成相应勘探任务。例如在海底地层精细结构勘探中,选择的气枪应该能够产生高频的子波信号,保证地震剖面的分辨率要求,以便于精细的解释构造特征。在进行深层地球物理探测时,气枪激发的子波则需要强能量的特点,以保证传播距离和穿透深度达到要求。 本文对已有的气泡震荡理论进行了总结,实现了现有的多种理想气泡模型。在已有的理想气泡模型基础之上,将影响气泡震荡的实际因素加入到模型当中,建立了新的气泡震荡模型。该模型将气枪释放的气体行为用范德瓦尔斯方程表述,与前人利用理想气体表述相比,更加接近实际气体。同时,考虑实际激发采集过程中的气体的粘滞性,气体喷出量,海水温度等工作参数,使得模拟的结果与实际更加的符合。文中对给定的不同气枪类型产生的子波特征进行了模拟,取得了很好的效果,为后期的枪阵设计提供了更为准确的单枪子波,并为枪阵子波的模拟奠定了良好的基础。 虚反射和气泡效应是海洋地震勘探中最常见的干扰,虚反射在地震剖面上表现为与主脉冲反相,在频谱特征上表现为陷波效应,虚反射的存在在很大程度上影响了地震记录的信噪比和分辨率。气泡效应的产生主要是气枪产生的气泡在水中不是只震荡一次而是反复的震荡直到浮出水面,这样就使得子波的长度变长而且存在尾巴能量干扰,研究发现气泡的干扰随着传播时间和传播距离的变大而逐渐增强。实际的深层地震资料采集结果显示,虚反射的存在对气泡效应产生了一定的压制效果。 本文结合大地吸收衰减机理,从频谱分析的角度对气泡效应放大的现象进行了分析和研究,给出了合理的解释。研究发现气泡效应之所以会随着传播时间和距离的增大而放大是由于气泡能量主要集中在低频位置,而主脉冲能量在整个频带内的能量分布比较均匀。因此,随着子波的传播气泡能量衰减较少而主脉冲能量的高频成分会迅速衰减,这样气泡的能量就相应的凸显出来,表现出子波尾巴能量放大的特征。本文通过对虚反射的产生机理以及气泡效应产生原理的分析,合理的解释了虚反射对气泡效应的压制作用,得出了虚反射对气泡效应的压制效果取决于虚反射与主脉冲之间的时差的结论。 针对气枪子波的特征,本文提出了利用广义线性反演方法进行气泡效应消除的方法。该方法以地震记录和子波作为输入,结合地震记录的褶积模型构造线性方程,通过求解线性方程得到消除气泡效应的地震记录。文中利用模型和实际资料对该方法进行了实验,对气泡效应的压制效果十分显著。 本文对气枪子波进行了系统的研究和分析,从基本的气泡震荡理论出发总结了气枪子波模拟方法,并在前人基础之上进行了进一步的改进,子波模拟效果显著。同时针对实际处理过程中的各种现象进行了合理的解释,并给出了消除气泡效应的广义线性反演方法,形成了一套气枪震源子波的分析和处理方法。在实际应用中取得了较为理想的结果。


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