專利名稱：一種海上地震勘探氣槍震源子波模擬方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油氣地球物理勘探中的地震資料采集領(lǐng)域，尤其涉及一種海上地震勘探氣槍震源子波模擬方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
海上地震勘探是一種利用人工地震技術(shù)探測(cè)地下構(gòu)造的勘探方法。它按照一定的方式在海面附近激發(fā)地震波，產(chǎn)生稱之為地震子波的振動(dòng)信號(hào)，地震子波由震源開始向下傳播，遇到地質(zhì)界面之后，在界面處發(fā)生透射和反射，透射的地震子波繼續(xù)向下傳播，而反射子波在界面位置向上傳播。來自不同深度界面的地震子波以不同的時(shí)間到達(dá)海水表面，通過布設(shè)在海面的一種稱之為檢波器的接收裝置，接收來自不同深度地質(zhì)界面的反射波，接收到的數(shù)字信號(hào)稱為地震記錄。海上地震采集技術(shù)來源于陸上地震勘探，因此，早期的海上勘探也使用陸地勘探的炸藥震源。但很快暴露出其致命弱點(diǎn)其一，自動(dòng)化程度差，人工操作危險(xiǎn)性大；其二，有悖于環(huán)保理念，對(duì)海洋及其海洋生物危害很大。有鑒于此，空氣槍、蒸汽槍、水槍等非炸藥震源應(yīng)運(yùn)而生。其中，空氣槍以其性能穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高、成本較低等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。氣槍震源所激發(fā)的地震子波是海上地震勘探的基本地震信號(hào)，其形態(tài)特征和頻率特征直接關(guān)系到海上地震勘探的最終質(zhì)量，因此，氣槍震源子波數(shù)值模擬和特征分析對(duì)海上地震勘探具有十分重要的作用。Keller和Kolodner (1956)認(rèn)為氣槍產(chǎn)生的高壓氣體是一個(gè)自由振蕩的球形氣泡，并提出了“自由氣泡振蕩原理”。基于這一理論，Ziolkowski (1970)提出了用于模擬氣槍子波的基本數(shù)學(xué)模型，但是與實(shí)測(cè)子波相比，Ziolkowski模型所模擬的子波初始脈沖值太大，而且氣泡振蕩衰減太慢。Schulze-Gattermann (1972)提出了假設(shè)槍體為剛性球體的新的氣泡震蕩模型Jiolkowski (1984)對(duì)槍體節(jié)流作用和氣泡壁熱傳導(dǎo)作用做出了詳細(xì)分析，總結(jié)出氣體在槍室中并非瞬間釋放，而且氣體的釋放過程會(huì)影響氣槍子波的形狀；Langhammer (1993)通過實(shí)驗(yàn)性研究量化了海水粘度對(duì)氣槍子波的影響。李國發(fā)等(2010)綜合考慮槍體節(jié)流作用、氣泡壁的熱傳導(dǎo)作用、氣泡上浮以及流體粘度等因素對(duì)氣槍子波的影響，完成了考慮多種影響因素的單槍子波模擬。然而，以上模型存在兩個(gè)基本缺陷，首先，上述模型假設(shè)流體粘度為一常數(shù)，忽略了氣泡在振動(dòng)過程中溫度和壓力的變化對(duì)流體粘度的影響。再者，上述模型雖然也考慮了虛反射對(duì)遠(yuǎn)場子波的影響，但只是簡單地將虛反射疊加在氣泡振動(dòng)之上，忽略了虛反射產(chǎn)生的壓力場對(duì)氣泡振動(dòng)的再次影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種海上地震勘探氣槍震源子波模擬方法及系統(tǒng)，以建立一種更加完善的氣槍子波模擬系統(tǒng)，使得其所模擬的子波與野外實(shí)測(cè)子波具有更高的一致性。
一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種海上地震勘探氣槍震源子波模擬方法，所述海上地震勘探氣槍震源子波模擬方法包括(I)測(cè)量并獲取海水及其氣槍裝置的基本參數(shù)；(2)利用所述基本參數(shù)計(jì)算槍體節(jié)流常數(shù)，氣槍槍室的初始溫度，槍室中氣體的初始摩爾質(zhì)量，氣泡內(nèi)氣體的初始摩爾質(zhì)量，氣泡平衡時(shí)氣泡內(nèi)氣體的摩爾質(zhì)量，初始靜水壓強(qiáng)，氣泡的初始半徑，氣泡中氣體的初始體積，氣泡平衡半徑；(3)按照Ziolkowski氣泡振動(dòng)理論，確定氣泡振動(dòng)過程中氣泡內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化函數(shù)T(i A t), i = 0, I,…n,氣泡內(nèi)氣體的摩爾質(zhì)量隨時(shí)間的變化函數(shù)m(i A t)，i =
0,I,…n，氣泡內(nèi)的氣體體積隨時(shí)間的變化函數(shù)V (i At)，i = 0, I,…n，其中，i時(shí)間是采樣序號(hào)，A t是采樣間隔，單位是ms，n是時(shí)間采樣個(gè)數(shù)；(4)由氣泡內(nèi)的溫度T(i At)，i = 0，I,…n，模擬隨時(shí)間變化的海水粘度U (i A t), i = 0, I…n,單位為 Kg/ (m s)；u (i A t) = IO(HlO12XjT6 ci8QAt)；(5)考慮海水粘度和虛反射壓力場對(duì)氣泡振動(dòng)的影響，模擬氣泡產(chǎn)生的壓力波w (i A t)，i = 0，1，... n ;(6)由氣泡產(chǎn)生的壓力波w(i At)，i = 0，I,…n，模擬其虛反射壓力波
權(quán)利要求
1.一種海上地震勘探氣槍震源子波模擬方法，其特征在于，所述海上地震勘探氣槍震源子波模擬方法包括 (1)測(cè)量并獲取海水及其氣槍裝置的基本參數(shù)； (2)利用所述基本參數(shù)計(jì)算槍體節(jié)流常數(shù)，氣槍槍室的初始溫度，槍室中氣體的初始摩爾質(zhì)量，氣泡內(nèi)氣體的初始摩爾質(zhì)量，氣泡平衡時(shí)氣泡內(nèi)氣體的摩爾質(zhì)量，初始靜水壓強(qiáng)，氣泡的初始半徑，氣泡中氣體的初始體積，氣泡平衡半徑； (3)按照Ziolkowski氣泡振動(dòng)理論，確定氣泡振動(dòng)過程中氣泡內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化函數(shù)T(i A t)，i = 0，1，…n,氣泡內(nèi)氣體的摩爾質(zhì)量隨時(shí)間的變化函數(shù)m(i A t), i = 0, I,…n,氣泡內(nèi)的氣體體積隨時(shí)間的變化函數(shù)V (i A t)，i = 0,1，…n,其中，i時(shí)間是采樣序號(hào)，A t是采樣間隔，單位是ms，n是時(shí)間采樣個(gè)數(shù)； (4)由氣泡內(nèi)的溫度T(i At)，i = 0，1，…n，模擬隨時(shí)間變化的海水粘度ii (iAt)，i=0, I…n，單位為 Kg/ (m s)；U (i A t) = 100+1012Xr6CI8(i A t)； (5)考慮海水粘度和虛反射壓力場對(duì)氣泡振動(dòng)的影響，模擬氣泡產(chǎn)生的壓力波w (i A t), i = 0，1，... n ;2h (6)由氣泡產(chǎn)生的壓力波w(iAt), i = 0, I,…n,模擬其虛反射壓力波
2.如權(quán)利要求1所述海上地震勘探氣槍震源子波模擬方法，其特征在于，所述(I)中，測(cè)量并獲取海水及其氣槍裝置的基本參數(shù)，包括 (1.1)測(cè)量海水溫度Tw，單位為K，和海水密度P，單位為Kg/m3; (1. 2)測(cè)量氣槍裝置的下列參數(shù) a.槍室的工作壓強(qiáng)pg，單位為psi； b.氣槍槍室的容積Vg，單位為in3； C.槍體的釋放效率n，無量綱； d.與槍體容量無關(guān)的常數(shù)TC1和節(jié)流指數(shù)P，無量綱； e.氣槍沉放深度h，單位為m。
3.如權(quán)利要求1所述海上地震勘探氣槍震源子波模擬方法，其特征在于，所述(2)中，利用所述基本參數(shù)計(jì)算槍體節(jié)流常數(shù)，氣槍槍室的初始溫度，槍室中氣體的初始摩爾質(zhì)量，氣泡內(nèi)氣體的初始摩爾質(zhì)量，氣泡平衡時(shí)氣泡內(nèi)氣體的摩爾質(zhì)量，初始靜水壓強(qiáng)，氣泡的初始半徑，氣泡中氣體的初始體積，氣泡平衡半徑，包括(2.1)由下式計(jì)算槍體節(jié)流常數(shù)τ，無量綱； τ = το(Vg) 5 ； (2. 2)由海水溫度Tw和氣槍槍室的初始?jí)簭?qiáng)pg，計(jì)算氣槍槍室的初始溫度Tg，單位為K，
4.如權(quán)利要求1所述海上地震勘探氣槍震源子波模擬方法，其特征在于，所述(5)中，考慮海水粘度和虛反射壓力場對(duì)氣泡振動(dòng)的影響，模擬氣泡產(chǎn)生的壓力波w(i At), i =O,I,…n,具體步驟包括 (5.1)由初始時(shí)刻i = O開始，以遞歸循環(huán)方式模擬氣泡產(chǎn)生的壓力波w (i At)，i =0，1，…n，其中，R(i At)是隨時(shí)間變化的氣泡半徑，初值為及
5.一種海上地震勘探氣槍震源子波模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述海上地震勘探氣槍震源子波模擬系統(tǒng)包括 測(cè)量單元，用于測(cè)量并獲取海水及其氣槍裝置的基本參數(shù)； 計(jì)算單元，用于利用所述基本參數(shù)計(jì)算槍體節(jié)流常數(shù)，氣槍槍室的初始溫度，槍室中氣體的初始摩爾質(zhì)量，氣泡內(nèi)氣體的初始摩爾質(zhì)量，氣泡平衡時(shí)氣泡內(nèi)氣體的摩爾質(zhì)量，初始靜水壓強(qiáng)，氣泡的初始半徑，氣泡中氣體的初始體積，氣泡平衡半徑； 函數(shù)單元，用于按照Ziolkowski氣泡振動(dòng)理論，確定氣泡振動(dòng)過程中氣泡內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化函數(shù)T(i Δ t), i = O, I,…η,氣泡內(nèi)氣體的摩爾質(zhì)量隨時(shí)間的變化函數(shù)m(i Δ t)，i=O, I,…η,氣泡內(nèi)的氣體體積隨時(shí)間的變化函數(shù)V (i Δ t)，i = O, 1，…η,其中，i時(shí)間是采樣序號(hào)，At是采樣間隔，單位是ms，η是時(shí)間采樣個(gè)數(shù)； 模擬單元，用于由氣泡內(nèi)的溫度T(i At)，i = 0，1，…n，模擬隨時(shí)間變化的海水粘度μ (i At), i = O, I …η,單位為 Kg/ (m · s)；μ (i At) = 100+1012Xr6CI8(i At)； 用于考慮海水粘度和虛反射壓力場對(duì)氣泡振動(dòng)的影響，模擬氣泡產(chǎn)生的壓力波w (i Δ t)，i = O, 1，... η ;并用于由氣泡產(chǎn)生的壓力波w(i At)，i = 0，I,…n，模擬其虛反射壓力波
6.如權(quán)利要求5所述海上地震勘探氣槍震源子波模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量單元，進(jìn)一步用于測(cè)量并獲取海水及其氣槍裝置的基本參數(shù)，包括 (1.1)測(cè)量海水溫度Tw，單位為K，和海水密度P，單位為Kg/m3; (1. 2)測(cè)量氣槍裝置的下列參數(shù) a.槍室的工作壓強(qiáng)pg，單位為psi； b.氣槍槍室的容積Vg，單位為in3； c.槍體的釋放效率Π，無量綱； d.與槍體容量無關(guān)的常數(shù)τC1和節(jié)流指數(shù)β，無量綱； e.氣槍沉放深度h，單位為m。
7.如權(quán)利要求5所述海上地震勘探氣槍震源子波模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算單元，進(jìn)一步用于利用所述基本參數(shù)計(jì)算槍體節(jié)流常數(shù)，氣槍槍室的初始溫度，槍室中氣體的初始摩爾質(zhì)量，氣泡內(nèi)氣體的初始摩爾質(zhì)量，氣泡平衡時(shí)氣泡內(nèi)氣體的摩爾質(zhì)量，初始靜水壓強(qiáng)，氣泡的初始半徑，氣泡中氣體的初始體積，氣泡平衡半徑，包括 (2.1)由下式計(jì)算槍體節(jié)流常數(shù)T，無量綱；
8.如權(quán)利要求5所述海上地震勘探氣槍震源子波模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬單元，進(jìn)一步用于考慮海水粘度和虛反射壓力場對(duì)氣泡振動(dòng)的影響，模擬氣泡產(chǎn)生的壓力波w(i A t), i = 0, I,…n,具體包括(5.1)由初始時(shí)刻i = O開始，以遞歸循環(huán)方式模擬氣泡產(chǎn)生的壓力波w (iAt)，i =O，1，…n，其中，R(i At)是隨時(shí)間變化的氣泡半徑，初值為
全文摘要
本發(fā)明提供一種海上地震勘探氣槍震源子波模擬方法及系統(tǒng)測(cè)量海水及氣槍裝置的基本參數(shù)；計(jì)算槍體節(jié)流常數(shù)，氣槍槍室的初始溫度，槍室中氣體的初始摩爾質(zhì)量，氣泡內(nèi)氣體的初始摩爾質(zhì)量，氣泡平衡時(shí)氣泡內(nèi)氣體的摩爾質(zhì)量，初始靜水壓強(qiáng)，氣泡的初始半徑，氣泡中氣體的初始體積，氣泡平衡半徑；確定氣泡振動(dòng)過程中氣泡內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化函數(shù)，氣泡內(nèi)氣體的摩爾質(zhì)量隨時(shí)間的變化函數(shù)，氣泡內(nèi)的氣體體積隨時(shí)間的變化函數(shù)；模擬隨時(shí)間變化的海水粘度；考慮海水粘度和虛反射壓力場，模擬氣泡產(chǎn)生的壓力波；由氣泡產(chǎn)生的壓力波，模擬其虛反射壓力波；由氣泡產(chǎn)生的壓力波及虛反射壓力波疊加合成氣槍子波。本發(fā)明增強(qiáng)了模擬子波與實(shí)測(cè)子波的一致性。
文檔編號(hào)G01V1/38GK103018779SQ20121050708
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者李國發(fā), 曹明強(qiáng), 劉昭, 陳浩林, 倪成洲, 王亞靜 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(北京)