专利名称：一种海上地震勘探气枪震源子波模拟方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及油气地球物理勘探中的地震资料采集领域，尤其涉及一种海上地震勘探气枪震源子波模拟方法及系统。
背景技术：
海上地震勘探是一种利用人工地震技术探测地下构造的勘探方法。它按照一定的方式在海面附近激发地震波，产生称之为地震子波的振动信号，地震子波由震源开始向下传播，遇到地质界面之后，在界面处发生透射和反射，透射的地震子波继续向下传播，而反射子波在界面位置向上传播。来自不同深度界面的地震子波以不同的时间到达海水表面，通过布设在海面的一种称之为检波器的接收装置，接收来自不同深度地质界面的反射波，接收到的数字信号称为地震记录。海上地震采集技术来源于陆上地震勘探，因此，早期的海上勘探也使用陆地勘探的炸药震源。但很快暴露出其致命弱点其一，自动化程度差，人工操作危险性大；其二，有悖于环保理念，对海洋及其海洋生物危害很大。有鉴于此，空气枪、蒸汽枪、水枪等非炸药震源应运而生。其中，空气枪以其性能稳定、自动化程度高、成本较低等诸多优点逐渐占据主导地位。气枪震源所激发的地震子波是海上地震勘探的基本地震信号，其形态特征和频率特征直接关系到海上地震勘探的最终质量，因此，气枪震源子波数值模拟和特征分析对海上地震勘探具有十分重要的作用。Keller和Kolodner (1956)认为气枪产生的高压气体是一个自由振荡的球形气泡，并提出了“自由气泡振荡原理”。基于这一理论，Ziolkowski (1970)提出了用于模拟气枪子波的基本数学模型，但是与实测子波相比，Ziolkowski模型所模拟的子波初始脉冲值太大，而且气泡振荡衰减太慢。Schulze-Gattermann (1972)提出了假设枪体为刚性球体的新的气泡震荡模型Jiolkowski (1984)对枪体节流作用和气泡壁热传导作用做出了详细分析，总结出气体在枪室中并非瞬间释放，而且气体的释放过程会影响气枪子波的形状；Langhammer (1993)通过实验性研究量化了海水粘度对气枪子波的影响。李国发等(2010)综合考虑枪体节流作用、气泡壁的热传导作用、气泡上浮以及流体粘度等因素对气枪子波的影响，完成了考虑多种影响因素的单枪子波模拟。然而，以上模型存在两个基本缺陷，首先，上述模型假设流体粘度为一常数，忽略了气泡在振动过程中温度和压力的变化对流体粘度的影响。再者，上述模型虽然也考虑了虚反射对远场子波的影响，但只是简单地将虚反射叠加在气泡振动之上，忽略了虚反射产生的压力场对气泡振动的再次影响。
发明内容
本发明实施例提供一种海上地震勘探气枪震源子波模拟方法及系统，以建立一种更加完善的气枪子波模拟系统，使得其所模拟的子波与野外实测子波具有更高的一致性。
一方面，本发明实施例提供了一种海上地震勘探气枪震源子波模拟方法，所述海上地震勘探气枪震源子波模拟方法包括(I)测量并获取海水及其气枪装置的基本参数；(2)利用所述基本参数计算枪体节流常数，气枪枪室的初始温度，枪室中气体的初始摩尔质量，气泡内气体的初始摩尔质量，气泡平衡时气泡内气体的摩尔质量，初始静水压强，气泡的初始半径，气泡中气体的初始体积，气泡平衡半径；(3)按照Ziolkowski气泡振动理论，确定气泡振动过程中气泡内温度随时间的变化函数T(i A t), i = 0, I,…n,气泡内气体的摩尔质量随时间的变化函数m(i A t)，i =
0,I,…n，气泡内的气体体积随时间的变化函数V (i At)，i = 0, I,…n，其中，i时间是采样序号，A t是采样间隔，单位是ms，n是时间采样个数；(4)由气泡内的温度T(i At)，i = 0，I,…n，模拟随时间变化的海水粘度U (i A t), i = 0, I…n,单位为 Kg/ (m s)；u (i A t) = IO(HlO12XjT6 ci8QAt)；(5)考虑海水粘度和虚反射压力场对气泡振动的影响，模拟气泡产生的压力波w (i A t)，i = 0，1，... n ;(6)由气泡产生的压力波w(i At)，i = 0，I,…n，模拟其虚反射压力波
权利要求
1.一种海上地震勘探气枪震源子波模拟方法，其特征在于，所述海上地震勘探气枪震源子波模拟方法包括 (1)测量并获取海水及其气枪装置的基本参数； (2)利用所述基本参数计算枪体节流常数，气枪枪室的初始温度，枪室中气体的初始摩尔质量，气泡内气体的初始摩尔质量，气泡平衡时气泡内气体的摩尔质量，初始静水压强，气泡的初始半径，气泡中气体的初始体积，气泡平衡半径； (3)按照Ziolkowski气泡振动理论，确定气泡振动过程中气泡内温度随时间的变化函数T(i A t)，i = 0，1，…n,气泡内气体的摩尔质量随时间的变化函数m(i A t), i = 0, I,…n,气泡内的气体体积随时间的变化函数V (i A t)，i = 0,1，…n,其中，i时间是采样序号，A t是采样间隔，单位是ms，n是时间采样个数； (4)由气泡内的温度T(i At)，i = 0，1，…n，模拟随时间变化的海水粘度ii (iAt)，i=0, I…n，单位为 Kg/ (m s)；U (i A t) = 100+1012Xr6CI8(i A t)； (5)考虑海水粘度和虚反射压力场对气泡振动的影响，模拟气泡产生的压力波w (i A t), i = 0，1，... n ;2h (6)由气泡产生的压力波w(iAt), i = 0, I,…n,模拟其虚反射压力波
2.如权利要求1所述海上地震勘探气枪震源子波模拟方法，其特征在于，所述(I)中，测量并获取海水及其气枪装置的基本参数，包括 (1.1)测量海水温度Tw，单位为K，和海水密度P，单位为Kg/m3; (1. 2)测量气枪装置的下列参数 a.枪室的工作压强pg，单位为psi； b.气枪枪室的容积Vg，单位为in3； C.枪体的释放效率n，无量纲； d.与枪体容量无关的常数TC1和节流指数P，无量纲； e.气枪沉放深度h，单位为m。
3.如权利要求1所述海上地震勘探气枪震源子波模拟方法，其特征在于，所述(2)中，利用所述基本参数计算枪体节流常数，气枪枪室的初始温度，枪室中气体的初始摩尔质量，气泡内气体的初始摩尔质量，气泡平衡时气泡内气体的摩尔质量，初始静水压强，气泡的初始半径，气泡中气体的初始体积，气泡平衡半径，包括(2.1)由下式计算枪体节流常数τ，无量纲； τ = το(Vg) 5 ； (2. 2)由海水温度Tw和气枪枪室的初始压强pg，计算气枪枪室的初始温度Tg，单位为K，
4.如权利要求1所述海上地震勘探气枪震源子波模拟方法，其特征在于，所述(5)中，考虑海水粘度和虚反射压力场对气泡振动的影响，模拟气泡产生的压力波w(i At), i =O,I,…n,具体步骤包括 (5.1)由初始时刻i = O开始，以递归循环方式模拟气泡产生的压力波w (i At)，i =0，1，…n，其中，R(i At)是随时间变化的气泡半径，初值为及
5.一种海上地震勘探气枪震源子波模拟系统，其特征在于，所述海上地震勘探气枪震源子波模拟系统包括 测量单元，用于测量并获取海水及其气枪装置的基本参数； 计算单元，用于利用所述基本参数计算枪体节流常数，气枪枪室的初始温度，枪室中气体的初始摩尔质量，气泡内气体的初始摩尔质量，气泡平衡时气泡内气体的摩尔质量，初始静水压强，气泡的初始半径，气泡中气体的初始体积，气泡平衡半径； 函数单元，用于按照Ziolkowski气泡振动理论，确定气泡振动过程中气泡内温度随时间的变化函数T(i Δ t), i = O, I,…η,气泡内气体的摩尔质量随时间的变化函数m(i Δ t)，i=O, I,…η,气泡内的气体体积随时间的变化函数V (i Δ t)，i = O, 1，…η,其中，i时间是采样序号，At是采样间隔，单位是ms，η是时间采样个数； 模拟单元，用于由气泡内的温度T(i At)，i = 0，1，…n，模拟随时间变化的海水粘度μ (i At), i = O, I …η,单位为 Kg/ (m · s)；μ (i At) = 100+1012Xr6CI8(i At)； 用于考虑海水粘度和虚反射压力场对气泡振动的影响，模拟气泡产生的压力波w (i Δ t)，i = O, 1，... η ;并用于由气泡产生的压力波w(i At)，i = 0，I,…n，模拟其虚反射压力波
6.如权利要求5所述海上地震勘探气枪震源子波模拟系统，其特征在于，所述测量单元，进一步用于测量并获取海水及其气枪装置的基本参数，包括 (1.1)测量海水温度Tw，单位为K，和海水密度P，单位为Kg/m3; (1. 2)测量气枪装置的下列参数 a.枪室的工作压强pg，单位为psi； b.气枪枪室的容积Vg，单位为in3； c.枪体的释放效率Π，无量纲； d.与枪体容量无关的常数τC1和节流指数β，无量纲； e.气枪沉放深度h，单位为m。
7.如权利要求5所述海上地震勘探气枪震源子波模拟系统，其特征在于，所述计算单元，进一步用于利用所述基本参数计算枪体节流常数，气枪枪室的初始温度，枪室中气体的初始摩尔质量，气泡内气体的初始摩尔质量，气泡平衡时气泡内气体的摩尔质量，初始静水压强，气泡的初始半径，气泡中气体的初始体积，气泡平衡半径，包括 (2.1)由下式计算枪体节流常数T，无量纲；
8.如权利要求5所述海上地震勘探气枪震源子波模拟系统，其特征在于，所述模拟单元，进一步用于考虑海水粘度和虚反射压力场对气泡振动的影响，模拟气泡产生的压力波w(i A t), i = 0, I,…n,具体包括(5.1)由初始时刻i = O开始，以递归循环方式模拟气泡产生的压力波w (iAt)，i =O，1，…n，其中，R(i At)是随时间变化的气泡半径，初值为
全文摘要
本发明提供一种海上地震勘探气枪震源子波模拟方法及系统测量海水及气枪装置的基本参数；计算枪体节流常数，气枪枪室的初始温度，枪室中气体的初始摩尔质量，气泡内气体的初始摩尔质量，气泡平衡时气泡内气体的摩尔质量，初始静水压强，气泡的初始半径，气泡中气体的初始体积，气泡平衡半径；确定气泡振动过程中气泡内温度随时间的变化函数，气泡内气体的摩尔质量随时间的变化函数，气泡内的气体体积随时间的变化函数；模拟随时间变化的海水粘度；考虑海水粘度和虚反射压力场，模拟气泡产生的压力波；由气泡产生的压力波，模拟其虚反射压力波；由气泡产生的压力波及虚反射压力波叠加合成气枪子波。本发明增强了模拟子波与实测子波的一致性。
文档编号G01V1/38GK103018779SQ20121050708
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者李国发, 曹明强, 刘昭, 陈浩林, 倪成洲, 王亚静 申请人:中国石油大学(北京)