范氏气体下海上空气枪震源子波信号模拟研究

Air-guns are the important artificial seismic source in offshore seismic exploration and research about its wavelet signal has become a hot topic. The key to simulate wavelet of air-gun source is to build bubble models. In order to simulate wavelet signal like actual source, there are some defects in the existing bubble models. And wavelet simulation of air-gun array is a major difficulty. After the applicant researches deeply existing models of ideal gas in the preliminary work of the subject, the mechanisms of bubble models are revealed. It is proposed that ideal gas is replaced with Van der Waals Gas. Combined with Van der Waals Gas equation, open quasi-static thermodynamic system and the bubble motion equation, wavelet model of Van der Waals Gas is established, which can improve the wavelet accuracy of the simulation for various types of air-guns. The model of Van der Waals Gas is applied to air-gun array. According to the law of interaction among air-guns, air-gun array wavelet model of Van der Waals Gas is developed with the parameters such as the number, working pressure, sinking depth, the position of air-guns. The high-precision software system of wavelet simulation of air-guns is ultimately formed. Research results of the subject will not only help to efficiently, accurately, fast design wavelet signal of air-gun source, but also gain time and save much manpower, material resources and consume for field seismic exploration. It will provide a reliable scientific basis and guidance to carry out air-gun source of offshore seismic prospecting.

空气枪是海上地震勘探重要的人工震源，其子波信号已成为研究的热点。模拟震源子波信号的关键是建立气泡模型。为模拟出与实测结果一致的子波波形，现有气泡模型存在缺陷，而且气枪阵列的子波信号模拟更是一大难点。本课题拟通过申请者在前期工作中对现有理想气体模型的深入研究，揭示气泡模型机制，提出用范德瓦尔斯非理想气体（简称范氏气体）替代理想气体。结合范氏气体方程、准静态开放式热力学系统和气泡运动方程，建立范氏气体模型，以提高模拟各种类型空气枪的子波精度。把范氏气体模型运用于气枪阵列，与空气枪数量、工作压力、沉放深度、空气枪位置等参数相结合，依据空气枪之间相互影响的规律，发展范氏气体气枪阵列子波模型，最终形成高精度空气枪震源子波模拟软件体系。项目的研究成果将高效、准确、快速、节省的设计出震源子波信号，为野外地震勘探节省大量的人力、物力、财力，并对海上地震勘探空气枪的开展提供可靠的科学依据和指导意义。

当前空气枪已广泛应用于海洋地震勘探，震源子波不但是影响勘探效果的主要因素，而且是地震资料处理解释中十分重要的参数。震源子波虽可通过野外现场实测得到，但需要耗费大量的人力、物力、财力及时间，要求的外部环境条件也较苛刻。而震源子波模拟方法可成为一种行之有效而重要的手段。它很大程度上缩短时间，花费人力小、物力少、费用低，有效解决空气枪及其阵列设计过程中的难题，具有野外现场测量无法相比拟的优势。. 深入阐明空气枪原理，剖析震源子波特征及影响因素，研究前人建立的震源子波模型。在此基础上，以开放过程热力学系统与气泡振荡运动过程为中心，考虑气泡壁处气体与周围水的热交换过程、空气枪枪口气体的节流作用等因素，建立了空气枪与GI枪震源子波模型。同时在空气枪阵列模式、类型、数量、间距、沉放深度等条件下，依据空气枪之间相互影响的规律，设计出更为复杂的空气枪阵列震源子波模型。最终整合成空气枪及其阵列震源子波模拟系统。. 引入范德瓦尔斯气体，替代空气枪气室内高压气体，更真实的反映高压气体的分子运动。建立气泡模型，计算空气枪气室内高压气体喷出气流率、气泡壁处气体与周围水的热交换率、空气枪喷出其摩尔量百分比等参数，寻找气泡运动规律，揭示气泡振荡阻尼机制。不同生产厂家制造的空气枪在构造上有差别，造成激发的子波波形不一样，因而确定模拟经验参数也不相同。同时，根据空气枪之间相互影响的规律，不再区分调谐阵列与相干阵列，发展空气枪阵列震源子波模型。. 空气枪及其阵列震源子波模型，高效、准确、快速、节省的设计出震源子波，为海上地震勘探中遇到的实际困难和需达到的目标提供有效的方案，具有非常重要的理论意义和实际应用价值。