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基于理想气体模型的气枪震源子波模拟实验研究

作　者: 李建霞
导　师: 袁修贵
学　校: 中南大学
专　业: 计算数学
关键词: 气枪震源理论模型自由气泡振荡气枪子波子波频谱
分类号: P631.46
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

摘要：气枪震源适用于海洋探测,是一种新型的无污染装备,用以激发气体产生子波。其子波信号特征不仅影响勘探效果,而且是地震资料处理中的重要参数。在实际应用通过现场测量得到子波不仅耗费巨大,而且对环境要求比较高。气枪子波模型方便有效地解决了这一难题,通过将计算机模拟获得震源子波,简单快捷,有着实际测量无法比拟的优势,因此气枪子波模拟的研究意义重大。气枪震源设计的关键之一是如何控制子波的特征,使之符合勘探作业要求。空气枪震源已经逐步成为海上地震勘探的主要激发形式。本文总结了国内外关于气枪震源的研究历史及现状,讨论了气枪工作的基本原理,比较了Sleeve枪、Bolt枪和G枪三种气枪的结构,描述了气泡的震荡过程。评价气枪震源子波的四个主要参数是脉冲能量、初泡比、气泡周期和子波频谱,本文对这几个参数作了详尽说明,并简单说明影响震源子波的几个因素。现阶段单枪模型主要有齐奥科夫斯基(Anton Ziolkowski)模型、舒尔兹-盖特曼(Schulze-Gattermann)模型、萨法(Safar)模型、Johnson模型等,本文总结了这几个模型的特点与优劣,在“自由气泡振荡”理论基础上对模型方程简化计算,分析了开发震源模拟软件所需的三个主要算法：龙格-库塔处理函数算法,震源子波模拟绘图算法及快速傅里叶变换算法。最后从气枪本身参数、外界环境参数及其它参数三方面进行大量的对比分析,研究了参数对震源子波模拟图形的影响,为实际测量时的参数选择奠定了良好理论基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 前言  9-15
  1.1 项目来源  9
  1.2 课题研究的目的和意义  9-10
  1.3 研究现状  10-13
    1.3.1 气枪震源发展历史  10-11
    1.3.2 气枪震源子波提取方式  11
    1.3.3 单枪子波模型理论  11-12
    1.3.4 阵列子波理论模型和GI枪  12-13
  1.4 研究内容  13-14
  1.5 技术路线  14
  1.6 创新点  14-15
2 气枪震源基本理论  15-21
  2.1 常规气枪结构及工作原理  15
  2.2 气泡振荡过程  15-16
  2.3 气枪震源子波参数  16-18
    2.3.1 脉冲能量  17
    2.3.2 初泡比  17
    2.3.3 气泡周期  17
    2.3.4 子波频谱  17-18
  2.4 震源子波影响因素  18-21
    2.4.1 气枪类型  18
    2.4.2 气枪容量  18-20
    2.4.3 气枪沉放深度  20
    2.4.4 电缆沉放深度  20
    2.4.5 工作压力  20
    2.4.6 虚反射  20-21
3 基于理想气体的单枪子波模型  21-27
  3.1 “自由气泡振荡”理论  21-23
  3.2 舒尔兹-盖特曼(Schulze-Gattermann)模型  23
  3.3 齐奥科夫斯基(Anton Ziolkowski)模型  23-24
  3.4 萨法(Safar)模型  24-25
  3.5 Johnson模型  25-27
4 震源子波模拟软件设计算法  27-38
  4.1 龙格-库塔处理函数算法  27-32
    4.1.1 龙格-库塔方法简述  27-29
    4.1.2 步长选择  29-30
    4.1.3 处理函数算法流程  30-32
  4.2 快速傅里叶变换算法  32-34
  4.3 绘图软件设计算法流程  34-38
5 参数影响模拟分析  38-59
  5.1 气枪本身参数的影响  38-42
    5.1.1 气枪类型的影响  38-39
    5.1.2 气枪容量的影响  39-41
    5.1.3 工作压力的影响  41-42
  5.2 外界环境的影响  42-51
    5.2.1 大气压的影响  43-44
    5.2.2 海水密度的影响  44-45
    5.2.3 海水声速的影响  45-46
    5.2.4 气枪沉放深度的影响  46-49
    5.2.5 检波距离的影响  49-51
  5.3 其它因素的影响  51-59
    5.3.1 时间点数  51-53
    5.3.2 热容比  53-55
    5.3.3 能量衰减  55-56
    5.3.4 半径修正  56-59
6 总结与建议  59-60
参考文献  60-64
致谢  64

基于理想气体模型的气枪震源子波模拟实验研究

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