[发明专利]基于反射波场的水合物地层地震物理模拟测试设备

说明书

本发明属于地球物理勘探领域，公开了一种基于反射波场的水合物地层地震物理模拟测试设备，所述设备包括水合物制备装置和反射声波测试装置；水合物制备装置用于生成模拟水合物，反射声波测试装置用于持续地向生成过程中的所述模拟水合物发射超声波，并对接收到的反射波进行信号处理，以识别提取反射特征信息及声波速度变化信息，同时持续监测模拟水合物的饱和度，以得到反射特征信息及声波速度变化信息二者与所述模拟水合物的饱和度大小之间的对应关系。本发明通过水合物地层反射波场采集获得水合物地层反射特征、声波速度变化，得到与水合物饱和度的关系，对气水合物海上地震勘探数据解释和气水合物饱和度估算具有较为重要的指导意义。

技术领域

本发明属于地球物理勘探领域，具体地，涉及一种基于反射波场的水合物地层地震物理模拟测试设备。

背景技术

陆缘海底的天然气水合物已经通过地震技术所证实，BSR（Bottom SimulatingReflector，似海底反射层）成为解释天然气水合物存在的重要依据。BSR是与海底反射层基本平行的，位于海底下几百米深度的负极性反射，对应水合物稳定带的底部，从声波阻抗角度来看，BSR代表了一个由天然气水合物引起的高阻抗层覆盖在由游离气引起的低阻抗层的地层组合。寻找含水合物地层地震响应特征中的不同点是作为识别水合物的重要依据。

海上实际勘探天然气水合物采用的是声波反射法，水合物实验模拟中声波测试通常采用的是声波脉冲透射法，两种测量方法的测量结果存在一定的差异。目前，反射波场模拟主要通过数值模拟的方式，有关实验模拟的方法尚未提出有效的解决方案，因为水合物的地震物理实验模拟方法需要用到天然气水合物岩心，但海域天然气水合物岩心极易破碎、获取难度大且成本高昂。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于反射波场的水合物地层地震物理模拟测试设备及方法，通过水合物地层反射波场采集获得水合物地层反射特征、声波速度变化，得到与水合物饱和度的关系，对气水合物海上地震勘探数据解释和气水合物饱和度估算具有较为重要的指导意义。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种基于反射波场的水合物地层地震物理模拟测试设备，包括水合物制备装置和反射声波测试装置；所述水合物制备装置用于生成模拟水合物，所述反射声波测试装置包括超声换能器阵列及多通道声测装置；所述超声换能器阵列置于所述水合物制备装置中的地震物理模型的上表面且相对于所述地震物理模型的距离可调，并能够用于持续地向生成过程中的所述模拟水合物发射超声波，所述多通道声测装置包括多通道前置放大器、多通道收发器和计算机，所述多通道收发器具有单发多收工作模式，所述多通道收发器以单通道发射三通道纵横向顺序扫描接收模式工作，相应地，所述超声换能器阵列为单个换能器单元顺序轮流发射，其他换能器单元同时接收反射波，其中，接收反射波的换能器单元中，以同列相邻的三个换能器单元为一组顺序向所述多通道收发器反馈回波信号；所述超声换能器阵列的各所述换能器单元分别双向连接至所述多通道声测装置，所述多通道收发器一端通过所述多通道前置放大器电连接至所述超声换能器阵列，另一端电连接至所计算机，以对接收到的反射波进行信号处理，以识别提取反射特征信息及声波速度变化信息，同时持续监测模拟水合物的饱和度，以得到反射特征信息及声波速度变化信息二者与所述模拟水合物的饱和度大小之间的对应关系。超声换能器阵列与地震物理模型之间的间距范围0~65mm，当间距不同时，同一换能器单元发射的声波被相同的另一换能器单元接收时的反射角不同，所得到的反射波场的振幅会发生变化，这样可以根据不同的反射波场更全面地解析出地震物理模型中的理化特征；多通道前置放大器和多通道收发器二者的通道数相匹配，多通道收发器包括一路发射器和三路接收器，多通道前置放大器包括一路发射信号放大器和三路接收信号放大器，发射信号放大器通过多路选择器与超声换能器阵列连接，通过程序控制发射信号放大器的输出信号依次连接至各换能器单元，发射器的信号输出端连接至发射信号放大器，发射器输出的超声信号经过发射信号放大器放大后发出，每三个换能器单元检测到的反射波信号分别同时经三路接收信号放大器放大后由三路接收器同时接收，并将其转换成电信号后传输到计算机。通过计算机进行信号处理和分析，从中解析出地震物理模型的理化特征。