Love型槽波三维地震物理模拟试验研究.pdf

Love 型槽波三维地震物理模拟试验研究王盼1,2，程建远1,2，刘强2，胡继武2，贾茜2，王保利2(1.西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054；2.中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710077)摘要：三维槽波地震物理模拟技术一直以来都是超声地震物理模拟的一个难题，国内外开展的相关工作较少。要成功模拟出 Love 型槽波，需要从槽波波场特征、模型设计浇筑、数据采集系统、固体采集耦合等方面系统考虑。针对三维槽波地震物理模拟成功的关键技术参数分析、发射接收系统关键器件换能器的性能特征、不同直径换能器组合的激发接收方式、槽波物理模型设计制作以及固体模型数据采集等方面开展试验研究，成功模拟出了特征明显的 Love 型透射槽波。研究结果表明：模型设计时煤层厚度不能大于 30mm，但必须大于换能器尺寸的 2 倍以上，且应与探头激发的波长相当，否则无法成功激发出明显的 Love 型槽波；直径 1mm 的点状换能器和直径 8mm 的平面换能器，在无负载条件下，从能量传输效率、子波幅频特性等方面对比，平面换能器均优于点状换能器；点状换能器和平面换能器不同组合方式作为激发、接收点，在铝板和有机玻璃板为负载的综合试验情况下，要在现有设备条件下实现三维槽波物理模拟只能采用平面换能器作为接收点，激发源可任意选择；平面换能器激发接收的 Love 型槽波信噪比高、艾里相能量强，能清晰分辨模型中断层，而点状换能器激发接收的槽波记录信噪比、艾里相能量较弱，无法识别模型中的构造。关键词：Love 型槽波；三维地震物理模拟；换能器；频散分析中图分类号：P631.4文献标志码：A文章编号：02539993(2023)083182093D seismic physical simulation experiment of Love in-seam wavesWANGPan1,2,CHENGJianyuan1,2,LIUQiang2,HUJiwu2,JIAQian2,WANGBaoli2(1.College of Geology and Environment,Xian University of Science and Technology,Xian710054,China;2.Xian Research Institute of China CoalTechnology&Engineering Group Corp.,Xian710077,China)Abstract:Inthefieldofultrasonicseismicphysicalsimulation,thephysicalsimulationtechnologyof3Din-seamwaveseismichasrarelybeencarriedoutandtherearelimitedrelatedworksreported.TosuccessfullymaketheLovein-seamwavebesimulated,theconsiderationofwavefieldcharacteristicsofthein-seamwave,modeldesign,dataacquisitionsys-tem,andsolidacquisitioncouplingsystematicallyisnecessary.Therefore,theexperimentalresearcheswereconductedonthekeytechnologicalcharacteristicsanalysisofthe3Din-seamwaveseismicphysicalsimulation,andtheperformancecharacteristicsofthekeydeviceoftransmittingandreceivingsystemcalledtransducer.Also,theresearchesfocusedontheexcitationandreceivingmethodsoftransducergroupswithdifferentdiameters,thedesignandmanufactureofthein-seamwavephysicalmodelandthedataacquisitionofthesolidmodel.TheLovetransmissionin-seamwavewithobviouschar-acteristicswassuccessfullysimulated.Theresultsshowthatwhenthemodelisdesigned,thethicknessofthecoalseam收稿日期：20220822修回日期：20230213责任编辑：韩晋平DOI：10.13225/ki.jccs.2022.1233基金项目：国家自然科学基金资助项目(41974209，42074175)；国家级安全生产监管监察技术支撑能力建设资助项目(发改投资 2014744-007)作者简介：王盼(1987)，女，陕西咸阳人，助理研究员，博士研究生。E-mail：引用格式：王盼，程建远，刘强，等.Love 型槽波三维地震物理模拟试验研究J.煤炭学报，2023，48(8)：31823190.WANGPan，CHENGJianyuan，LIUQiang，etal.3dseismicphysicalsimulationexperimentoflovein-seamwavesJ.JournalofChinaCoalSociety，2023，48(8)：31823190.第48卷第8期煤炭学报Vol.48No.82023年8月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYAug.2023shouldnotbegreaterthan30mm,butmustbegreaterthan2timesthesizeofthetransducerandequivalenttotheprobeexcitationwavelength,otherwisetheobviousLovein-seamwavecannotbesuccessfullyexcited.Theplanetransducerwithadiameterof8mmaresuperiortothepointtransducerwithadiameterof1mmintermsofenergytransmissioneffi-ciency,waveletamplitude-frequencycharacteristicsandotherparameterswithoutanyload.Differentgroupsofpointtransducersandplanetransducersareusedasexcitationandreceivingpoints.Whenaluminumplateandorganicglassplateareadoptedasloadsforsynthetictesting,toachievethephysicalsimulationofthe3Din-seamwave,theplanetrans-ducercanonlybeusedasthereceivingpoint,andtheexcitationsourcecanbeoptionalrandomly.TheLovein-seamwavecollectedandexcitedbyplanartransducerhasahighsignal-to-noiseratioandstrongairyphaseenergy,clearlydis-tinguishingthecollapsecolumnsandfaultsinthemodel.Whilethein-seamwaverecordedandexcitedbypointtrans-ducerhasaweaksignal-to-noiseratioandairyphaseenergy,whichcannotidentifythestructureinthemodel.Key words:Lovein-seamwaves；3Dseismicphysicalsimulation；transducer；dispersionanalysis自 20 世纪 20 年代 BULLRAD提出地震物理模拟以来，地震物理模拟技术在油气勘探方面发展的越来越成熟，国内外科研院所及高校相继建立了地震物理模拟实验室。在国外，1977 年休斯顿大学就建立了大型水槽地震物理模型自动采集系统，1985 年美国埃克森石油公司建立了大型固体地震物理模型采集系统，1987 年加拿大卡尔加里大学建立了使用于海洋的地震物理模型采集系统，随后荷兰代尔夫特理工大学、英国石油公司等都建立了地震物理模型实验系统。在国内主要以 1980 年开始建立水槽地震物理模拟系统的中国石化石油物探技术研究院和 1982 年筹建水槽地震物理模型实验室的中国石油大学(北京)为代表1-6，对地震波的传播规律、地层衰减、溶洞储层、物理模型技术等方面做了大量研究，取得了有价值的地震响应规律7-11，为油气资源勘探提供了有力的技术支撑。而三维槽波地震物理模拟技术一直以来都是超声地震物理模拟的一个难题，尚无针对槽波物理模拟的三维数据采集系统。一是模拟震源若要类似野外实际震源，物理模拟须具备点源、子波短、能量大的特征；二是由于槽波由横波和纵波干涉而成，因此不能在水中采集，采取固体接触采集的模拟方式，大大增加了采集难度。所以自槽波概念 1955 年被提出后，国内外槽波物理模拟主要是以二维槽波物理模拟为主，三维物理模拟鲜有报道。国外槽波物理模拟最早可以追溯到 20 世纪 70年代，以德国鲁尔大学为代表的一些国外高校进行了槽波地震物理模拟试验，KREY、DRESEN、FREYST-TTER 等12-15进行了大量的二维槽波物理模拟实验，模型采用环氧树脂和硅橡胶等复合材料配比浇筑，构建了多个典型的 3 层均匀介质二维槽波物理模型，解释了 Rayleigh 型槽波透射和反射的传播特征，为 Rayleigh型槽波的发展奠定了坚实的研究基础。由于当时仪器设备激发的能量较小，波在三维物理模型中衰减太快，无法进行三维槽波物理模拟，所以一直未能实现Love 型槽波的物理模拟。20 世纪 90 年代以后，国外煤炭开采逐年减少，技术研究投入骤减，槽波地震物理模拟技术未继续发展。我国对槽波地震方法的研究从 1977 年底开始，但槽波物理模拟试验更少。1987 年，重庆煤炭科学研究所利用铝板和有机玻璃板进行了二维板状模型和二维层状模型试验，对二维槽波物理模拟试验进行了初步探索和研究16；2017 年，中国地震局地球物理研究所皮娇龙等17采用环氧树脂和硅橡胶混合材料构建地震物理模型，开展了三维槽波地震模拟的初步探索，进行了三维槽波透射和反射采集，但未见特征明显的槽波。笔者从三维槽波地震物理模拟发射接收系统的搭建、换能器的性能特征、不同直径换能器组合的激发接收方式槽波物理模型设计，以及固体模型数据采集等方面开展试验研究，成功模拟出槽波特征明显的Love 型槽波。重点从如何成功激发和接收特征明显的 Love 型槽波入手：首先，搭建了适合三维槽波物理模拟的自动采集系统，解决现有系统激发低频截止频率过高的问题，频率可低至 1Hz；其次，通过理论结合实际分析，提出了三维物理模型的设计参数及换能器的尺寸和频率要求，并设计制作模型；再次，在现有换能器的条件下，通过对不同尺寸换能器采用不同方式组合试验，成功激发接收特征明显的 Love 型槽波；最后，通过单炮、频散曲线、艾里相能量及频率等方面分析验证了 Love 型槽波物理模拟的成功。1槽波物理模拟系统在以往的地震物理模拟实验中，数据采集基本都在水槽中进行，水可作为良好耦合剂，声学特性特殊、衰减小，有利于纵波的传播。槽波物理模拟不同，由第8期王盼等：Love 型槽波三维地震物理模拟试验研究3183于水中横波速度为 0，无法干涉形成槽波，只能采用固体接触物理模型采集。槽波地震物理模拟的数据采集系统主要包括脉冲发射接收仪、信号放大器、同步系统、运动控制系统、数据采集系统及激发接收换能器，其组成系统如图 1(a)所示，实际采集系统如图 1(b)所示。槽波物理模型超声脉冲发射接收仪数据采集系统同步系统信号放大器数据显示处理系统发射换能器接收换能器(a)采集系统示意(b)采集系统实物图1三维槽波物理模拟数据采集系统Fig.13DIn-seamseismicphysicalmodelingsystem其中脉冲发射接收仪可激发频率范围宽(1Hz160MHz)；信号放大器可放大至 400V；数据采集系统采样率高；激发接收换能器采用宽带窄脉冲低频超声换能器；运动控制系统采用双轴独立定位，可对模型的每个面进行数据采集，在同面进行多炮反射采集时能保证双轴不相互碰撞，换能器与模型接触时采用恒定气压压紧，耦合效果好。2换能器特征分析换能器是实现三维槽波物理模拟实验的关键器件，其特性对数据质量有着决定性影响。高信噪比、宽频带、窄脉冲波形是物理模型试验对换能器性能提出的最基本要求。近似点源则更接近野外实际采集情况，但换能器的尺寸与其辐射能量或接收灵敏度成正比，和频率成反比；换能器直径太小会直接影响辐射能量或接收灵敏度，若直径减小 n 倍，其辐射面积则减小 n2倍。在换能器研制方面，魏建新团队18-20做了大量深入研究，适合开展高分辨率三维槽波物理模拟的换能器几乎没有。目前超声换能器主要分为高频检测超声换能器和功率超声换能器，高频检测换能器的频率一般在500kHz 以上，基本都是 MHz 级别，其优点是频带宽、脉冲窄、尺寸小，但辐射能量或者接收灵敏度低，传播距离短，主要应用在无损检测、医学检测方面；功率换能器优点是能量大，但频率低、尺寸大、带宽窄，尾波多，主要应用在超声波焊接、清洗等工业方面21-23。成功实现三维槽波物理模拟，换能器要同时具有 2 种换能器的优点，即换能器要同时满足以下 5 点要求：窄脉冲，一个脉冲，没有尾波；频率限制，因属于超声波段，故主频应在 20kHz 以上；辐射能量或者接收灵敏度，能量足够大，固体采集能接收到有效信号；尺寸尽量小，接近点源，且由于槽波能量的积分效应，尺寸应小于 1/2 模型煤厚；满足槽波艾里相主频与煤厚的线性比例关系，见表 1，煤厚越小，艾里相主频越高，当模型煤厚超过 30mm，艾里相主频就不在超声范围内，所以模型煤厚只能小于 30mm；且探头激发的波长应与模型煤厚相当，波长不能大于 3倍模型厚度，否则无法接收到基阶和一阶槽波。再综合考虑换能器的尺寸、频率等因素，最终模型煤厚设计 为 20 mm 较 为 理 想，故 换 能 器 的 主 频 应 为32kHz 左右。表 1 模型煤厚与槽波艾里相主频关系Table 1 Relationship between thickness of coal andfrequency of Airy phase in model艾里相主频/kHz16213264模型煤厚/mm40302010经过国内外大量调研，目前未调研到主频为 32kHz的低频宽带窄脉冲点状换能器，在现有仪器设备条件下选取了主频为 100kHz、频率为 25150kHz、直径为 8mm 的平面和 1mm 的点状低频宽带窄脉冲换能器，如图 2 所示，分别从能量传输效率、子波幅频特性分析 2 种换能器的性能，再通过 2 种不同尺寸换能器的不同组合方式在铝板上测试，从信噪比、分辨率、频图2点状换能器和平面换能器实物Fig.2Physicalphotographofplanetransducerandpointtransducer3184煤炭学报2023年第48卷谱特征等方面对采集数据进行了分析，得到换能器的最佳组合，为实现槽波物理模拟提供技术基础。2.1无负载条件试验2.1.1换能器传输效率测试换能器的传输效率是其发射功率和灵敏度的综合反映。在不同介质中，由于声阻抗的衰减不同和耦合条件影响，无法直接测出单个换能器的发射功率或接收灵敏度。采用发射、接收换能器在零状态收到的信号峰峰值与发射换能器的输入电压之比，可以作为2 个换能器的传输效率。此次试验分别测试了平面换能器和点状换能器：平面换能器作为发、收对接；点状换能器作为发、收对接。发射电压 400V，采样率 0.1s，测试得到换能器的时域波形如图 3 所示。4046幅值/V22810106800.20.8时间/ms0.40.61.0(a)时域波形平面换能器点状换能器0.400.40.6幅值/V0.20.20.81.01.00.60.800.20.8时间/ms0.40.61.0(b)时域波形归一化处理平面换能器点状换能器图3平面换能器和点状换能器波形Fig.3Waveofplanetransducerandpointtransducer从图 3(a)可知，平面换能器对接输出电压 Vpp约为 16V，其传输效率为 4%；点状换能器输出电压 Vpp约为 0.4V，其传输效率为 0.1%；平面换能器传输效率远大于点状换能器。对波形分别进行归一化处理后得到图 3(b)，从时域可看出平面换能器的尾波少于点状换能器。2.1.2频带分析对 2 种换能器在无负载状态下测试得到的时域波形进行傅里叶变换，得到频谱如图 4 所示：2 种换能器的最大幅度均在主频 100kHz 附近，符合换能器频率特征参数；从频带范围分析，平面换能器较点状换能器宽。0200300400频率/kHz100500平面换能器点状换能器图4平面换能器和点状换能器频谱分析Fig.4Spectralanalysisofplanetransducerandpointtransducer所以在无负载条件测试下，平面换能器从传输效率、子波特征、频带范围方面均明显优于点状换能器。2.2负载条件试验从无负载条件下测试平面探头性能优于点状探头，但槽波物理模拟还要求换能器的尺寸不能大于煤层厚度。从激发来看，激发源为点源更接近野外实际情况；从接收来看，槽波在煤层中接收，如果换能器尺寸大于煤层尺寸，其接收点信号能量由于积分效应而大大减弱，有可能无法接收到有效信号，所以激发接收点换能器尺寸也是一个关键参数。由于点状换能器转换效率太低，采用点状激发、点状接收方式无法采集到信号，所以通过对这 2 种换能器的不同组合进行对比试验，优选出在现有条件下的最佳方案。此次试验负载材料选取实验室常用的铝板，长宽厚分别为 1000mm500mm5mm，如图 5(a)所示；设置的观测系统如图 5(b)所示：铝板中间设置 1条测线，距左边界 100mm 处为激发点(炮点)，炮检距为 20mm，道间距为 10mm，共采集 80 道。采集系统设置电压 400V，采样率 0.1s，采样长度 10000，数据处理时按照降频 1000 倍处理，采样率 0.1ms。采用点状换能器作为激发点，点状、平面换能器分别作为接收点；平面换能器作为激发点，点状、平面换能器分别作为接收点进行 4 组组合方式测试，测试结果如图 6 所示。在图 6 对各种波做了标注，根据速度分析：为纵波直达波；为横波直达波；为铝板左侧界面的反射波；为上下界面的反射波，由于第8期王盼等：Love 型槽波三维地震物理模拟试验研究3185观测系统布置在铝板中间，距离相等，所以反射波叠加；为右界面的反射波。对单炮记录从信噪比和分辨率 2 方面对比分析。(1)信噪比对比。从图 6 可知，在同样的测试条件下，图 6(d)平面激发平面接收方式的记录信噪比最高，可接收到铝板的纵波，直达波和反射波能量均最强；图 6(b)点状激发平面接收方式次之，其次为图 6(c)平面激发点状接收方式，最差为图 6(a)点状激发点状接收方式，4 种组合方式信噪比对比结果见表 2。(2)分辨率对比。图 6(a)点状激发点状接收方式01004006002550200300500700800900 1 000910120100长度/mm宽度/mm(a)铝板实物(b)观测系统示意图5铝板及观测系统示意Fig.5Physicalphotographofaluminumplateandschematicdiagramoftheobservationsystem10000020304050道号6070800.90.80.70.60.30.20.100000.50.4时间/ms(a)点状激发，点状接收1020304050道号6070800.90.80.70.60.30.20.10.50.4时间/ms(b)点状激发，平面接收1020304050道号6070800.90.80.70.60.30.20.10.50.4时间/ms(c)平面激发，点状接收1020304050道号6070800.90.80.70.60.30.20.10.50.4时间/ms(d)平面激发，平面接收图62 种换能器不同方式组合的单炮记录Fig.6Singleshotrecordbydifferentcombinationsoftwotransducers3186煤炭学报2023年第48卷的记录分辨率比最高，横波直达波与铝板左侧界面反射波在最远端也可清晰分层；图 6(b)点状激发平面接收方式次之，其次为图 6(c)平面激发点状接收方式，最差为图 6(d)点状激发点状接收方式，4 种组合方式分辨率对比结果见表 2。表 2 4 种组合方式信噪比和分辨率的对比结果Table 2 Comparison results of signal-to-noise ratio offour combinations激发接收方式点状激发点状接收点状激发平面接收平面激发点状接收平面激发平面接收信噪比差良中优分辨率优良中差从单炮记录对比可知：点状换能器激发方式分辨率高，平面换能器接收方式信噪比高。对不同组合方式分别提取第 1 道数据进行振幅定量分析，如图 7 所示。由图 7(a)可知：平面换能器作为接收点时信号能量均强，点状换能器作为接收点时信号均弱，且幅值相差较大，不在一个能量级；对 2种接收方式分别进行分析，图 7(b)为平面换能器作为接收点的幅值曲线，平面换能器作为激发源，通过负载采集到的信号最大电压 Vpp约为 1V，点状换能器激发时 Vpp约为 0.6V；图 7(c)为点状换能器作为接收点的幅值曲线，平面换能器为激发源 Vpp约为 0.018V，点状换能器为激发源时 Vpp约为 0.012V；平面换能器作为接收点时，其采集到的信号最大幅值是点状换能器作为接收点时的近百倍。综合分析可知：在铝板这种衰减性小的材料上测试，点状换能器作为激发源分辨率高，平面换能器作为接收点能量强。由于槽波传播是在衰减性大的煤层中传播，所以对 4 种组合在有机玻璃板中进行了类似铝板的测试，得到结果：点状换能器接收时，有效信号只能传播 100mm 左右；平面换能器作为接收时，有效信号可传播 1000mm；所以槽波物理模拟在现有条件下只能采用平面换能器作为接收点。3模型构建及数据采集3.1模型设计及浇筑vm:v=1:1vmv以常用的 3 层水平介质为模型，根据 Love 型槽波的频散方程可知，影响槽波频散特征的因素主要是煤厚、速度及频率。再遵循的地震物理模型运动学理论几何相似原理和动力学原理24-25，确定，其中、分别为模型和实际介质中波传播速度，根据本文换能器特征分析章节可知模型煤厚为 20mm，主频为 32kHz。最终设计了一个具有一定代表性的岩煤岩三维槽波物理模型，模型尺寸为1000mm500mm500mm，包含了煤层变薄带、陷落柱和断层地质异常体，各层参数具体见表 3。模型设计剖面如图 8(a)所示。采用环氧树脂、硅橡胶、滑石粉等材料不同配比浇筑而成，模型浇筑成型如图 8(b)所示，模型下围岩颜色有差异，是由于在模型浇筑时采用了不同批次的滑石粉所导致，性能参数不受影响。0.200.2幅值/V0.40.60.80.40.600.41.6时间/ms0.81.22.00.21.40.61.01.8(a)4种组合方式的单道记录对比点状激发，点状接收点状激发，平面接收平面激发，点状接收平面激发，平面接收0.200.2幅值/V0.40.60.80.40.600.41.6时间/ms0.81.22.00.21.40.61.01.8(b)平面换能器接收记录点状激发，平面接收平面激发，平面接收202幅值/mV4684600.41.6时间/ms0.81.22.00.21.40.61.01.8(c)点状换能器接收单道记录点状激发，点状接收平面激发，点状接收图7换能器不同组合方式单道记录对比Fig.7Comparisonofsinglechannelrecordsbytransducersindifferentcombinations第8期王盼等：Love 型槽波三维地震物理模拟试验研究31873.2采集与分析点状换能器和平面换能器分别作为激发源，平面换能器作为接收点，对三维槽波物理模型进行槽波数据采集，设置观测系统，图 9 为观测系统示意，距左边界 10mm 处为激发源(炮点)，炮检距 20mm，道间距10mm，共采集 95 炮。激发电压 400V，采样率 0.2s，采样点数为 10000。因目前没有成熟的槽波超声处理软件，下文的数据处理均以 11000 进行降频处理。图 10(a)为平面换能器分别作为激发和接收对三维物理模型进行槽波物理模拟的单炮记录，图中可清晰看出 Love 型直达槽波，槽波艾里相能量很强，断层位置清晰可辨；断层位置位于第 73 道，此处开始槽波艾里相能量缺失；由于采用反射观测系统，且受采集系统能量限制，只接收到直达槽波，无法分辨模型内部构造。单炮记录对应的频散曲线如图 10(b)，图中黑表 3 物理模型各层介质参数Table 3 Medium parameters of the stratum inthe physical model介质纵波速度vp/(ms1)横波速度vs/(ms1)密度/(kgm3)上围砂岩300015001700煤层18009501100下围砂岩300015001700陷落柱200097011200100400600250500200300500700800900 1 000长度/mm宽度/mm(a)模型设计剖面(b)模型实物图8物理模型设计及实物照Fig.8Physicalphotographanddesignofthephysicalmodel0100400600250500200激发点接收点300500700800900 1 000长度/mm宽度/mm图9采集观测系统示意Fig.9Schematicdiagramoftheobservationsystemofthereflectionmethod10020304050道号槽波艾力相断层位置607080901.81.61.41.20.60.40.201.00.8时间/ms(a)单炮记录02550751002505007501 5001 0001 250速度/(ms1)频率/Hz(b)频散曲线04060100频率/Hz0.40.8幅值/V0.20.62080(c)幅频曲线图10观测系统采集结果平面换能器激发和接收Fig.10ResultsoftheobservationsystemPlanetransducerasexcitationsourceandreceivingpoint3188煤炭学报2023年第48卷色曲线为 Love 型槽波的理论频散曲线，成像部分是单炮记录所成的频散曲线能量，频散曲线能量与理论频散曲线吻合；图 10(c)为单炮记录的幅频曲线，蓝色线为所有道的平均幅频曲线，黑色线为单道记录的幅频曲线，信号能量集中在 2050Hz，最大能量为 30Hz 左右。据理论计算，20m 煤厚的槽波艾里相频率为 30Hz 左右，测得的艾里相频率与理论计算吻合，故验证为 Love 型槽波。图 11(a)为点状换能器激发、平面探头接收，对三维物理模型进行槽波数据采集的单炮记录。从图 11可清晰看出槽波散开的波列，但槽波艾里相能量没有平面换能器激发的强；应用滤波法提取频散曲线如图 11(b)，黑色曲线为 Love 型槽波的理论频散曲线，成像部分是单炮记录所成的频散曲线能量，频散曲线能量与理论频散曲线也较为吻合；图 11(c)为单炮记录的频谱图，信号能量 20Hz 左右最强，高频能量衰减的较快。2 种采集方式相比，平面换能器激发产生的 Love型槽波信噪比高、艾里相能量强，能识别模型中的陷落柱和断层；点状换能器激发产生的槽波高频能量衰减快，信噪比低、艾里相能量弱，无法识别模型中的构造。4结论(1)搭建了一套适合三维槽波物理模拟的自动采集系统，解决现有超声系统激发端低频截止频率过高的问题，此系统激发频率可低至 1Hz，频率范围：1Hz160MHz。(2)通过理论结合实际分析提出三维槽波物理模型的设计参数并设计浇筑了物理模型：煤层厚度不能大于 30mm，但必须大于换能器尺寸的 2 倍以上，且应与探头激发的波长相当，否则无法成功激发出明显的 Love 型槽波。(3)在现有超声换能器技术基础的条件下，通过对不同尺寸换能器采用不同方式组合试验分析可知：目前要采集到特征明显的 Love 型槽波，只能采用平面换能器为接收点，激发源可任意选择点状或平面的方式；但通过对不同激发源采集的 Love 型槽波进行对比分析，平面换能器激发产生的 Love 型槽波信噪比高、艾里相能量强、能识别模型中的断层；点状换能器激发产生的槽波信噪比低、艾里相能量弱，无法识别，所以最佳组合方式为平面换能器激发、平面换能器接收。波。(4)对模型进行了槽波物理模拟数据采集，分别从单炮、频散曲线、艾里相能量及频率特征等方面进行分析，并和理论值比较，验证此次实验成功实现了 Love型槽波的物理模拟。本次三维地震物理模拟实验虽然取得了比较理想的 Love 型槽波记录，但尚有很多改进之处：如按照理论物理模拟应是点源激发、点源接收，而国内外缺少符合要求的点状换能器，所以要提高三维槽波物理模拟数据的分辨率，如何增大低频点状换能器的传输效率、频率范围及降低换能器的主频将是下一步需要研究的内容。参考文献(References)：赵鸿儒,唐文榜,郭铁栓.超声地震模型试验技术及应用M.北京：110020304050道号607080901.81.61.41.20.60.40.201.00.8时间/ms(a)单炮记录02550751002505007501 5001 0001 250速度/(ms1)频率/Hz(b)频散曲线04060100频率/Hz0.40.8幅值/V0.20.62080(c)幅频曲线图11观测系统采集结果点状换能器激发平面换能器接收Fig.11ResultsoftheobservationsystemPointtransducerasexcitationsourceandplanetransducerasreceivingpoint第8期王盼等：Love 型槽波三维地震物理模拟试验研究3189石油工业出版社,1986：1-12.赵鸿儒，王铁男，唐文榜.中国地球物理模型试验的发展J.地球物理学报，1994，37,37(S1)：269275.ZHAOHongru,WANG Tienan,TANG Wenbang.The develop-mentsofgeophysicalmodelingJ.ChineseJournalofGeophysics，1994，37,37(S1)：269275.2郝守玲，赵群.地震物理模型技术的应用与发展J.勘探地球物理进展，2002，25(2)：3443.HAOShouling,ZHAOQun.Applicationanddevelopmentofseis-mic modeling technologyJ.Progress in Exploration 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