地质勘探环境保护论文提纲

论文题目：精密可控震源勘探性能研究与结构优化

摘要：随着国内外对于环境保护意识的觉醒,油气勘探装备发展也进入了绿色勘探时代。精密可控震源（ACROSS）以其激发信号重复度高、移运方便、对环境影响较小等优点,在地震勘探领域中得到了广泛应用。然而,由于该种震源存在激发信号能量较低等问题,导致了其勘探效果较差,无法满足目前油气资源勘探的需求。目前,对于精密可控震源的研究主要集中在信号设计和信号反演方面,而关于其结构的研究较少,震源本身的关键结构参数对于其勘探效果影响规律的研究更为鲜见,而这恰恰是提高精密可控震源勘探性能、实现“物探明灯”的关键之一。因此,本论文开展了精密可控震源勘探性能研究与结构优化,主要研究内容与结论如下:（1）开展了影响精密可控震源勘探效果关键因素研究。基于地震勘探原理,结合弹性波及信号处理相关理论,分析得出震源下传能量大小及输出信号与设计信号之间的相似度是决定勘探效果好坏的关键因素,且震源下传能量与激振时大地表面振动幅度呈正相关;震源输出信号相似度与输出信号和设计信号相位角差呈负相关。（2）开展了精密震源性能评价参数与关键结构参数之间数学关系研究。基于系统动力学、半无限空间理论,分析了弹性半无限空间在精密可控震源激振力作用下的解答,构建了震源-大地耦合动力学模型,最终求解得到了精密可控震源勘探性能评价参数与关键结构参数之间的数学关系,为寻找提升精密可控震源勘探性能的结构改进方法奠定基础。（3）开展了精密可控震源关键结构参数优化研究。构建了精密可控震源关键结构参数优化模型,结合优化模型特征对优化模型求解方法进行研究,提出了适用于精密可控震源关键结构参数优化的多目标粒子群算法,求解得到了可使精密可控震源勘探性能较优的关键结构参数组合为:m1=2227kg、k0=6.48×106N.m、ζ=0.202、△r=0.468m、r3=0.439m;（4）开展了精密可控震源结构改进及性能对比分析研究。基于精密可控震源勘探性能较优参数组合,对精密可控震源结构进行了改进,开展了精密可控震源振动特性有限元仿真分析,得出改进后的精密可控震源在大地表面进行激振时,在单个激振周期内,大地表面的振动幅值从0.00378m提升至0.00972m,且输出信号与设计信号之间的相位差角在不同激振频率下均有所减小,最大减小幅度为67%,仿真结果表明改进后的精密可控震源的勘探性能得到了提升。（5）研发了精密可控震源关键关键结构参数个性化设计软件。软件可快捷、高效、简便的计算出在不同地质条件及激振信号模式下的精密可控震源较优关键结构参数,使研究工作更加便捷,具有一定的工程应用价值。

关键词：精密可控震源;震源-大地耦合振动;结构优化;软件开发

学科专业：机械工程

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及目的意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 研究背景

1.1.3 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 精密可控震源国内外研究现状

1.2.2 提升可控震源勘探性能方法的国内外研究现状

1.2.3 综述小结

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第2章 影响精密可控震源勘探效果关键因素研究

2.1 精密可控震源结构组成及工作原理

2.2 影响震源勘探效果关键因素分析

2.3 建立震源下传能量评价参数

2.4 建立震源输出信号与设计信号相似度评价参数

2.5 本章小结

第3章 震源勘探性能评价参数与关键结构参数之间数学关系研究

3.1 精密可控震源动力学模型

3.2 弹性半空间理论有关表面作用力的解答

3.2.1 轴对称问题在谐和振动下的波动方程

3.2.2 半空间表面位移变换式的一般解

3.3 精密可控震源激振力分布规律拟合

3.3.1 精密可控震源-大地有限元仿真

3.3.2 激振力分布拟合

3.4 大地在震源激振力作用下的位移响应

3.5 震源平板竖直振动动力学方程

3.6 精密可控震源-弹性半无限空间耦合振动模型

3.6.1 振动系统动刚度,动阻尼

3.6.2 精密可控震源-大地耦合动力学模型

3.6.3 精密可控震源-大地耦合动力学方程求解

3.7 评价参数数学模型建立

3.7.1 震源输出能量评价方程

3.7.2 震源输出信号与设计信号相似度评价方程

3.8 本章小结

第4章 基于改进粒子群算法的精密可控震源关键结构参数优化

4.1 震源关键结构参数优化模型建立

4.1.1 目标函数建立

4.1.2 设计变量分析

4.1.3 约束条件分析

4.1.4 精密可控震源结构参数优化模型

4.2 震源关键结构参数优化模型求解方法构建

4.2.1 多目标优化基本概念

4.2.2 粒子群优化算法

4.2.3 基于粒子群算法的精密可控震源多目标优化

4.3 优化结果及分析

4.3.1 优化模型求解

4.3.2 优化结果分析

4.4 本章小结

第5章 精密可控震源结构改进与勘探性能对比分析

5.0 精密可控震源结构改进

5.1 改进后精密可控震源模型验证

5.2 优化前后震源勘探性能对比分析

5.2.1 优化前后大地振动幅值对比

5.2.2 优化前后输出力相位对比

5.3 本章小结

第6章 精密可控震源关键结构参数个性化设计软件开发

6.1 软件总体流程

6.2 人机数据交互模块

6.2.1 大地物性参数设置模块

6.2.2 激振信号模式设置模块

6.2.3 震源关键结构参数设置模块

6.2.4 优化参数设置模块

6.3 优化进程显示及结果处理模块

6.3.1 优化进程显示模块

6.3.2 结果处理模块

6.4 针对于不同地质条件的精密可控震源关键结构参数个性化求解结果

6.5 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献