一种沉积物声波耗散因子的测量方法、系统、处理设备及存储介质与流程

本发明涉及土工试验，特别是关于一种沉积物声波耗散因子的测量方法、系统、处理设备及存储介质。

背景技术：

1、随着全球能源需求持续增长，陆域和浅海油气资源开发渐趋饱和，世界范围的油气资源开发正从陆域和浅海转向深海，使得深海工程活动日益频繁。由于深海沉积物赋存在海底，很难探测其内天然气、石油等能源储量及分布，故需要开发一种新的深海无损探测方式。声波探测方式能够通过反演波速和耗散因子来表征岩土材料的内部组构，对于探测深海能源储量具有重要价值。然而，耗散因子同时受到几何衰减、吸收衰减的影响，其中，几何衰减是由于波的传播前缘不断扩大而导致的能量分散，衰减量与传播距离相关；而吸收衰减与沿途材料内部的气体或流体的含量及其几何分布相关，可以表征深海能源，因而，仅考虑吸收衰减的耗散因子才是精确反应沉积物结构性的关键参数。

2、目前，基于陶瓷压电片制作换能器的室内试验成为研究声波在岩土材料中传播的关键手段，然而，目前的研究主要采用正弦脉冲作为激励，仅能计算出波速，通常无法将几何衰减产生的影响去除，对土体内部组构的准确表征存在挑战，且传统计算耗散因子的方法中，使用初始激励波形的振幅充当初始振幅，通常无法区分几何衰减和吸收衰减，求出耗散因子偏大，具有一定的局限性。

3、因此，如何能够准确计算能表征储层内部结构的耗散因子，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种沉积物声波耗散因子的测量方法、系统、处理设备及存储介质，能够准确计算能表征储层内部结构的耗散因子。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：第一方面，提供一种沉积物声波耗散因子的测量方法，包括：

3、确定对试验纯波导现象进行模拟试验的激励波形和对耗散因子测量系统中的测试试样进行室内换能器试验的激励波形；

4、基于确定的激励波形，对试验纯波导现象进行模拟试验，得到模拟接收端电压，进而确定模拟最大振幅；

5、基于确定的激励波形，对耗散因子测量系统中的测试试样进行室内换能器试验，得到波速和试验接收端信号，进而确定试验最大振幅；

6、根据模拟最大振幅和试验最大振幅，计算仅考虑吸收衰减的耗散因子。

7、进一步地，所述确定对试验纯波导现象进行模拟试验的激励波形和对耗散因子测量系统中的测试试样进行室内换能器试验的激励波形，包括：

8、采用comsol多物理场仿真软件，分别对矩形函数调制的正弦信号和高斯函数调制的正弦信号下的陶瓷压电换能器进行模拟测量测试试样声波信号，得到模拟时域示意图和模拟频域示意图；

9、根据模拟时域示意图和模拟频域示意图，确定高斯函数调制的正弦信号，作为对试验纯波导现象进行模拟试验的激励波形和对耗散因子测量系统中的测试试样进行室内换能器试验的激励波形。

10、进一步地，所述基于确定的激励波形，对试验纯波导现象进行模拟试验，得到模拟接收端电压，进而确定模拟最大振幅，包括：

11、采用comsol多物理场仿真软件，基于确定的激励波形，对试验纯波导现象进行模拟试验，得到模拟接收端电压；

12、采用矩形窗函数，根据模拟接收端电压，提取模拟第一波包；

13、对模拟第一波包进行傅里叶变换，得到傅里叶变换后的模拟第一波包，进而得到模拟最大振幅。

14、进一步地，根据下述公式的逆过程推导，得到逆过程的v0即模拟接收端电压：

15、

16、d＝εe+es

17、t＝-ee+cs

18、

19、其中，v0为换能器的发射端施加的激励电压；t为声波的传播时间；t0为特征时间；f0为特征频率；e为电场强度；v为电压；为梯度算子；d为电位移；s为应变；ε为介电常数；e为压电应力常数；t为应力；c为弹性刚度系数；ρ为测试试样的密度；u为位移场；c为测试试样的弹性模量；vp为压缩波速度；μ为测试试样的泊松比；n为法线方向向量；a为测试试样加速度；p为总声压；ρa为空气密度；ca为空气中的波速。

20、进一步地，所述基于确定的激励波形，对耗散因子测量系统中的测试试样进行室内换能器试验，得到波速和试验接收端信号，进而确定试验最大振幅，包括：

21、对耗散因子测量系统中的测试试样进行室内换能器试验，得到试验接收端信号和波速；

22、采用矩形窗函数，根据试验接收端信号，提取试验第一波包；

23、对试验第一波包进行傅里叶变换，得到傅里叶变换后的试验第一波包，进而得到试验最大振幅。

24、进一步地，所述对耗散因子测量系统中的测试试样进行室内换能器试验，得到试验接收端信号和波速，包括：

25、信号发生器产生施加在陶瓷压电换能器两端的电压；

26、陶瓷压电换能器的发射端基于确定的激励波形，向测试试样发射声波信号，声波信号通过测试试样传播至陶瓷压电换能器的接收端；

27、陶瓷压电换能器的接收端的接收信号经过滤波器放大后进入示波器，得到滤波后的试验接收端信号；

28、计算机记录激励信号和滤波后的试验接收端信号，并计算波速。

29、进一步地，所述仅考虑吸收衰减的耗散因子qa：

30、

31、其中，δt为传播时间；f0为激励波形的特征频率；at(f)为试验最大振幅；ag(f)为模拟最大振幅。

32、第二方面，提供一种沉积物声波耗散因子的测量系统，包括：

33、激励波形确定模块，用于确定对试验纯波导现象进行模拟试验的激励波形和对耗散因子测量系统中的测试试样进行室内换能器试验的激励波形；

34、模拟最大振幅确定模块，用于基于确定的激励波形，对试验纯波导现象进行模拟试验，得到模拟接收端电压，进而确定模拟最大振幅；

35、试验最大振幅确定模块，用于基于确定的激励波形，对耗散因子测量系统中的测试试样进行室内换能器试验，得到波速和试验接收端信号，进而确定试验最大振幅；

36、耗散因子计算模块，用于根据模拟最大振幅和试验最大振幅，计算仅考虑吸收衰减的耗散因子。

37、第三方面，提供一种处理设备，包括计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理设备执行时用于实现上述沉积物声波耗散因子的测量方法对应的步骤。

38、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时用于实现上述沉积物声波耗散因子的测量方法对应的步骤。

39、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

40、1、本发明解决了现有技术中耗散因子的测量方法忽略了消除几何衰减，导致耗散因子不能准确表征岩土材料内部足够的技术问题。

41、2、本发明通过公式能够计算出仅考虑吸收衰减的耗散因子，操作方法简单有效，能够在较短的时间内准确计算能表征储层内部结构的耗散因子。

42、综上所述，本发明可以广泛应用于土工试验技术领域中。