中文摘要：

我国南方海相碳酸盐岩地区具有巨大的油气资源潜力和前景，但是大面积灰岩出露引起的检波器与灰岩地表耦合问题严重影响了地震采集资料的品质，已经成为该地区地震波有效接收的"瓶颈"。弄清检波器与灰岩地表的耦合机理是解决这一"瓶颈"问题的根本途径。目前国内外对检波器-地表耦合机理的研究主要考虑将检波器尾锥直接插入表土、沙漠等相对松软地表介质的情况，与灰岩出露区利用耦合介质（如石膏、泥饼等）进行检波器与坚硬灰岩耦合的实际有较大出入。为此，本课题从三自由度振动系统理论出发，开展检波器与灰岩耦合理论研究，并结合室内振动台实验和野外测试两种手段，揭示耦合介质物性参数、耦合介质与尾锥接触条件、检波器尾锥物性以及几何参数等与检波器-灰岩耦合系统传输特性之间的定量关系，探索出检波器与灰岩地表的耦合机理。本项目的实施对于创新和发展检波器耦合理论具有重要理论意义，对于提高灰岩区地震采集资料的品质具有重要应用价值。

结论摘要：

针对南方海相灰岩裸露区检波器与坚硬灰岩地表耦合问题，基于三自由度振动系统理论进行了检波器-灰岩耦合系统传输机理的研究。构建了检波器-灰岩三自由度耦合系统理论模型，推导出了检波器-灰岩耦合系统的响应函数；利用Matlab平台开发了耦合系统响应的数值模拟软件，进行了耦合介质、尾锥和阻尼等参数与耦合系统传输特性关系研究。利用振动台测试了耦合介质、尾锥等对检波器-灰岩耦合系统的影响规律，与理论结果进行了对比分析，验证了理论模型的有效性。开展了不同耦合方式的检波器耦合实验，探讨了检波器-灰岩耦合系统的传输机理。提出了提高灰岩等硬地表介质地区地震信号检测能力的检波器耦合方法。所取得的成果和认识主要有 1、理论计算表明，利用表土等耦合介质将检波器埋置在灰岩地表，检波器-灰岩地表耦合构成“三自由度耦合系统”。通过选用弹性模量较大的耦合介质，减小耦合介质的底面积和高度，可以减小耦合谐振的影响。通过选用材料密度较小的尾锥、减小尾锥高度、增加尾锥底面积等，可以降低耦合谐振影响。随着相对阻尼系数的增加，检波器-灰岩耦合系统对地震信号的影响越来越小。检波器-灰岩耦合系统响应的振动台测试结果验证了“三自由度耦合系统”模型的有效性和上述计算结果的正确性。 2、结合理论和振动台测试结果，对南方海相灰岩裸露区不同耦合模式下的检波器耦合实验资料进行了分析。结果表明，将检波器尾锥插入灰岩地表构成“双自由度耦合系统”，当尾锥与灰岩地表紧密接触时，对应的耦合谐振频率很大，对地震勘探采集资料基本没有影响，但是施工难度很大。利用表土等耦合介质将检波器埋置在灰岩地表，检波器-灰岩地表耦合构成“三自由度系统”，提高了施工效率，不过耦合介质的存在使得耦合谐振频率降低，而且出现“表耦系统”和“尾耦系统”两个耦合谐振系统，有可能对地震采集资料的品质造成较大影响。 3、在检波器-灰岩地表耦合传输机理研究基础上，提出了利用石膏作为耦合介质、采用圆盘状尾锥进行硬地表介质地区检波器耦合的新方法。通过在灰岩裸露区进行地震数据采集实验对比分析，以及柏油公路等硬地表介质地区地震数据采集工作中的实际应用，表明了所提出的检波器耦合方法的有效性。