地震物理模拟技术作为地球物理勘探领域重要实验手段,在地球物理勘探技术发展过程中具有不可替代的地位,是提升行业技术水平的基础。本文围绕岩性、前陆、深层和海域等领域的勘探需求,在调研国内外地震物理模拟实验室及其研究方向的基础上,充分运用起伏固体表面地震物理模拟技术、时变增益放大采集技术、多阶微分拓频采集技术、双相介质模型制作技术、高温高压多相流体定量充注地震物理模拟技术、气浮运动与光栅定位控制技术、高分辨率与多道高效宽方位采集技术、3D打印制模技术等,研发新一代大尺度高精度高效率地震物理模拟实验系统,实现了陆地起伏地表、海洋以及多相介质模型全方位、高分辨、高保真地震采集和响应机理的模拟,更好的支撑野外采集方案设计、复杂构造(地表)成像以及强非均质性储层定量解释。基于研发的地震物理模拟实验系统,本文首先开展了三维双相流体饱和多孔介质中地震响应物理模拟研究工作,构建了反映珠江口盆地深水区储盖特性、岩性组合、砂体展布、孔隙流体性质等地质地球物理特征的三维大尺度物理模型,模型制作充分考虑了海底形态、软泥层分布、砂岩储层物性特征以及断层发育情况等因素。然后基于制作的物理模型开展了多通道、多方位、高精度以及不同地表条件下的三维地震数据采集,并对不同采集方式获得的地震资料进行对比分析,结果表明,基于宽方位地震资料的地质体成像结果更精确;宽方位和窄方位资料均能反映储层物性的变化;宽方位和窄方位资料都能一定程度上反映含气饱和度(油密度)的变化;当透镜体边界与采集方向垂直时,其边界成像更清楚。另外针对白云深水区物理模型及采集的地震数据,利用波形反射特征分析、层位追踪解释、储层样块参数分析、叠后属性分析、叠后波阻抗反演、叠前AVO分析及叠前弹性参数反演等技术,测试了不同岩性、物性、岩性组合以及不同饱和流体条件下储层的地震响应特征,分析了不同地震采集方式对刻画储层特征的影响,明确了含流体类型对于储层反射特征的影响,优化了珠江口盆地深水区地震采集、处理方式,有力指导了该地区优质储层预测技术流程,取得了较好的应用效果。本文研发的地震物理模拟实验系统可实现大尺度、高精度物理模型定位,多通道、高效率、高信噪比、深层弱信号采集,宽频、高分辨率超声波信号采集,高精度模型形态扫描等功能,可开展不同地表条件(山地、沙漠、沼泽、海洋等)、不同采集方式(激发、排列、组合)、不同油气藏类型(常规和非常规)以及不同温压条件下的地震采集和地震响应机理研究,为提高地震勘探效率,探索地震定量成像与解释方法,助力地震勘探理论方法研究及实际生产运用提供科学依据,丰富和发展了地震物理模拟实验技术,对于支撑科研生产以及勘探理论技术研究具有重要意义,为设计更加经济、科学、可行的采集观测系统提供了实验数据,具有一定的实用推广价值。