水域地震采集激發技術研究范文

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《江漢石油職工大學學報》2015年第二期

1空氣槍激發參數分析

在地震資料采集中，一般要求空氣槍的子波及頻譜（圖1）為：①氣泡振幅要小，A1／A2＞10；②第一個脈沖振幅要大，A1＞24巴米（巴米表示槍的能量單位，是距離槍1m處所測到的槍的壓力）；③子波信號穩定，對于目前高分辨率地震資料采集，有兩個附加要求；④子波的脈沖寬度要窄，即△T要小，以保證有足夠寬的頻譜；⑤槍陣要小，使之接近點震源。

1.1空氣槍沉放深度試驗分析根據空氣槍工作原理，為了壓縮空氣槍子波的脈沖寬度，提高地震資料采集分辨率，必須控制空氣槍的沉放深度。氣槍沉放較深時，所釋放出的高壓空氣被封閉在水中形成高壓氣泡，這個氣泡振動上浮直到露出水面，這時能量強，氣泡振動嚴重；氣槍沉放較淺時，由于外界壓力變小，所釋放的高壓空氣可能沖出水面使氣泡震動減弱；同時，由于能量的散失，氣槍子波的能量亦大為減弱，隨槍深變淺，高壓空氣沖出水面時速度加快，致使氣槍子波的第一脈沖迅速達到最大，脈沖寬度變窄。總之，槍深越淺，子脈沖越窄，相應頻譜越寬。但是為了保證一定的激發能量，必須選取一定的沉放深度，在控制氣泡振動的同時加強激發能量。資北三維采集項目在空氣槍沉放深度做了相關試驗，試驗參數如下：深度分別為1．5，2，2．5，3和3．5m（5炮，兩個試驗點共10炮）；氣壓為1800PSI；槍陣組合為14槍；容量為1360立方英寸。對不同沉放深度的空氣槍單炮記錄進行了分析，從20～40Hz分頻掃描記錄可以看出2m和2．5m深度的記錄要稍稍好于其它沉放深度，3．5m深度的記錄與其它深度相比要稍差。隨著空氣槍沉放深度加深，水下壓強增大，一定程度上壓制了空氣槍能量向下的傳播，所以沉放深度不是越深越好（圖2）。利用Klseis軟件對5種不同沉放深度空氣槍單炮進行能量、信噪比分析。取2．3～3．3s主要目的層開時窗分析，從其能量對比中可以看出在氣壓1800PSI、14槍的情況下，2．5m深度激發能量要強于其它深度；從信噪比對比中可以看出2．5m沉放深度的信噪比也最好。

1.2空氣槍氣壓試驗分析為了獲取空氣槍最佳激發氣壓，資北三維項目在空氣槍采集開始前設計了不同氣壓激發試驗（圖3），試驗參數如下：氣壓分別為1600，1700，1800和1900PSI；沉放深度為2．5m；陣列組合為14槍。從圖3分頻掃描記錄可以看出：壓強1800PSI和1900PSI的記錄要稍稍好于壓強為1600PSI和1700PSI的記錄。通過Klseis軟件對5種不同沉放深度空氣槍單炮選取2．3～3．3s目的層開時窗進行能量、信噪比和道間頻率分析。從其能量對比可以看出氣壓為1800PSI、1900PSI激發能量要強于其它氣壓；從信噪比對比可以看出1600PSI的激發壓強最好，其次是1900PSI，其它兩種氣壓信噪比相差不大。從道間集頻率分析中可以看出1900PSI激發壓強的頻率特性最好。根據資北三維試驗結果可知，隨著氣槍激發氣壓的增加，獲得的單炮資料品質逐步提高，在李埠南三維和金家場三維施工時采用2000PSI氣壓進行施工有效提高了空氣槍單炮記錄品質。從李埠南三維空氣槍施工的單炮記錄可以看出，空氣槍激發能量、信噪比都得到有效提高，淺、中、深目的層有效反射強，同相軸連續性好。

1.3空氣槍陣列組合試驗分析一般情況下，通常采用相干槍陣法消除氣泡振幅，改進氣槍子波特性。相干槍陣法是利用同容量的槍相距很近時，所產生的氣泡相互抑制進而縮小了氣泡振動的原理（圖4）。圖4a中，圓代表氣槍激發的氣泡。當距離較大時，氣泡之間沒有影響；當距離小到兩氣泡在最大半徑幾乎相切時，氣泡的振動互相制約而減弱了氣泡振動。圖4b中是兩支相干槍的子波和兩支與相干槍容量相同獨立槍的子波比較，可以看出獨立槍的子波氣泡振動要比相干槍大得多。這種抑制氣泡振動的方法除可有效地抑制氣泡振動外，還有陣列小、槍距小、用幾個容量相同的小槍相干而不使用大槍的優點。目前長江水域采取的就是這種陣列組合。資北三維采用14槍陣列組合，李埠南三維采用28槍小容量氣槍陣列組合。不同氣槍陣列組合單炮20～40Hz分頻記錄顯示：資料品質隨著氣槍組合的數量增加而增強（圖5）。從14槍陣列組合和28槍陣列組合所獲單炮記錄可以看出，28槍陣列組合所得資料品質明顯好于14槍陣列組合（圖6）。

1.4空氣槍疊加次數試驗分析空氣槍疊加試驗是在同一個位置，按照相同的激發參數放8炮，然后在8炮中選取資料分別疊加炮次以合成不同疊加次數的單炮記錄。按照試驗任務的要求分別合成1次、2次、3次、4次、5次、6次、7次、8次疊加的試驗單炮資料（陣列組合14槍，氣壓1800PSI）。分析不同疊加次數單炮20～40Hz的分頻記錄，看到1～8次的疊加記錄區別不是很明顯，隨著疊加次數的增加，記錄并沒有太大的改善。分析8次疊加的振幅譜圖，可見1～8次在有效頻率范圍內的振幅沒有明顯的區別，隨疊加次數的增加振幅能量沒有很明顯的優勢，反而1次、2次的振幅譜效果要稍好于7次、8次的疊加（圖7）。從對資北三維空氣槍垂直疊加次數的試驗分析可以看出，不同的垂直疊加次數對氣槍單炮記錄沒有明顯的影響，所以綜合生產效率及單炮記錄品質等各方面的因素采用一次疊加能滿足地質任務要求。

1.5不同河床深度激發效果分析由于河流的強烈作用，使長江的河床底部在不同部位的高程高低不一。考慮到河床深度對地震資料品質的影響，本次試驗對比分析了河床深度從2m至25m的空氣槍激發效果。試驗數據取自金家場三維空氣槍激發試驗。試驗參數如下：河床深度分別為2，4，6，8，10，13，16，19，22和25m（共10炮）；沉放深度為2m；氣壓為2000PSI；容量為2070立方英寸；陣列組合為28槍組合。從空氣槍不同河床深度激發試驗單炮30～60Hz分頻記錄上看，13m以下河床深度的單炮顯示淺、中、深目的層反射波組齊全，同相軸清晰，特別是2，4，6和8m河床深度的單炮明顯強于其他河床深度的單炮；超過13m河床深度的30～60Hz記錄上顯示主要目的層反射較弱。綜合以上分析可以看到，隨著河床深度的加大，單炮記錄品質沒有明顯的改善，反而逐漸變差，這說明隨著河床深度的加深，氣泡壓力在振蕩過程中逐漸減小。因此，在施工中應該選取合適的河床深度來做空氣槍激發點位，確保空氣槍單炮記錄品質。

1.6空氣槍能量傳播距離分析資北三維長江段cdp號為329291經過動校正后的共反射點道集（圖8）。從圖8中可以看出，在偏移距0～2000m內目的層T8清晰、連續；在偏移距2000～3800m范圍內，由于能量吸收衰減作用，隨著偏移距的增加，目的層T8變得模糊且連續性變差，但還是可以識別追蹤；而偏移距大于3800m后幾乎看不到T8的有效反射，且受動校拉伸畸變的影響，1．9s以上資料都被切除掉。由此可見，針對目的層T8，空氣槍激發時排練長度在0～2000m偏移距范圍內是獲得T8反射層資料最佳范圍，在偏移距2000～3800m范圍內，仍然可以獲得目的層的反射資料；而大于3800m，由于能量吸收衰減和動校拉伸畸變的影響，幾乎看不到T8目的層的有效信息，即最大炮檢距應小于3800m。

2空氣槍激發效果分析

2.1單炮分析從資北三維空氣槍的單炮記錄（1800PSI氣壓、1360立方英寸容量、14槍組合）來看，空氣槍的能量較強，頻率特性較好，目的層同相軸比較清晰而且連續性好，2．5s以上都能得到有效反射。30～60Hz分頻掃描仍然可以看到有效反射（2～2．5s），波組連續性好，能量強（圖9）。

2.2剖面效果分析空氣槍震源資料對于彌補剖面缺口至關重要，采用空氣槍施工前后剖面對比（圖10）：不進行空氣槍施工，缺口很大，深度在1．5s；采用空氣槍施工后，剖面缺口縮小至0．5s以上。不同方向所獲剖面效果對比顯示了多種震源聯合施工的重要性和必要性，同時也為江陵凹陷復雜水網禁炮區三維施工積累了豐富的施工經驗。

3結論

通過空氣槍不同激發參數的分析，取得了一套相對成熟的平原水網長江水域地震采集的空氣槍激發參數。經過深入分析，得出以下結論：1）空氣槍激發沉放深度在2～2．5m最為合適；空氣槍陣列時，28槍組合明顯優于14槍組合。2）較大的氣槍氣壓有利于提高單炮資料品質，多次垂直疊加對單炮資料品質沒有明顯改善。3）根據現有氣槍設備及其性能，激發能量受到一定限制，不適宜較大偏移距接受；在多震源聯合施工時要做好一致性處理。4）在一定的河床深度內（金家場地區長江段在10m以下），氣槍激發單炮品質沒有明顯的影響，超過10m后，隨著河床深度的增加，資料品質有所降低。

作者：曾昭鋒單位：中石化石油工程地球物理有限公司江漢分公司