空气枪震源子阵扩展间距变化影响分析

赵 亮， 李 欣， 李慧龙， 陈 磅， 石孟常， 吴 超

(中海油田服务股份有限公司 物探事业部,天津 塘沽 300450)

0 引言

空气枪震源是目前海洋石油地震勘探采集中主要的震源类型。它具有性能稳定可靠、子波一致性好、频带宽、高频和低频成分丰富的特点[1]。一般来说，一组空气枪震源通称为一个震源阵列，而一个阵列中通常由3个、4个或更多个子阵列组成，每个子阵列中通常由几只或十几只空气枪组成[2]。每个子阵列之间存在一定的间距，在实际施工过程中，子阵扩展间距受各种因素的影响，空气枪子阵扩展间距会时刻发生变化，就像误差一样，只能无限减少，不能消除[3]。而这种变化会改变空气枪震源的实际性能，从而影响地震资料的品质。

1 子波模拟分析

近场检波器挂在每个阵列上的枪板上，当枪激发时，用来接收近场子波[4-5]。目前，各船队会根据不同的合同要求配置不同数量的近场检波器。在地震采集作业船上，近场数据主要有三个方面作用：①单枪测试用来测量枪压力、容量、深度是否符合标准，枪是否有挂错等，主要用在项目开工时和枪阵配置发生变化时；②日常枪状态检查,每条测线完成后，检查枪状态，是否有漏气、关枪等其它变化；③通过近场子波模拟远场子波。

某工区某条测线完成，发现近场显示左源异常。进行线后全面QC，提取枪控信息，发现枪压力、深度、延迟等均正常，说明单枪状态正常。通过导航线后报告和RGPS网络定位图分析，子阵扩展间距小于3 m范围恰好与近场气泡周期变大的位置吻合(图1)。

针对震源3875_6_88，总容量3 875 inch3,包含3个子阵，相邻子阵扩展间距为8 m，震源震源沉放深度6 m，采用标准模拟滤波器，采样率2 ms，通过子阵扩展间距对称变化、单边变化、非对称变化三种情况,来分析子阵扩展间距变化对震源子波特征的影响。

子阵扩展间距对称变化表示组成震源阵列子阵的扩展间距,是关于震源阵列中心轴线呈对称分布的(表1)。子阵扩展间距单边变化表示组成震源阵列子阵的扩展间距一边发生变化，另一边不发生变化。子阵扩展间距非对称变化表示组成震源阵列子阵的扩展间距,不是关于震源阵列中心轴线呈对称分布的。

图1 子阵扩展间距变化影响示意图Fig.1 Influence of changes in sub-arrays separations

通过大量的子波模拟分析，三种变化情况下，子阵扩展间距在30%变化阈值内，特征参数无明显变化(表1)。

根据特征参数统计结果绘制矩阵图，可以得出以下结论：震源阵列扩展宽度小于12 m或大于20 m时，都会导致子波特征发生变化。参考子阵扩展间距变化质控要求，绿色表示子阵扩展间距变化不超标，红色表示子阵扩展间距变化超标(图2)。

表1 子波模拟特征参数图

图2 子阵扩展间距变化矩阵图Fig.2 Matrix of sub array spread

2 正演模拟分析

1)当子阵扩展间距变化范围在30%以内：①子波1:3875_6_68:(变化后的震源子波，相邻子阵间的扩展间距分别为6 m、8 m,图3中红色曲线);②子波2:3875_6_88:(初始设计的震源子波，相邻子阵间的扩展间距分别为8 m、8 m，图3中绿色曲线);③子波3:3875_6_7b:(变化后的震源子波，相邻子阵间的扩展间距分别为7 m、11 m，图3中蓝色曲线)。3组震源子波文件进行对比分析(见图3，图4)，包括1组初始设计的震源子波文件和2组配置改变后的震源子波文件。

图3 子阵扩展间距变化远场子波对比Fig.3 Comparison of the far field wavelet for the spread of sub array

图4 子阵扩展间距变化模拟频谱对比Fig.4 Simulation spectrum contrast of sub array spread

通过建立模型(图5)，对实际子波进行正演模拟分析，正演模拟观测系统：道间距为12.5 m，炮点间隔为50 m，最小偏移距为150 m，记录道数为480道，采样间隔为2 ms，记录长度为2.5 s，速度变化范围在1 500 m/s～4 500 m/s之间，共178炮。

图5 正演模型Fig.5 Forward modeling

通过以上三种子波的模拟分析对比，在单炮和叠加剖面上(图6～图9)，三种子波的模拟地震数据在振幅、频率上都非常相近，基本上没有变化。地震模拟数据结果与地质层位基本一致，三种子波对地震资料的品质没有实质性的改变。

图6 正演模拟单炮Fig.6 Forward modeling single shot

2)当加大子阵扩展间距，变化范围超过30%：①子波1:3875_6_44：(变化后的震源子波，相邻子阵间的扩展间距分别为4 m、4 m，图7、图9中红色曲线)；②子波2:3875_6_88：(初始设计的震源子波，相邻子阵间的扩展间距分别为8 m、8 m，图7、图9中绿色曲线)③子波3:3875_6_4C：(变化后的震源子波，相邻子阵间的扩展间距分别为4 m、12 m，图7、图9中蓝色曲线)。3组进行对比分析。

通过以上三种子波的模拟分析对比，在单炮和叠加剖面上，三种子波的模拟地震数据在振幅、频率上略有差别(图10～图13)，地震模拟数据结果与地质层位基本一致，三种子波对地震资料的品质有所改变。

图7 正演模拟单炮频谱Fig.7 Forward modeling single shot spectrum

图9 正演模拟叠加频谱Fig.9 Forward modeling stack spectrum

图8 正演模拟叠加Fig.8 Forward modeling stack

图10 子阵扩展间距变化远场子波对比Fig.10 Comparison of the far field wavelet for the spread of sub array

图11 子阵扩展间距变化模拟频谱对比Fig.11 Simulation spectrum contrast of sub array spread

图12 正演模拟叠加Fig.12 Forward modeling stack

图13 正演模拟叠加频谱对比Fig.13 Forward modeling superimposed spectral correlation

3 实际数据分析

现场作业时，当子阵扩展间距由设计的8 m变化到5 m左右时，对实际数据进行频谱分析(图14)发现，在单炮上，子阵扩展间距变化前、后的频谱非常接近。子阵扩展间距变化对地震资料的品质没有实质性的改变。

4 结论

通过以上子波模拟、正演及对实际数据的分析，可以得出以下结论：

图14 实际数据单炮频谱对比Fig.14 Comparison of actual data with single shot

1)对称、单边、不对称子阵扩展间距的变化，对震源子波的特征产生影响。在一定的变化范围内，震源子波的特征可以保持相对稳定。如果超出了一定的变化范围，震源子波的特征将不再保持稳定。

2)实际操作中，空气枪震源子波的相对稳定性，需要在遵守子阵扩展间距±30%有关条款的前提下给予保证。

3)为了确保采集地震资料的品质，需在采集作业过程中对子阵扩展间距的变化进行实时质控。

参考文献：

[1] 李绪宣,温书亮,杨凯,等.海上气枪阵列震源子波数值模拟研究[J].中国海上油气, 2009(04): 215-220.

LI X X, WEN S L, YANG K,et al.Study on numerical Simulation of air gun array seismic wavelet at sea[J]. Chinese offshore oil and gas, 2009(04): 215-220.(In Chinese)

[2] 王建花,李绪宣,顾汉明.海上多子阵立体组合震源优化设计[J].地质科技情报, 2012(02): 133-138.

WANG J H, LI X X, GU H M. The sea multi array combination source optimization design[J]. Geological science and technology information, 2012(02): 133-138. (In Chinese)

[3] 杨志国，张建峰，高祁,等.空气枪震源子阵间距变化的形成与影响[J].勘探地球物理进展, 2010(02): 93-98.

YANG Z G, ZHANG J F,GAO Q,et al. The formation and influence of the variation of the array spacing of air gun source[J]. Exploration geophysics, 2010(02): 93-98. (In Chinese)

[4] 陈浩林,全海燕，於国平,等.气枪震源理论与技术综述(上)[J].物探装备,2008,18(4)：211-217.

CHEN H L, QUAN H Y, YU G P, et al. Summary of airgun source theory and Technology (1)[J]. Geophysical equipment, 2008,18(4)：211-217.(In Chinese)

[5] 陈浩林,全海燕，於国平,等.气枪震源理论与技术综述(下)[J].物探装备, 2008,18(5)：300-308.

CHEN H L, QUAN H Y, YU G P, et al. Summary of airgun source theory and technology (2)[J]. Geophysical prospecting equipment, 2008,18(5)：300-308. (In Chinese)

[6] 李绪宣，王建华，张金淼,等.海上气枪阵列优化组合设计与应用[J].石油学报, 2012,33(a01)：142-148.

LI X X, WANG J H, ZHANG J M，et al. Design and application of optimal combination of marine air gun array [J]. Petrosinica Sinica, 2012,33 (a01): 142-148. (In Chinese)

[7] 倪成洲，陈浩林,牛宏轩.基于近场测量气枪阵列远场子波模拟软件研发[J].物探装备,2008,18(1):11-17.

NI C Z, CHEN H L, NIU H H. Research and development of far field wavelet simulation software based on near field measurement of air gun array [J]. Geophysical equipment, 2008,18 (1): 11-17. (In Chinese)

[8] 韦秀波，全海燕，罗敏学，等.拖缆地震数据采集实时质量控制系统的开发与应用[J].长江大学学报(自科版)，2015,12(5):28-31.

WEI X B, QUAN H Y, LUO M X, et al. Development and application of real-time quality control system for towrope seismic data acquisition[J].Journal of Yangtze University (self Science edition), 2015,12 (5): 28-31. (In Chinese)

[9] 王军,杜琦伟，牛晓辰.叠前时间偏移技术在复杂区地震处理中的应用[J].物探与化探, 2012,10:1000-8919(2012)S1-0146-04.

WANG J, DU Q W, Niu X C. Application of prestack time migration technique to seismic processing in complex area[J].Geophysical and Geochemical Exploration 2012,10:1000-8919 (2012) S1-0146-04. (In Chinese)

[10] 孙振刚, 李宏图，张晓渝，等.海洋拖缆地震资料处理关键技术[J].天然气工业,2007,27(增刊A): 192-194.

SUN Z G, LI H T, ZHANG X Y, et al. The key technology of seismic data processing of marine towing cable[J].Natural gas industry,2007,27 (supplement A): 192-194. (In Chinese)