江陵凹陷長江水域地震采集激發(fā)技術(shù)研究

曾昭鋒

（中石化石油工程地球物理有限公司江漢分公司，湖北 潛江433199）

江陵凹陷預(yù)測地質(zhì)儲量1.04×108t，目前探明儲量1 919萬t，探明率僅為18.3%，說明該區(qū)為油氣勘探的有利區(qū)塊，勘探潛力大。由于長江水域貫穿整個江陵凹陷、各支流縱橫交錯，無法使用炸藥震源。因此，江陵凹陷李埠南地區(qū)、資北地區(qū)以及金家場地區(qū)一直是三維資料空白區(qū)，加上二維地震資料受地表?xiàng)l件影響品質(zhì)很差，導(dǎo)致該區(qū)無法連片解釋，給該區(qū)油氣的增儲上產(chǎn)帶來很大難度。

針對長江水域由于大面積使用非炸藥震源（空氣槍），資料品質(zhì)難以保證的問題，探索能提高長江水域空氣槍激發(fā)效果的空氣槍施工參數(shù)和相關(guān)技術(shù)。

1 空氣槍激發(fā)效果影響因素分析

空氣槍激發(fā)時，將氣槍中的高壓空氣釋放到水中，迅速形成球形的氣泡，由于氣泡內(nèi)壓力大于周圍靜水壓力，導(dǎo)致氣泡迅速膨脹形成第一個壓力脈沖，即氣槍的主脈沖，它傳播出去就形成地震波；氣泡繼續(xù)膨脹，直至初始獲得的能量全部轉(zhuǎn)化為周圍水壓的勢能，體積達(dá)到最大；隨后氣泡開始變小，氣體重新被壓縮直至高壓狀態(tài)，從而開始一個新的氣泡膨脹周期。每一次氣泡膨脹都會形成一個氣泡脈沖，這就是氣泡效應(yīng)。由于氣泡的每一次振蕩都會有能量的損耗，所以每一次形成的脈沖就越來越小。多次氣泡脹縮使氣槍子波產(chǎn)生多次振蕩，降低了地震資料的分辨率。氣泡效應(yīng)大小與氣槍組合方式、氣槍沉放深度和氣槍容量等有關(guān)。

2 空氣槍激發(fā)參數(shù)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(wěn)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?qū)挼念l譜；⑤槍陣要小，使之接近點(diǎn)震源。

圖1 空氣槍的子波和頻譜圖

2.1 空氣槍沉放深度試驗(yàn)分析

根據(jù)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(qiáng)，氣泡振動嚴(yán)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(dá)到最大，脈沖寬度變窄?？傊瑯屔钤綔\，子脈沖越窄，相應(yīng)頻譜越寬。但是為了保證一定的激發(fā)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(qiáng)激發(fā)能量。

資北三維采集項(xiàng)目在空氣槍沉放深度做了相關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)如下：深度分別為1.5，2，2.5，3和3.5m（5炮，兩個試驗(yàn)點(diǎn)共10炮）；氣壓為1 800PSI；槍陣組合為14槍；容量為1 360立方英寸。

對不同沉放深度的空氣槍單炮記錄進(jìn)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(qiáng)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）。

圖2 空氣槍沉放深度試驗(yàn)分頻掃描記錄

利用Klseis軟件對5種不同沉放深度空氣槍單炮進(jìn)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1 800PSI、14槍的情況下，2.5m深度激發(fā)能量要強(qiáng)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。

2.2 空氣槍氣壓試驗(yàn)分析

為了獲取空氣槍最佳激發(fā)氣壓，資北三維項(xiàng)目在空氣槍采集開始前設(shè)計(jì)了不同氣壓激發(fā)試驗(yàn)（圖3），試驗(yàn)參數(shù)如下：氣壓分別為1 600，1 700，1 800和1 900PSI；沉放深度為2.5m；陣列組合為14槍。

圖3 氣壓試驗(yàn)分頻掃描記錄

從圖3分頻掃描記錄可以看出：壓強(qiáng)1 800PSI和1 900 PSI的記錄要稍稍好于壓強(qiáng)為1 600PSI和1 700PSI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(jìn)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1 800 PSI、1 900PSI激發(fā)能量要強(qiáng)于其它氣壓；從信噪比對比可以看出1 600PSI的激發(fā)壓強(qiáng)最好，其次是1 900 PSI，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1 900PSI激發(fā)壓強(qiáng)的頻率特性最好。

根據(jù)資北三維試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著氣槍激發(fā)氣壓的增加，獲得的單炮資料品質(zhì)逐步提高，在李埠南三維和金家場三維施工時采用2 000PSI氣壓進(jìn)行施工有效提高了空氣槍單炮記錄品質(zhì)。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(fā)能量、信噪比都得到有效提高，淺、中、深目的層有效反射強(qiáng)，同相軸連續(xù)性好。

2.3 空氣槍陣列組合試驗(yàn)分析

一般情況下，通常采用相干槍陣法消除氣泡振幅，改進(jìn)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(chǎn)生的氣泡相互抑制進(jìn)而縮小了氣泡振動的原理（圖4）。圖4a中，圓代表氣槍激發(fā)的氣泡。當(dāng)距離較大時，氣泡之間沒有影響；當(dāng)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(dú)立槍的子波比較，可以看出獨(dú)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(yōu)點(diǎn)。

圖4 氣泡振動原理及子波對比

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(zhì)隨著氣槍組合的數(shù)量增加而增強(qiáng)（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(zhì)明顯好于14槍陣列組合（圖6）。

圖5 陣列組合20－40Hz分頻掃描記錄

圖6 不同氣槍陣列組合單炮對比

2.4 空氣槍疊加次數(shù)試驗(yàn)分析

空氣槍疊加試驗(yàn)是在同一個位置，按照相同的激發(fā)參數(shù)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(shù)的單炮記錄。按照試驗(yàn)任務(wù)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(yàn)單炮資料（陣列組合14槍，氣壓1 800PSI）。

分析不同疊加次數(shù)單炮20～40Hz的分頻記錄，看到1～8次的疊加記錄區(qū)別不是很明顯，隨著疊加次數(shù)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(nèi)的振幅沒有明顯的區(qū)別，隨疊加次數(shù)的增加振幅能量沒有很明顯的優(yōu)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）。

圖7 疊加次數(shù)試驗(yàn)振幅譜對比圖

從對資北三維空氣槍垂直疊加次數(shù)的試驗(yàn)分析可以看出，不同的垂直疊加次數(shù)對氣槍單炮記錄沒有明顯的影響，所以綜合生產(chǎn)效率及單炮記錄品質(zhì)等各方面的因素采用一次疊加能滿足地質(zhì)任務(wù)要求。

2.5 不同河床深度激發(fā)效果分析

由于河流的強(qiáng)烈作用，使長江的河床底部在不同部位的高程高低不一?？紤]到河床深度對地震資料品質(zhì)的影響，本次試驗(yàn)對比分析了河床深度從2m至25m的空氣槍激發(fā)效果。試驗(yàn)數(shù)據(jù)取自金家場三維空氣槍激發(fā)試驗(yàn)。試驗(yàn)參數(shù)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2 000PSI；容量為2 070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(fā)試驗(yàn)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(qiáng)于其他河床深度的單炮；超過13 m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(zhì)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(yīng)該選取合適的河床深度來做空氣槍激發(fā)點(diǎn)位，確?？諝鈽寙闻谟涗浧焚|(zhì)。

2.6 空氣槍能量傳播距離分析

資北三維長江段cdp號為329291經(jīng)過動校正后的共反射點(diǎn)道集（圖8）。從圖8中可以看出，在偏移距0～2 000m內(nèi)目的層T8清晰、連續(xù)；在偏移距2 000～3 800m范圍內(nèi)，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(xù)性變差，但還是可以識別追蹤；而偏移距大于3 800m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(fā)時排練長度在0～2 000m偏移距范圍內(nèi)是獲得T8反射層資料最佳范圍，在偏移距2 000～3 800m范圍內(nèi)，仍然可以獲得目的層的反射資料；而大于3 800m，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(yīng)小于3 800m。

圖8 空氣槍炮檢距分析

3 空氣槍激發(fā)效果分析

3.1 單炮分析

從資北三維空氣槍的單炮記錄（1 800PSI氣壓、1 360立方英寸容量、14槍組合）來看，空氣槍的能量較強(qiáng)，頻率特性較好，目的層同相軸比較清晰而且連續(xù)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(xù)性好，能量強(qiáng)（圖9）。

圖9 資北三維空氣槍單炮

3.2 剖面效果分析

空氣槍震源資料對于彌補(bǔ)剖面缺口至關(guān)重要，采用空氣槍施工前后剖面對比（圖10）：不進(jìn)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。

圖10 資北橫向剖面缺口對比

不同方向所獲剖面效果對比顯示了多種震源聯(lián)合施工的重要性和必要性，同時也為江陵凹陷復(fù)雜水網(wǎng)禁炮區(qū)三維施工積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)論

通過空氣槍不同激發(fā)參數(shù)的分析，取得了一套相對成熟的平原水網(wǎng)長江水域地震采集的空氣槍激發(fā)參數(shù)。經(jīng)過深入分析，得出以下結(jié)論：

1）空氣槍激發(fā)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(yōu)于14槍組合。

2）較大的氣槍氣壓有利于提高單炮資料品質(zhì)，多次垂直疊加對單炮資料品質(zhì)沒有明顯改善。

3）根據(jù)現(xiàn)有氣槍設(shè)備及其性能，激發(fā)能量受到一定限制，不適宜較大偏移距接受；在多震源聯(lián)合施工時要做好一致性處理。

4）在一定的河床深度內(nèi)（金家場地區(qū)長江段在10m以下），氣槍激發(fā)單炮品質(zhì)沒有明顯的影響，超過10m后，隨著河床深度的增加，資料品質(zhì)有所降低。

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