近場(chǎng)數(shù)據(jù)在海洋地震采集現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控中的應(yīng)用及效果

石孟常, 李慧龍, 韓佳琛, 王廣浩, 吳 超

(中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)部，天津 300451)

0 引言

海洋地震勘探主要使用多種容量氣槍組合作為震源[1-2]，組合氣槍是根據(jù)不同容量的氣槍具有不同氣泡周期的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，容量經(jīng)過(guò)選擇的氣槍同時(shí)激發(fā)，主脈沖相加，氣泡脈沖互相抑制，可以改善震源的頻率特性，這對(duì)于獲得深穿透、高分辨率地震資料具有極其重要的作用[3]。目前，海上一線現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控人員主要利用安裝在空氣槍陣列上的近場(chǎng)檢波器，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控空氣槍震源的工作狀態(tài)[4-5]，記錄陣列上各單元的近場(chǎng)子波數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)近場(chǎng)數(shù)據(jù)的處理分析，來(lái)判斷空氣槍狀態(tài)的好壞[6]。氣槍震源的優(yōu)劣及穩(wěn)定性不僅會(huì)影響地震資料的品質(zhì)，更會(huì)影響整個(gè)地震勘探項(xiàng)目的效率[7-8]。因此，近場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)于海洋地震勘探的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控工作發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。筆者從生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)例出發(fā)，詳細(xì)總結(jié)分析了不同的近場(chǎng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果對(duì)震源不同屬性質(zhì)控的效果，應(yīng)用結(jié)果表明，近場(chǎng)數(shù)據(jù)的質(zhì)控取得了較好的效果，保障了地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

1 近場(chǎng)數(shù)據(jù)的獲得方式

近場(chǎng)信號(hào)是指來(lái)自海洋震源的直達(dá)波與來(lái)自周圍邊界或界面的反射信號(hào)相比能量很大(>20 dB)的一種聲學(xué)子波，通常用來(lái)記錄一個(gè)點(diǎn)震源?？諝鈽岅嚵杏扇舾蓡螛屌c相干槍組成，而每個(gè)槍掛點(diǎn)上都配有一個(gè)近場(chǎng)信號(hào)檢波器，近場(chǎng)檢波器一般距離槍距離為1 m，槍陣上的每一個(gè)槍都類似于一個(gè)點(diǎn)震源，點(diǎn)震源激發(fā)的數(shù)據(jù)被近場(chǎng)檢波器記錄。近場(chǎng)數(shù)據(jù)常規(guī)的記錄長(zhǎng)度為512 ms,采樣間隔為0.5 ms，常規(guī)的記錄格式有SEGY和SEGD兩種格式，近場(chǎng)子波數(shù)據(jù)如圖1所示，在氣槍能量不發(fā)生變化的情況下，同一近場(chǎng)檢波器記錄的子波脈沖和氣泡脈沖出現(xiàn)的時(shí)間和周期保持一致，目前，近場(chǎng)數(shù)據(jù)在海洋地震采集中主要是用來(lái)進(jìn)行槍同步性質(zhì)控、單槍測(cè)試和日常槍狀態(tài)檢查。

圖1 某近場(chǎng)子波圖

2 近場(chǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用原理

近場(chǎng)數(shù)據(jù)就是在空氣槍近場(chǎng)范圍內(nèi)接收到的子波信號(hào)，對(duì)這些子波信號(hào)進(jìn)行不同的處理和組合就可以表現(xiàn)出不同的結(jié)果，根據(jù)這些結(jié)果的變化特征就可以判斷槍陣的變化?；诖嘶驹砭涂梢赃_(dá)到質(zhì)控的目的。單槍測(cè)試通用于國(guó)際上評(píng)價(jià)空氣槍各項(xiàng)指標(biāo)是否符合采集要求。單槍測(cè)試的基本原理就是通過(guò)讀取實(shí)際的單槍子波氣泡周期與理論氣泡周期進(jìn)行比較，以此來(lái)反映各個(gè)氣槍壓力、氣槍容量、沉放深度等情況。此外，該原理同樣應(yīng)用于日常槍狀態(tài)檢查，是否存在漏氣、開(kāi)關(guān)槍等其他變化。氣泡周期的推算是需要建立在一個(gè)子波模型的基礎(chǔ)之上的，隨著近場(chǎng)子波模型在科學(xué)界逐漸演變的過(guò)程，子波模型理論不斷趨于成熟。依據(jù)齊奧爾科夫斯基子波模型，該經(jīng)驗(yàn)公式為式(1)。

T(P,V,d)=C(P·V)1/3/[P0(d)]5/6

(1)

式中：T為氣泡周期， ms;P為氣槍壓力， psi;d為氣槍沉放深度， m;V為氣槍容量， cu·in;P0為氣槍沉放處的靜水壓力， bar·m;C為經(jīng)驗(yàn)常量。

3 應(yīng)用案例

3.1 槍子陣同步性質(zhì)控

將同一子陣同一時(shí)刻激發(fā)的近場(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)水平疊加處理后，可用于質(zhì)控震源不同陣列氣槍的同步性。目前，海洋三維地震勘探中，一般設(shè)計(jì)6排陣列，每三個(gè)陣列為一個(gè)源，分左源和右源，施工時(shí)左右源交替響炮，每個(gè)陣列每個(gè)槍板上都配有近場(chǎng)檢波器，一般為8個(gè)，在施工時(shí)，某一炮激發(fā)后產(chǎn)生的近場(chǎng)子波數(shù)據(jù)，共24個(gè)近場(chǎng)子波，如圖2所示。

圖2 一炮激發(fā)產(chǎn)生的近場(chǎng)子波圖

將一條測(cè)線每個(gè)子陣疊加后的數(shù)據(jù)排列在一起形成共陣列剖面，如果每個(gè)空氣槍同步激發(fā)，不存在激發(fā)延遲時(shí)差，一炮中每個(gè)近場(chǎng)子波的主脈沖起跳時(shí)間應(yīng)該一致。但是一條測(cè)線成千上萬(wàn)個(gè)單炮，顯然不可能通過(guò)每個(gè)子波起跳時(shí)間去進(jìn)行質(zhì)控，所以根據(jù)共陣列近場(chǎng)數(shù)據(jù)疊加來(lái)質(zhì)控不同陣列的同步性，每個(gè)陣列8個(gè)子波疊加后來(lái)表征同一陣列的特征。圖3中自右向左為1陣列到6陣列的共陣列近場(chǎng)數(shù)據(jù)疊加圖。箭頭所示位置可以明顯看出存在時(shí)差，這就說(shuō)明1陣列和6陣列與其他陣列存在同步異常。某工區(qū)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控人員及時(shí)檢查出槍子陣不同步問(wèn)題，立即采取措施，避免了質(zhì)量問(wèn)題帶來(lái)的巨大損失，圖4為從圖3中拾取的近場(chǎng)數(shù)據(jù)初至?xí)r間部分采樣圖，從圖4中可以定量地看到不同步存在的時(shí)差，圖4中時(shí)差約2 ms。這樣就達(dá)到了準(zhǔn)確，快速質(zhì)控氣槍陣列一致性的目的，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，取得了很好的效果，進(jìn)一步保證了地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

圖3 某測(cè)線6個(gè)陣列近場(chǎng)數(shù)據(jù)疊加(有同步異常)

圖4 拾取初至?xí)r間部分采樣點(diǎn)圖

3.2 單槍測(cè)試

為質(zhì)控槍陣配置是否正確，保證每條槍狀態(tài)正常，一般在項(xiàng)目開(kāi)工前需對(duì)所有單槍進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)單槍逐個(gè)響炮的方式，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控人員將實(shí)際測(cè)量的氣泡周期與理論氣泡周期進(jìn)行對(duì)比，以及相同容量槍氣泡周期的對(duì)比，通過(guò)上述的齊奧爾科夫斯基子波模型公式進(jìn)行計(jì)算，來(lái)檢查槍容量以及槍深度等狀態(tài)是否正常。實(shí)際測(cè)量氣泡周期為單槍子波主峰值時(shí)間與第一個(gè)氣泡峰值時(shí)間之差，圖5為某單槍子波主峰值時(shí)間和氣泡峰值時(shí)間，則氣泡周期為70 ms。

圖5 測(cè)量單槍的氣泡周期

3.3 槍狀態(tài)質(zhì)控

在資料采集的過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控人員及時(shí)對(duì)近場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將反映出來(lái)的槍陣異常情況，第一時(shí)間告知震源部門(mén)進(jìn)行原因查找，必要時(shí)收槍和修理，同時(shí)對(duì)嚴(yán)重影響資料質(zhì)量的槍陣問(wèn)題，如槍漏氣、槍自激等情況對(duì)相應(yīng)的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行作廢處理。近場(chǎng)數(shù)據(jù)反應(yīng)的槍狀態(tài)異常如下：

1)開(kāi)關(guān)槍會(huì)造成槍容量突然變化，對(duì)開(kāi)關(guān)槍掛點(diǎn)及附近近場(chǎng)檢波器影響明顯，具體表現(xiàn)為同相軸有明顯錯(cuò)斷，如圖6所示，圖中自左向右分別為一陣列到6陣列，藍(lán)色框內(nèi)的變化表明5陣列中途關(guān)槍。

圖6 某測(cè)線中途關(guān)5-2槍(槍容量100 cu.in)

2)槍漏氣。容量較小的槍漏氣對(duì)子波主峰影響較小，基本不改變子波形態(tài)，主要在氣泡部分有輕微雜亂脈沖顯示。容量較大的槍漏氣不僅影響主峰，波形也會(huì)發(fā)生明顯變化。對(duì)于對(duì)資料品質(zhì)影響大的槍漏氣情況，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控人員也對(duì)相應(yīng)的地震資料進(jìn)行作廢處理(圖7)。

圖7 某工區(qū)測(cè)線近場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示槍有漏氣

3)槍自激。在生產(chǎn)過(guò)程中，若氣槍陣列中有一支槍或幾支槍失控，氣室內(nèi)壓力達(dá)到一定程度時(shí)，在沒(méi)有發(fā)出觸發(fā)信號(hào)的狀態(tài)下，槍自行觸發(fā)釋放能量的現(xiàn)象稱作氣槍自激(圖8)。在正常施工中，連續(xù)兩次或多次槍自激的時(shí)間間隔大體相同，能量強(qiáng)度基本一致，槍自激在地震記錄上出現(xiàn)的時(shí)間也沒(méi)有規(guī)律，可能出現(xiàn)在正常初至波之后，也可能出現(xiàn)在正常初至波之前，這一特征是區(qū)別于槍不同步的可靠標(biāo)志(圖9)。

圖8 某工區(qū)測(cè)線近場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示槍有自激

圖9 氣槍自激在單炮上的顯示

4)槍連接桿斷裂。當(dāng)空氣槍槍體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，異常也會(huì)體現(xiàn)在近場(chǎng)數(shù)據(jù)中，在某工區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控人員在檢查近場(chǎng)數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)中途4陣第三至第五個(gè)近場(chǎng)檢波器波形出現(xiàn)明顯的錯(cuò)動(dòng)(圖10)，核查槍控下線報(bào)告，沒(méi)有發(fā)生開(kāi)關(guān)槍，槍壓力和子陣間距也基本穩(wěn)定。判斷設(shè)備可能損害，將異常結(jié)果通知震源人員，并敦促收槍檢修。震源人員收槍后，發(fā)現(xiàn)4陣第三個(gè)掛點(diǎn)的槍連接桿斷裂。

圖10 某工區(qū)作業(yè)測(cè)線近場(chǎng)檢查圖

4 結(jié)論

近場(chǎng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用成果均來(lái)自于海上采集生產(chǎn)作業(yè)中，實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，近場(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)水平疊加處理后，在質(zhì)控陣列的同步性方面效果顯著；近場(chǎng)子波的單槍測(cè)試檢查對(duì)于項(xiàng)目開(kāi)始前震源的質(zhì)控檢查效果很好，意義較大；槍漏氣、自激、開(kāi)關(guān)槍等都會(huì)在近場(chǎng)剖面上表現(xiàn)出不同的特征，可以很好地質(zhì)控氣槍的狀態(tài)；槍陣設(shè)備的損傷在處理后的近場(chǎng)剖面上也會(huì)表現(xiàn)出一定的特征，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析可以輔助檢查設(shè)備安全。隨著勘探技術(shù)的不斷進(jìn)步，近場(chǎng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用也將會(huì)不斷更新和增加。