海洋氣槍震源組合的應用

申有軍

上海海洋石油局第一海洋地質調查大隊，上海 201208

0 引言

氣槍震源可以產生沖擊子波，控制子波使之適合與石油勘探作業，成為海上地震勘探中應用最廣泛的震源。氣槍震源在海洋探測中，可以降低污染發揮工作效益，以下本文對此做具體介紹：

1 氣槍震源原理及組成

氣槍震源原理就是，當壓縮空氣（或其它氣體）在水中瞬間釋放，形成氣泡，產生振動。特點是體積大，可多槍組合；頻率低——幾十Hz－幾百Hz；能量大，可以主要由壓縮氣體的體積定，探測深度可達10000 米。海洋地震勘探中氣槍激發時，將海洋氣槍內部產生的高壓空氣釋放在海水之中，從而形成球形的氣泡，在氣泡壓力與靜水壓力的作用下，導致氣泡膨脹形成氣槍主脈沖，從而可以在海洋中形成地震波。在海洋地震勘探中，應用氣槍震源進行勘探，氣槍激發產生的信號由三部分組成：氣泡脈沖、直達波、震源鬼波。其中，直達波就是當氣槍激發時直接生成的能量。震源鬼波，是由直達波在水面產生的反射波，由于水氣界面的反射系數是負的，所以它與直達波的極性相反。當氣槍在水中激發后，形成震蕩氣泡，產生氣泡脈沖。

2 海洋勘探應用氣槍震源組合的意義

在海洋勘探中，應用氣槍震源，由于單槍聲波為不能接受的震源，單槍信號太弱，并不能在一定海洋深度上達到較好信噪比，而且，單槍聲波還受氣泡效應的影響，使得單槍子波與地震子波偏離，故此會影響勘察的準確性；海洋單槍震源子波的波形產生主脈沖，在每一次的氣泡膨脹之后，會產生地震波，也會產生一些氣泡效應，形成氣泡脈沖，從而將會影響海洋震源勘察結果的準確性[1]。可以應用氣槍震源組合勘探海洋，通過不同容積氣槍同時激發形成調諧陣列，不僅可以保證各個氣槍之間互不干擾，也可以保持各自的子波形態不變，提高槍陣的能量，削弱抑制氣泡脈沖的能量，提高使用效率，增強陣列組合輸出的能量，提高氣泡比。

3 海洋氣槍震源組合的應用措施

在實際生產中，為降低地震數據在勘探過程中的影響，應用氣槍震源組合進行勘探，主要應用措施如下所示：

3.1 單氣槍與氣槍組合對比

在海洋勘探中，應用單氣槍震源，易受氣泡脈沖的影響，穩定性較差，不利于在實際中應用。然而，在海洋中應用氣槍震源組合，可以防止海底反射能量對測量干擾，滿足高能量輸出、高氣泡比以及寬頻帶的海上地震要求。如下圖所示：

兩種方式對比圖

海洋氣槍震源組合在實際應用中，選定合適工作容積海洋氣槍，然后可以按優選的位置進行氣槍布置，確保能使各海洋氣槍的輸出主脈沖產生疊加，將3 把氣槍安裝在一個剛性架上，當氣槍陣在水下拖曳時，提高其穩定性，并且當海洋氣槍震源組合出現故障時，由控制臺來關閉電磁閥并切斷氣源，這樣就確保海洋氣槍震源組合中其它氣槍還可以正常工作。

3.2 優化選擇氣槍震源組合形式

在海洋勘探中應用氣槍震源，可以根據氣槍組合形式，采取協調組合與想干組合的形式進行海洋勘探，具體方法就是：在調諧組合中，可以保持海洋氣槍震源組合的各個氣槍不干擾，可以確保實際應用中能夠維持子波形態不變。從而，對同步激發條件中，子波主脈沖之間沒有相位差，故此可以實現主脈沖的疊加，從而提高氣槍震源能量[2]。然而，由于不同容量氣槍氣泡脈沖能量不同，從而導致調諧氣槍震源組合只是在一定程度上抑制氣泡脈沖，故此，實際應用中效率較低。氣槍震源相干組合中，可以根據氣泡相干效應，可以提高海洋氣槍震源組合的初泡比，導致兩槍氣泡振動相互受到抑制，從而壓制氣泡脈沖，提高海洋地震波頻寬，提高震源性能。

3.3 改進氣槍震源組合應用模式

在實際海洋地震勘探中，為有效改善提升海洋氣槍震源性能，提高氣槍子波能量以及出泡比，采取氣槍組合的方式進行氣槍震源探測，降低干擾，提升實際海洋勘探中氣槍震源組合的應用效率。要知道，氣槍震源組合沉放深度會影響氣槍子波品質，氣槍在海里激發，合理選擇氣槍氣室容量、間距，而獲得優異的震源激發品質。

其中，f0 為頻率，h 為氣槍定深度;Ps 為氣槍壓力（MPa）；Vs 為氣槍容積。由于在實際應用中，對于氣槍震源組合壓力升高之后，頻譜中低頻輸出也會隨著增加，峰值也將會升高，從而將會導致氣泡比增加。故此，氣槍震源組合中的氣槍子波變好，更加具有穿透力。小容量槍適合用于高分辨勘探;當需要獲取海洋深層資料時，應采用大容量的氣槍組合。根據傳感器信息決定氣槍陣開啟時間，在設計海洋氣槍震源組合時，優化設計水中的時間間隔，使得氣槍控制器必須滿足高可靠性，不但控制著氣槍震源組合激發的同步性，滿足大容積陣列和高施工效率的要求。

3.4 注意措施

在實際應用氣槍震源組合中，應在氣槍震源組合系統正式投入使用之前，與地震儀進行聯機檢查，并對氣槍系統做一致性檢[3]；同時也能夠根據氣槍震源組合數量，根據地質任務選擇氣槍沉放深度。氣槍震源震源組合在實際應用中工作壓力不能低于額定壓力90%，電纜絕緣阻值應≥5ΜΩ，封閉氣路氣壓下降應≤5%。且在每次激發時，確保連續激發合格率應達為98%以上，以便可以滿足海洋勘探中高可靠性和質量控制的要求。

4 結論

綜上所述，應用氣槍震源組合在海洋地震勘探之中，氣槍震源組合形式在海洋中可取得良好氣槍子波特性，提高氣槍震源能量，加強主脈沖能量，一直汽包脈沖干擾，在實際應用中發揮重要作用，具有實際應用價值，滿足海上震源勘探要求。

[1]於國平，劉海波，王長春.一種有效的氣槍震源組合拖曳方式[J].物探裝備，2010(2)：75-77.

[2]譚擁軍.海洋氣槍震源組合的研究與應用[J].噪聲與振動控制，2010(4)：29-32.

[3]李緒宣，王建花，楊凱.海上深水區氣槍震源陣列優化組合研究與應用[J].中國海上油氣，2012(3)：1-6，16.