空氣槍震源子陣擴(kuò)展間距變化影響分析

趙 亮， 李 欣， 李慧龍， 陳 磅， 石孟常， 吳 超

(中海油田服務(wù)股份有限公司 物探事業(yè)部,天津 塘沽 300450)

0 引言

空氣槍震源是目前海洋石油地震勘探采集中主要的震源類型。它具有性能穩(wěn)定可靠、子波一致性好、頻帶寬、高頻和低頻成分豐富的特點(diǎn)[1]。一般來說，一組空氣槍震源通稱為一個(gè)震源陣列，而一個(gè)陣列中通常由3個(gè)、4個(gè)或更多個(gè)子陣列組成，每個(gè)子陣列中通常由幾只或十幾只空氣槍組成[2]。每個(gè)子陣列之間存在一定的間距，在實(shí)際施工過程中，子陣擴(kuò)展間距受各種因素的影響，空氣槍子陣擴(kuò)展間距會時(shí)刻發(fā)生變化，就像誤差一樣，只能無限減少，不能消除[3]。而這種變化會改變空氣槍震源的實(shí)際性能，從而影響地震資料的品質(zhì)。

1 子波模擬分析

近場檢波器掛在每個(gè)陣列上的槍板上，當(dāng)槍激發(fā)時(shí)，用來接收近場子波[4-5]。目前，各船隊(duì)會根據(jù)不同的合同要求配置不同數(shù)量的近場檢波器。在地震采集作業(yè)船上，近場數(shù)據(jù)主要有三個(gè)方面作用：①單槍測試用來測量槍壓力、容量、深度是否符合標(biāo)準(zhǔn)，槍是否有掛錯(cuò)等，主要用在項(xiàng)目開工時(shí)和槍陣配置發(fā)生變化時(shí)；②日常槍狀態(tài)檢查,每條測線完成后，檢查槍狀態(tài)，是否有漏氣、關(guān)槍等其它變化；③通過近場子波模擬遠(yuǎn)場子波。

某工區(qū)某條測線完成，發(fā)現(xiàn)近場顯示左源異常。進(jìn)行線后全面QC，提取槍控信息，發(fā)現(xiàn)槍壓力、深度、延遲等均正常，說明單槍狀態(tài)正常。通過導(dǎo)航線后報(bào)告和RGPS網(wǎng)絡(luò)定位圖分析，子陣擴(kuò)展間距小于3 m范圍恰好與近場氣泡周期變大的位置吻合(圖1)。

針對震源3875_6_88，總?cè)萘? 875 inch3,包含3個(gè)子陣，相鄰子陣擴(kuò)展間距為8 m，震源震源沉放深度6 m，采用標(biāo)準(zhǔn)模擬濾波器，采樣率2 ms，通過子陣擴(kuò)展間距對稱變化、單邊變化、非對稱變化三種情況,來分析子陣擴(kuò)展間距變化對震源子波特征的影響。

子陣擴(kuò)展間距對稱變化表示組成震源陣列子陣的擴(kuò)展間距,是關(guān)于震源陣列中心軸線呈對稱分布的(表1)。子陣擴(kuò)展間距單邊變化表示組成震源陣列子陣的擴(kuò)展間距一邊發(fā)生變化，另一邊不發(fā)生變化。子陣擴(kuò)展間距非對稱變化表示組成震源陣列子陣的擴(kuò)展間距,不是關(guān)于震源陣列中心軸線呈對稱分布的。

圖1 子陣擴(kuò)展間距變化影響示意圖Fig.1 Influence of changes in sub-arrays separations

通過大量的子波模擬分析，三種變化情況下，子陣擴(kuò)展間距在30%變化閾值內(nèi)，特征參數(shù)無明顯變化(表1)。

根據(jù)特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果繪制矩陣圖，可以得出以下結(jié)論：震源陣列擴(kuò)展寬度小于12 m或大于20 m時(shí)，都會導(dǎo)致子波特征發(fā)生變化。參考子陣擴(kuò)展間距變化質(zhì)控要求，綠色表示子陣擴(kuò)展間距變化不超標(biāo)，紅色表示子陣擴(kuò)展間距變化超標(biāo)(圖2)。

表1 子波模擬特征參數(shù)圖

圖2 子陣擴(kuò)展間距變化矩陣圖Fig.2 Matrix of sub array spread

2 正演模擬分析

1)當(dāng)子陣擴(kuò)展間距變化范圍在30%以內(nèi)：①子波1:3875_6_68:(變化后的震源子波，相鄰子陣間的擴(kuò)展間距分別為6 m、8 m,圖3中紅色曲線);②子波2:3875_6_88:(初始設(shè)計(jì)的震源子波，相鄰子陣間的擴(kuò)展間距分別為8 m、8 m，圖3中綠色曲線);③子波3:3875_6_7b:(變化后的震源子波，相鄰子陣間的擴(kuò)展間距分別為7 m、11 m，圖3中藍(lán)色曲線)。3組震源子波文件進(jìn)行對比分析(見圖3，圖4)，包括1組初始設(shè)計(jì)的震源子波文件和2組配置改變后的震源子波文件。

圖3 子陣擴(kuò)展間距變化遠(yuǎn)場子波對比Fig.3 Comparison of the far field wavelet for the spread of sub array

圖4 子陣擴(kuò)展間距變化模擬頻譜對比Fig.4 Simulation spectrum contrast of sub array spread

通過建立模型(圖5)，對實(shí)際子波進(jìn)行正演模擬分析，正演模擬觀測系統(tǒng)：道間距為12.5 m，炮點(diǎn)間隔為50 m，最小偏移距為150 m，記錄道數(shù)為480道，采樣間隔為2 ms，記錄長度為2.5 s，速度變化范圍在1 500 m/s～4 500 m/s之間，共178炮。

圖5 正演模型Fig.5 Forward modeling

通過以上三種子波的模擬分析對比，在單炮和疊加剖面上(圖6～圖9)，三種子波的模擬地震數(shù)據(jù)在振幅、頻率上都非常相近，基本上沒有變化。地震模擬數(shù)據(jù)結(jié)果與地質(zhì)層位基本一致，三種子波對地震資料的品質(zhì)沒有實(shí)質(zhì)性的改變。

圖6 正演模擬單炮Fig.6 Forward modeling single shot

2)當(dāng)加大子陣擴(kuò)展間距，變化范圍超過30%：①子波1:3875_6_44：(變化后的震源子波，相鄰子陣間的擴(kuò)展間距分別為4 m、4 m，圖7、圖9中紅色曲線)；②子波2:3875_6_88：(初始設(shè)計(jì)的震源子波，相鄰子陣間的擴(kuò)展間距分別為8 m、8 m，圖7、圖9中綠色曲線)③子波3:3875_6_4C：(變化后的震源子波，相鄰子陣間的擴(kuò)展間距分別為4 m、12 m，圖7、圖9中藍(lán)色曲線)。3組進(jìn)行對比分析。

通過以上三種子波的模擬分析對比，在單炮和疊加剖面上，三種子波的模擬地震數(shù)據(jù)在振幅、頻率上略有差別(圖10～圖13)，地震模擬數(shù)據(jù)結(jié)果與地質(zhì)層位基本一致，三種子波對地震資料的品質(zhì)有所改變。

圖7 正演模擬單炮頻譜Fig.7 Forward modeling single shot spectrum

圖9 正演模擬疊加頻譜Fig.9 Forward modeling stack spectrum

圖8 正演模擬疊加Fig.8 Forward modeling stack

圖10 子陣擴(kuò)展間距變化遠(yuǎn)場子波對比Fig.10 Comparison of the far field wavelet for the spread of sub array

圖11 子陣擴(kuò)展間距變化模擬頻譜對比Fig.11 Simulation spectrum contrast of sub array spread

圖12 正演模擬疊加Fig.12 Forward modeling stack

圖13 正演模擬疊加頻譜對比Fig.13 Forward modeling superimposed spectral correlation

3 實(shí)際數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場作業(yè)時(shí)，當(dāng)子陣擴(kuò)展間距由設(shè)計(jì)的8 m變化到5 m左右時(shí)，對實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析(圖14)發(fā)現(xiàn)，在單炮上，子陣擴(kuò)展間距變化前、后的頻譜非常接近。子陣擴(kuò)展間距變化對地震資料的品質(zhì)沒有實(shí)質(zhì)性的改變。

4 結(jié)論

通過以上子波模擬、正演及對實(shí)際數(shù)據(jù)的分析，可以得出以下結(jié)論：

圖14 實(shí)際數(shù)據(jù)單炮頻譜對比Fig.14 Comparison of actual data with single shot

1)對稱、單邊、不對稱子陣擴(kuò)展間距的變化，對震源子波的特征產(chǎn)生影響。在一定的變化范圍內(nèi)，震源子波的特征可以保持相對穩(wěn)定。如果超出了一定的變化范圍，震源子波的特征將不再保持穩(wěn)定。

2)實(shí)際操作中，空氣槍震源子波的相對穩(wěn)定性，需要在遵守子陣擴(kuò)展間距±30%有關(guān)條款的前提下給予保證。

3)為了確保采集地震資料的品質(zhì)，需在采集作業(yè)過程中對子陣擴(kuò)展間距的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)控。

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