江陵凹陷长江水域地震采集激发技术研究

曾昭锋

（中石化石油工程地球物理有限公司江汉分公司，湖北 潜江433199）

江陵凹陷预测地质储量1.04×108t，目前探明储量1 919万t，探明率仅为18.3%，说明该区为油气勘探的有利区块，勘探潜力大。由于长江水域贯穿整个江陵凹陷、各支流纵横交错，无法使用炸药震源。因此，江陵凹陷李埠南地区、资北地区以及金家场地区一直是三维资料空白区，加上二维地震资料受地表条件影响品质很差，导致该区无法连片解释，给该区油气的增储上产带来很大难度。

针对长江水域由于大面积使用非炸药震源（空气枪），资料品质难以保证的问题，探索能提高长江水域空气枪激发效果的空气枪施工参数和相关技术。

1 空气枪激发效果影响因素分析

空气枪激发时，将气枪中的高压空气释放到水中，迅速形成球形的气泡，由于气泡内压力大于周围静水压力，导致气泡迅速膨胀形成第一个压力脉冲，即气枪的主脉冲，它传播出去就形成地震波；气泡继续膨胀，直至初始获得的能量全部转化为周围水压的势能，体积达到最大；随后气泡开始变小，气体重新被压缩直至高压状态，从而开始一个新的气泡膨胀周期。每一次气泡膨胀都会形成一个气泡脉冲，这就是气泡效应。由于气泡的每一次振荡都会有能量的损耗，所以每一次形成的脉冲就越来越小。多次气泡胀缩使气枪子波产生多次振荡，降低了地震资料的分辨率。气泡效应大小与气枪组合方式、气枪沉放深度和气枪容量等有关。

2 空气枪激发参数分析

在地震资料采集中，一般要求空气枪的子波及频谱（图1）为：①气泡振幅要小，A1／A2＞10；②第一个脉冲振幅要大，A1＞24巴米（巴米表示枪的能量单位，是距离枪1m处所测到的枪的压力）；③子波信号稳定，对于目前高分辨率地震资料采集，有两个附加要求；④子波的脉冲宽度要窄，即△T要小，以保证有足够宽的频谱；⑤枪阵要小，使之接近点震源。

图1 空气枪的子波和频谱图

2.1 空气枪沉放深度试验分析

根据空气枪工作原理，为了压缩空气枪子波的脉冲宽度，提高地震资料采集分辨率，必须控制空气枪的沉放深度。气枪沉放较深时，所释放出的高压空气被封闭在水中形成高压气泡，这个气泡振动上浮直到露出水面，这时能量强，气泡振动严重；气枪沉放较浅时，由于外界压力变小，所释放的高压空气可能冲出水面使气泡震动减弱；同时，由于能量的散失，气枪子波的能量亦大为减弱，随枪深变浅，高压空气冲出水面时速度加快，致使气枪子波的第一脉冲迅速达到最大，脉冲宽度变窄。总之，枪深越浅，子脉冲越窄，相应频谱越宽。但是为了保证一定的激发能量，必须选取一定的沉放深度，在控制气泡振动的同时加强激发能量。

资北三维采集项目在空气枪沉放深度做了相关试验，试验参数如下：深度分别为1.5，2，2.5，3和3.5m（5炮，两个试验点共10炮）；气压为1 800PSI；枪阵组合为14枪；容量为1 360立方英寸。

对不同沉放深度的空气枪单炮记录进行了分析，从20～40Hz分频扫描记录可以看出2m和2.5m深度的记录要稍稍好于其它沉放深度，3.5m深度的记录与其它深度相比要稍差。随着空气枪沉放深度加深，水下压强增大，一定程度上压制了空气枪能量向下的传播，所以沉放深度不是越深越好（图2）。

图2 空气枪沉放深度试验分频扫描记录

利用Klseis软件对5种不同沉放深度空气枪单炮进行能量、信噪比分析。取2.3～3.3s主要目的层开时窗分析，从其能量对比中可以看出在气压1 800PSI、14枪的情况下，2.5m深度激发能量要强于其它深度；从信噪比对比中可以看出2.5m沉放深度的信噪比也最好。

2.2 空气枪气压试验分析

为了获取空气枪最佳激发气压，资北三维项目在空气枪采集开始前设计了不同气压激发试验（图3），试验参数如下：气压分别为1 600，1 700，1 800和1 900PSI；沉放深度为2.5m；阵列组合为14枪。

图3 气压试验分频扫描记录

从图3分频扫描记录可以看出：压强1 800PSI和1 900 PSI的记录要稍稍好于压强为1 600PSI和1 700PSI的记录。

通过Klseis软件对5种不同沉放深度空气枪单炮选取2.3～3.3s目的层开时窗进行能量、信噪比和道间频率分析。从其能量对比可以看出气压为1 800 PSI、1 900PSI激发能量要强于其它气压；从信噪比对比可以看出1 600PSI的激发压强最好，其次是1 900 PSI，其它两种气压信噪比相差不大。从道间集频率分析中可以看出1 900PSI激发压强的频率特性最好。

根据资北三维试验结果可知，随着气枪激发气压的增加，获得的单炮资料品质逐步提高，在李埠南三维和金家场三维施工时采用2 000PSI气压进行施工有效提高了空气枪单炮记录品质。从李埠南三维空气枪施工的单炮记录可以看出，空气枪激发能量、信噪比都得到有效提高，浅、中、深目的层有效反射强，同相轴连续性好。

2.3 空气枪阵列组合试验分析

一般情况下，通常采用相干枪阵法消除气泡振幅，改进气枪子波特性。相干枪阵法是利用同容量的枪相距很近时，所产生的气泡相互抑制进而缩小了气泡振动的原理（图4）。图4a中，圆代表气枪激发的气泡。当距离较大时，气泡之间没有影响；当距离小到两气泡在最大半径几乎相切时，气泡的振动互相制约而减弱了气泡振动。图4b中是两支相干枪的子波和两支与相干枪容量相同独立枪的子波比较，可以看出独立枪的子波气泡振动要比相干枪大得多。这种抑制气泡振动的方法除可有效地抑制气泡振动外，还有阵列小、枪距小、用几个容量相同的小枪相干而不使用大枪的优点。

图4 气泡振动原理及子波对比

目前长江水域采取的就是这种阵列组合。资北三维采用14枪阵列组合，李埠南三维采用28枪小容量气枪阵列组合。

不同气枪阵列组合单炮20～40Hz分频记录显示：资料品质随着气枪组合的数量增加而增强（图5）。

从14枪阵列组合和28枪阵列组合所获单炮记录可以看出，28枪阵列组合所得资料品质明显好于14枪阵列组合（图6）。

图5 阵列组合20－40Hz分频扫描记录

图6 不同气枪阵列组合单炮对比

2.4 空气枪叠加次数试验分析

空气枪叠加试验是在同一个位置，按照相同的激发参数放8炮，然后在8炮中选取资料分别叠加炮次以合成不同叠加次数的单炮记录。按照试验任务的要求分别合成1次、2次、3次、4次、5次、6次、7次、8次叠加的试验单炮资料（阵列组合14枪，气压1 800PSI）。

分析不同叠加次数单炮20～40Hz的分频记录，看到1～8次的叠加记录区别不是很明显，随着叠加次数的增加，记录并没有太大的改善。分析8次叠加的振幅谱图，可见1～8次在有效频率范围内的振幅没有明显的区别，随叠加次数的增加振幅能量没有很明显的优势，反而1次、2次的振幅谱效果要稍好于7次、8次的叠加（图7）。

图7 叠加次数试验振幅谱对比图

从对资北三维空气枪垂直叠加次数的试验分析可以看出，不同的垂直叠加次数对气枪单炮记录没有明显的影响，所以综合生产效率及单炮记录品质等各方面的因素采用一次叠加能满足地质任务要求。

2.5 不同河床深度激发效果分析

由于河流的强烈作用，使长江的河床底部在不同部位的高程高低不一。考虑到河床深度对地震资料品质的影响，本次试验对比分析了河床深度从2m至25m的空气枪激发效果。试验数据取自金家场三维空气枪激发试验。试验参数如下：河床深度分别为2，4，6，8，10，13，16，19，22和25m（共10炮）；沉放深度为2m；气压为2 000PSI；容量为2 070立方英寸；阵列组合为28枪组合。

从空气枪不同河床深度激发试验单炮30～60Hz分频记录上看，13m以下河床深度的单炮显示浅、中、深目的层反射波组齐全，同相轴清晰，特别是2，4，6和8m河床深度的单炮明显强于其他河床深度的单炮；超过13 m河床深度的30～60Hz记录上显示主要目的层反射较弱。综合以上分析可以看到，随着河床深度的加大，单炮记录品质没有明显的改善，反而逐渐变差，这说明随着河床深度的加深，气泡压力在振荡过程中逐渐减小。因此，在施工中应该选取合适的河床深度来做空气枪激发点位，确保空气枪单炮记录品质。

2.6 空气枪能量传播距离分析

资北三维长江段cdp号为329291经过动校正后的共反射点道集（图8）。从图8中可以看出，在偏移距0～2 000m内目的层T8清晰、连续；在偏移距2 000～3 800m范围内，由于能量吸收衰减作用，随着偏移距的增加，目的层T8变得模糊且连续性变差，但还是可以识别追踪；而偏移距大于3 800m后几乎看不到T8的有效反射，且受动校拉伸畸变的影响，1.9s以上资料都被切除掉。由此可见，针对目的层T8，空气枪激发时排练长度在0～2 000m偏移距范围内是获得T8反射层资料最佳范围，在偏移距2 000～3 800m范围内，仍然可以获得目的层的反射资料；而大于3 800m，由于能量吸收衰减和动校拉伸畸变的影响，几乎看不到T8目的层的有效信息，即最大炮检距应小于3 800m。

图8 空气枪炮检距分析

3 空气枪激发效果分析

3.1 单炮分析

从资北三维空气枪的单炮记录（1 800PSI气压、1 360立方英寸容量、14枪组合）来看，空气枪的能量较强，频率特性较好，目的层同相轴比较清晰而且连续性好，2.5s以上都能得到有效反射。30～60Hz分频扫描仍然可以看到有效反射（2～2.5s），波组连续性好，能量强（图9）。

图9 资北三维空气枪单炮

3.2 剖面效果分析

空气枪震源资料对于弥补剖面缺口至关重要，采用空气枪施工前后剖面对比（图10）：不进行空气枪施工，缺口很大，深度在1.5s；采用空气枪施工后，剖面缺口缩小至0.5s以上。

图10 资北横向剖面缺口对比

不同方向所获剖面效果对比显示了多种震源联合施工的重要性和必要性，同时也为江陵凹陷复杂水网禁炮区三维施工积累了丰富的施工经验。

4 结论

通过空气枪不同激发参数的分析，取得了一套相对成熟的平原水网长江水域地震采集的空气枪激发参数。经过深入分析，得出以下结论：

1）空气枪激发沉放深度在2～2.5m最为合适；空气枪阵列时，28枪组合明显优于14枪组合。

2）较大的气枪气压有利于提高单炮资料品质，多次垂直叠加对单炮资料品质没有明显改善。

3）根据现有气枪设备及其性能，激发能量受到一定限制，不适宜较大偏移距接受；在多震源联合施工时要做好一致性处理。

4）在一定的河床深度内（金家场地区长江段在10m以下），气枪激发单炮品质没有明显的影响，超过10m后，随着河床深度的增加，资料品质有所降低。

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