海洋氣槍震源組合的應(yīng)用

申有軍

上海海洋石油局第一海洋地質(zhì)調(diào)查大隊，上海 201208

0 引言

氣槍震源可以產(chǎn)生沖擊子波，控制子波使之適合與石油勘探作業(yè)，成為海上地震勘探中應(yīng)用最廣泛的震源。氣槍震源在海洋探測中，可以降低污染發(fā)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(dāng)壓縮空氣（或其它氣體）在水中瞬間釋放，形成氣泡，產(chǎn)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(dá)10000 米。海洋地震勘探中氣槍激發(fā)時，將海洋氣槍內(nèi)部產(chǎn)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(dǎo)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(yīng)用氣槍震源進(jìn)行勘探，氣槍激發(fā)產(chǎn)生的信號由三部分組成：氣泡脈沖、直達(dá)波、震源鬼波。其中，直達(dá)波就是當(dāng)氣槍激發(fā)時直接生成的能量。震源鬼波，是由直達(dá)波在水面產(chǎn)生的反射波，由于水氣界面的反射系數(shù)是負(fù)的，所以它與直達(dá)波的極性相反。當(dāng)氣槍在水中激發(fā)后，形成震蕩氣泡，產(chǎn)生氣泡脈沖。

2 海洋勘探應(yīng)用氣槍震源組合的意義

在海洋勘探中，應(yīng)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(dá)到較好信噪比，而且，單槍聲波還受氣泡效應(yīng)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(zhǔn)確性；海洋單槍震源子波的波形產(chǎn)生主脈沖，在每一次的氣泡膨脹之后，會產(chǎn)生地震波，也會產(chǎn)生一些氣泡效應(yīng)，形成氣泡脈沖，從而將會影響海洋震源勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性[1]。可以應(yīng)用氣槍震源組合勘探海洋，通過不同容積氣槍同時激發(fā)形成調(diào)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(tài)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(yīng)用措施

在實際生產(chǎn)中，為降低地震數(shù)據(jù)在勘探過程中的影響，應(yīng)用氣槍震源組合進(jìn)行勘探，主要應(yīng)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(yīng)用單氣槍震源，易受氣泡脈沖的影響，穩(wěn)定性較差，不利于在實際中應(yīng)用。然而，在海洋中應(yīng)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(yīng)用中，選定合適工作容積海洋氣槍，然后可以按優(yōu)選的位置進(jìn)行氣槍布置，確保能使各海洋氣槍的輸出主脈沖產(chǎn)生疊加，將3 把氣槍安裝在一個剛性架上，當(dāng)氣槍陣在水下拖曳時，提高其穩(wěn)定性，并且當(dāng)海洋氣槍震源組合出現(xiàn)故障時，由控制臺來關(guān)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(yōu)化選擇氣槍震源組合形式

在海洋勘探中應(yīng)用氣槍震源，可以根據(jù)氣槍組合形式，采取協(xié)調(diào)組合與想干組合的形式進(jìn)行海洋勘探，具體方法就是：在調(diào)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(yīng)用中能夠維持子波形態(tài)不變。從而，對同步激發(fā)條件中，子波主脈沖之間沒有相位差，故此可以實現(xiàn)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(dǎo)致調(diào)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(yīng)用中效率較低。氣槍震源相干組合中，可以根據(jù)氣泡相干效應(yīng)，可以提高海洋氣槍震源組合的初泡比，導(dǎo)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(jìn)氣槍震源組合應(yīng)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(jìn)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(yīng)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(zhì)，氣槍在海里激發(fā)，合理選擇氣槍氣室容量、間距，而獲得優(yōu)異的震源激發(fā)品質(zhì)。

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(yīng)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(dǎo)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(dāng)需要獲取海洋深層資料時，應(yīng)采用大容量的氣槍組合。根據(jù)傳感器信息決定氣槍陣開啟時間，在設(shè)計海洋氣槍震源組合時，優(yōu)化設(shè)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(fā)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(yīng)用氣槍震源組合中，應(yīng)在氣槍震源組合系統(tǒng)正式投入使用之前，與地震儀進(jìn)行聯(lián)機檢查，并對氣槍系統(tǒng)做一致性檢[3]；同時也能夠根據(jù)氣槍震源組合數(shù)量，根據(jù)地質(zhì)任務(wù)選擇氣槍沉放深度。氣槍震源震源組合在實際應(yīng)用中工作壓力不能低于額定壓力90%，電纜絕緣阻值應(yīng)≥5ΜΩ，封閉氣路氣壓下降應(yīng)≤5%。且在每次激發(fā)時，確保連續(xù)激發(fā)合格率應(yīng)達(dá)為98%以上，以便可以滿足海洋勘探中高可靠性和質(zhì)量控制的要求。

4 結(jié)論

綜上所述，應(yīng)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(yīng)用中發(fā)揮重要作用，具有實際應(yīng)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(yīng)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(qū)氣槍震源陣列優(yōu)化組合研究與應(yīng)用[J].中國海上油氣，2012(3)：1-6，16.