氣泡效應對地震資料的干擾及壓制方法

石孟常，陳 琳，李慧龍，封楞楞，韓佳琛，趙 彤

（中海油田服務股份有限公司物探事業部，天津 300451）

空氣槍是利用壓縮空氣迅速釋放作為動力的一種非炸藥震源，也稱“氣槍法”，在海洋地震勘探中被廣泛應用[1-2]。利用氣槍將高壓空氣在極短的時間送入水中，形成氣泡，氣泡在水中發生膨脹與收縮相交替的振蕩，即造成振動。震源在水中形成的氣泡受周圍水介質的壓力作用而產生多次膨脹和收縮的現象，叫氣泡效應[3]。

氣泡效應在單槍狀態下是十分嚴重的，海上空氣槍震源通常使用槍陣組合[4]。槍陣組合方式不僅可以增加震源的激發能量，還可以利用空氣槍相干來壓制氣泡效應。李高林[5]提出的廣義線性反演方法壓制氣泡效應，利用地震記錄提取子波，構造線性方程消除氣泡；任婷等[6]提出對于深水資料，從直達波提取的子波壓制氣泡，取得了一定的效果；楊振等[7]通過PGS-Nucleus 軟件模擬遠場子波，再通過計算反子波算子實現子波整形，對深水數據的氣泡壓制取得了較好的效果；霍立鋒等[8]應用野外近場子波模擬遠場子波，利用最佳維納濾波方法設計確定性反褶積算子，達到壓制氣泡的效果。以上學者的研究各有特點，均取得了一定的效果，但對于淺水區氣泡壓制的研究較少。本文比較了子波處理方法在深水及淺水區域壓制氣泡的效果，試驗了噪音壓制方法壓制剩余氣泡的效果，結果表明，對淺水區資料的處理，子波處理與噪音壓制相結合壓制氣泡效果更佳。

1 氣泡效應現象分析

1.1 氣泡效應在單炮剖面的顯示

深水區采集施工時通常使用拖帶電纜方式施工，電纜距離海底表面較深。地層反射波和直達波明顯分離（圖1a），氣泡效應產生的直達波非常明顯，但對有效波影響較小。淺水區采集施工時不管使用那種方法施工，電纜距離海底表面較淺，氣泡效應產生的直達波混疊于有效波內（圖1b），對資料影響較大。氣泡效應造成的反射波與水深關系不大，均會混疊在有效波之內，單炮上直接通過肉眼難以識別。針對氣泡效應產生的直達波和反射波的不同特點需要使用不同方法予以壓制。

圖1 氣泡在深水區（a）和淺水區（b）地震采集的單炮

1.2 疊加剖面上的氣泡效應

在深水區施工時，通過切除就可消除氣泡效應產生的直達波對資料的影響，疊加剖面上無明顯痕跡。在淺水區施工時，切除只能適當減弱氣泡效應，不能從根本上去除影響。單炮經動校正后有效波被拉平，氣泡效應不能被拉平。切除之后有氣泡效應殘余，如圖2 所示。在疊加剖面上氣泡效應表現為周期性的“小尖”，氣泡效應能量產生的直達波相互交叉形成多層“小尖”，切除時保留氣泡效應能量產生的直達波越長，多層“小尖”現象越明顯，如圖3所示。氣泡效應造成的反射波在疊加剖面上表現為多條平行同相軸中靠下的低頻同相軸，波阻抗較大的界面比較明顯。

2 氣泡效應壓制

2.1 震源設計壓制氣泡

圖2 動校正+切除單炮

圖3 疊加剖面

震源設計時，有多種方法壓制氣泡效應。在較 淺的深度激發，氣泡到達水面以后就破裂了，不會發生震蕩，模擬單炮上的氣泡效應較弱。另外可以在選定了爆炸深度后，調整空氣槍之間的相干間距。選擇合適的槍陣配置，使各個小空氣槍氣泡相互干擾，氣泡上升至水面前破裂為小氣泡，以減弱或消除重復沖擊波。

實際生產作業時，震源設計需要根據勘探目的來綜合考慮，不能單一考慮壓制氣泡比而犧牲其他震源屬性。震源設計與實際響炮有所差異，例如關槍、槍深隨海浪變化、壓力變化等原因導致實際響炮時無法達到壓制氣泡效果。因此，壓制氣泡效應不僅要從震源設計入手，還要在后期的地震資料處理時加以壓制。另外，不同種類的空氣槍本身壓制氣泡效應的性能有所不同，選用合適的空氣槍同樣重要。如圖4 所示，在同一工區，氣槍容量、震源深度、氣槍壓力、氣槍槍距、地質目標等均相同的情 況下，SLEEVE 槍和G 槍壓制氣泡效果截然不同。

圖4 SLEEVE 槍槍陣壓制效果（a）與G 槍槍陣壓制效果（b）對比

2.2 子波處理壓制氣泡

子波處理方法是利用模擬的遠場子波，進行反轉時移，預測反褶積處理，得到期望輸出子波，再利用反褶積求取去氣泡因子，最后將去氣泡因子與地震數據進行褶積，從而達到去氣泡效果。通常有三種獲取遠場子波的方法，即直接測量、提取子波和模擬子波。直接測量法得到的遠場子波精度高但獲取難度大，應用較少；提取子波法對數據品質依賴較高，深水區提取較為準確，淺水區因直達波、反射波、折射波等相互疊加干擾，提取的子波可信度較低；模擬的遠場子波已非常接近實際子波，本文采用模擬子波。圖5 是深水區域子波法壓制氣泡效應前后疊加剖面對比，子波處理后，壓制氣泡導致的低頻干擾波效果較好。

圖5 子波處理前疊加剖面（a）與子波處理后疊加剖面（b）對比

地震震源激發時所產生的近場子波僅是一個延續時間極短的尖脈沖，隨著尖脈沖在介質中的傳播，高頻成分很快壓制，隨后以穩定的遠場子波形式傳播。這個過程一般需要2 至3 個相位的延續長度，大約90 ms。在淺水區施工時，采集到的近偏移距直達波更接近近場子波形態，并且與面波、鳴震等其他干擾波相互混疊。在能量表現上與模擬的遠場子波并不能完全吻合。因此，子波法對淺水區近偏移距的氣泡效應產生的干擾波壓制效果并不理想，需要通過其他處理手段加以壓制。圖6 是子波法壓制氣泡效應前后對比，從圖6b 可以看出，淺水區應用子波法去氣泡效應時有部分剩余能量。

圖6 子波處理前（a）、子波處理后（b）及前后差異（c）對比

2.3 常規噪音壓制

針對淺水區近偏移距氣泡效應，在進行子波處理后，剩余能量可利用干擾波與有效波視速度上的差異加以壓制。中間氣泡效應與面波等其他干擾波相互作用，導致中間出現低頻強能量團。針對強能量團，可利用能量差異及頻率差異加以壓制，如圖7所示，圖7a 為原始炮集，圖7b 為在圖6b 基礎上，進行氣泡噪音壓制后的結果，可以看出氣泡噪音得到了很好壓制，圖7c 為去噪前后的差。圖8a 為原始疊加剖面，圖8b 為子波處理加氣泡噪音壓制后的疊加剖面，圖8c 為壓制掉的氣泡噪音，可以看出疊加剖面上因氣泡噪音造成的低頻能量得到了較好的壓制。通過對比可以看出，子波處理后，再運用去噪的方法可以較好地壓制子波處理后的剩余能量。

圖7 氣泡噪音壓制前（a）、壓制后（b）及前后差異（c）對比

圖8 去噪前疊加剖面（a）、去噪后疊加剖面（b）及去掉的氣泡噪音（c）對比

3 結論

（1）生產作業時的震源設計要綜合考慮氣槍容量、氣槍壓力、氣槍沉放深度、地質目標等因素，不能單一考慮壓制氣泡比而犧牲其他震源屬性。

（2）利用子波處理方法，壓制深水地震資料的氣泡效果較好，但是在淺水區域，僅利用子波方法，壓制氣泡效果不理想。

（3）針對淺水區氣泡效應，通過子波處理與常規噪音壓制相結合的方法，可以有效壓制氣泡，在實際地震資料處理中取得了較好效果。