海上地震勘探氣槍漏氣的定量評價探討

唐松華，余 錦，張福祥，周 政，張麗娟，李尚坤

（中石化海洋石油工程有限公司，上海 200120）

海洋地震資料采集過程中，空氣槍震源作為主要激發手段，為海洋地震資料采集發揮了極大的作用?？諝鈽屨鹪词巧鲜兰o60 年代發明的，經過半個多世紀的發展與應用，空氣槍震源因具有精度高、性能穩定可靠、重復性好、經濟適用等諸多優點已成為海洋地震勘探中應用最廣泛的震源。油氣田勘探開發過程中，地震資料的后續處理，包括反演、AVO、地震屬性分析等技術都要求震源具有良好的一致性[1]。

1 國內外海洋地震勘探過程中震源監控現狀

目前在施工過程中，陣列組合中單槍的狀態可以利用槍控軟件來進行監控，BigShot 以及DigiShot 槍控器是目前最常見的兩種氣槍控制系統，其自身的軟件系統以門限設置為基準，以出錯報警為結果，幫助操作員監控單槍的狀態[2]。近場檢波器也可以用來監視震源工作狀態，空氣槍漏氣時，近場數據子波波形會有所變化，通過子波波形剖面可以準確查出漏氣的具體炮號[3]。

當陣列中某個單槍出現漏氣時，需要用相同容量的備用槍進行替代，當多個氣槍因漏氣或其他故障而關槍，導致不滿足關槍標準時，現場監督一般要求停止作業進行維修。

如上所述，目前對空氣槍震源的監測或線下抽查震源質量，都是針對單槍或者相干槍組合進行分析，以判斷其是否不符合關槍標準，或存在不合格情況等。

我們都知道氣槍漏氣是比較常見的一種故障，震源是由多個單槍或相干槍進行組合后形成的整體。如果氣槍陣列壓力、激發總容量都滿足要求，只是存在多個氣槍漏氣，比如某測線施工過程中ABCD 四個小槍存在輕微漏氣（如果這四個氣槍同時關閉則不符合關槍標準），對于現場監督如何把控震源質量就缺少可參考的標準。本文嘗試利用組合近場子波，并對子波開展一致性分析來判斷震源陣列的激發質量。

2 方法及實現

近場檢波器可以實時記錄每一個單槍或者組合槍的近場子波，利用所有這些單槍數據或者組合槍的數據通過一定的計算方法可推算出遠場子波[4]，或者疊加組合可以形成每一炮的組合近場子波，利用組合近場子波或遠場子波的相關分析和振幅RMS 等屬性即可對震源實現一致性和穩定性等屬性分析，為現場計算方便，這里采用組合近場子波計算方法。

2.1 子波組合

設Fi,k為第i個氣槍或相干槍吊點的近場子波記錄，Yk為疊加輸出后的第k點上的采樣值，則

式中：n為近場子波的采樣點數，k為時間采樣點序號。

2.2 子波相關分析

在信號處理中，通?？梢允褂没ハ嚓P系數來評估兩信號的相似程度?；ハ嚓P系數的計算有Pearson、Spearman、kendall 等多種方法，本文采用Pearson 相關系數，公式如下：

式中：X，Y為兩個近場子波信號；k為信號采樣點序號；n為近場子波采樣點數；r為互相關系數?；ハ嚓P系數可以在時間域計算，也可以在頻率域計算。參考相關關槍標準的依據（頻譜與設計震源頻譜的相關系數不小于0.998[5]），野外采集由于噪聲的影響，建議實際子波頻譜的互相關系數取設計子波相關系數的99%，即0.998*99%=0.988，或者根據甲方要求及工區實際情況進行取舍。圖1為某工區某測線震源陣列組合后的近場子波及頻率域互相關系數，互相關系數都在0.99 以上，表明該震源激發子波一致性很好。

2.3 子波能量分析

在子陣壓力滿足設計要求的前提下，可以使用近場子波振幅均方根AMP (RMS)和振幅最大值AMP (MAX)進行分析。振幅RMS 與最大振幅的基準值可以選擇工區施工初期正常測線的振幅值進行參考。根據現場對震源能量的對比經驗，振幅值在基準值的±10%以內即為合格。

圖1 某測線陣列組合近場子波（上）及互相關系數（下）

3 應用實例

圖2 陣列中多個氣槍漏氣的單槍近場子波波形

圖2 為某一工區兩條測線4 個單槍的近場子波剖面，從圖上可以看出4 個單槍都存在不同程度的漏氣現象。圖3 為陣列吊點15 單槍的近場子波波形、互相關系數以及振幅屬性；圖4 為該陣列近場子波組合后的子波波形、互相關系數以及振幅屬性。從圖4 中可以看出，P1026 測線子波互相關系數從FFID350 開始即出現明顯下降，小于0.988，最小為0.971；振幅最大值也同時出現了明顯下降，最小值為1.85，與正?；鶞手?.5 之差達到了26%，遠遠超出10%，所以從一致性和能量穩定性方面分析，此測線的震源質量都不符合要求。但是，P1040 測線的組合子波相關系數都高于0.988，普遍在0.995 以上，振幅最大值大多數在2.3 以上，處于基準值2.5±10% 以內，基本符合要求。

圖3 單個氣槍的近場子波波形、相關系數、振幅RMS 及最大振幅MAX

圖4 氣槍子陣組合后的近場子波波形、相關系數、振幅RMS 及最大振幅 MAX

4 結論

氣槍漏氣對震源子波有影響，在發生氣槍漏氣等異常情況而又不能套用關槍標準時，通過對近場子波組合并進行互相關系數分析和能量一致性分析，可以為氣槍陣列的激發品質提供定量評價參考。