气泡效应对地震资料的干扰及压制方法

2021-04-30石孟常李慧龙封楞楞韩佳琛

石油地质与工程 2021年2期

石孟常，陈琳，李慧龙，封楞楞，韩佳琛，赵彤

（中海油田服务股份有限公司物探事业部，天津 300451）

空气枪是利用压缩空气迅速释放作为动力的一种非炸药震源，也称“气枪法”，在海洋地震勘探中被广泛应用[1-2]。利用气枪将高压空气在极短的时间送入水中，形成气泡，气泡在水中发生膨胀与收缩相交替的振荡，即造成振动。震源在水中形成的气泡受周围水介质的压力作用而产生多次膨胀和收缩的现象，叫气泡效应[3]。

气泡效应在单枪状态下是十分严重的，海上空气枪震源通常使用枪阵组合[4]。枪阵组合方式不仅可以增加震源的激发能量，还可以利用空气枪相干来压制气泡效应。李高林[5]提出的广义线性反演方法压制气泡效应，利用地震记录提取子波，构造线性方程消除气泡；任婷等[6]提出对于深水资料，从直达波提取的子波压制气泡，取得了一定的效果；杨振等[7]通过PGS-Nucleus 软件模拟远场子波，再通过计算反子波算子实现子波整形，对深水数据的气泡压制取得了较好的效果；霍立锋等[8]应用野外近场子波模拟远场子波，利用最佳维纳滤波方法设计确定性反褶积算子，达到压制气泡的效果。以上学者的研究各有特点，均取得了一定的效果，但对于浅水区气泡压制的研究较少。本文比较了子波处理方法在深水及浅水区域压制气泡的效果，试验了噪音压制方法压制剩余气泡的效果，结果表明，对浅水区资料的处理，子波处理与噪音压制相结合压制气泡效果更佳。

1 气泡效应现象分析

1.1 气泡效应在单炮剖面的显示

深水区采集施工时通常使用拖带电缆方式施工，电缆距离海底表面较深。地层反射波和直达波明显分离（图1a），气泡效应产生的直达波非常明显，但对有效波影响较小。浅水区采集施工时不管使用那种方法施工，电缆距离海底表面较浅，气泡效应产生的直达波混叠于有效波内（图1b），对资料影响较大。气泡效应造成的反射波与水深关系不大，均会混叠在有效波之内，单炮上直接通过肉眼难以识别。针对气泡效应产生的直达波和反射波的不同特点需要使用不同方法予以压制。

图1 气泡在深水区（a）和浅水区（b）地震采集的单炮

1.2 叠加剖面上的气泡效应

在深水区施工时，通过切除就可消除气泡效应产生的直达波对资料的影响，叠加剖面上无明显痕迹。在浅水区施工时，切除只能适当减弱气泡效应，不能从根本上去除影响。单炮经动校正后有效波被拉平，气泡效应不能被拉平。切除之后有气泡效应残余，如图2 所示。在叠加剖面上气泡效应表现为周期性的“小尖”，气泡效应能量产生的直达波相互交叉形成多层“小尖”，切除时保留气泡效应能量产生的直达波越长，多层“小尖”现象越明显，如图3所示。气泡效应造成的反射波在叠加剖面上表现为多条平行同相轴中靠下的低频同相轴，波阻抗较大的界面比较明显。

2 气泡效应压制

2.1 震源设计压制气泡

图2 动校正+切除单炮

图3 叠加剖面

震源设计时，有多种方法压制气泡效应。在较浅的深度激发，气泡到达水面以后就破裂了，不会发生震荡，模拟单炮上的气泡效应较弱。另外可以在选定了爆炸深度后，调整空气枪之间的相干间距。选择合适的枪阵配置，使各个小空气枪气泡相互干扰，气泡上升至水面前破裂为小气泡，以减弱或消除重复冲击波。

实际生产作业时，震源设计需要根据勘探目的来综合考虑，不能单一考虑压制气泡比而牺牲其他震源属性。震源设计与实际响炮有所差异，例如关枪、枪深随海浪变化、压力变化等原因导致实际响炮时无法达到压制气泡效果。因此，压制气泡效应不仅要从震源设计入手，还要在后期的地震资料处理时加以压制。另外，不同种类的空气枪本身压制气泡效应的性能有所不同，选用合适的空气枪同样重要。如图4 所示，在同一工区，气枪容量、震源深度、气枪压力、气枪枪距、地质目标等均相同的情况下，SLEEVE 枪和G 枪压制气泡效果截然不同。

图4 SLEEVE 枪枪阵压制效果（a）与G 枪枪阵压制效果（b）对比

2.2 子波处理压制气泡

子波处理方法是利用模拟的远场子波，进行反转时移，预测反褶积处理，得到期望输出子波，再利用反褶积求取去气泡因子，最后将去气泡因子与地震数据进行褶积，从而达到去气泡效果。通常有三种获取远场子波的方法，即直接测量、提取子波和模拟子波。直接测量法得到的远场子波精度高但获取难度大，应用较少；提取子波法对数据品质依赖较高，深水区提取较为准确，浅水区因直达波、反射波、折射波等相互叠加干扰，提取的子波可信度较低；模拟的远场子波已非常接近实际子波，本文采用模拟子波。图5 是深水区域子波法压制气泡效应前后叠加剖面对比，子波处理后，压制气泡导致的低频干扰波效果较好。

图5 子波处理前叠加剖面（a）与子波处理后叠加剖面（b）对比

地震震源激发时所产生的近场子波仅是一个延续时间极短的尖脉冲，随着尖脉冲在介质中的传播，高频成分很快压制，随后以稳定的远场子波形式传播。这个过程一般需要2 至3 个相位的延续长度，大约90 ms。在浅水区施工时，采集到的近偏移距直达波更接近近场子波形态，并且与面波、鸣震等其他干扰波相互混叠。在能量表现上与模拟的远场子波并不能完全吻合。因此，子波法对浅水区近偏移距的气泡效应产生的干扰波压制效果并不理想，需要通过其他处理手段加以压制。图6 是子波法压制气泡效应前后对比，从图6b 可以看出，浅水区应用子波法去气泡效应时有部分剩余能量。

图6 子波处理前（a）、子波处理后（b）及前后差异（c）对比

2.3 常规噪音压制

针对浅水区近偏移距气泡效应，在进行子波处理后，剩余能量可利用干扰波与有效波视速度上的差异加以压制。中间气泡效应与面波等其他干扰波相互作用，导致中间出现低频强能量团。针对强能量团，可利用能量差异及频率差异加以压制，如图7所示，图7a 为原始炮集，图7b 为在图6b 基础上，进行气泡噪音压制后的结果，可以看出气泡噪音得到了很好压制，图7c 为去噪前后的差。图8a 为原始叠加剖面，图8b 为子波处理加气泡噪音压制后的叠加剖面，图8c 为压制掉的气泡噪音，可以看出叠加剖面上因气泡噪音造成的低频能量得到了较好的压制。通过对比可以看出，子波处理后，再运用去噪的方法可以较好地压制子波处理后的剩余能量。