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利用PGS-Nucleus软件模拟远场子波有效压制气泡效应

2020-02-21 373 上传者：管理员

摘要： 伴随着气枪阵列震源的激发，气泡效应随着产生，这种现象会对地震资料浅层成像效果产生重大影响。其中天然气水合物地震资料的分辨率和信噪比受其影响最大。利用PGS-Nucleus对实际震源远场子波进行模拟。通过该远场子波与远场子波作用，达到压制气泡的效果。该方法是代替远场子波的好方法，能够在保护有效反射的情况下提高地震资料的分辨率和信噪比，进而有效压制气泡效应。

关键词：
压制气泡气
子波处理
气泡效应
远场子波
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枪震源是20世纪60年代发明的，其具有精度高､稳定性好､子波一致性好､费用经济等特点。1956年Keller等人提出了“自由气泡震动理论”，即气枪瞬间激发，向海水中释放高压气体，形成自由振动的圆形气泡，并进行周期性的阻尼扩张和收缩，压力子波形成并在水中传播[1-4]。由于气枪震源的特点，在海上地震勘探作业中，常常伴随着气泡效应，在地震数据上主要表现为海底同相轴下方存在与之平行的低频同相轴且浅层频谱曲线低频端震荡不光滑[5]，严重影响地震数据的分辨率和信噪比。因此，如何压制气泡效应成为海上地震勘探和地震资料处理的重要目标。

众多学者主要从震源组合和后期地震数据处理两个方面对气泡效应压制开展了大量的研究工作。1989年开始，我国海上地震勘探引入了GI枪震源，与传统的Bolt枪､G枪等相比，压制气泡效应方面有了质的提高。GI枪分为G腔和I腔两个腔室激发地震波，其工作原理是G腔激发脉冲信号后，I腔激发压制G腔产生的气泡震荡，达到压制气泡效应的效果[6]。目前，海上勘探中通常采用枪阵组合压制气泡效应。李绪宣等[7]研究表明组合枪阵可以更好的提高子波主脉冲，单枪震源波泡比为2.7，组合震源波泡比为37.8，其在气泡压制上具有较好的效果。在地震数据处理时，需要运用野外采集的远场子波求取反子波算子，进而实现子波整形，从而压制气泡。然而，远场子波的测量需要耗费大量的人力和物力，1984年ParkesGE等[8]对实测远场子波和通过近场子波模拟远场子波进行了对比分析，相似度非常高(图1所示)；1985年SafardMH等[9-10]利用P400水枪实测气枪远场子波和近场子波模拟远场子波对比分析，相似度也非常高，因此在已知近场子波的情况下模拟远场子波是可行的。此外，王卫华等[11-13]提出多道统计子波反褶积技术，压制气泡并提高分辨率；陈浩林､任婷等[2-5]分别利用近场子波和直达波模拟远场子波进行预测反褶积处理，在保幅保真的同时，压制气泡，提高分辨率。

图1实测远场子波与模拟远场子波对比；图2野外气枪震源阵列组合图；图3PGS-Nucleus软件模拟远场子波；图4压制气泡技术路线图

PGS-Nucleus软件模拟远场子波的原理本质上也是通过枪阵近场子波模拟远场子波的。本文运用PGS-Nucleus软件模拟野外真实震源远场子波，利用OMEGA处理软件中的SWP工具计算反子波算子，实现子波整形，取得较好的气泡压制效果。

1､利用远场子波压制气泡技术路线

本文实测地震资料的野外震源系统是由一排气枪阵列组成，总容量达570cu.in.，工作气压为2000PSI，沉放深度为水面以下5m，其中阵列长度为15m(如图2所示)。该震源组合经过多年的生产作业，证明可以有效压制气泡效应，但也存在部分残留气泡，影响浅层目标高精度成像。利用PGS-Nucleus软件输入气枪震源组合，模拟远场子波(图3)，其波泡比为24.1，远远优于单枪震源。本文技术路线，主要是利用PGS-Nucleus软件模拟的远场子波，经过反极性､插入电缆鬼波以及预测反褶积等处理，进而得到期望输出子波，通过反褶积得到反子波算子(图4)。地震数据与反子波算子进行褶积，从而在保护有效反射的情况下有效压制气泡效应，提高地震资料的分辨率和信噪比，也可以尽量规避多次波自适应相减中“误伤”深层有效反射成像。

2､实测地震资料压制气泡应用

本文实测地震数据区域为南海BK海域。该区域发育有巨型滑塌体，具有较高孔隙度，且地层有机质禀赋，是天然气水合物赋存的有利区。天然气水合物发育于海底陆坡浅层，气泡效应将严重影响天然气水合物储层的分辨率以及海底多次波附近的深层有效反射，因此压制气泡效应将显得尤为重要。基于本文实测地震数据震源组合和图4所示技术路线，利用PGS-Nucleus软件模拟远场子波，从而得到反子波算子，如图5所示。

图5a为PGS-Nucleus软件模拟远场子波，可以看出气泡成周期性分布(如图5a蓝色箭头处)；图5b为远场子波反极性，主要是因为野外地震记录的极性跟远场子波上的极性是相反的，为了跟地震数据匹配所以才把远场子波反极性；图5c为将远场子波波谷负起跳点时移到零点，主要是为了跟地震数据匹配，可防止子波整形后地震数据发生时移；图5d为远场子波中插入电缆鬼波，主要是因为远场子波模拟过程中未考虑电缆鬼波效应，为了跟地震数据匹配，需插入电缆鬼波；图5e为将图5d进行预测反褶积，压制远场子波气泡，将其作为期望输出子波。经过一系列的子波处理，可得到与地震数据匹配的远场子波(图5d)和期望输出子波(图5e)。因此，利用反褶积可以得到反子波算子，如图5f所示。利用图5f所示的反子波算子，与实测地震数据进行褶积处理，可以有效压制气泡效应(如图6所示)。

从图6中可以看出，压制前，海底下面存在明显的低频反射轴，严重影响海底浅层的成像效果；压制后，低频反射轴得到明显压制。从图7黑色圆圈内可以看出，频谱低频端由气泡造成的震荡得到明显改善，且频谱整体未发生明显变化，说明气泡效应得到有效压制。因此，通过PGS-Nucleus软件模拟远场子波，进行子波整形处理，能够在保护有效反射的情况下提高地震资料的分辨率和信噪比，进而有效压制气泡效应。

图5(a)远场子波；(b)远场子波—反极性；(c)远场子波—时移至负起跳；(d)远场子波—插入电缆鬼波；(e)远场子波—预测反褶积压制气泡；(f)远场子波—反子波算子；图6地震资料压制气泡前后对比(左:压制前，右:压制后)

3､结论

(1)海上勘探中，采用GI枪阵组合可以有效压制气泡效应。G腔激发脉冲信号后，I腔激发压制G腔产生的气泡震荡，达到压制气泡效应的效果。在GI枪基础上，通过组合枪阵，相干加强提高子波主脉冲，不相干减弱子波气泡，从而压制气泡效应。

(2)PGS-Nucleus模拟的远场子波，经过反极性､时移插入电缆鬼波以及预测反褶积等处理，得到反子波算子，进而进行褶积处理，可以在保护有效反射的情况下有效压制气泡效应，提高地震资料的分辨率和信噪比，也尽可能地规避多次波自适应相减中“误伤”深层有效反射成像。

(3)PGS-Nucleus模拟的远场子波不仅可以进行气泡压制，还可以进行子波零相位化等处理。压制气泡过程中，仅需要处理远场子波尾端的气泡效应，不会改变子波主波段的振幅相位特征，子波整形幅度不是很大。

参考文献:

[1]陈浩林,全海燕,於国平,等.气枪震源理论与技术综述(上)[J].物探装备,2008,18(4):211-217.

[2]陈浩林,全海燕,於国平,等.气枪震源理论与技术综述(下)[J].物探装备,2008,18(5):300-308.

[3]陈浩林,倪成洲.气枪阵列远程子波模拟与应用[J].石油地球物理勘探,2008,43(6):623-625.

[4]任婷,彭海龙,覃殿明,等.深水区直达波子波提取气泡效应压制技术[J].石油地球物理勘探,2018,53(2):243-250.

[5]李国发,曹明强,陈浩林,等.海上地震勘探GI枪子波数值模拟[J].吉林大学学报(地球科学版),2011,41(1):277-282.

杨振,顾元,邓桂林.基于PGS-Nucleus模拟远场子波压制气泡技术[J].海洋地质前沿,2019,35(7):68-72.