石孟常，陳 琳，李慧龍，封楞楞，韓佳琛，趙 彤

（中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)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(yīng)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(fā)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(zhì)的壓力作用而產(chǎn)生多次膨脹和收縮的現(xiàn)象，叫氣泡效應(yīng)[3]。

氣泡效應(yīng)在單槍狀態(tài)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(fā)能量，還可以利用空氣槍相干來壓制氣泡效應(yīng)。李高林[5]提出的廣義線性反演方法壓制氣泡效應(yīng)，利用地震記錄提取子波，構(gòu)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(xiàn)子波整形，對深水數(shù)據(jù)的氣泡壓制取得了較好的效果；霍立鋒等[8]應(yīng)用野外近場子波模擬遠場子波，利用最佳維納濾波方法設(shè)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(qū)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(qū)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(jié)果表明，對淺水區(qū)資料的處理，子波處理與噪音壓制相結(jié)合壓制氣泡效果更佳。

1 氣泡效應(yīng)現(xiàn)象分析

1.1 氣泡效應(yīng)在單炮剖面的顯示

深水區(qū)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(yīng)產(chǎn)生的直達波非常明顯，但對有效波影響較小。淺水區(qū)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(yīng)產(chǎn)生的直達波混疊于有效波內(nèi)（圖1b），對資料影響較大。氣泡效應(yīng)造成的反射波與水深關(guān)系不大，均會混疊在有效波之內(nèi)，單炮上直接通過肉眼難以識別。針對氣泡效應(yīng)產(chǎn)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(qū)（a）和淺水區(qū)（b）地震采集的單炮

1.2 疊加剖面上的氣泡效應(yīng)

在深水區(qū)施工時，通過切除就可消除氣泡效應(yīng)產(chǎn)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(qū)施工時，切除只能適當減弱氣泡效應(yīng)，不能從根本上去除影響。單炮經(jīng)動校正后有效波被拉平，氣泡效應(yīng)不能被拉平。切除之后有氣泡效應(yīng)殘余，如圖2 所示。在疊加剖面上氣泡效應(yīng)表現(xiàn)為周期性的“小尖”，氣泡效應(yīng)能量產(chǎn)生的直達波相互交叉形成多層“小尖”，切除時保留氣泡效應(yīng)能量產(chǎn)生的直達波越長，多層“小尖”現(xiàn)象越明顯，如圖3所示。氣泡效應(yīng)造成的反射波在疊加剖面上表現(xiàn)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(yīng)壓制

2.1 震源設(shè)計壓制氣泡

圖2 動校正+切除單炮

圖3 疊加剖面

震源設(shè)計時，有多種方法壓制氣泡效應(yīng)。在較 淺的深度激發(fā)，氣泡到達水面以后就破裂了，不會發(fā)生震蕩，模擬單炮上的氣泡效應(yīng)較弱。另外可以在選定了爆炸深度后，調(diào)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(chǎn)作業(yè)時，震源設(shè)計需要根據(jù)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(shè)計與實際響炮有所差異，例如關(guān)槍、槍深隨海浪變化、壓力變化等原因?qū)е聦嶋H響炮時無法達到壓制氣泡效果。因此，壓制氣泡效應(yīng)不僅要從震源設(shè)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(yīng)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(qū)，氣槍容量、震源深度、氣槍壓力、氣槍槍距、地質(zhì)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(zhuǎn)時移，預(yù)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(shù)據(jù)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(yīng)用較少；提取子波法對數(shù)據(jù)品質(zhì)依賴較高，深水區(qū)提取較為準確，淺水區(qū)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(qū)域子波法壓制氣泡效應(yīng)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(fā)時所產(chǎn)生的近場子波僅是一個延續(xù)時間極短的尖脈沖，隨著尖脈沖在介質(zhì)中的傳播，高頻成分很快壓制，隨后以穩(wěn)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(xù)長度，大約90 ms。在淺水區(qū)施工時，采集到的近偏移距直達波更接近近場子波形態(tài)，并且與面波、鳴震等其他干擾波相互混疊。在能量表現(xiàn)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(qū)近偏移距的氣泡效應(yīng)產(chǎn)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(yīng)前后對比，從圖6b 可以看出，淺水區(qū)應(yīng)用子波法去氣泡效應(yīng)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(guī)噪音壓制

針對淺水區(qū)近偏移距氣泡效應(yīng)，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(yīng)與面波等其他干擾波相互作用，導致中間出現(xiàn)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(chǔ)上，進行氣泡噪音壓制后的結(jié)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(jié)論

（1）生產(chǎn)作業(yè)時的震源設(shè)計要綜合考慮氣槍容量、氣槍壓力、氣槍沉放深度、地質(zhì)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(qū)域，僅利用子波方法，壓制氣泡效果不理想。

（3）針對淺水區(qū)氣泡效應(yīng)，通過子波處理與常規(guī)噪音壓制相結(jié)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。