一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法，該方法通過確定氣槍陣列震源總?cè)萘亢妥雨嚵袀€數(shù)，確定每個子陣列的容量和子陣列中各子陣單元的容量，確定大容量氣槍與小容量氣槍的相對位置，確定各子陣列在槍陣中的位置，確定氣槍陣列的最佳沉放深度，選取滿足勘探要求的模擬子波所對應的槍陣平面排列參數(shù)，以及確定氣槍陣列最佳的三維空間立體組合方式和上下源沉放深度相關參數(shù)等步驟，得到延遲激發(fā)三維空間立體組合氣槍陣列震源，即為最終的海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合。通過本發(fā)明設計出來的氣槍組合排列方式，層次分明，為不同的施工條件和不同的海上勘探環(huán)境提供了最適當?shù)臍鈽尳M合排列方式，因此能夠獲得當前環(huán)境下最優(yōu)的遠場子波。本發(fā)明可以直接用于野外海上地震勘探過程中。
【專利說明】一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能源開發(fā)勘探方法，特別是關于一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法。
【背景技術(shù)】
[0002]深水勘探是海上地震勘探的重要方向之一。在深水復雜地質(zhì)構(gòu)造條件下，提高地震資料的分辨率非常重要。除了在地震資料處理中采用特定的技術(shù)提高分辨率以外，在地震資料采集中獲得高分辨率的原始地震數(shù)據(jù)更加重要。因此，海上地震勘探高分辨率震源組合的研究十分迫切。
[0003]氣槍震源是海上地震勘探中應用最廣泛的震源，它具有成本低、清潔環(huán)保、性能穩(wěn)定、高度可控性、可重復等優(yōu)點。震源遠場子波是衡量氣槍震源好壞的極為重要的參數(shù)，也是地震數(shù)據(jù)處理解釋必不可少的因素。理想的震源遠場子波要求具備較高的脈沖輸出、初泡比、低頻能量，以及較寬的頻帶寬度、頻譜相對平滑、較好的抑制陷波作用等特點。單支氣槍激發(fā)的震源遠場子波遠遠達不到要求，往往采用氣槍陣列組合的方式來增強震源能量，壓制氣泡脈沖，提高震源遠場子波的品質(zhì)。
[0004]傳統(tǒng)的氣槍陣列組合采用平面組合方式，所有的氣槍沉放在同一深度，同時激發(fā)。其存在兩方面的問題，一方面，針對海上復雜地質(zhì)條件，某一種組合方式往往只能在某一方面或幾方面優(yōu)化震源子波，而另外一些方面效果較差，得不到全面高質(zhì)量的理想遠場子波。另一方面，傳統(tǒng)平面組合的氣槍震源在水中激發(fā)，由于海面虛反射(即鬼波)的作用，使得震源子波的頻譜存在陷波，在陷波點上能量低，嚴重影響了震源子波的頻帶寬度，限制了海上地震勘探的分辨率，對后續(xù)地震資料的處理和解釋極為不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種針對不同海上勘探環(huán)境，能夠獲取最理想遠場子波的海上地震勘探氣槍陣列震源的三維空間組合方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法，包括以下步驟:1)根據(jù)勘探要求、地質(zhì)條件和施工要求，確定氣槍陣列震源總?cè)萘亢妥雨嚵袀€數(shù)；2)分析氣槍陣列震源子波模擬結(jié)果中的各項性能參數(shù)，根據(jù)是否達到勘探要求來判斷其是否是合適的氣槍陣列震源；3)確定槍陣中每個子陣列氣槍類型，整個陣列使用一種以上氣槍類型；4)根據(jù)氣槍陣列震源總?cè)萘亢褪┕ひ螅_定每個子陣列的容量和子陣列中各子陣單元的容量；5)對每個子陣列中的子陣單元進行排列組合，確定大容量氣槍與小容量氣槍的相對位置；6)確定各子陣列在槍陣中的位置，并且通過改變子陣列在水平面上的組合間距，對比分析不同間距情況下震源子波模擬結(jié)果，優(yōu)選出最佳組合間距；7)根據(jù)勘探要求和目的層地質(zhì)條件，對比分析槍陣不同沉放深度情況下震源子波模擬結(jié)果，確定氣槍陣列的最佳沉放深度；8)返回步驟5)，重復步驟5)?8)的過程，在沉放深度的變化范圍內(nèi)，模擬并優(yōu)選每一種沉放深度下的最佳槍陣平面排列方式和子陣間距，對比分析不同沉放深度時的模擬子波和頻譜，選取滿足勘探要求的模擬子波所對應的槍陣平面排列參數(shù)；9)對上述平面排列的氣槍陣列進行三維空間立體組合，在保持同一個子陣列中各子陣單元的沉放深度H都相同的情況下，通過改變各子陣列在三維立體空間中的相對位置，對比分析不同情況下的震源子波，確定氣槍陣列最佳的三維空間立體組合方式和上下源沉放深度相關參數(shù)；10)對步驟9)得到的氣槍陣列三維空間立體組合方式和上、下源沉放深度，進行測試并選取最佳的上源與下源之間的激發(fā)延遲時間；11)經(jīng)步驟
10)得到的延遲激發(fā)三維空間立體組合氣槍陣列震源，即為最終的海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合。
[0007]所述步驟2)中，是否是合適的氣槍陣列震源的判定標準包括震源子波模擬結(jié)果和性能參數(shù)，所述震源子波模擬結(jié)果包括遠場子波圖和頻譜圖，所述性能參數(shù)包括遠場子波圖中的主脈沖、峰峰值、初泡比、氣泡周期和頻譜圖中的低頻能量、帶寬、穩(wěn)定性、抑制陷波作用。
[0008]所述步驟3)中，整個槍陣中每個子陣列氣槍類型采用Bolt槍和Sleeve槍中的一種或一種以上。
[0009]所述步驟6)中，組合間距的變化范圍為4m?12m，槍陣整體呈對稱分布。
[0010]所述步驟7)中，沉放深度的變化范圍為4m?12m。
[0011]所述步驟I)中，子陣列個數(shù)的選擇范圍為三子陣、四子陣和六子陣。
[0012]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明由于提供了一種較優(yōu)的三維空間立體陣列組合排列方式，通過設置合理的延遲激發(fā)時間，在保證激發(fā)脈沖的有效疊加的基礎上更加有效地壓制了氣泡脈沖，提高了遠場子波的初泡比。2、本發(fā)明與傳統(tǒng)的平面排列方式相比，能夠更加有效的抑制陷波作用，提高陷波點能量，改善子波的低頻和高頻成分，拓展頻帶寬度，從而提高了地震資料的分辨率。3、本發(fā)明將不同種類的氣槍在三維空間內(nèi)進行立體組合排列，彌補了不同類型氣槍本身的設計缺陷，能夠提供更加優(yōu)質(zhì)的震源遠場子波。4、本發(fā)明將三維空間立體組合排列方式優(yōu)選為各種呈對稱的幾何排列，既保證了遠場能量分布均勻，又便于海上地震勘探野外操作，更加方便實用。5、本發(fā)明設計出來的氣槍組合排列方式，層次分明，為不同的施工條件和不同的海上勘探環(huán)境提供了最適當?shù)臍鈽尳M合排列方式，因此能夠獲得當前環(huán)境下最優(yōu)的遠場子波。本發(fā)明可以直接用于野外海上地震勘探過程中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明方法流程示意圖
[0014]圖2是氣槍陣列震源水平面上的排列方式示意圖
[0015]圖3是氣槍陣列震源的模擬遠場子波圖
[0016]圖4是氣槍陣列震源的模擬子波頻譜圖
[0017]圖5是平行四邊形排列的三維空間立體組合氣槍震源截面示意圖
[0018]圖6是平行四邊形排列的三維空間立體組合氣槍震源示意圖
[0019]圖7是三維空間立體陣列震源的延時激發(fā)與同步激發(fā)模擬子波對比圖
[0020]圖8是三維空間立體陣列震源的延時激發(fā)與同步激發(fā)模擬子波頻譜對比圖
[0021]圖9是三維空間立體陣列震源與平面陣列震源的模擬子波對比圖[0022]圖10是三維空間立體陣列震源與平面陣列震源的模擬子波頻譜對比圖【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，本發(fā)明海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法，包括以下步驟:
[0024]I)根據(jù)勘探要求、地質(zhì)條件和施工要求，確定氣槍陣列震源總?cè)萘亢妥雨嚵袀€數(shù)N,子陣列個數(shù)的選擇范圍通常為三子陣、四子陣和六子陣。
[0025]例如:如圖2所示，針對南海某深水陡坡海底靶區(qū)，合適的氣槍陣列震源所提供的遠場子波要有足夠高的能量和足夠強的穿透能力，通過多組模型子波模擬結(jié)果對比分析，選取的最佳的氣槍陣列震源為六子陣陣列，圖中是陣列平面排列方式，槍陣由A-F六個子陣列組成，槍陣總?cè)萘繛?.115m3。
[0026]2)通過分析氣槍陣列震源子波模擬結(jié)果中的各項性能參數(shù)，根據(jù)是否達到勘探要求來判斷其是否是合適的氣槍陣列震源，震源子波模擬結(jié)果主要包括遠場子波圖(如圖3所示)和頻譜圖(如圖4所示)，性能參數(shù)主要包括遠場子波圖中的主脈沖、峰峰值、初泡t匕、氣泡周期和頻譜圖中的低頻能量、帶寬、穩(wěn)定性、抑制陷波作用等，最佳的氣槍陣列震源要求各項性能參數(shù)達到綜合最優(yōu)。
[0027]3)確定槍陣中每個子陣列氣槍類型，目前海上勘探應用最多的氣槍是Bolt (公司名稱)槍和Sleeve (套筒式)槍，根據(jù)具體設計要求，整個陣列可以只用一種氣槍，也可以各子陣列選取不同類型的氣槍，同一子陣列內(nèi)部用同一種氣槍。例如:圖4中A-F六個子陣列都選用Sleeve (套筒式)槍。
[0028]4)根據(jù)氣槍陣列震源總?cè)萘亢褪┕ひ?，合理安排每個子陣列的容量和子陣列中各子陣單元的容量。為了壓制氣泡的振蕩效應，得到較好的震源子波，在每個子陣列中大容量和小容量的氣槍要進行合理組合。
[0029]例如:如圖2所示，其中A、B、E、F子陣列容量均為1.4584*l(T2m3，C、D子陣列容量均為2.8348*10_2m3，各子陣列分別由不同容量的單槍或相干槍組成，并且C、D子陣列的第四列和第五列由每支容量為3.441*10_3m3和2.458*10_3m3的大容量相干槍組成。
[0030]5)對每個子陣列中的子陣單元進行排列組合，合理安排大容量氣槍(單槍或相干槍)與小容量氣槍(單槍或相干槍)的相對位置。各子陣列內(nèi)部，大容量氣槍與小容量氣槍、單槍與相干槍盡可能相間排列。
[0031]6)確定各子陣列在槍陣中的位置，并且通過改變子陣列在水平面上的組合間距D，對比分析不同間距情況下震源子波模擬結(jié)果，優(yōu)選出最佳的組合間距。組合間距D的變化范圍通常為4m?12m，變化量通常為lm，例如5m、6m或7m，以此類推。槍陣整體呈對稱分布，經(jīng)過大量的模擬實驗和對比分析，根據(jù)靶區(qū)情況，優(yōu)選的各子陣列之間的最佳組合間距為8m。
[0032]通過上述步驟獲得較優(yōu)氣槍陣列震源在水平面上的排列方式。為了使震源更接近點震源，激發(fā)后的能量在各個方向分布均勻，同時考慮野外的施工條件，可以適當調(diào)整大容量氣槍在整個槍陣中的相對位置，將大容量氣槍盡量排列在陣列的中部位置或靠近拖纜的位置。
[0033]7)根據(jù)勘探要求和目的層地質(zhì)條件，對比分析槍陣不同沉放深度H情況下震源子波模擬結(jié)果，確定氣槍陣列的最佳沉放深度。沉放深度H的變化范圍通常為4m?12m，變化量通常為lm，例如5m、6m或7m，以此類推。
[0034]8)由于沉放深度和組合間距的變化對震源子波影響都很大，執(zhí)行該步驟后，根據(jù)模擬子波的情況，返回步驟5)，重復步驟5)?8)的過程，在沉放深度H的變化范圍內(nèi)，模擬并優(yōu)選每一種沉放深度H下的最佳槍陣平面排列方式和子陣間距D，對比分析不同沉放深度H時的模擬子波和頻譜，選取滿足勘探要求的模擬子波所對應的槍陣平面排列參數(shù)。
[0035]9)對上述平面排列的氣槍陣列進行三維空間立體組合，在保持同一個子陣列中各子陣單元的沉放深度H都相同的情況下，通過改變各子陣列在三維立體空間中的相對位置，對比分析不同情況下的震源子波，確定氣槍陣列最佳的三維空間立體組合方式和上下源沉放深度等相關參數(shù)。通常三維空間組合方式以對稱性為原則。
[0036]例如:如圖5、圖6所示，是優(yōu)選的平行四邊形排列的三維空間立體組合陣列，其中，由A、C、E三個子陣列組成的上源沉放深度為7.5m、由B、D、F三個子陣列組成的下源沉放深度為10.5m，平均沉放深度為9m，子陣列組合間距為Sm。
[0037]10)對步驟9)得到的氣槍陣列三維空間立體組合方式和上、下源沉放深度，測試并選取最佳的上源和下源之間的激發(fā)延遲時間。
[0038]例如，如圖6所示，是平行四邊形三維空間立體組合方式，下源B、D、F三個子陣列的激發(fā)時間比上源A、C、E三個子陣列延遲2ms。如圖7、圖8所示，是延時激發(fā)(下源延遲2ms)與同步激發(fā)的模擬子波和頻譜對比圖，從圖中可以看出延時激發(fā)的子波主脈沖更大，虛反射絕對值小，有效地抑制了陷波作用。如圖8所示，頻譜上，延時激發(fā)的陷波點能量大大抬升，低頻能量更強，頻帶拓寬。延遲激發(fā)的陣列子波質(zhì)量明顯提高，相對于同步激發(fā)方式而言，具有較大的優(yōu)越性。
[0039]11)通過上述步驟優(yōu)選出最佳的延遲激發(fā)三維空間立體組合氣槍陣列震源，即為本發(fā)明最終要得到的海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合。
[0040]本發(fā)明相對于傳統(tǒng)的平面陣列震源具有很大的優(yōu)越性，比如:如圖9、圖10所示，在平面上排列相同的情況下，傳統(tǒng)平面陣列震源與本發(fā)明延遲激發(fā)的三維空間立體組合震源的模擬子波和頻譜對比，本發(fā)明的主脈沖和初泡比均有提高，頻譜上陷波點能量大大抬升，低頻能量豐富，頻帶拓寬，抑制了海面虛反射的陷波作用，激發(fā)的子波更優(yōu)。
[0041]根據(jù)具體情況，上述某些步驟可能需要進行的多次循環(huán)，以最終獲取最優(yōu)的三維空間立體組合氣槍陣列震源。
[0042]通過野外采集試驗證明:較常規(guī)地震勘探，利用本發(fā)明優(yōu)選的延遲激發(fā)三維空間立體組合震源采集的地震資料，分辨率提高，成像質(zhì)量明顯改善。
[0043]上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法，包括以下步驟: 1)根據(jù)勘探要求、地質(zhì)條件和施工要求，確定氣槍陣列震源總?cè)萘亢妥雨嚵袀€數(shù)； 2)分析氣槍陣列震源子波模擬結(jié)果中的各項性能參數(shù)，根據(jù)是否達到勘探要求來判斷其是否是合適的氣槍陣列震源； 3)確定槍陣中每個子陣列氣槍類型，整個陣列使用一種以上氣槍類型； 4)根據(jù)氣槍陣列震源總?cè)萘亢褪┕ひ?，確定每個子陣列的容量和子陣列中各子陣單元的容量； 5)對每個子陣列中的子陣單元進行排列組合，確定大容量氣槍與小容量氣槍的相對位置； 6)確定各子陣列在槍陣中的位置，并且通過改變子陣列在水平面上的組合間距，對比分析不同間距情況下 震源子波模擬結(jié)果，優(yōu)選出最佳組合間距； 7)根據(jù)勘探要求和目的層地質(zhì)條件，對比分析槍陣不同沉放深度情況下震源子波模擬結(jié)果，確定氣槍陣列的最佳沉放深度； 8)返回步驟5)，重復步驟5)-8)的過程，在沉放深度的變化范圍內(nèi)，模擬并優(yōu)選每一種沉放深度下的最佳槍陣平面排列方式和子陣間距，對比分析不同沉放深度時的模擬子波和頻譜，選取滿足勘探要求的模擬子波所對應的槍陣平面排列參數(shù)； 9)對上述平面排列的氣槍陣列進行三維空間立體組合，在保持同一個子陣列中各子陣單元的沉放深度H都相同的情況下，通過改變各子陣列在三維立體空間中的相對位置，對比分析不同情況下的震源子波，確定氣槍陣列最佳的三維空間立體組合方式和上下源沉放深度相關參數(shù)； 10)對步驟9)得到的氣槍陣列三維空間立體組合方式和上、下源沉放深度，進行測試并選取最佳的上源與下源之間的激發(fā)延遲時間； 11)經(jīng)步驟10)得到的延遲激發(fā)三維空間立體組合氣槍陣列震源，即為最終的海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合。
2.如權(quán)利要求1所述的一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法，其特征在于:所述步驟2)中，是否是合適的氣槍陣列震源的判定標準包括震源子波模擬結(jié)果和性能參數(shù)，所述震源子波模擬結(jié)果包括遠場子波圖和頻譜圖，所述性能參數(shù)包括遠場子波圖中的主脈沖、峰峰值、初泡比、氣泡周期和頻譜圖中的低頻能量、帶寬、穩(wěn)定性、抑制陷波作用。
3.如權(quán)利要求1所述的一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法，其特征在于:所述步驟3)中，整個槍陣中每個子陣列氣槍類型采用Bolt槍和Sleeve槍中的一種或一種以上。
4.如權(quán)利要求2所述的一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法，其特征在于:所述步驟3)中，整個槍陣中每個子陣列氣槍類型采用Bolt槍和Sleeve槍中的一種或一種以上。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法，其特征在于:所述步驟6)中，組合間距的變化范圍為4m-12m，槍陣整體呈對稱分布。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法，其特征在于:所述步驟7)中，沉放深度的變化范圍為4m-12m。
7.如權(quán)利要求5所述的一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法，其特征在于:所述步驟7)中，沉放深度的變化范圍為4m-12m。
8.如權(quán)利要求1或2或3或4或7所述的一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法，其特征在于:所述步驟I)中，子陣列個數(shù)的選擇范圍為三子陣、四子陣和六子陣。
9.如權(quán)利要求5所述的一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法，其特征在于:所述步驟I)中，子陣列個數(shù)的選擇范圍為三子陣、四子陣和六子陣。
10.如權(quán)利要求6所述的一種海上地震勘探氣槍陣列震源三維空間組合方法，其特征在于:所述步驟I)中 ，子陣列個數(shù)的選擇范圍為三子陣、四子陣和六子陣。
【文檔編號】G01V1/137GK103454672SQ201310193500
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】李緒宣, 王建花, 顧漢明, 楊凱, 劉志斌, 陳磅, 紹玉祥 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院, 中國地質(zhì)大學（武漢）, 中海油田服務股份有限公司