一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法
【专利摘要】本发明涉及一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法，该方法通过确定气枪阵列震源总容量和子阵列个数，确定每个子阵列的容量和子阵列中各子阵单元的容量，确定大容量气枪与小容量气枪的相对位置，确定各子阵列在枪阵中的位置，确定气枪阵列的最佳沉放深度，选取满足勘探要求的模拟子波所对应的枪阵平面排列参数，以及确定气枪阵列最佳的三维空间立体组合方式和上下源沉放深度相关参数等步骤，得到延迟激发三维空间立体组合气枪阵列震源，即为最终的海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合。通过本发明设计出来的气枪组合排列方式，层次分明，为不同的施工条件和不同的海上勘探环境提供了最适当的气枪组合排列方式，因此能够获得当前环境下最优的远场子波。本发明可以直接用于野外海上地震勘探过程中。
【专利说明】一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能源开发勘探方法，特别是关于一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法。
【背景技术】
[0002]深水勘探是海上地震勘探的重要方向之一。在深水复杂地质构造条件下，提高地震资料的分辨率非常重要。除了在地震资料处理中采用特定的技术提高分辨率以外，在地震资料采集中获得高分辨率的原始地震数据更加重要。因此，海上地震勘探高分辨率震源组合的研究十分迫切。
[0003]气枪震源是海上地震勘探中应用最广泛的震源，它具有成本低、清洁环保、性能稳定、高度可控性、可重复等优点。震源远场子波是衡量气枪震源好坏的极为重要的参数，也是地震数据处理解释必不可少的因素。理想的震源远场子波要求具备较高的脉冲输出、初泡比、低频能量，以及较宽的频带宽度、频谱相对平滑、较好的抑制陷波作用等特点。单支气枪激发的震源远场子波远远达不到要求，往往采用气枪阵列组合的方式来增强震源能量，压制气泡脉冲，提高震源远场子波的品质。
[0004]传统的气枪阵列组合采用平面组合方式，所有的气枪沉放在同一深度，同时激发。其存在两方面的问题，一方面，针对海上复杂地质条件，某一种组合方式往往只能在某一方面或几方面优化震源子波，而另外一些方面效果较差，得不到全面高质量的理想远场子波。另一方面，传统平面组合的气枪震源在水中激发，由于海面虚反射(即鬼波)的作用，使得震源子波的频谱存在陷波，在陷波点上能量低，严重影响了震源子波的频带宽度，限制了海上地震勘探的分辨率，对后续地震资料的处理和解释极为不利。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明的目的是提供一种针对不同海上勘探环境，能够获取最理想远场子波的海上地震勘探气枪阵列震源的三维空间组合方法。
[0006]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法，包括以下步骤:1)根据勘探要求、地质条件和施工要求，确定气枪阵列震源总容量和子阵列个数；2)分析气枪阵列震源子波模拟结果中的各项性能参数，根据是否达到勘探要求来判断其是否是合适的气枪阵列震源；3)确定枪阵中每个子阵列气枪类型，整个阵列使用一种以上气枪类型；4)根据气枪阵列震源总容量和施工要求，确定每个子阵列的容量和子阵列中各子阵单元的容量；5)对每个子阵列中的子阵单元进行排列组合，确定大容量气枪与小容量气枪的相对位置；6)确定各子阵列在枪阵中的位置，并且通过改变子阵列在水平面上的组合间距，对比分析不同间距情况下震源子波模拟结果，优选出最佳组合间距；7)根据勘探要求和目的层地质条件，对比分析枪阵不同沉放深度情况下震源子波模拟结果，确定气枪阵列的最佳沉放深度；8)返回步骤5)，重复步骤5)?8)的过程，在沉放深度的变化范围内，模拟并优选每一种沉放深度下的最佳枪阵平面排列方式和子阵间距，对比分析不同沉放深度时的模拟子波和频谱，选取满足勘探要求的模拟子波所对应的枪阵平面排列参数；9)对上述平面排列的气枪阵列进行三维空间立体组合，在保持同一个子阵列中各子阵单元的沉放深度H都相同的情况下，通过改变各子阵列在三维立体空间中的相对位置，对比分析不同情况下的震源子波，确定气枪阵列最佳的三维空间立体组合方式和上下源沉放深度相关参数；10)对步骤9)得到的气枪阵列三维空间立体组合方式和上、下源沉放深度，进行测试并选取最佳的上源与下源之间的激发延迟时间；11)经步骤
10)得到的延迟激发三维空间立体组合气枪阵列震源，即为最终的海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合。
[0007]所述步骤2)中，是否是合适的气枪阵列震源的判定标准包括震源子波模拟结果和性能参数，所述震源子波模拟结果包括远场子波图和频谱图，所述性能参数包括远场子波图中的主脉冲、峰峰值、初泡比、气泡周期和频谱图中的低频能量、带宽、稳定性、抑制陷波作用。
[0008]所述步骤3)中，整个枪阵中每个子阵列气枪类型采用Bolt枪和Sleeve枪中的一种或一种以上。
[0009]所述步骤6)中，组合间距的变化范围为4m?12m，枪阵整体呈对称分布。
[0010]所述步骤7)中，沉放深度的变化范围为4m?12m。
[0011]所述步骤I)中，子阵列个数的选择范围为三子阵、四子阵和六子阵。
[0012]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明由于提供了一种较优的三维空间立体阵列组合排列方式，通过设置合理的延迟激发时间，在保证激发脉冲的有效叠加的基础上更加有效地压制了气泡脉冲，提高了远场子波的初泡比。2、本发明与传统的平面排列方式相比，能够更加有效的抑制陷波作用，提高陷波点能量，改善子波的低频和高频成分，拓展频带宽度，从而提高了地震资料的分辨率。3、本发明将不同种类的气枪在三维空间内进行立体组合排列，弥补了不同类型气枪本身的设计缺陷，能够提供更加优质的震源远场子波。4、本发明将三维空间立体组合排列方式优选为各种呈对称的几何排列，既保证了远场能量分布均匀，又便于海上地震勘探野外操作，更加方便实用。5、本发明设计出来的气枪组合排列方式，层次分明，为不同的施工条件和不同的海上勘探环境提供了最适当的气枪组合排列方式，因此能够获得当前环境下最优的远场子波。本发明可以直接用于野外海上地震勘探过程中。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明方法流程示意图
[0014]图2是气枪阵列震源水平面上的排列方式示意图
[0015]图3是气枪阵列震源的模拟远场子波图
[0016]图4是气枪阵列震源的模拟子波频谱图
[0017]图5是平行四边形排列的三维空间立体组合气枪震源截面示意图
[0018]图6是平行四边形排列的三维空间立体组合气枪震源示意图
[0019]图7是三维空间立体阵列震源的延时激发与同步激发模拟子波对比图
[0020]图8是三维空间立体阵列震源的延时激发与同步激发模拟子波频谱对比图
[0021]图9是三维空间立体阵列震源与平面阵列震源的模拟子波对比图[0022]图10是三维空间立体阵列震源与平面阵列震源的模拟子波频谱对比图【具体实施方式】
[0023]如图1所示，本发明海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法，包括以下步骤:
[0024]I)根据勘探要求、地质条件和施工要求，确定气枪阵列震源总容量和子阵列个数N,子阵列个数的选择范围通常为三子阵、四子阵和六子阵。
[0025]例如:如图2所示，针对南海某深水陡坡海底靶区，合适的气枪阵列震源所提供的远场子波要有足够高的能量和足够强的穿透能力，通过多组模型子波模拟结果对比分析，选取的最佳的气枪阵列震源为六子阵阵列，图中是阵列平面排列方式，枪阵由A-F六个子阵列组成，枪阵总容量为0.115m3。
[0026]2)通过分析气枪阵列震源子波模拟结果中的各项性能参数，根据是否达到勘探要求来判断其是否是合适的气枪阵列震源，震源子波模拟结果主要包括远场子波图(如图3所示)和频谱图(如图4所示)，性能参数主要包括远场子波图中的主脉冲、峰峰值、初泡t匕、气泡周期和频谱图中的低频能量、带宽、稳定性、抑制陷波作用等，最佳的气枪阵列震源要求各项性能参数达到综合最优。
[0027]3)确定枪阵中每个子阵列气枪类型，目前海上勘探应用最多的气枪是Bolt (公司名称)枪和Sleeve (套筒式)枪，根据具体设计要求，整个阵列可以只用一种气枪，也可以各子阵列选取不同类型的气枪，同一子阵列内部用同一种气枪。例如:图4中A-F六个子阵列都选用Sleeve (套筒式)枪。
[0028]4)根据气枪阵列震源总容量和施工要求，合理安排每个子阵列的容量和子阵列中各子阵单元的容量。为了压制气泡的振荡效应，得到较好的震源子波，在每个子阵列中大容量和小容量的气枪要进行合理组合。
[0029]例如:如图2所示，其中A、B、E、F子阵列容量均为1.4584*l(T2m3，C、D子阵列容量均为2.8348*10_2m3，各子阵列分别由不同容量的单枪或相干枪组成，并且C、D子阵列的第四列和第五列由每支容量为3.441*10_3m3和2.458*10_3m3的大容量相干枪组成。
[0030]5)对每个子阵列中的子阵单元进行排列组合，合理安排大容量气枪(单枪或相干枪)与小容量气枪(单枪或相干枪)的相对位置。各子阵列内部，大容量气枪与小容量气枪、单枪与相干枪尽可能相间排列。
[0031]6)确定各子阵列在枪阵中的位置，并且通过改变子阵列在水平面上的组合间距D，对比分析不同间距情况下震源子波模拟结果，优选出最佳的组合间距。组合间距D的变化范围通常为4m?12m，变化量通常为lm，例如5m、6m或7m，以此类推。枪阵整体呈对称分布，经过大量的模拟实验和对比分析，根据靶区情况，优选的各子阵列之间的最佳组合间距为8m。
[0032]通过上述步骤获得较优气枪阵列震源在水平面上的排列方式。为了使震源更接近点震源，激发后的能量在各个方向分布均匀，同时考虑野外的施工条件，可以适当调整大容量气枪在整个枪阵中的相对位置，将大容量气枪尽量排列在阵列的中部位置或靠近拖缆的位置。
[0033]7)根据勘探要求和目的层地质条件，对比分析枪阵不同沉放深度H情况下震源子波模拟结果，确定气枪阵列的最佳沉放深度。沉放深度H的变化范围通常为4m?12m，变化量通常为lm，例如5m、6m或7m，以此类推。
[0034]8)由于沉放深度和组合间距的变化对震源子波影响都很大，执行该步骤后，根据模拟子波的情况，返回步骤5)，重复步骤5)?8)的过程，在沉放深度H的变化范围内，模拟并优选每一种沉放深度H下的最佳枪阵平面排列方式和子阵间距D，对比分析不同沉放深度H时的模拟子波和频谱，选取满足勘探要求的模拟子波所对应的枪阵平面排列参数。
[0035]9)对上述平面排列的气枪阵列进行三维空间立体组合，在保持同一个子阵列中各子阵单元的沉放深度H都相同的情况下，通过改变各子阵列在三维立体空间中的相对位置，对比分析不同情况下的震源子波，确定气枪阵列最佳的三维空间立体组合方式和上下源沉放深度等相关参数。通常三维空间组合方式以对称性为原则。
[0036]例如:如图5、图6所示，是优选的平行四边形排列的三维空间立体组合阵列，其中，由A、C、E三个子阵列组成的上源沉放深度为7.5m、由B、D、F三个子阵列组成的下源沉放深度为10.5m，平均沉放深度为9m，子阵列组合间距为Sm。
[0037]10)对步骤9)得到的气枪阵列三维空间立体组合方式和上、下源沉放深度，测试并选取最佳的上源和下源之间的激发延迟时间。
[0038]例如，如图6所示，是平行四边形三维空间立体组合方式，下源B、D、F三个子阵列的激发时间比上源A、C、E三个子阵列延迟2ms。如图7、图8所示，是延时激发(下源延迟2ms)与同步激发的模拟子波和频谱对比图，从图中可以看出延时激发的子波主脉冲更大，虚反射绝对值小，有效地抑制了陷波作用。如图8所示，频谱上，延时激发的陷波点能量大大抬升，低频能量更强，频带拓宽。延迟激发的阵列子波质量明显提高，相对于同步激发方式而言，具有较大的优越性。
[0039]11)通过上述步骤优选出最佳的延迟激发三维空间立体组合气枪阵列震源，即为本发明最终要得到的海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合。
[0040]本发明相对于传统的平面阵列震源具有很大的优越性，比如:如图9、图10所示，在平面上排列相同的情况下，传统平面阵列震源与本发明延迟激发的三维空间立体组合震源的模拟子波和频谱对比，本发明的主脉冲和初泡比均有提高，频谱上陷波点能量大大抬升，低频能量丰富，频带拓宽，抑制了海面虚反射的陷波作用，激发的子波更优。
[0041]根据具体情况，上述某些步骤可能需要进行的多次循环，以最终获取最优的三维空间立体组合气枪阵列震源。
[0042]通过野外采集试验证明:较常规地震勘探，利用本发明优选的延迟激发三维空间立体组合震源采集的地震资料，分辨率提高，成像质量明显改善。
[0043]上述各实施例仅用于说明本发明，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
【权利要求】
1.一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法，包括以下步骤: 1)根据勘探要求、地质条件和施工要求，确定气枪阵列震源总容量和子阵列个数； 2)分析气枪阵列震源子波模拟结果中的各项性能参数，根据是否达到勘探要求来判断其是否是合适的气枪阵列震源； 3)确定枪阵中每个子阵列气枪类型，整个阵列使用一种以上气枪类型； 4)根据气枪阵列震源总容量和施工要求，确定每个子阵列的容量和子阵列中各子阵单元的容量； 5)对每个子阵列中的子阵单元进行排列组合，确定大容量气枪与小容量气枪的相对位置； 6)确定各子阵列在枪阵中的位置，并且通过改变子阵列在水平面上的组合间距，对比分析不同间距情况下 震源子波模拟结果，优选出最佳组合间距； 7)根据勘探要求和目的层地质条件，对比分析枪阵不同沉放深度情况下震源子波模拟结果，确定气枪阵列的最佳沉放深度； 8)返回步骤5)，重复步骤5)-8)的过程，在沉放深度的变化范围内，模拟并优选每一种沉放深度下的最佳枪阵平面排列方式和子阵间距，对比分析不同沉放深度时的模拟子波和频谱，选取满足勘探要求的模拟子波所对应的枪阵平面排列参数； 9)对上述平面排列的气枪阵列进行三维空间立体组合，在保持同一个子阵列中各子阵单元的沉放深度H都相同的情况下，通过改变各子阵列在三维立体空间中的相对位置，对比分析不同情况下的震源子波，确定气枪阵列最佳的三维空间立体组合方式和上下源沉放深度相关参数； 10)对步骤9)得到的气枪阵列三维空间立体组合方式和上、下源沉放深度，进行测试并选取最佳的上源与下源之间的激发延迟时间； 11)经步骤10)得到的延迟激发三维空间立体组合气枪阵列震源，即为最终的海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合。
2.如权利要求1所述的一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法，其特征在于:所述步骤2)中，是否是合适的气枪阵列震源的判定标准包括震源子波模拟结果和性能参数，所述震源子波模拟结果包括远场子波图和频谱图，所述性能参数包括远场子波图中的主脉冲、峰峰值、初泡比、气泡周期和频谱图中的低频能量、带宽、稳定性、抑制陷波作用。
3.如权利要求1所述的一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法，其特征在于:所述步骤3)中，整个枪阵中每个子阵列气枪类型采用Bolt枪和Sleeve枪中的一种或一种以上。
4.如权利要求2所述的一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法，其特征在于:所述步骤3)中，整个枪阵中每个子阵列气枪类型采用Bolt枪和Sleeve枪中的一种或一种以上。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法，其特征在于:所述步骤6)中，组合间距的变化范围为4m-12m，枪阵整体呈对称分布。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法，其特征在于:所述步骤7)中，沉放深度的变化范围为4m-12m。
7.如权利要求5所述的一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法，其特征在于:所述步骤7)中，沉放深度的变化范围为4m-12m。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法，其特征在于:所述步骤I)中，子阵列个数的选择范围为三子阵、四子阵和六子阵。
9.如权利要求5所述的一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法，其特征在于:所述步骤I)中，子阵列个数的选择范围为三子阵、四子阵和六子阵。
10.如权利要求6所述的一种海上地震勘探气枪阵列震源三维空间组合方法，其特征在于:所述步骤I)中 ，子阵列个数的选择范围为三子阵、四子阵和六子阵。
【文档编号】G01V1/137GK103454672SQ201310193500
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2013年5月23日
【发明者】李绪宣, 王建花, 顾汉明, 杨凯, 刘志斌, 陈磅, 绍玉祥 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院, 中国地质大学（武汉）, 中海油田服务股份有限公司