海洋气枪震源组合的应用

申有军

上海海洋石油局第一海洋地质调查大队，上海 201208

0 引言

气枪震源可以产生冲击子波，控制子波使之适合与石油勘探作业，成为海上地震勘探中应用最广泛的震源。气枪震源在海洋探测中，可以降低污染发挥工作效益，以下本文对此做具体介绍：

1 气枪震源原理及组成

气枪震源原理就是，当压缩空气（或其它气体）在水中瞬间释放，形成气泡，产生振动。特点是体积大，可多枪组合；频率低——几十Hz－几百Hz；能量大，可以主要由压缩气体的体积定，探测深度可达10000 米。海洋地震勘探中气枪激发时，将海洋气枪内部产生的高压空气释放在海水之中，从而形成球形的气泡，在气泡压力与静水压力的作用下，导致气泡膨胀形成气枪主脉冲，从而可以在海洋中形成地震波。在海洋地震勘探中，应用气枪震源进行勘探，气枪激发产生的信号由三部分组成：气泡脉冲、直达波、震源鬼波。其中，直达波就是当气枪激发时直接生成的能量。震源鬼波，是由直达波在水面产生的反射波，由于水气界面的反射系数是负的，所以它与直达波的极性相反。当气枪在水中激发后，形成震荡气泡，产生气泡脉冲。

2 海洋勘探应用气枪震源组合的意义

在海洋勘探中，应用气枪震源，由于单枪声波为不能接受的震源，单枪信号太弱，并不能在一定海洋深度上达到较好信噪比，而且，单枪声波还受气泡效应的影响，使得单枪子波与地震子波偏离，故此会影响勘察的准确性；海洋单枪震源子波的波形产生主脉冲，在每一次的气泡膨胀之后，会产生地震波，也会产生一些气泡效应，形成气泡脉冲，从而将会影响海洋震源勘察结果的准确性[1]。可以应用气枪震源组合勘探海洋，通过不同容积气枪同时激发形成调谐阵列，不仅可以保证各个气枪之间互不干扰，也可以保持各自的子波形态不变，提高枪阵的能量，削弱抑制气泡脉冲的能量，提高使用效率，增强阵列组合输出的能量，提高气泡比。

3 海洋气枪震源组合的应用措施

在实际生产中，为降低地震数据在勘探过程中的影响，应用气枪震源组合进行勘探，主要应用措施如下所示：

3.1 单气枪与气枪组合对比

在海洋勘探中，应用单气枪震源，易受气泡脉冲的影响，稳定性较差，不利于在实际中应用。然而，在海洋中应用气枪震源组合，可以防止海底反射能量对测量干扰，满足高能量输出、高气泡比以及宽频带的海上地震要求。如下图所示：

两种方式对比图

海洋气枪震源组合在实际应用中，选定合适工作容积海洋气枪，然后可以按优选的位置进行气枪布置，确保能使各海洋气枪的输出主脉冲产生叠加，将3 把气枪安装在一个刚性架上，当气枪阵在水下拖曳时，提高其稳定性，并且当海洋气枪震源组合出现故障时，由控制台来关闭电磁阀并切断气源，这样就确保海洋气枪震源组合中其它气枪还可以正常工作。

3.2 优化选择气枪震源组合形式

在海洋勘探中应用气枪震源，可以根据气枪组合形式，采取协调组合与想干组合的形式进行海洋勘探，具体方法就是：在调谐组合中，可以保持海洋气枪震源组合的各个气枪不干扰，可以确保实际应用中能够维持子波形态不变。从而，对同步激发条件中，子波主脉冲之间没有相位差，故此可以实现主脉冲的叠加，从而提高气枪震源能量[2]。然而，由于不同容量气枪气泡脉冲能量不同，从而导致调谐气枪震源组合只是在一定程度上抑制气泡脉冲，故此，实际应用中效率较低。气枪震源相干组合中，可以根据气泡相干效应，可以提高海洋气枪震源组合的初泡比，导致两枪气泡振动相互受到抑制，从而压制气泡脉冲，提高海洋地震波频宽，提高震源性能。

3.3 改进气枪震源组合应用模式

在实际海洋地震勘探中，为有效改善提升海洋气枪震源性能，提高气枪子波能量以及出泡比，采取气枪组合的方式进行气枪震源探测，降低干扰，提升实际海洋勘探中气枪震源组合的应用效率。要知道，气枪震源组合沉放深度会影响气枪子波品质，气枪在海里激发，合理选择气枪气室容量、间距，而获得优异的震源激发品质。

其中，f0 为频率，h 为气枪定深度;Ps 为气枪压力（MPa）；Vs 为气枪容积。由于在实际应用中，对于气枪震源组合压力升高之后，频谱中低频输出也会随着增加，峰值也将会升高，从而将会导致气泡比增加。故此，气枪震源组合中的气枪子波变好，更加具有穿透力。小容量枪适合用于高分辨勘探;当需要获取海洋深层资料时，应采用大容量的气枪组合。根据传感器信息决定气枪阵开启时间，在设计海洋气枪震源组合时，优化设计水中的时间间隔，使得气枪控制器必须满足高可靠性，不但控制着气枪震源组合激发的同步性，满足大容积阵列和高施工效率的要求。

3.4 注意措施

在实际应用气枪震源组合中，应在气枪震源组合系统正式投入使用之前，与地震仪进行联机检查，并对气枪系统做一致性检[3]；同时也能够根据气枪震源组合数量，根据地质任务选择气枪沉放深度。气枪震源震源组合在实际应用中工作压力不能低于额定压力90%，电缆绝缘阻值应≥5ΜΩ，封闭气路气压下降应≤5%。且在每次激发时，确保连续激发合格率应达为98%以上，以便可以满足海洋勘探中高可靠性和质量控制的要求。

4 结论

综上所述，应用气枪震源组合在海洋地震勘探之中，气枪震源组合形式在海洋中可取得良好气枪子波特性，提高气枪震源能量，加强主脉冲能量，一直汽包脉冲干扰，在实际应用中发挥重要作用，具有实际应用价值，满足海上震源勘探要求。

[1]於国平，刘海波，王长春.一种有效的气枪震源组合拖曳方式[J].物探装备，2010(2)：75-77.

[2]谭拥军.海洋气枪震源组合的研究与应用[J].噪声与振动控制，2010(4)：29-32.

[3]李绪宣，王建花，杨凯.海上深水区气枪震源阵列优化组合研究与应用[J].中国海上油气，2012(3)：1-6，16.