張旭東 尹 成 趙 斌

（1.自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點實驗室廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510075；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室 西南石油大學(xué)，成都 610500）

0 前言

海洋地震勘探中采用氣槍陣列作為震源，其產(chǎn)生的遠場子波是海洋地震資料處理中重要的參數(shù)，由于觀測環(huán)境及經(jīng)濟成本的限制，遠場子波一般不采用直接觀測的方法得到，而是通過記錄的近場子波來模擬[1-2]。另外氣槍陣列作為震源產(chǎn)生地震子波不是最小相位的，相位隨著頻帶的變化而漂移，影響地震資料的高分辨處理[3]。非零相位反射波的峰值并不代表地層波阻抗界面，在進行海洋地震資料解釋時會引起地震層位標(biāo)定誤差，而獲得零相位化的地震資料是解決這一問題的最佳途徑[4]。

本文利用Ziolkwski（1982）提出的理想陣列這一概念，通過實際測量得到的受到氣槍間相干作用影響的近場子波模擬出氣槍陣列的遠場子波，利用該遠場子波求取零相位化算子（包括整形算子、壓制氣泡算子）并用于實際地震資料，為后續(xù)地震資料處理和地質(zhì)解釋提供高質(zhì)量的零相位資料[5-6]。

1 近場子波模擬遠場子波方法

海洋地震勘探的氣槍陣列中各槍之間激發(fā)互相不影響，各自單獨產(chǎn)生單槍震源子波，在近場檢波器中記錄到的信號，是經(jīng)過傳播距離r后直接到達檢波器的單槍震源子波和經(jīng)過傳播距離R后接收到的虛反射疊加而成[7]，如圖1所示。當(dāng)檢波器和槍陣距離較近時，也就是近場區(qū)時，r和R相差較大，由于球面擴散使得單槍震源子波與虛反射的振幅差異較大，隨著檢波器和震源之間距離的增加，虛反射的傳播路徑逐漸接近震源子波路徑，這時兩者受到的球面擴散引起的衰減近似相同，當(dāng)這個距離d滿足經(jīng)驗公式：

式（1）中，f為激發(fā)子波頻率，λmin為激發(fā)子波最小波長，D為氣槍陣列空間最大尺寸，c為水中聲波速度，這個區(qū)域即為遠場區(qū)。

圖1 震源子波和虛反射傳播路徑Fig.1 Reflection path of source wavelet and fictitious reflection

以本文所舉近場子波實際測量來說明，氣槍陣列由10個子陣組成，容量為1140 in3，壓力為2000 psi的GI槍陣列，分別在各個單元 （單槍或相干體）上方1.1 m處裝配了6個近場檢波器 （見圖2）。每個近場檢波器分別記錄了近場子波 （見圖3）。本次采集所采用的主要參數(shù)為：陣列沉放深度為4 m，采樣間隔0.5 ms，子波記錄長度400 ms。首先根據(jù)槍陣參數(shù)建立單槍理想震源子波與近場子波的疊加關(guān)系，利用該關(guān)系求取單槍理想震源子波，這個過程中需要考慮震源虛反射對近場子波的影響，然后根據(jù)檢波器的位置求取所有理想震源子波在檢波器處形成的遠場子波的形態(tài)[8]，這通過考慮單個理想子波的傳播與疊加來實現(xiàn)。通常的方法是在時間域?qū)崿F(xiàn)，所有數(shù)據(jù)都是時間域采樣的離散值，由于理想震源子波傳播時間不是采樣間隔的整數(shù)倍，這時時間域方法就涉及到重采樣，存在誤差，因此本文在頻率域?qū)崿F(xiàn)這一過程，理想震源子波的傳播時間延遲可以通過相位延遲來精確表達，沒有誤差，可以求取精確的單槍理想子波，進而獲得可靠的遠場子波[9]（見圖4）。

圖2 氣槍陣列組合（6個子陣）Fig.2 Combination of air gun array (six subarrays)

圖3 圖2中近場檢波器記錄的近場子波Fig.3 Near field wavelet recorded by near field detector in fig.2

圖4 利用近場子波推算得到的遠場子波Fig.4 Far field wavelet calculated by near field wavelet

X為單槍震源理想子波的頻譜向量，A是關(guān)于i，j，ω的三維矩陣，i，j為從1到n的循環(huán)，將

得到的X用式（5）做反傅里葉變換得到時間域的單槍震源理想子波。

利用式（5）可以求得空間任意點的遠場子波頻譜，對其做反傅里葉變換，可得時間域遠場子波。

2 遠場子波的應(yīng)用

氣槍陣列由具有不同容量、不同型號，能夠輸出不同能量、不同頻率的單槍經(jīng)過優(yōu)化組合而成，可以實現(xiàn)相干加強并最大限度壓制氣泡，從而獲得具有所需頻帶特征的子波，最終實現(xiàn)對目標(biāo)層位的有效勘探[10]。盡管槍陣組合在設(shè)計時就充分考慮了對氣泡的壓制，但實際采集中氣槍子波還是會受到氣泡效應(yīng)的影響，在頻譜上氣泡效應(yīng)表現(xiàn)在低頻端[11]，這是地震勘探不需要的，而且氣泡效應(yīng)具有明顯的周期性，可以通過預(yù)測反褶積來消除，另外通過子波整形技術(shù)得到零相位化算子，將上述兩個算子褶積后得到最終的零相位化算子[12]，具體流程見圖5。

圖5 遠場子波求取及應(yīng)用流程Fig.5 Acquisition and application of far field wavelet

得到最終的零相位化算子后，還可以利用褶積過程中相位相加特性來驗證[13]。輸入的帶電纜鬼波的震源模擬子波的相位譜與零相位化算子的相位譜是相反的，二者相加的結(jié)果應(yīng)趨于零相位。這可以作為檢驗零相位算子正確性的一種方法，也可以將求取的零相位化算子應(yīng)用于輸入子波，得到期望的零相位信號來驗證求取算子的正確性[14]。

3 實際應(yīng)用效果分析

本文所采用的實際資料位于南海北部陸坡區(qū)，圖 6、圖 7是遠場子波應(yīng)用前（a）、后（b）炮集和炮集頻譜，可以看到經(jīng)過零相位化算子應(yīng)用后，氣泡對子波的影響基本消除，同時子波整形為零相位疊加剖面，波組特征變得更加清晰，同相軸連續(xù)性得到明顯改善。通過震源子波反褶積處理，遠場子波的氣泡和虛反射得到很好壓制，子波形狀得到很好的恢復(fù)。圖8為遠場子波應(yīng)用前（a）、后（b）疊加剖面，由遠場子波得到的零相位化算子應(yīng)用后，氣泡被很好的壓制，BSR的反極性特征更為明顯，波組特征更加清晰，信噪比和分辨率都得到很大改善。

圖 6 遠場子波應(yīng)用前（a）、后（b）炮集Fig.6 Shot gather before （a） and after （b） far field wavelet application

圖7 遠場子波應(yīng)用前 （a）、 后 （b） 炮集頻譜Fig.7 Shot gather spectrum before （a） and after （b） far field wavelet application

4 結(jié)語

在海洋地震資料處理中，實際獲得的氣槍子波并不是人們期望的形態(tài)，而是被虛反射和氣泡效應(yīng)改造過的子波。本文通過氣槍陣列近場子波模擬得到可靠的遠場子波，再進一步利用該遠場子波得到零相位化算子。通過上述震源子波處理技術(shù)可以基本消除氣泡效應(yīng)影響，獲得的零相位化資料相位穩(wěn)定、可靠，能為地震資料拼接處理、高分辨率處理等打好基礎(chǔ)，同時為準(zhǔn)確標(biāo)定油氣藏頂、底界面，精確落實圈閉范圍和尖滅追蹤等精細解釋工作提供保障。

圖8 遠場子波應(yīng)用前 （a）后 （b）疊加剖面Fig.8 Stack profile before （a） and after （b） far field wavelet application