黃在明 彭 海 任 達(dá) 席 彬 丁 鵬

（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司）

微測(cè)井非爆炸震源激發(fā)技術(shù)的研究與應(yīng)用

黃在明 彭 海 任 達(dá) 席 彬 丁 鵬

（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司）

微測(cè)井是獲得近地表結(jié)構(gòu)直接而有效的手段，基于當(dāng)前通用的非爆炸激發(fā)震源，通過對(duì)震源類型的深入分析和對(duì)比試驗(yàn)，提出了采用錘擊震源代替爆炸震源進(jìn)行微測(cè)井資料采集的方法，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化震源參數(shù)，使其在生產(chǎn)中得以廣泛推廣和應(yīng)用，從而根除了微測(cè)井資料采集爆炸作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了生產(chǎn)成本，也保障了生產(chǎn)質(zhì)量。圖8表1參5

近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查 微測(cè)井 爆炸震源 非爆炸震源 靜校正

0 引言

隨著地震勘探的逐步精細(xì)化，為了進(jìn)一步優(yōu)化施工參數(shù)，同時(shí)為后期高分辨率處理提供準(zhǔn)確的靜校正量，通常在地震勘探項(xiàng)目中都要開展大量的近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查工作。微測(cè)井作為近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查的手段之一，因其精度高、不受地形條件限制，被廣泛應(yīng)用于川渝地區(qū)高陡構(gòu)造勘探項(xiàng)目中。

為獲取高精度的微測(cè)井資料，往往采用微量炸藥或雷管進(jìn)行激發(fā)，但其安全風(fēng)險(xiǎn)高、人員設(shè)備投入多，為此，需要采用非爆炸震源激發(fā)技術(shù)進(jìn)行微測(cè)井資料采集，以根除涉爆作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，降低施工難度和成本。

1 微測(cè)井震源選擇

當(dāng)前，各行業(yè)采用多種震源進(jìn)行勘探作業(yè)，按照產(chǎn)生能量的方式可大概分為爆炸震源和非爆炸震源。

（1）爆炸震源一般采用雷管加成型TNT炸藥激發(fā)，它具有能量強(qiáng)、所激發(fā)的地震波具有良好的脈沖性等優(yōu)點(diǎn)，但涉爆作業(yè)安全管理難度大；

（2）非爆炸震源常用的有可控震源、電火花震源、空氣槍震源、錘擊震源和落重震源等，各有特點(diǎn)及適用條件：

·可控震源是利用氣體或水力驅(qū)動(dòng)下覆鋼板，使其產(chǎn)生一種頻率可控的波動(dòng)形成地震波，其能量可調(diào)，抗干擾能力強(qiáng)，但其設(shè)備價(jià)格高，且要求有較好的交通條件；

·電火花震源和空氣槍震源是利用電能或壓縮空氣瞬間釋放產(chǎn)生地震波，主要用于海上勘探；

·錘擊震源和落重震源是兩種簡易震源，錘擊震源是用一重錘錘擊地面墊板產(chǎn)生地震波；落重震源是用重物自由下落在地面墊板上產(chǎn)生地震波，具有操作簡便，激發(fā)能量較弱等特點(diǎn)。

爆炸震源在微測(cè)井施工中存在較大風(fēng)險(xiǎn)，而非爆炸震源可以避免涉爆作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，因此，應(yīng)盡可能選擇非爆炸震源作業(yè)。

川渝地區(qū)微測(cè)井資料采集的震源需具備以下幾個(gè)條件：

（1）震源激發(fā)能產(chǎn)生清楚的初至波；

（2）由于川渝地區(qū)地形起伏大，多數(shù)作業(yè)點(diǎn)不能通車，震源設(shè)備只能依靠人力搬遷，因此要求震源設(shè)備輕便，易于搬遷，對(duì)交通條件依耐性低；

（3）川渝地區(qū)地表為第四系泥土?xí)r，其能量散失較快，要求激發(fā)能量較大，當(dāng)?shù)乇頌閹r層出露時(shí)，其能量散失相對(duì)較慢，要求激發(fā)能量較小，而巖性的不同，也會(huì)導(dǎo)致激發(fā)能量的不同。因此，要求震源激發(fā)的能量可根據(jù)不同地表?xiàng)l件進(jìn)行大范圍的調(diào)節(jié)。

（4）從經(jīng)濟(jì)方面考慮，要求震源裝置盡量便宜，施工時(shí)人員、設(shè)備投入少。

通過對(duì)幾種常用非爆炸震源的綜合分析，結(jié)合川渝地區(qū)微測(cè)井施工的具體要求，我們認(rèn)為：

（1）可控震源設(shè)備價(jià)格太高，交通條件要求高，不適合高陡構(gòu)造勘探施工；

（2）電火花震源和空氣槍震源主要用于海上勘探，不適合陸上勘探；

（3）落重震源裝置成本不高，能減少施工作業(yè)人員和設(shè)備投入，但受地形限制較大，能量可調(diào)范圍小，不能較好滿足因地表巖性情況進(jìn)行能量調(diào)節(jié)的需求；

（4）錘擊震源經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，操作簡便，能量可根據(jù)人力和錘擊次數(shù)進(jìn)行大范圍調(diào)節(jié)，更適合川渝地區(qū)山地微測(cè)井施工。

2 錘擊震源設(shè)計(jì)

錘擊震源裝置（圖1）由兩部分組成，錘體和地面墊板，兩者分別在金屬體上連接電源線并與采集儀器（淺層折射儀）相連，當(dāng)錘體錘擊墊板，線路形成短路狀態(tài)，儀器激發(fā)開始記錄。

圖1 錘擊震源激發(fā)裝置示意圖

影響資料采集效果的錘擊震源參數(shù)主要有錘體和墊板的材質(zhì)、錘體重量、墊板大小和形狀。

（1）錘體和墊板的材質(zhì)：錘體和墊板接觸形成短路觸發(fā)儀器采集，為了保證觸發(fā)時(shí)間短且成功率高，也即是延遲時(shí)間短，要求錘體和墊板的材質(zhì)為良好的導(dǎo)體，同時(shí)要求多次錘擊后兩者的形變都很小，因此選用了鋼鐵作為錘體和墊板的材質(zhì)。

（2）錘體重量：錘體重量主要影響激發(fā)能量的大小，同時(shí)由于人力的大小也可以改變激發(fā)能量，因此在錘體重量確定時(shí)要綜合考慮激發(fā)能量和便攜性，最終選擇了5 kg的錘體。

（3）墊板大小：墊板過大，攜帶不方便，不利于野外施工，墊板過小，在受到錘擊時(shí)要向下陷落，造成初至起跳不干脆（圖2）。因此墊板既不能過大也不能過小，通過試驗(yàn)，墊板直徑選定為0.3m，厚度選定為0.02m。

（4）墊板形狀：根據(jù)力學(xué)原理的不同，可將墊板設(shè)計(jì)為平板、凹板和凸板（圖3）。平板受力時(shí)，能量均勻向下傳，凹板受力時(shí)，能量呈聚集狀態(tài)向下傳，凸板受力時(shí)，能量呈發(fā)散狀態(tài)向下傳。通過現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)（圖4）：墊板采用凹板時(shí)，初至延遲更小，起跳更干脆，更有利于得到高品質(zhì)微測(cè)井資料，因此，選定凹板作為錘擊震源墊板。

圖2 墊板陷落，初至起跳不干脆

圖3 墊板力學(xué)原理分析

圖4 墊板試驗(yàn)記錄

3 應(yīng)用效果

確定了錘擊震源各項(xiàng)參數(shù)后，將其激發(fā)效果與雷管激發(fā)效果進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，試驗(yàn)點(diǎn)選在岳101井區(qū)三維勘探項(xiàng)目中，該試驗(yàn)點(diǎn)地表為板結(jié)泥土，周邊無影響資料品質(zhì)的其他因素。從監(jiān)視記錄對(duì)比來看（圖5），兩者激發(fā)能量基本相當(dāng)，初至起跳干脆，波形特征相似；從初至?xí)r間對(duì)比來看（表1），錘擊激發(fā)相對(duì)雷管激發(fā)有0.03～0.24 ms的初至延遲，井越深，延遲時(shí)間就越長，但延遲時(shí)間均不超出初至?xí)r間的3.5%；從解釋成果的對(duì)比來看（圖6），兩者激發(fā)的層速度基本相當(dāng)，錘擊激發(fā)的層速度略小，分層厚度基本一致，微小的差異不影響微測(cè)井資料的應(yīng)用。綜合上述對(duì)比，錘擊震源與雷管震源激發(fā)的資料品質(zhì)相當(dāng)，所得資料能夠用于指導(dǎo)野外地震勘探采集施工和室內(nèi)資料靜校正處理。

表1 延遲時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

在對(duì)比確認(rèn)的基礎(chǔ)上，將該震源在岳101井區(qū)三維勘探項(xiàng)目中進(jìn)行全面的推廣應(yīng)用，通過對(duì)全部點(diǎn)位的聯(lián)合處理，獲取了該地區(qū)的近地表速度模型和厚度模型（圖7），將所得資料應(yīng)用于室內(nèi)靜校正處理，得到了優(yōu)質(zhì)的地震剖面（圖8），同相軸更連續(xù)，分辨率更高，反射細(xì)節(jié)得以充分體現(xiàn)。

圖5 監(jiān)視記錄對(duì)比圖

圖6 解釋成果對(duì)比圖

圖7 近地表結(jié)構(gòu)模型

圖8 靜校正效果對(duì)比

4 結(jié)論

（1）錘擊震源激發(fā)能得到較好的微測(cè)井記錄初至波，與雷管激發(fā)相當(dāng)，能保證微測(cè)井資料的精度；

（2）錘擊震源激發(fā)避免了微測(cè)井施工的涉爆作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)降低了施工難度，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

1 孫巧玲、趙輝、宋紅玲.VSP微測(cè)井技術(shù)在四川盆地的應(yīng)用效果分析［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2004，27（2）：16－19.

2 張寒松.復(fù)雜山地微測(cè)井方法研究［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012，（6）：114－115.

3 李明海.地面微測(cè)井在山地表層結(jié)構(gòu)調(diào)查中的應(yīng)用［J］.勘探地球物理進(jìn)展，2008（5）：378.

4 姜偉才.地震勘探震源的激發(fā)機(jī)制及應(yīng)用效果研究［D］.中國海洋大學(xué)，2003.

5 陸基孟.地震勘探原理［M］.北京：石油大學(xué)出版社，1993.

（修改回稿日期 2013－09－29 編輯 陳玲）

黃在明，男，1981年出生，工程師；畢業(yè)于成都理工大學(xué)，專業(yè)為資源勘查工程。地址：（637000）南充市順慶區(qū)西河北路139號(hào)石油地震一大隊(duì)生產(chǎn)辦公室。電話：13518281558。E－mail：16331037＠qq.com