馬哲

（遼河油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，遼寧 盤(pán)錦 124010）

三維地震物探技術(shù)是從二維勘探技術(shù)當(dāng)中演變，該項(xiàng)技術(shù)綜合了物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域，并且在實(shí)際應(yīng)用中可以通過(guò)回射地震波相關(guān)信息的形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)所勘探區(qū)域的地質(zhì)勘察[1]。與傳統(tǒng)二維地震物探技術(shù)相比，該技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠獲取到更多空間層面上的數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)密度更高，針對(duì)不同區(qū)域其勘探信息點(diǎn)最高密度可以高達(dá)15m×15m。當(dāng)前，隨著石油礦井開(kāi)采過(guò)程的進(jìn)行，大部分礦山都形成了大流量礦井區(qū)域，其存在嚴(yán)重威脅著石油礦井開(kāi)采及地質(zhì)的安全。除此之外，部分老舊礦井，由于設(shè)計(jì)資料的相關(guān)信息已經(jīng)丟失，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)具體位置以及邊界的明確，對(duì)于后續(xù)礦井生產(chǎn)以及相關(guān)工程建設(shè)而言，都會(huì)留下極大的安全隱患[2]。當(dāng)前，傳統(tǒng)二維地震物探技術(shù)在應(yīng)用到石油礦井當(dāng)中，對(duì)其進(jìn)行探測(cè)時(shí)，通常會(huì)結(jié)合變形觀測(cè)、水文試驗(yàn)等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)其探測(cè)。但這種探測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用中存在誤差大、受周?chē)h(huán)境影響嚴(yán)重等問(wèn)題。而另一種鉆探方法能夠更加直觀地將探測(cè)結(jié)果顯示，但通常需要進(jìn)行較為密集的鉆孔施工，造成探測(cè)工作量增加。因此，基于上述存在問(wèn)題，本文結(jié)合三維地震物探技術(shù)，開(kāi)展其在石油礦井探測(cè)當(dāng)中的設(shè)計(jì)研究。

1 基于三維地震物探技術(shù)的石油礦井探測(cè)方法設(shè)計(jì)

1.1 石油礦井三維地震數(shù)據(jù)采集

在對(duì)石油礦井三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)，本文引入瞬變電磁法完成，利用一個(gè)不接地的回線向礦井當(dāng)中發(fā)射脈沖電磁波，并利用磁導(dǎo)率對(duì)電磁感應(yīng)的定量，在脈沖電磁波結(jié)束后，對(duì)探測(cè)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。針對(duì)一次脈沖信號(hào)而產(chǎn)生的二次場(chǎng)信號(hào)可用如下公式表示：

公式（1）中，V 表示為一次脈沖信號(hào)而產(chǎn)生的二次場(chǎng)信號(hào)；μ 表示為磁導(dǎo)率；M 表示為發(fā)送線圈磁矩；q 表示為接收線圈等效面積；ρ 表示為石油礦井底層電阻率；t 表示為探測(cè)時(shí)間。根據(jù)上述公式，計(jì)算得出一次脈沖信號(hào)而產(chǎn)生的二次場(chǎng)信號(hào)，從公式（1）中得出，二次場(chǎng)信號(hào)與地層電阻率和探測(cè)時(shí)間之間成反比例關(guān)系，因此通過(guò)早期信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)淺層石油礦井結(jié)構(gòu)信息的顯示，通過(guò)晚期信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)深層石油礦井結(jié)構(gòu)信息的顯示[3]。同時(shí)，在實(shí)際探測(cè)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)首先在已知區(qū)域上，針對(duì)數(shù)據(jù)采集方法進(jìn)行有效性實(shí)驗(yàn)，再根據(jù)得出的結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行前值增益、信噪比等參數(shù)的設(shè)置，通過(guò)此種方式，獲取到更加準(zhǔn)確的石油礦井三維地震數(shù)據(jù)。

1.2 基于三維地震物探技術(shù)的石油礦井地震數(shù)值模擬

根據(jù)上述操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)石油礦井三維地震數(shù)據(jù)的采集后，本文引入三維地震物探技術(shù)，對(duì)石油礦井地震數(shù)值進(jìn)行模擬。將石油礦井地震數(shù)值模擬看作是地震波在介質(zhì)當(dāng)中的傳播過(guò)程，通過(guò)探究地震波的傳播特性與介質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)石油礦井真實(shí)觀測(cè)地震記錄的最優(yōu)逼近[4]。同時(shí)，通過(guò)對(duì)石油礦井地震數(shù)值進(jìn)行模擬，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)本探測(cè)區(qū)域地下反射信息和波場(chǎng)分布特征的了解，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)石油礦井的探測(cè)。在三維地震物探數(shù)值模擬軟件當(dāng)中，給定一個(gè)地質(zhì)模型，并為其提供一個(gè)震源子波和震源接收器安裝位置，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)石油礦井地震波場(chǎng)的空間分布與時(shí)間變化規(guī)律的探究。由于在三維地震物探數(shù)值模擬軟件當(dāng)中，地質(zhì)模式是三維的，波長(zhǎng)是三分量波場(chǎng)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)石油礦井的3D/3C 正演模擬。同時(shí)，為了能夠更好地對(duì)石油礦井地震進(jìn)行預(yù)測(cè)，達(dá)到探測(cè)目的，還需要切合實(shí)際對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)不同石油礦井傾角組合，對(duì)其異常界面模型參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如表1 所示。

表1 多種不同石油礦井傾角組合異常界面模型參數(shù)

根據(jù)表1 中參數(shù)，對(duì)多種不同石油礦井傾角組合異常界面模型進(jìn)行設(shè)置，假設(shè)在發(fā)生地震時(shí)，存在R1～R4，共四個(gè)主能量異常界面，在R4 界面周?chē)嬖谌跄芰慨惓?，并且四個(gè)界面上都存在畫(huà)弧現(xiàn)象。同時(shí)，通過(guò)上述參數(shù)的設(shè)置，能夠確保在不同石油礦井傾角組合下，傾角和傾向在地震物探數(shù)值模擬軟件當(dāng)中清晰成像，并且分辨率得到保障。

1.3 石油礦井突變區(qū)域探測(cè)

在進(jìn)行石油礦井開(kāi)采的過(guò)程中，常常會(huì)出現(xiàn)開(kāi)采厚度突變的區(qū)域，若對(duì)該區(qū)域并未進(jìn)行及時(shí)探測(cè)和明確，則對(duì)于后續(xù)開(kāi)采效率和開(kāi)采安全而言都會(huì)造成較大影響。因此，針對(duì)這一問(wèn)題，在上述基于三維地震物探技術(shù)的石油礦井地震數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，對(duì)石油礦井突變區(qū)域進(jìn)行探測(cè)和預(yù)測(cè)。基于上述石油礦井三維地震數(shù)據(jù)，對(duì)巖層電阻率的變化情況進(jìn)行判定。對(duì)三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行極化偏移處理，并對(duì)連續(xù)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比[5]。根據(jù)探測(cè)過(guò)程中得出的高阻區(qū)域，推測(cè)是在特定范圍內(nèi)是否存在高阻異常體。同時(shí)，結(jié)合全空間瞬變電磁視電阻率計(jì)算，得出早期瞬變電磁信號(hào)的畸變發(fā)生時(shí)間。再利用地震探測(cè)結(jié)果分析，綜合被探測(cè)石油礦井的三類(lèi)地球物理信息，遵循彈性波能量異常判定石油礦井突變區(qū)域的原則，推測(cè)得出實(shí)際發(fā)生突變區(qū)域的具體位置。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

本文通過(guò)上述論述，實(shí)現(xiàn)對(duì)基于三維地震物探技術(shù)的石油礦井探測(cè)方法的設(shè)計(jì)研究，為進(jìn)一步驗(yàn)證該方法在實(shí)際應(yīng)用中的效果，將該探測(cè)方法與傳統(tǒng)基于二維地震物探技術(shù)的石油礦井探測(cè)方法應(yīng)用到相同石油礦井開(kāi)采區(qū)域當(dāng)中，完成如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)：

本文選擇的石油礦井開(kāi)采區(qū)域?yàn)槟车貐^(qū)石油礦井開(kāi)采1055 工作面，由于在實(shí)際施工過(guò)程中會(huì)受到其他工作面區(qū)域的水害影響因此需要對(duì)其進(jìn)行充分探測(cè)，確定該區(qū)域詳細(xì)探測(cè)數(shù)據(jù)，并判斷該區(qū)域是否能夠進(jìn)行石油礦井開(kāi)采作業(yè)活動(dòng)，以此為安全生產(chǎn)提供基礎(chǔ)資料。為確保實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)性，本文在該石油礦井當(dāng)中每隔一段距離安裝一個(gè)正交三分量傳感器，其安裝布置圖如圖1 所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置安裝布置圖

圖1 中，C1 和C2 分別表示為兩個(gè)力量檢波器，分別利用兩種探測(cè)方法對(duì)該研究區(qū)域可能出現(xiàn)礦層突變?cè)龊竦膮^(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將得出的結(jié)果與上述傳感器實(shí)際探測(cè)得出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以此驗(yàn)證兩種探測(cè)方法的精度。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如表2所示。

表2 兩種探測(cè)方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

從表2 中得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，本文探測(cè)方法得出該石油礦井開(kāi)采工作面上礦層突變?cè)龊駞^(qū)域的結(jié)果與實(shí)際礦層突變?cè)龊駞^(qū)域范圍一致，僅在區(qū)域V 位置上存在較小的誤差。而傳統(tǒng)探測(cè)方法得出的結(jié)果與實(shí)際礦層突變?cè)龊駞^(qū)域范圍相差較大。因此，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的基于三維地震物探技術(shù)的石油礦井探測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠得到更加準(zhǔn)確的探測(cè)結(jié)果，確保施工安全和開(kāi)采效率。

3 結(jié)論

在進(jìn)行石油礦井開(kāi)采的過(guò)程中，未明確礦井實(shí)際地質(zhì)情況時(shí)進(jìn)行開(kāi)采，其各個(gè)方面的參數(shù)變化都會(huì)對(duì)后續(xù)石油資源開(kāi)采施工造成十分嚴(yán)重的安全隱患，因此針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行石油礦井的探測(cè)對(duì)于確保石油礦井開(kāi)采的安全而言具有十分重要的價(jià)值意義。本文針對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)探測(cè)方法存在的問(wèn)題，提出了一種基于三維地震物探技術(shù)的探測(cè)方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的應(yīng)用效果。在后續(xù)的研究中，還將針對(duì)不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)的石油礦井特征，對(duì)該方法進(jìn)行不斷優(yōu)化，以期不斷擴(kuò)大探測(cè)方法的應(yīng)用范圍。