利用檢波器串獲取井口時(shí)間的方法探討

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(1.東方地球物理勘探有限責(zé)任公司新興物探開發(fā)處 河北 涿州 072750; 2.東方地球物理勘探有限責(zé)任公司裝備服務(wù)處 河北 涿州 072750； 3.東方地球物理勘探有限責(zé)任公司采集技術(shù)支持部 河北 涿州 072750； 4.東方地球物理勘探有限責(zé)任公司國(guó)際勘探事業(yè)部 河北 涿州 072750； 5.東方地球物理勘探有限責(zé)任公司華北物探處 河北 任丘 062522)

·儀器設(shè)備與應(yīng)用·

利用檢波器串獲取井口時(shí)間的方法探討

曹雄偉1,司亞2,陶林3,謝廷益3,李國(guó)圓4,張學(xué)銀5

(1.東方地球物理勘探有限責(zé)任公司新興物探開發(fā)處 河北 涿州 072750; 2.東方地球物理勘探有限責(zé)任公司裝備服務(wù)處 河北 涿州 072750； 3.東方地球物理勘探有限責(zé)任公司采集技術(shù)支持部 河北 涿州 072750； 4.東方地球物理勘探有限責(zé)任公司國(guó)際勘探事業(yè)部 河北 涿州 072750； 5.東方地球物理勘探有限責(zé)任公司華北物探處 河北 任丘 062522)

地震勘探中井口時(shí)間的大小取決于炸藥的激發(fā)深度和地震波的傳播速度，在巨厚腐殖質(zhì)區(qū)域的井口時(shí)間可達(dá)到100 ms以上，超出了SHOTPROII爆炸機(jī)的接收時(shí)間范圍，爆炸機(jī)無(wú)法接收到正確的井口時(shí)間。為了爆炸機(jī)獲取正確的井口時(shí)間，提出了一種新的方法，在井口旁另外插一支SG10檢波器，連接大線，直接用地震儀器接收，讀取該道初至?xí)r間來(lái)修正爆炸機(jī)的井口時(shí)間。通過和正確的井口時(shí)間、最近道的初至?xí)r間對(duì)比，證明了該方法的可行性。隨著腐殖質(zhì)層厚度的加大，采集到的初至?xí)r間出現(xiàn)延遲，通過對(duì)地震波和對(duì)單支SG10檢波器類型進(jìn)行分析，出現(xiàn)初至延遲的原因是單支SG10檢波器接收到的地震波初至能量弱，無(wú)法準(zhǔn)確起跳。將單支SG10檢波器改為單個(gè)JSX-2檢波器，得到了正確的初至?xí)r間。隨著腐殖質(zhì)層厚度的繼續(xù)加大，采集到的初至?xí)r間再次出現(xiàn)延遲，通過將單個(gè)JSX-2檢波器改為1串(12個(gè))SG10檢波器，得到了正確的初至?xí)r間。

地震勘探；井口時(shí)間； 巨厚腐殖質(zhì)； 爆炸機(jī)； 大線； 最近道

0 引 言

在地震勘探野外采集中，井口時(shí)間指的是井炮施工過程中從井底激發(fā)到井口檢波器接收到初至的時(shí)間[1]，習(xí)慣上稱作τ值，通過τ值可以有效地監(jiān)測(cè)激發(fā)井深和獲取一定深度高精度的表層速度信息，也是后期地震數(shù)據(jù)處理中用來(lái)精確求取炮檢點(diǎn)靜校正量的重要資料[2]。為了得到井口時(shí)間，通常的做法是在井口附近插置一個(gè)井口檢波器，與爆炸機(jī)聯(lián)接，當(dāng)炸藥爆炸激發(fā)的地震波傳到井口檢波器時(shí)，井口檢波器信號(hào)開始起跳，讀取其初至起跳對(duì)應(yīng)的時(shí)刻作為井口時(shí)間。例如炸藥激發(fā)深度為29 m時(shí)，一般地震勘探井口時(shí)間范圍從15～50 ms；表層巖性松軟的區(qū)域井口時(shí)間范圍從60～90 ms，此時(shí)需要調(diào)節(jié)爆炸機(jī)的空白時(shí)間才能接收到地震波信號(hào)；在巨厚腐殖質(zhì)區(qū)域的井口時(shí)間可達(dá)到100 ms以上，超出了SHOTPROII爆炸機(jī)的接收時(shí)間范圍，此種情況爆炸機(jī)顯示的時(shí)間為0 ms，井口時(shí)間不正確。

東南亞地區(qū)島嶼較多，一些島嶼地貌主要為熱帶原始森林和沼澤，地表覆蓋著巨厚的腐殖質(zhì)層，腐殖質(zhì)層中間有較多的孔隙，地層介質(zhì)較為松軟、層速度較低。在腐殖質(zhì)區(qū)域地震勘探采集，井口時(shí)間的變化范圍很大，正常的井口時(shí)間從40～138 ms。當(dāng)井口時(shí)間超出100 ms，SHOTPROII爆炸機(jī)無(wú)法接收到正確的井口時(shí)間。為了爆炸機(jī)獲取正確的井口時(shí)間，本文提出了一種新的方法，在井口附近另外插一支檢波器，連接大線，直接用地震儀器接收，讀取該道初至?xí)r間來(lái)修正爆炸機(jī)的井口時(shí)間。在施工過程中，對(duì)出現(xiàn)問題，通過多次試驗(yàn)及詳細(xì)分析，改變接收檢波器的類型和數(shù)量，最終得到了正確的井口時(shí)間。

1 小于100 ms正常井口時(shí)間的采集方法

井口時(shí)間常規(guī)的采集方法是爆炸機(jī)讀取井口檢波器的初至?xí)r間，通過調(diào)節(jié)爆炸機(jī)的延遲時(shí)間(空白時(shí)間)可以接收到100 ms以內(nèi)的井口時(shí)間。

1.1 井口時(shí)間的產(chǎn)生

在炸藥激發(fā)前，將一個(gè)井口檢波器插置在離井口約1 m處，井口檢波器的另一端與爆炸機(jī)相接。井口時(shí)間是從炸藥激發(fā)開始計(jì)時(shí)，到地震直達(dá)波或者透射波傳到井口檢波器開始起跳時(shí)刻的時(shí)間。地表?xiàng)l件相同時(shí)，炸藥埋置的深度越大，井口時(shí)間越長(zhǎng)。炸藥埋置深度相同時(shí)，地震波在地表介質(zhì)傳播的速度越小，井口時(shí)間越長(zhǎng)。

用公式表達(dá)為：

τ=L×1 000/V

(2.1)

其中，τ為井口時(shí)間，ms；L為炸藥到井口檢波器的深度，m；V為直達(dá)波或者透射波從炸藥到井口檢波器之間介質(zhì)的平均速度。

1.2 爆炸機(jī)接收井口時(shí)間的原理

爆炸機(jī)接到編碼器的點(diǎn)火指令后，引爆炸藥，同時(shí)爆炸機(jī)開始準(zhǔn)備接收井口檢波器反饋的正弦地震波，正弦地震波的初至?xí)r間即為井口時(shí)間，爆炸機(jī)液晶屏顯示井口時(shí)間數(shù)值，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的TEXT文本文件。爆炸機(jī)默認(rèn)設(shè)置接收井口時(shí)間的范圍為0～60 ms。爆炸機(jī)可以設(shè)置一個(gè)延遲時(shí)間分別為5、10、15、20、25、30、35、40 ms，用以延遲爆炸機(jī)開始接收井口時(shí)間的起始時(shí)刻，增大接收井口時(shí)間范圍。當(dāng)延遲時(shí)間設(shè)置為40 ms時(shí)，爆炸機(jī)從40 ms時(shí)開始準(zhǔn)備接收井口時(shí)間，加上爆炸機(jī)接收井口時(shí)間的范圍為0～60 ms，此時(shí)爆炸機(jī)能接收到井口時(shí)間的范圍為40～100 ms[3]。

2 大于100 ms井口時(shí)間的采集方法

當(dāng)井口時(shí)間大于100 ms時(shí)，超出了爆炸機(jī)接收井口時(shí)間的范圍，爆炸機(jī)無(wú)法接收到井口時(shí)間。雖然可以通過最近偏移距地震道的初至?xí)r間演算得到一個(gè)近似的井口時(shí)間，但在表層橫向巖性變化較大的區(qū)域，其差值仍然較大。

一種精確得到井口時(shí)間大于100 ms時(shí)的采集方法：準(zhǔn)備一個(gè)和井口檢波器一樣的檢波器A和一根新采集大線B，并將大線B改裝成只有1個(gè)采集站的設(shè)備，避免多余的2個(gè)采集站接入后發(fā)生繞道設(shè)置連接。在井口檢波器到井口相同距離處，插置檢波器A和采集大線B連到儀器，將檢波器A設(shè)置成輔助道。儀器記錄該輔助道的初至?xí)r間作為井口時(shí)間，大于100 ms的井口時(shí)間采集方法如圖1所示。

圖1 大于100 ms的井口時(shí)間采集方法示意圖

3 實(shí)例分析

東南亞地區(qū)某國(guó)二維地震勘探項(xiàng)目中，檢波點(diǎn)距為30 m，炮點(diǎn)距為60 m，井深為29 m，在腐殖質(zhì)層巨厚區(qū)域，井口時(shí)間出現(xiàn)了很多大于100 ms的現(xiàn)象，爆炸機(jī)無(wú)法接收到正確的井口時(shí)間。施工中對(duì)單炮數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出了獲取準(zhǔn)確井口時(shí)間的方法，并進(jìn)行了實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。

3.1 井口時(shí)間大于100 ms數(shù)據(jù)的特征分析

巨厚腐殖質(zhì)區(qū)域，腐殖質(zhì)層中間有較多的孔隙，土質(zhì)松軟，表層層速度較低，導(dǎo)致最近道初至?xí)r間長(zhǎng)、能量較弱、頻率較低，最大初至?xí)r間達(dá)138 ms。正常區(qū)域速度相對(duì)較高，最近道初至?xí)r間較短，一般小于70 ms。不同區(qū)域最近道初至?xí)r間對(duì)比圖如圖2所示，正常區(qū)域最近道初至?xí)r間為60 ms，腐殖質(zhì)區(qū)域最近道初至?xí)r間為120 ms。

巨厚腐殖質(zhì)區(qū)域，低降速帶較厚，地震勘探采集中炸藥的埋置深度較淺，炸藥在低降速帶中激發(fā)，激發(fā)巖性較差，能量上傳過程中衰減劇烈，導(dǎo)致單炮特征為：1)能量較弱，特別是遠(yuǎn)偏移距；2)頻率較低，正常區(qū)域單炮主頻頻帶為6 ～20 Hz，腐殖質(zhì)區(qū)域單炮主頻頻帶窄，僅為5～20 Hz。

不同區(qū)域單炮能量對(duì)比圖如圖3所示，不同區(qū)域單炮頻率對(duì)比圖如圖4所示。

圖2 不同區(qū)域最近道初至?xí)r間對(duì)比圖

圖3 不同區(qū)域單炮能量對(duì)比圖

圖4 不同區(qū)域單炮頻率對(duì)比圖

3.2 單支檢波器初至?xí)r間的檢驗(yàn)

在腐殖質(zhì)區(qū)域施工時(shí)，除了使用與爆炸機(jī)連接的井口檢波器外，還單獨(dú)插置一個(gè)單支SG10檢波器，該檢波器的類型、埋置深度和離井口的距離同井口檢波器一致，通過大線與儀器相連，儀器設(shè)置其為輔助道。井口檢波器和單支檢波器的偏移距都為1 m，埋置深度為3 m，最近道偏移距為15 m，埋置深度為0.3 m。通過對(duì)采集單炮的井口時(shí)間、單支檢波器初至?xí)r間和最近地震道初至?xí)r間分析，單支檢波器的初至?xí)r間與井口時(shí)間正常的數(shù)值誤差較小，最近道初至?xí)r間同井口時(shí)間、單支檢波器初至?xí)r間差別都較大。同一條測(cè)線的正常區(qū)域和腐殖質(zhì)區(qū)域的井口時(shí)間、單支檢波器初至?xí)r間和最近道初至?xí)r間統(tǒng)計(jì)如圖5所示。

由圖5可以看出單支檢波器初至?xí)r間和井口時(shí)間正常的值吻合較好，單支檢波器初至?xí)r間比最近道初至?xí)r間小，與他們到炮點(diǎn)的距離差相對(duì)應(yīng)。從兩個(gè)方面檢驗(yàn)了單支檢波器初至?xí)r間是正確的。

4 延遲分析和解決方法

部分腐殖質(zhì)巨厚區(qū)域初至延遲，在施工過程中部分腐殖質(zhì)巨厚區(qū)域出現(xiàn)了與儀器直接相連接單支SG10檢波器(偏移距1 m)接收到的初至?xí)r間比最近道(偏移距15 m)初至?xí)r間長(zhǎng)很多，從10～100 ms，而且出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的概率為95%。單支SG10檢波器初至?xí)r間延遲如圖6所示。此時(shí)儀器記錄的地震數(shù)據(jù)正確。

出現(xiàn)這種現(xiàn)象后，將與儀器直接相連接單支SG10檢波器換成JSX-2檢波器，JSX-2檢波器記錄的初至?xí)r間比最近道初至?xí)r間小，初至?xí)r間正常。

圖5 井口時(shí)間、單支檢波器初至?xí)r間、最近道初至?xí)r間對(duì)比圖

圖6 單支SG10檢波器初至?xí)r間延遲圖

隨著施工的繼續(xù)，再次出現(xiàn)了與儀器直接相連接JSX-2檢波器接收到的初至?xí)r間比最近道初至?xí)r間長(zhǎng)很多，范圍從10～100 ms，而且出現(xiàn)異常現(xiàn)象的概率為93%。此時(shí)儀器記錄的地震數(shù)據(jù)正確。

將與儀器直接相連接JSX-2檢波器換成一串12支SG10檢波器，檢波器記錄的初至?xí)r間比最近道初至?xí)r間小，初至?xí)r間正常。

5 不同檢波器接收效果原因分析

5.1 地震波振幅的特征

與儀器相連的井口檢波器接收到的是一個(gè)振幅由小逐漸變大，再由大逐漸變小的地震波[4]。由于儀器的前放增益設(shè)置一定，能否正確記錄到地震波的初至?xí)r間主要取決于檢波器接收到信號(hào)的振幅強(qiáng)度大小，當(dāng)檢波器接收到的信號(hào)振幅較小時(shí)，儀器無(wú)法識(shí)別，儀器記錄地震波的信號(hào)就會(huì)延遲到下一個(gè)周期，所記錄的初至?xí)r間比真實(shí)的時(shí)間延后，一般地震波的周期從10～100 ms，所以這種延遲時(shí)間可達(dá)到幾十毫秒，出現(xiàn)的概率較大。

5.2 兩種檢波器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

JSX-2檢波器和SG-10檢波器都為動(dòng)圈式檢波器，都屬于超級(jí)檢波器(高精度檢波器)，具有低失真度、高假頻、寬頻帶、大動(dòng)態(tài)范圍和保真度高等特點(diǎn)【5】。一串SG-10檢波器為12個(gè)檢波器四串三并組成，而JSX-2是四串二并，8個(gè)SG-10芯體“零距離”組合，再用防水包裝成一個(gè)“大檢波器”。它們的芯體都同為SG-10，只是其中個(gè)數(shù)和組合方式不一樣。所以對(duì)地震波振幅接收能力從小到大的順序?yàn)椋簡(jiǎn)沃G-10檢波器、單個(gè)JSX-2檢波器和一串SG-10檢波器(12個(gè))。

通過對(duì)地震波振幅特征和兩種檢波器的結(jié)構(gòu)分析可以得知，在普通區(qū)域或者腐殖質(zhì)層較薄區(qū)域，地震波振幅較大時(shí)，與儀器相連的單個(gè)SG10檢波器都能正確讀取地震波的初至?xí)r間；當(dāng)在腐殖質(zhì)較厚區(qū)域，地震波的振幅相對(duì)較小時(shí)，單支SG-10檢波器接收地震波初至振幅的強(qiáng)度較小，儀器無(wú)法識(shí)別，直到下一個(gè)周期地震波振幅較大時(shí)，儀器才能識(shí)別，導(dǎo)致記錄的初至?xí)r間延遲。所以，當(dāng)單個(gè)JSX-2檢波器初至?xí)r間也出現(xiàn)延遲時(shí)，一串SG-10檢波器(12個(gè))能正確接收到初至?xí)r間。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)井口旁單支檢波器初至?xí)r間的提取，以及對(duì)檢波器類型和數(shù)量的優(yōu)化，得到了準(zhǔn)確的井口時(shí)間，有效地解決了巨厚腐殖質(zhì)層區(qū)域爆炸機(jī)無(wú)法接收到大于100 ms的井口時(shí)間問題。該方法的使用為后期地震數(shù)據(jù)處理求取炮檢點(diǎn)靜校正量提供了準(zhǔn)確的井口時(shí)間，從而提高靜校正量的精度和建立更加精細(xì)的表層速度信息庫(kù)。

[1] 陸基孟,王永剛.地震勘探原理[M].山東東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社，2009：30-33.

[2] 李海東,白旭明,常建華，等.井口τ值在高精度地震勘探中的應(yīng)用[J].中國(guó)石油勘探，2008,13(2):37-44.

[3] 美國(guó)Pelton公司.SHOT PRO II Manual[Z].2003：5-6.

[4] 楊文一. 野外施工中井口時(shí)間不準(zhǔn)的原因及對(duì)策[J].石油物探,1985，24(3):94-96.

[5] 資斗宏,常 穩(wěn),孫 敏.兩種檢波器對(duì)比分析[C].SPG/SEG2011年國(guó)際地球物理會(huì)議論文集,1118-1121.

ApproachtoObtainingtheUp-holeTimeValueinSeismicExploration

CAOXiongwei1,SIYa2,TAOLin3,XIETingyi3,LIGuoyuan4,ZHANGXueyin5

(1.NewResourcesGeophysicalExplorationDivisionofBGP,CNPC,Zhuozhou,Hebei072750,China; 2.BGPEquipment,CNPC,Zhuozhou,Hebei072750,China; 3.AcquisitionTechniqueSupportofBGP,CNPC,Zhuozhou,Hebei072750,China; 4.InternationalExplorationDepartmentofBGP,CNPC,Zhuozhou,Hebei072750,China; 5.HuabeiGeophysicalExplorationDepartmentofBGP,CNPC,Renqiu,Hebei062552,China)

The up-hole time value τ in seismic exploration is up to the shooting depth and the near-surface velocity of each shooting well. In the thick humus area, the up-hole time value τ may be more than 100 ms because of the low velocity layer, which beyond the range that the blaster can receive. In order to obtain the accurate τ value, the paper give a new method, a geophone was planted near the shot and directly connected to the acquisition instrument by cable. The first break time of the geophone is equal to the up-hole time value τ. It is proved that the method is useful to obtain the up-hole time value τ by comparing with some up-hole time value τ and the first break time of the nearest trace. In some case, the up-hole time has delayed because of the thickness increasing of the humus area. By Analyzing seismic wave and the type of single SG10 geophone, the reason for the initial delay is that the seismic waves

by the single SG10 detectors are too weak to jump accurately. Though changing a single SG10 detector to a single jsx-2 detector, the right first time acquires. With the thickness increasing further of the humus area, the up-hole time delay appears again, the paper give a solution to use 12 geophones in series to get first break time, and can receive the right first break time.

seismic exploration; up-hole time; thick humus; blaster; cable; nearest trace

曹雄偉, 男，1981年生，工程師，2005年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)，現(xiàn)主要從事地震勘探采集方法研究及技術(shù)管理工作。E-mail:caoxiongwei@bgp.com.cn

P631.4

A

2096-0077(2017)06-0075-04

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.06.019

2017-02-20

高紅霞)