微測(cè)井時(shí)深關(guān)系質(zhì)量控制方法研究

王克非 舒玉涵 姚茂敏

摘? 要：微測(cè)井是目前公認(rèn)的精度最高的表層調(diào)查方法，其主要作用是宏觀下的質(zhì)控建模及靜校正各方法應(yīng)用精度的量化檢驗(yàn)。在野外施工時(shí)，往往會(huì)遇到如電纜堆積等問(wèn)題，使微測(cè)井的時(shí)深關(guān)系出現(xiàn)異常點(diǎn)，影響表層建模精度。本方法在不改變?cè)y(cè)井觀測(cè)方式基礎(chǔ)上，增加中遠(yuǎn)偏移距接收點(diǎn)記錄，依據(jù)井中激發(fā)點(diǎn)之間的旅行時(shí)初至?xí)r差關(guān)系，準(zhǔn)確判定出波阻抗界面位置，保證了微測(cè)井采集的可靠性。此方法在準(zhǔn)噶爾盆地不同表層介質(zhì)條件下進(jìn)行測(cè)試和應(yīng)用，均獲得良好效果。

關(guān)鍵詞：微測(cè)井;表層調(diào)查;中遠(yuǎn)道觀測(cè);初至?xí)r差量;高速頂

在陸上地震勘探中，野外表層調(diào)查主要分為兩大類：一類是利用地震的方法獲取表層信息。如：小折射、大折射和微測(cè)井等;另一類是利用電磁法獲取表層信息。如：瞬變電磁和地質(zhì)雷達(dá)等。其目的就是要通過(guò)這些技術(shù)手段，完成對(duì)表層介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型特征的精細(xì)刻畫(huà)，估算出準(zhǔn)確的靜校正量[1-2]。目前表層調(diào)查中相對(duì)精度高的方法是微測(cè)井[3-4]。但在微測(cè)井的實(shí)際采集中，往往會(huì)遇到許多意想不到的問(wèn)題。譬如：井中投放纜線遇阻、埋井不實(shí)、井中激發(fā)纜線炸斷、纜線漂移錯(cuò)位等，導(dǎo)致微測(cè)井時(shí)深關(guān)系的成果資料不準(zhǔn)確，影響近地表模型的建立，最終影響到地震資料處理的成像效果[5-6]。本方法主要是通過(guò)對(duì)表層低、降速帶厚度和速度值的預(yù)測(cè)，設(shè)置遠(yuǎn)道觀測(cè)點(diǎn)，利用阻抗界面上下激發(fā)點(diǎn)到達(dá)遠(yuǎn)端接收點(diǎn)旅行時(shí)差，以及對(duì)各道初至?xí)r間變化規(guī)律的分析，來(lái)判定微測(cè)井的時(shí)深關(guān)系是否異常，中間是否存在阻抗界面等。同時(shí)借助時(shí)深關(guān)系曲線的解釋，確定此微測(cè)井高速頂面的準(zhǔn)確深度，并認(rèn)定該微測(cè)井是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該方法在準(zhǔn)噶爾盆地測(cè)試中獲得了良好效果，有效識(shí)別了異常測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。

1? 微測(cè)井異常現(xiàn)象及原因分析

在野外表層調(diào)查中，由于表層介質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的多樣性，小折射、大折射和非地震等調(diào)查方法不能滿足精度要求。因此，微測(cè)井調(diào)查方法應(yīng)用較普遍。其精準(zhǔn)度不但能為野外提供生產(chǎn)井深設(shè)計(jì)，同時(shí)還肩負(fù)著表層模型的構(gòu)建和靜校正量的質(zhì)控，以及利用雙井微測(cè)井估算近地表Q值等[7-11]。然而，微測(cè)井在實(shí)際調(diào)查過(guò)程中，遇到部分微測(cè)井時(shí)深關(guān)系存在無(wú)法解釋的異常現(xiàn)象。

1.1? 異?，F(xiàn)象分析

在野外，表層微測(cè)井的調(diào)查，會(huì)有一套嚴(yán)格的操作程序和質(zhì)控手段。然而，微測(cè)井成果在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，總會(huì)遇到許多難以解釋的現(xiàn)象。譬如：在同一近地表結(jié)構(gòu)下，新采集的微測(cè)井與鄰近微測(cè)井表層差異較大。因此會(huì)影響到后續(xù)的精度模型和資料處理。圖1是不同區(qū)域三口微測(cè)井的異常時(shí)深曲線，從它們擬合出的曲線中，可明顯發(fā)現(xiàn)許多疑點(diǎn)。圖1-a為山前洪積扇區(qū)，從成果上顯示出了2段高速夾層，即：2 889 m/s、5 611 m/s，而周邊井未發(fā)現(xiàn)此高速層存在，且高速頂速度竟達(dá) 13 644 m/s，明顯不合理;圖1-b為戈壁礫石區(qū)，從成果上顯示，該井未打穿高速頂面，但中部出現(xiàn)了2個(gè)連續(xù)遞增式的高速夾層，即：2 400 m/s和5 170 m/s，此速度未在該區(qū)域出現(xiàn)過(guò);圖1-c屬沙漠區(qū)，該成果底部只有一個(gè)激發(fā)點(diǎn)進(jìn)入高速層內(nèi)，高速2 666 m/s。與盆地沙漠實(shí)際底界高速2 000～2 200 m/s差異較大。

1.2? 異常原因分析

上述微測(cè)井異?，F(xiàn)象，多在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，無(wú)法解釋時(shí)深關(guān)系的真?zhèn)?。若這些現(xiàn)象未能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)而應(yīng)用于表層建模（或生產(chǎn)井的設(shè)計(jì)），將會(huì)帶來(lái)極大隱患及靜校正問(wèn)題。通過(guò)多年對(duì)微測(cè)井采集現(xiàn)場(chǎng)踏勘和采集過(guò)程的仔細(xì)了解與觀摩，對(duì)時(shí)深異常現(xiàn)象和原因認(rèn)為主要有3個(gè)方面：①電纜。電纜在投井時(shí)，若重錘質(zhì)量不足會(huì)受到井中高比重泥漿的阻攔，使電纜無(wú)法達(dá)到井底，鉛錘拉直，導(dǎo)致井中電纜部分堆積錯(cuò)位，造成假的高速夾層或高速頂面速度偏大問(wèn)題;②填埋。在填埋井時(shí)，若泥漿未完全沉淀，埋井不當(dāng)，會(huì)使這些填埋物漂浮在泥漿頂部，待泥漿完全沉淀后，此處就會(huì)出現(xiàn)水層或空洞。若井口植被較茂盛，草根也會(huì)導(dǎo)致埋井受阻，造成埋井不實(shí)，產(chǎn)生大范圍空洞。以上現(xiàn)象若遇斷線時(shí)，電纜就會(huì)向上漂移，導(dǎo)致電纜錯(cuò)位，還會(huì)帶來(lái)激發(fā)（或接收）耦合不佳等問(wèn)題;③斷線。在井中由下而上激發(fā)每一個(gè)爆炸點(diǎn)時(shí)，每激發(fā)一次都會(huì)釋放一定的能量，同時(shí)對(duì)填埋物及井壁造成破壞，若填埋井不實(shí)或有空洞時(shí)，使爆炸點(diǎn)之上填埋物松動(dòng)向下滑動(dòng)。若電纜和連接重錘線被炸斷，則會(huì)使電纜線受自身鋼絲的回彈力作用，或井中水的浮力作用，使激發(fā)電纜向上漂移，導(dǎo)致時(shí)深關(guān)系的錯(cuò)誤，使真實(shí)厚度和速度失真。

2? 采集要求與判定方法

經(jīng)多年現(xiàn)場(chǎng)施工試驗(yàn)，研究出一種在不改變常規(guī)微測(cè)井調(diào)查基礎(chǔ)上，及時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)記錄發(fā)現(xiàn)微測(cè)井的異?，F(xiàn)象，并準(zhǔn)確判定出微測(cè)井在施工中的優(yōu)劣，做到現(xiàn)場(chǎng)糾錯(cuò)，避免后期建模和驗(yàn)證出現(xiàn)問(wèn)題。

2.1? 采集要求

基本原理是依據(jù)地震波到達(dá)遠(yuǎn)偏移距接收點(diǎn)傳播方式的不同（直達(dá)波和折射波），利用以往低、降速帶的成果資料，換算出觀測(cè)高速頂面的檢波器接收位置，并接收來(lái)自井中不同激發(fā)深度的信息。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：

（1） 布設(shè)幾個(gè)遠(yuǎn)道接收點(diǎn)，目的是通過(guò)這幾個(gè)共接收點(diǎn)道集的初至?xí)r間，分析微測(cè)井時(shí)深關(guān)系的合理性。具體方法是通過(guò)該區(qū)以往表層調(diào)查資料，預(yù)測(cè)出該微測(cè)井點(diǎn)低降速帶基本參數(shù)，推算出遠(yuǎn)道檢波器布設(shè)的大致位置，即必須具備一定的炮檢距便于初至?xí)r間差異的分析。因?yàn)椴恍枰_計(jì)算遠(yuǎn)道接收點(diǎn)位置，為簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，假設(shè)高速層頂界面之上為等速均勻介質(zhì)（圖2），則：

2.2? 判定方法

判定微測(cè)井是否打穿高速頂面，以及是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要有一定的條件和資料加以證明。通過(guò)遠(yuǎn)道接收信息即可對(duì)微測(cè)井時(shí)距曲線高速頂面異常進(jìn)行認(rèn)定。具體實(shí)現(xiàn)步驟為：① 在野外現(xiàn)場(chǎng)。施工員或儀器操作員，可直接將遠(yuǎn)偏移距接收到的，預(yù)測(cè)高速頂面上下幾道的記錄進(jìn)行初至?xí)r間對(duì)比，若初至未被干擾，且出現(xiàn)高速頂面下伏初至?xí)r間小于高速頂面上覆時(shí)間時(shí)，并達(dá)到或接近所推算的時(shí)差值，可判定這2個(gè)激發(fā)點(diǎn)間存在一個(gè)折射界面。若遠(yuǎn)道共接收點(diǎn)未出現(xiàn)明顯時(shí)間差，而時(shí)深關(guān)系發(fā)生速度的較大變化，則可能不是正?，F(xiàn)象;? ? ②在室內(nèi)處理。將遠(yuǎn)偏移距接收道的地震信息，按照由淺至深的順序在共接收點(diǎn)域顯示，來(lái)觀察每一激發(fā)旅行初至?xí)r間變化規(guī)律。當(dāng)連續(xù)道集中兩道的時(shí)間出現(xiàn)突然錯(cuò)斷，后一個(gè)旅行時(shí)比前一個(gè)旅行時(shí)有明顯變小時(shí)，則判定該錯(cuò)斷的2個(gè)激發(fā)點(diǎn)位置間為高速頂面所在。同時(shí)結(jié)合微測(cè)井垂直時(shí)深曲線的擬合，獲取更準(zhǔn)確的高速頂面位置。因此，可通過(guò)道間初至?xí)r間走勢(shì)規(guī)律，判斷它們是否在同一個(gè)速度層中，或觀測(cè)井中速度的變化快慢;③速度反轉(zhuǎn)處理。微測(cè)井在觀測(cè)時(shí)，可在近遠(yuǎn)道的中部按照一定間隔也擺放一些觀測(cè)點(diǎn)（或激發(fā)點(diǎn)），若該區(qū)域降速層中存在速度反轉(zhuǎn)（或高速夾層）現(xiàn)象，可使用第一和第二種方法進(jìn)行測(cè)試與判定。若兩層間的速度變化不大時(shí)，其道間旅行時(shí)初至差也就較小，當(dāng)連續(xù)幾個(gè)點(diǎn)的初至?xí)r間量都向小變化時(shí)，且又出現(xiàn)某道斷崖式的向下變化時(shí)，此段必定是高速，同時(shí)可依據(jù)道數(shù)判定出此高速層的厚度范圍。反之，會(huì)出現(xiàn)比該段更低的速度層。

3? 應(yīng)用效果

實(shí)例①DN8JQ3D_DW01微測(cè)井位于準(zhǔn)噶爾盆地沙漠區(qū)，井中激發(fā)地面接收。近排列檢波器接收點(diǎn)距井口分別為1 m、2 m、3 m、4 m、5 m。據(jù)以往近地表調(diào)查資料，預(yù)測(cè)該微測(cè)井點(diǎn)厚度和速度，并計(jì)算和設(shè)定出遠(yuǎn)道距井口接收位置，分別為225 m、250 m、275 m。圖3為3 m偏移距接收點(diǎn)經(jīng)校正后繪制出的時(shí)深曲線圖，表層解釋出7層介質(zhì)結(jié)構(gòu)，高速頂面厚度為239.8 m，井底有12個(gè)激發(fā)點(diǎn)被解釋出了高速（激發(fā)序號(hào)61～72）。

圖4為該微測(cè)井225 m、250 m、275 m 3個(gè)偏移距接收點(diǎn)域道集顯示記錄。從實(shí)際旅行時(shí)的初至?xí)r間結(jié)果分析，在第60與第61個(gè)激發(fā)序號(hào)上，出現(xiàn)了較明顯的時(shí)間錯(cuò)斷。且第61～72個(gè)激發(fā)序號(hào)初至?xí)r間存在連續(xù)平穩(wěn)的過(guò)渡，說(shuō)明它們?cè)谕唤橘|(zhì)層內(nèi)。從不同偏移距的3張記錄上分析，第61個(gè)與第60個(gè)激發(fā)序號(hào)旅行時(shí)初至?xí)r間差是隨偏移距增加而逐漸增大，完全符合地震波走時(shí)傳播的基本概念。可判定井深240 m處第61個(gè)激發(fā)序號(hào)與井深230 m（235 m未響）處第60激發(fā)序號(hào)之間是高速頂面出現(xiàn)的位置，并且與3 m偏移距時(shí)深曲線所解釋出高速頂面位置完全吻合。因此，該微測(cè)井合格。

實(shí)例②DN8JQ3D_DW02微測(cè)井位于準(zhǔn)噶爾盆地沙漠區(qū)，井中激發(fā)地面接收。近排列檢波器接收點(diǎn)距井口分別1 m、2 m、3 m、4 m、5 m。圖5為3 m偏移距接收點(diǎn)經(jīng)校正后繪制出的時(shí)深曲線圖，表層解釋出8層介質(zhì)結(jié)構(gòu)，高速頂面厚度為272 m，井底有4個(gè)激發(fā)點(diǎn)被解釋出了高速（激發(fā)序號(hào)71～74），速度2 857 m/s，此速度完全不符合準(zhǔn)噶爾盆地沙漠區(qū)低、降速帶底，高速頂面速度值的變化規(guī)律（沙漠高速頂面速度一般在1 900～2 300 m/s）。

依據(jù)以往資料，預(yù)測(cè)出該微測(cè)井點(diǎn)厚度和速度，并計(jì)算和設(shè)定出遠(yuǎn)道距井口接收位置分別為300 m、350 m、400 m。圖6為該井400 m偏移距接收點(diǎn)域道集顯示記錄。從實(shí)際旅行時(shí)的初至?xí)r間結(jié)果分析，激發(fā)序號(hào)第71上的道時(shí)間量與激發(fā)序號(hào)第70道上的時(shí)間量未出現(xiàn)較明顯的時(shí)間差，即錯(cuò)斷現(xiàn)象。且第71～74道與70道前的旅行時(shí)初至?xí)r間量存在良好的、連續(xù)平穩(wěn)的過(guò)渡關(guān)系。導(dǎo)致該微測(cè)井高速頂面速度偏大的主要因素是底部4個(gè)激發(fā)點(diǎn)的點(diǎn)距出現(xiàn)堆積或上浮漂移現(xiàn)象?？烧J(rèn)定該微測(cè)井3 m偏移距時(shí)深曲線解釋出的高速頂面成果不可靠，判定該微測(cè)井未打穿高速頂面。因此，從采集工程技術(shù)設(shè)計(jì)來(lái)判定該微測(cè)井不合格。通過(guò)后續(xù)表層建模，也證明此微測(cè)井未打入高速頂面而與周邊微測(cè)井不吻合的現(xiàn)象。

4? 結(jié)論

微測(cè)井是近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查的重要方法之一。其自身的成果數(shù)據(jù)不但能有效完成表層模型構(gòu)建的約束和控制作用，也是作用于其它靜校正方法所獲取的表層模型和靜校正量進(jìn)行量化驗(yàn)證的唯一檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。該文介紹的微測(cè)井野外觀測(cè)方法，采用近、中、遠(yuǎn)道組合接收方式容易鑒別微測(cè)井的異?，F(xiàn)象，有效指導(dǎo)微測(cè)井時(shí)深曲線解釋，徹底解決和填補(bǔ)了微測(cè)井現(xiàn)有技術(shù)的不足，提升了尋求自身驗(yàn)證而正確判定其采集成果的合格率。

微測(cè)井的可靠性對(duì)提高中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正精度有至關(guān)重要的作用。當(dāng)微測(cè)井?dāng)?shù)量達(dá)到有效控制表層模型的狀況下，最關(guān)鍵的就是判定其解釋成果是否存在假象。若解釋成果通過(guò)本方法驗(yàn)證后未出現(xiàn)問(wèn)題，則所建表層模型的保真度就高，同時(shí)靜校正量的精度就能滿足后續(xù)處理需求，最終降低解釋失誤。

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