石油礦井三維地震物探技術(shù)的應(yīng)用

馬哲

（遼河油田勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦 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)用中可以通過回射地震波相關(guān)信息的形式，實(shí)現(xiàn)對所勘探區(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，隨著石油礦井開采過程的進(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，因此無法實(shí)現(xiàn)對具體位置以及邊界的明確，對于后續(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，對其進(jìn)行探測時(shí)，通常會(huì)結(jié)合變形觀測、水文試驗(yàn)等手段，實(shí)現(xiàn)對其探測。但這種探測方法在實(shí)際應(yīng)用中存在誤差大、受周圍環(huán)境影響嚴(yán)重等問題。而另一種鉆探方法能夠更加直觀地將探測結(jié)果顯示，但通常需要進(jìn)行較為密集的鉆孔施工，造成探測工作量增加。因此，基于上述存在問題，本文結(jié)合三維地震物探技術(shù)，開展其在石油礦井探測當(dāng)中的設(shè)計(jì)研究。

1 基于三維地震物探技術(shù)的石油礦井探測方法設(shè)計(jì)

1.1 石油礦井三維地震數(shù)據(jù)采集

在對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)率對電磁感應(yīng)的定量，在脈沖電磁波結(jié)束后，對探測目標(biāo)進(jìn)行探測。針對一次脈沖信號(hào)而產(chǎn)生的二次場信號(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)生的二次場信號(hào)，從公式（1）中得出，二次場信號(hào)與地層電阻率和探測時(shí)間之間成反比例關(guān)系，因此通過早期信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)對淺層石油礦井結(jié)構(gòu)信息的顯示，通過晚期信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)對深層石油礦井結(jié)構(gòu)信息的顯示[3]。同時(shí)，在實(shí)際探測的過程中，應(yīng)當(dāng)首先在已知區(qū)域上，針對數(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)中的傳播過程，通過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)對石油礦井真實(shí)觀測地震記錄的最優(yōu)逼近[4]。同時(shí)，通過對石油礦井地震數(shù)值進(jìn)行模擬，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對本探測區(qū)域地下反射信息和波場分布特征的了解，以此實(shí)現(xiàn)對石油礦井的探測。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)對石油礦井地震波場的空間分布與時(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，波長是三分量波場，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對石油礦井的3D/3C 正演模擬。同時(shí)，為了能夠更好地對石油礦井地震進(jìn)行預(yù)測，達(dá)到探測目的，還需要切合實(shí)際對地質(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 界面周圍存在弱能量異常，并且四個(gè)界面上都存在畫弧現(xiàn)象。同時(shí)，通過上述參數(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

在進(jìn)行石油礦井開采的過程中，常常會(huì)出現(xiàn)開采厚度突變的區(qū)域，若對該區(qū)域并未進(jìn)行及時(shí)探測和明確，則對于后續(xù)開采效率和開采安全而言都會(huì)造成較大影響。因此，針對這一問題，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，對石油礦井突變區(qū)域進(jìn)行探測和預(yù)測?；谏鲜鍪偷V井三維地震數(shù)據(jù)，對巖層電阻率的變化情況進(jìn)行判定。對三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行極化偏移處理，并對連續(xù)探測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比[5]。根據(jù)探測過程中得出的高阻區(qū)域，推測是在特定范圍內(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。再利用地震探測結(jié)果分析，綜合被探測石油礦井的三類地球物理信息，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

本文通過上述論述，實(shí)現(xiàn)對基于三維地震物探技術(shù)的石油礦井探測方法的設(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，將該探測方法與傳統(tǒng)基于二維地震物探技術(shù)的石油礦井探測方法應(yīng)用到相同石油礦井開采區(qū)域當(dāng)中，完成如下對比實(shí)驗(yàn)：

本文選擇的石油礦井開采區(qū)域?yàn)槟车貐^(qū)石油礦井開采1055 工作面，由于在實(shí)際施工過程中會(huì)受到其他工作面區(qū)域的水害影響因此需要對其進(jìn)行充分探測，確定該區(qū)域詳細(xì)探測數(shù)據(jù)，并判斷該區(qū)域是否能夠進(jìn)行石油礦井開采作業(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，分別利用兩種探測方法對該研究區(qū)域可能出現(xiàn)礦層突變增厚的區(qū)域進(jìn)行預(yù)測，并將得出的結(jié)果與上述傳感器實(shí)際探測得出的結(jié)果進(jìn)行對比，以此驗(yàn)證兩種探測方法的精度。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如表2所示。

表2 兩種探測方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表

從表2 中得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，本文探測方法得出該石油礦井開采工作面上礦層突變增厚區(qū)域的結(jié)果與實(shí)際礦層突變增厚區(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)探測方法得出的結(jié)果與實(shí)際礦層突變增厚區(qū)域范圍相差較大。因此，通過對比實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的基于三維地震物探技術(shù)的石油礦井探測方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠得到更加準(zhǔn)確的探測結(jié)果，確保施工安全和開采效率。

3 結(jié)論

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