利用檢波器串獲取井口時間的方法探討

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(1.東方地球物理勘探有限責任公司新興物探開發處 河北 涿州 072750; 2.東方地球物理勘探有限責任公司裝備服務處 河北 涿州 072750； 3.東方地球物理勘探有限責任公司采集技術支持部 河北 涿州 072750； 4.東方地球物理勘探有限責任公司國際勘探事業部 河北 涿州 072750； 5.東方地球物理勘探有限責任公司華北物探處 河北 任丘 062522)

·儀器設備與應用·

利用檢波器串獲取井口時間的方法探討

曹雄偉1,司亞2,陶林3,謝廷益3,李國圓4,張學銀5

(1.東方地球物理勘探有限責任公司新興物探開發處 河北 涿州 072750; 2.東方地球物理勘探有限責任公司裝備服務處 河北 涿州 072750； 3.東方地球物理勘探有限責任公司采集技術支持部 河北 涿州 072750； 4.東方地球物理勘探有限責任公司國際勘探事業部 河北 涿州 072750； 5.東方地球物理勘探有限責任公司華北物探處 河北 任丘 062522)

地震勘探中井口時間的大小取決于炸藥的激發深度和地震波的傳播速度，在巨厚腐殖質區域的井口時間可達到100 ms以上，超出了SHOTPROII爆炸機的接收時間范圍，爆炸機無法接收到正確的井口時間。為了爆炸機獲取正確的井口時間，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，讀取該道初至時間來修正爆炸機的井口時間。通過和正確的井口時間、最近道的初至時間對比，證明了該方法的可行性。隨著腐殖質層厚度的加大，采集到的初至時間出現延遲，通過對地震波和對單支SG10檢波器類型進行分析，出現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，無法準確起跳。將單支SG10檢波器改為單個JSX-2檢波器，得到了正確的初至時間。隨著腐殖質層厚度的繼續加大，采集到的初至時間再次出現延遲，通過將單個JSX-2檢波器改為1串(12個)SG10檢波器，得到了正確的初至時間。

地震勘探；井口時間； 巨厚腐殖質； 爆炸機； 大線； 最近道

0 引 言

在地震勘探野外采集中，井口時間指的是井炮施工過程中從井底激發到井口檢波器接收到初至的時間[1]，習慣上稱作τ值，通過τ值可以有效地監測激發井深和獲取一定深度高精度的表層速度信息，也是后期地震數據處理中用來精確求取炮檢點靜校正量的重要資料[2]。為了得到井口時間，通常的做法是在井口附近插置一個井口檢波器，與爆炸機聯接，當炸藥爆炸激發的地震波傳到井口檢波器時，井口檢波器信號開始起跳，讀取其初至起跳對應的時刻作為井口時間。例如炸藥激發深度為29 m時，一般地震勘探井口時間范圍從15～50 ms；表層巖性松軟的區域井口時間范圍從60～90 ms，此時需要調節爆炸機的空白時間才能接收到地震波信號；在巨厚腐殖質區域的井口時間可達到100 ms以上，超出了SHOTPROII爆炸機的接收時間范圍，此種情況爆炸機顯示的時間為0 ms，井口時間不正確。

東南亞地區島嶼較多，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層，腐殖質層中間有較多的孔隙，地層介質較為松軟、層速度較低。在腐殖質區域地震勘探采集，井口時間的變化范圍很大，正常的井口時間從40～138 ms。當井口時間超出100 ms，SHOTPROII爆炸機無法接收到正確的井口時間。為了爆炸機獲取正確的井口時間，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，讀取該道初至時間來修正爆炸機的井口時間。在施工過程中，對出現問題，通過多次試驗及詳細分析，改變接收檢波器的類型和數量，最終得到了正確的井口時間。

1 小于100 ms正常井口時間的采集方法

井口時間常規的采集方法是爆炸機讀取井口檢波器的初至時間，通過調節爆炸機的延遲時間(空白時間)可以接收到100 ms以內的井口時間。

1.1 井口時間的產生

在炸藥激發前，將一個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相接。井口時間是從炸藥激發開始計時，到地震直達波或者透射波傳到井口檢波器開始起跳時刻的時間。地表條件相同時，炸藥埋置的深度越大，井口時間越長。炸藥埋置深度相同時，地震波在地表介質傳播的速度越小，井口時間越長。

用公式表達為：

τ=L×1 000/V

(2.1)

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

1.2 爆炸機接收井口時間的原理

爆炸機接到編碼器的點火指令后，引爆炸藥，同時爆炸機開始準備接收井口檢波器反饋的正弦地震波，正弦地震波的初至時間即為井口時間，爆炸機液晶屏顯示井口時間數值，同時產生一個相應的TEXT文本文件。爆炸機默認設置接收井口時間的范圍為0～60 ms。爆炸機可以設置一個延遲時間分別為5、10、15、20、25、30、35、40 ms，用以延遲爆炸機開始接收井口時間的起始時刻，增大接收井口時間范圍。當延遲時間設置為40 ms時，爆炸機從40 ms時開始準備接收井口時間，加上爆炸機接收井口時間的范圍為0～60 ms，此時爆炸機能接收到井口時間的范圍為40～100 ms[3]。

2 大于100 ms井口時間的采集方法

當井口時間大于100 ms時，超出了爆炸機接收井口時間的范圍，爆炸機無法接收到井口時間。雖然可以通過最近偏移距地震道的初至時間演算得到一個近似的井口時間，但在表層橫向巖性變化較大的區域，其差值仍然較大。

一種精確得到井口時間大于100 ms時的采集方法：準備一個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個采集站的設備，避免多余的2個采集站接入后發生繞道設置連接。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設置成輔助道。儀器記錄該輔助道的初至時間作為井口時間，大于100 ms的井口時間采集方法如圖1所示。

圖1 大于100 ms的井口時間采集方法示意圖

3 實例分析

東南亞地區某國二維地震勘探項目中，檢波點距為30 m，炮點距為60 m，井深為29 m，在腐殖質層巨厚區域，井口時間出現了很多大于100 ms的現象，爆炸機無法接收到正確的井口時間。施工中對單炮數據進行了詳細分析，提出了獲取準確井口時間的方法，并進行了實際生產應用。

3.1 井口時間大于100 ms數據的特征分析

巨厚腐殖質區域，腐殖質層中間有較多的孔隙，土質松軟，表層層速度較低，導致最近道初至時間長、能量較弱、頻率較低，最大初至時間達138 ms。正常區域速度相對較高，最近道初至時間較短，一般小于70 ms。不同區域最近道初至時間對比圖如圖2所示，正常區域最近道初至時間為60 ms，腐殖質區域最近道初至時間為120 ms。

巨厚腐殖質區域，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，激發巖性較差，能量上傳過程中衰減劇烈，導致單炮特征為：1)能量較弱，特別是遠偏移距；2)頻率較低，正常區域單炮主頻頻帶為6 ～20 Hz，腐殖質區域單炮主頻頻帶窄，僅為5～20 Hz。

不同區域單炮能量對比圖如圖3所示，不同區域單炮頻率對比圖如圖4所示。

圖2 不同區域最近道初至時間對比圖

圖3 不同區域單炮能量對比圖

圖4 不同區域單炮頻率對比圖

3.2 單支檢波器初至時間的檢驗

在腐殖質區域施工時，除了使用與爆炸機連接的井口檢波器外，還單獨插置一個單支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。通過對采集單炮的井口時間、單支檢波器初至時間和最近地震道初至時間分析，單支檢波器的初至時間與井口時間正常的數值誤差較小，最近道初至時間同井口時間、單支檢波器初至時間差別都較大。同一條測線的正常區域和腐殖質區域的井口時間、單支檢波器初至時間和最近道初至時間統計如圖5所示。

由圖5可以看出單支檢波器初至時間和井口時間正常的值吻合較好，單支檢波器初至時間比最近道初至時間小，與他們到炮點的距離差相對應。從兩個方面檢驗了單支檢波器初至時間是正確的。

4 延遲分析和解決方法

部分腐殖質巨厚區域初至延遲，在施工過程中部分腐殖質巨厚區域出現了與儀器直接相連接單支SG10檢波器(偏移距1 m)接收到的初至時間比最近道(偏移距15 m)初至時間長很多，從10～100 ms，而且出現異常現象的概率為95%。單支SG10檢波器初至時間延遲如圖6所示。此時儀器記錄的地震數據正確。

出現這種現象后，將與儀器直接相連接單支SG10檢波器換成JSX-2檢波器，JSX-2檢波器記錄的初至時間比最近道初至時間小，初至時間正常。

圖5 井口時間、單支檢波器初至時間、最近道初至時間對比圖

圖6 單支SG10檢波器初至時間延遲圖

隨著施工的繼續，再次出現了與儀器直接相連接JSX-2檢波器接收到的初至時間比最近道初至時間長很多，范圍從10～100 ms，而且出現異常現象的概率為93%。此時儀器記錄的地震數據正確。

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

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置一定，能否正確記錄到地震波的初至時間主要取決于檢波器接收到信號的振幅強度大小，當檢波器接收到的信號振幅較小時，儀器無法識別，儀器記錄地震波的信號就會延遲到下一個周期，所記錄的初至時間比真實的時間延后，一般地震波的周期從10～100 ms，所以這種延遲時間可達到幾十毫秒，出現的概率較大。

5.2 兩種檢波器的結構特點

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

通過對地震波振幅特征和兩種檢波器的結構分析可以得知，在普通區域或者腐殖質層較薄區域，地震波振幅較大時，與儀器相連的單個SG10檢波器都能正確讀取地震波的初至時間；當在腐殖質較厚區域，地震波的振幅相對較小時，單支SG-10檢波器接收地震波初至振幅的強度較小，儀器無法識別，直到下一個周期地震波振幅較大時，儀器才能識別，導致記錄的初至時間延遲。所以，當單個JSX-2檢波器初至時間也出現延遲時，一串SG-10檢波器(12個)能正確接收到初至時間。

6 結束語

通過對井口旁單支檢波器初至時間的提取，以及對檢波器類型和數量的優化，得到了準確的井口時間，有效地解決了巨厚腐殖質層區域爆炸機無法接收到大于100 ms的井口時間問題。該方法的使用為后期地震數據處理求取炮檢點靜校正量提供了準確的井口時間，從而提高靜校正量的精度和建立更加精細的表層速度信息庫。

[1] 陸基孟,王永剛.地震勘探原理[M].山東東營:中國石油大學出版社，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用[J].中國石油勘探，2008,13(2):37-44.

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

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

[5] 資斗宏,常 穩,孫 敏.兩種檢波器對比分析[C].SPG/SEG2011年國際地球物理會議論文集,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年畢業于長江大學應用物理學專業，現主要從事地震勘探采集方法研究及技術管理工作。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)