专利名称：一种利用土层阻力信息确定地震炸药激发深度的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用土层阻力信息确定地震炸药激发深度的方法，属于地震勘探技术领域。
背景技术：
地震勘探是通过人工震源产生地震波，对地下构造形态和储层属性进行勘探。目前，陆上地震勘探大量使用炸药作为人工震源。在第四系冲积平原覆盖地区，通常都是尚未胶结好的土层。炸药在土层中爆炸后，先是邻近装药区域的土层受强烈压缩，形成爆炸空腔；然后爆炸空腔外周的土层结构被破坏和压碎，形成压碎破裂区；接着压碎破裂区外周的土层结构保持不变，发生塑性变形，形成弹塑性区；弹塑性区的外周是弹性区，在弹性区，炸药爆炸所产生的冲击形成地震波传播。 实验研究表明，炸药爆炸后最终转换成地震勘探接收到的地震波能量实际上很小，通常只有炸药总能量的5% — 6%，最大不超过25%。改变激发条件，消耗在各区的能量可能会有很大改变。人们希望爆炸能量最大限度地转换成地震波能量，这与炸药爆炸时周围土层的性质有关。当炸药周围土层的硬度较大时，炸药破坏的半径比较小，产生的地震记录品质较好。反之，炸药周围土层的硬度较小时，炸药破坏的半径比较大，产生的地震记录品质较差。因此，实际地震采集中，选择炸药激发条件是一项很重要的工作。2010年7月28日，公开号为CN101788686A的中国发明专利申请的公开了一种“基于一致近地表模型的逐点激发井深设计方法”。其做法是根据小折射或微测井的调查方法，建立近地表结构模型，即速度或岩性分层模型，再根据近地表结构模型，进行地震炸药激发深度的设计。通过速度和岩性信息建立起近地表结构模型进行地震激发深度设计的现有技术存在主要不足是速度信息和岩性信息，并不能准确反映土层的硬度情况，也不能直接反映和衡量炸药爆炸所能转换成的地震波能量大小。同时，微测井方法方法存在对土层扰动大、精度低、施工周期长、成本高难以大密度布点调查的不足。小折射方法虽然较微测井方法获取速度分层施工便捷些，但存在无法解决速度反转的问题。静力触探方法是工程地质领域一种于岩土工程原位测试方法，按能获得的土层信息划分，有单桥静力触探法、双桥静力触探法和孔隙水压力静力触探法。其中单桥静力触探法只能获得土层的比贯入阻力，双桥静力触探法能同时获得锥尖阻力和侧壁摩阻力，孔隙水压力静力触探法比双桥静力触探法增加了土中孔隙水压力信息。静力触探方法具有勘探和测试双重作用，在地震勘探领域，中国发明专利申请CN101788686A见到将其与小折射和微测井等方法一起用来进行近地表结构调查，尚未有直接根据其阻力信息进行地震炸药激发深度确定的应用。

发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种利用土层阻力信息确定地震炸药激发深度的方法，能够更加精确地选择最佳地震炸药激发深度，使得地震记录品质更好。为解决以上技术问题，本发明所提供的一种利用土层阻力信息确定地震炸药激发深度的方法，依次包括如下步骤(I)确定施工区域需要获取的土层压力信息，所述土层压力信息包括静力触探试验中锥尖阻力随深度变化的信息，以及静力触探试验中侧壁摩阻力随深度变化的信息；(2)根据施工区域内或邻区已知的土层压力信息以及地震炸药激发情况，预定需要获取所述土层压力信息的深度；(3)采用双桥静力触探法或孔隙水压力静力触探法进行静力触探试验，获得锥尖阻力和侧壁摩阻力随深度变化的信息；(4)根据获取的锥尖阻力和侧壁摩阻力信息划分不同硬度的土层；(5)分别钻孔至所选择的试验地层，将相同型号相同质量的炸药放置到对应的土层试验孔中，激发，采集地震记录；如此试验不同硬度土层中炸药的激发效果，并对各硬度土层的地震记录进行比较，选择各地震记录中振幅大且频带宽的作为最佳的地震炸药激发的硬度分层；(6)根据步骤(5)选择的最佳地震炸药激发的硬度分层和步骤(3)中该分层所对应的锥尖阻力和侧壁摩阻力指标，在 施工区域寻找该硬度层的分布，设计成地震炸药激发的深度。相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果静力触探方法比微测井具有现场施工难度降低、对环境干扰减少和更加经济的优点。通过锥尖阻力和侧壁摩阻力进行土层的硬度分层比微测井进行土层的速度分层精度更高；土层阻力信息、土层硬度分层和炸药激发的地震记录品质三者之间的对应关系比土层速度信息、土层速度分层和炸药激发的地震记录品质三者之间的对应关系更加紧密直接。作为本发明的优选方案，步骤(2)中所述预定深度为本施工区域内或邻区已知的地震炸药激发深度的2 3倍。获取土层压力信息的预定深度过浅则不够准确，过深则造成费用过高。作为本发明的优选方案，步骤(4)中将土层划分为软地层、较硬地层和硬地层三类；所述软地层的锥尖阻力数值小于5兆帕且所述侧壁摩阻力数值小于O. 050兆帕；所述较硬地层的锥尖阻力数值介于5 20兆帕之间且所述侧壁摩阻力数值介于O. 050 O. 200兆帕之间；所述硬地层的锥尖阻力数值大于20兆帕且所述侧壁摩阻力数值大于O. 200兆帕。现有地震激发井深选择试验一般是在高速层下每隔一定深度，比如在10 18米深度间每隔2米，进行炸药激发试验选择最佳深度或岩性，本发明将划分出了软地层不需要进行试验、只需要在较硬地层和硬地层段进行试验，缩小了试验范围，减少了试验工作量。作为本发明的优选方案，步骤(5)中排除所述软地层，对所述较硬地层和硬地层分别进行炸药的激发效果试验。这样可以减少试验次数，节约试验成本及时间；一般认为地震反射记录中，同相轴振幅愈强、连续性愈好、频带愈宽反映地震记录品质就愈好；通过建立土层阻力信息、土层硬度分层和炸药激发效果三者之间的对应关系，使得采用本发明进行炸药激发深度设计时，比现有方法可以在实际地震采集生产前比较量化地预测地震记录品质的好坏。作为本发明的优选方案，步骤(5)中选择相对深度段较长的较硬地层和硬地层进行试验，所述相对深度段较长的较硬地层和硬地层的厚度大于炸药柱的高度。如低于炸药柱的高度则造成炸药在不同硬度层中激发，影响爆炸效果和评价的准确性。作为本发明的优选方案，步骤(6)中设计地震炸药激发的深度时，还需要考虑炸药爆炸对周围环境安全性的影响和实现所设计深度的钻机的能力与效率。作为本发明的进一步优选方案，如施工区域内不同平面位置上的的锥尖阻力和侧壁摩阻力变化范围较大，将施工区域划分成面积更小的区域，重复步骤(3)至步骤(6)。缩小施工区域划分，使得步骤(4)中软地层、较硬地层和硬地层划分具体阻力指标具有适应性。


下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。图I为本发明实施例一所得到某位置的锥尖阻力曲线和侧壁摩阻力曲线图。 图2为对图I中相同位置现有技术的微测井深度一时间图。图3为图I所在位置的两个激发试验的地震单炮记录。图4为是本发明实施例二静力触探信息设计炸药激发深度剖面，八个相邻地震激发点之间的距离为280米，每个触探孔探测深度以“▽”表示结束。图中1、下较硬地层段，2、上较硬地层段，3、锥尖阻力随深度变化曲线，4、侧壁摩阻力随深度变化曲线，5、微测井解释低速层，6、微测井解释高速层，7、微测井检波器接收点，8、地震记录对比框，9、锥尖阻力随高程变化曲线，10、炸药井深设计可用段，11静力触探点地表高程，12静力触探点编号和高程，横线上是静力触探点的编号；横线下是静力触探点地表高程的数值，单位是米；13、侧壁摩阻力随高程变化曲线。
具体实施例方式实施例一
本发明利用土层阻力信息确定地震炸药激发深度的方法，实施例一依次包括如下步
骤
(1)确定施工区域需要获取的土层压力信息，土层压力信息包括静力触探试验中锥尖阻力随深度变化的信息，以及静力触探试验中侧壁摩阻力随深度变化的信息；
(2)根据施工区域内或邻区已知的土层压力信息以及地震炸药激发情况，预定需要获取土层压力信息的深度，需要获取土层压力信息的深度一般在30米至80米之间，本实施例的贯入深度为50. O米；
(3)遵照《岩土工程勘察规范》(GB50021 2001)进行静力触探试验或孔隙水压力静力触探试验，本实施例采用双桥触探头，探头圆锥锥底截面积为15平方厘米、锥底直径为43. 7毫米、锥尖锥角为60°、摩擦筒表面积为300平方厘米，探头测力传感器连同仪器和电缆进行了标定工作，探头垂直匀速压入土中直至预定深度，贯入速率为I. 2米/分钟，获得锥尖阻力和侧壁摩阻力随深度变化的信息如图I所示，其中实线3为锥尖阻力随深度变化曲线，虚线4为侧壁摩阻力随深度变化曲线；
(4)根据获取的锥尖阻力和侧壁摩阻力信息将土层划分为软地层、较硬地层和硬地层三类；软地层的阻力曲线起伏比较平缓，锥尖阻力数值小于5兆帕且侧壁摩阻力数值小于
O.050兆帕；较硬地层的阻力曲线起伏比较剧烈，锥尖阻力数值介于5 20兆帕之间且侧壁摩阻力数值介于O. 050 O. 200兆帕之间；硬地层是指阻力曲线起伏相对平缓，锥尖阻力数值大于20兆帕且侧壁摩阻力数值大于O. 200兆帕；如图I所示，本实施例中划分了两个较硬地层段，下较硬地层段I深度为22米 31米，上较硬地层段2深度为8米 13米；其余的地层均为有软地层，没有硬地层；
(5)排除软地层，选择相对深度段较长的较硬地层和硬地层进行炸药的激发效果试验，所选地层的厚度大于炸药柱的高度；分别钻孔至所选择的试验地层，将相同型号相同质量的炸药放置到对应的土层试验孔中，激发，采集地震记录；如此试验不同硬度土层中炸药的激发效果，并对各硬度土层的地震记录进行比较，选择各地震记录中振幅大且频带宽的作为最佳的地震炸药激发的硬度分层；本实施例中，分别钻井至12米和24米深度，装填炸药执行GB15563-2005标准，使用的炸药型号是ZY60-2-G1，每节药柱2公斤有效长度O. 60米，6公斤药量是三节连接起来，总长度为I. 80米，将炸药下到所钻孔孔底，激发，采集地震记录；如图3所示，a是12米激发地震记录，b是24米激发地震记录；两个地震记录均为210道中间对称放炮，道间距40米,最小炮点一检波点距离20米,最大炮点一检波点距离4180
米;
(6)根据步骤(5)选择的最佳地震炸药激发的硬度分层和步骤(3)中该分层所对应的锥尖阻力和侧壁摩阻力指标，在施工区域寻找该硬度层的分布，设计成地震炸药激发的深度，本实施例为较硬地层段I ;从图3中可以看到步骤(4)中所划分的两段较硬地层1、2中激发的地震记录品质都比较好；详细对比图3中a、b地震记录中地震记录对比框8中部分，可以看到，b中地震反射同相轴比a中的反射同相轴振幅更强、连续性更好；这也与a、b地震记录所激发地层的硬度数值大小相吻合；b所对应的较硬地层段I比a所对应的较硬地层段2的锥尖阻力和侧壁摩阻力数值都要大。图2为对图I中相同位置采用传统方法得到的微测井深度一时间图，探测深度为30. O米。微测井方法调查所获得的近地表土层的速度信息，微测井方法调查主要步骤为钻孔到达需要深度，将接收震动的检波器放置在不同深度，在地面产生一个震动，这个震动经过土层传播到检波器上，检波器记录下来到达时间；根据震动传播的深度和时间，计算出检波器到地面之间土层的速度。图2所示为微测井调查获得28个深度接收点7的接收时间，通过最小二乘法分段拟合直线，在30. O米深度内土层的速度可以分为两层，低速层5和高速层6。利用微测井调查速度信息进行地震炸药激发深度设计时，只要深度大于低速层的底界面在高速层内激发即可。对比图I和图2很明显地看到，依据土的阻力信息划分硬度层段，比依据土的速度信息划分速度层段，更加精细、准确。图3中a、b地震记录反映土的硬度大小与炸药激发地震记录的好坏对应性好。实施例二
本发明利用土层阻力信息确定地震炸药激发深度的方法，实施例二依次包括如下步
骤
(1)确定施工区域内需要获取的土层压力信息和具体实施的二维地震炮点；本实施例获取的土层压力信息包括静力触探中锥尖阻力和侧壁摩阻力随深度变化的信息；在一条二维地震炮线连续8个炮点12上获取锥尖阻力和侧壁摩阻力信息，相邻炮点12之间的间距为280米；
(2)根据施工区域内或邻区已知的土层压力信息以及地震炸药激发情况，预定需要获取土层压力信息的深度，本实施例8个炮点的贯入深度为40. O米 50. O米不等；
(3)进行静力触探试验，遵照《岩土工程勘察规范》(GB50021 2001)，采用双桥触探头，探头圆锥锥底截面积为15平方厘米、锥底直径为43. 7毫米、锥尖锥角为60°、摩擦筒表面积为300平方厘米，探头测力传感器连同仪器和电缆进行了标定工作，探头垂直匀速压入土中直至预定深度，贯入速率为I. 2米/分钟，获得锥尖阻力和侧壁摩阻力随深度变化的信息如图4所示，其中实线9为锥尖阻力随高程变化曲线，虚线13为侧壁摩阻力随高程变化曲线；
(4)由于本实施例与实施例一，在同一工区且相距较近，就引用实施例一中步骤(5)、步骤(6)的激发试验结论；本实施例就按照实施例一中的步骤(4)的土层分层标准搜寻符合较硬地层；如图4所示，本实施例划分出的厚度不小于炸药药柱高度的较硬地层段，作为地震炸药井深设计可用段并用粗线段标在静力触探孔左侧10 ;同一静力触探点(炮点)的阻力曲线上可以有不至一段的炸药井深设计可用段10 ;如图4中C3、C4和CS静力触探点12就 分别有两段炸药井深设计可用段10 ；
(5)对同一静力触探点多个炸药井深设计可用段10进行取舍；主要考虑炸药爆炸的安全深度和相邻爆炸激发深度的变化；一般6公斤塑胶炸药爆炸安全深度不能低于9米，相邻地震激发点相距不大时其炸药激发深度应该是渐变的；
(6)根据步骤(5)设计地震炸药激发深度；图4所示8个静力触探点(炮点)根据本发明方法实际建议的地震炸药激发的深度，以炸药药柱底的高程表示分别为9米、9米、9米、15米、24米、24米、26米和26米。以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
权利要求
1.ー种利用土层阻カ信息确定地震炸药激发深度的方法，其特征在于，依次包括如下步骤(1)确定施工区域需要获取的土层压カ信息，所述土层压カ信息包括静カ触探试验中锥尖阻カ随深度变化的信息，以及静力触探试验中侧壁摩阻カ随深度变化的信息；(2)根据施工区域内或邻区已知的土层压カ信息以及地震炸药激发情况，预定需要获取所述土层压カ信息的深度；(3)采用双桥静カ触探法或孔隙水压カ静力触探法进行静力触探试验，获得锥尖阻力和侧壁摩阻カ随深度变化的信息；(4)根据获取的锥尖阻力和侧壁摩阻力信息划分不同硬度的土层；(5)分别钻孔至所选择的试验地层，将相同型号相同质量的炸药放置到对应的土层试验孔中，激发，采集地震记录；如此试验不同硬度土层中炸药的激发效果，并对各硬度土层的地震记录进行比较，选择各地震记录中振幅大且频带宽的作为最佳的地震炸药激发的硬度分层；(6)根据步骤(5)选择的最佳地震炸药激发的硬度分层和步骤(3)中该分层所对应的锥尖阻力和侧壁摩阻カ指标，在施工区域寻找该硬度层的分布，设计成地震炸药激发的深度。
2.根据权利要求I所述的利用土层阻カ信息确定地震炸药激发深度的方法，其特征在于步骤(2)中所述预定深度为本施工区域内或邻区已知的地震炸药激发深度的2 3倍。
3.根据权利要求I所述的利用土层阻カ信息确定地震炸药激发深度的方法，其特征在于步骤(4)中将土层划分为软地层、较硬地层和硬地层三类；所述软地层的锥尖阻力数值小于5兆帕且所述侧壁摩阻力数值小于0. 050兆帕；所述较硬地层的锥尖阻力数值介于5 20兆帕之间且所述侧壁摩阻力数值介于0. 050 0. 200兆帕之间；所述硬地层的锥尖阻力数值大于20兆帕且所述侧壁摩阻力数值大于0. 200兆帕。
4.根据权利要求3所述的利用土层阻カ信息确定地震炸药激发深度的方法，其特征在于步骤(5)中排除所述软地层，对所述较硬地层和硬地层分别进行炸药的激发效果试验。
5.根据权利要求4所述的利用土层阻カ信息确定地震炸药激发深度的方法，其特征在于步骤(5)中选择相对深度段较长的较硬地层和硬地层进行试验，所述相对深度段较长的较硬地层和硬地层的厚度大于炸药柱的高度。
6.根据权利要求I所述的利用土层阻カ信息确定地震炸药激发深度的方法，其特征在于步骤(6)中设计地震炸药激发的深度时，还需要考虑炸药爆炸对周围环境安全性的影响和实现所设计深度的钻机的能力与效率。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的利用土层阻カ信息确定地震炸药激发深度的方法，其特征在于如施工区域内不同平面位置上的的锥尖阻力和侧壁摩阻カ变化范围较大，将施工区域划分成面积更小的区域，重复步骤(3)至步骤(6)。
全文摘要
本发明涉及一种利用土层阻力信息确定地震炸药激发深度的方法，依次包括如下步骤(1)确定施工区域需要获取的土层压力信息；(2)预定需要获取土层压力信息的深度；(3)进行静力触探试验获得锥尖阻力和侧壁摩阻力随深度变化的信息；(4)根据锥尖阻力和侧壁摩阻力信息划分不同硬度的土层；(5)分别钻孔至所选择地层，将炸药放置到对应的土层试验孔中，激发，采集地震记录，并进行比较，选择最佳的地震炸药激发的硬度分层；(6)根据步骤(5)选择的最佳地震炸药激发的硬度分层和步骤(3)中该分层所对应的锥尖阻力和侧壁摩阻力指标，在施工区寻找该硬度层的分布设计成地震炸药激发的深度。该方法能精确选择最佳的地震炸药激发深度。
文档编号G01V1/28GK102819041SQ20121030944
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者丁建荣, 朱立华, 徐守礼, 成云 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司