井中接收微测井技术在平原地区的应用及效果

魏 朋, 曾海雁, 饶 沾

(中国石油东方地球物理公司 辽河物探分公司,辽宁 盘锦 124010)

1 引 言

辽河地区一直以来采用地面接收微测井技术进行近地表结构调查。伴随着科技的进步，激发源从雷管激发发展为电火花激发。电火花震源是一种将电能转化为机械能的动力装置.它通过高压脉冲放电将水气化产生冲击压力，在岩体中激发弹性波。电火花震源系统由主控台、电容箱、电容枪(探头)三部分组成，是利用高压电极在水中的放电效应激发地震波的装置。激发前，高压整流电路先使高压电容充电到几千伏，高压电容通过放电电缆和放电开关与放置于水中的一对电极(探头)相连；激发时，放电开关接通，电极突然获得几千伏的高压，电极间水介质中形成几万安培的放电电流，瞬间产生出几万焦耳的热能，使水汽化，对水产生巨大的冲击力，激发出地震波，放电激发的同时，触发记录仪，记录仪开始采集[1-4]。

电火花震源有很多优点，但同时也存在一些缺点。工作过程中的高压和强电流会产生瞬时的强磁场，使接收检波器不能产生初至波或初至不清，炮检距小的道尤为突出；光纤同步触发盒不稳定，产生随机性时间不相等的延迟；水介质导电性差或两电极间距变大时，不完全会放电，无法触发仪器记录。另外，放炮前充电时间长；设备箱体体积大而重，运输不方便；工作时需要大电流，高压，对操作人员存在触电的安全隐患；电火花系统工作时需要高电压，大电流。而在低温情况下，电瓶性能变差，所以每次需要携带大量电瓶；线路多，接线复杂，需要专门配备一名接线人员；设备易损坏，维修成本高，维修难度大[1-4]。

本次在辽河SJPBB地区施工时，引进了涿州发诚商贸有限公司生产的五级井中检波器，采用井中接收、地面重锤激发的方式进行作业,有效地解决了在地面微测井施工作业时遇到以上提到的问题，且提高了微测井数据质量和施工效率。

2 原理和方法

2.1 地貌和地球物理特征

工区位于辽宁省境内，行政区划隶属于沈阳市、辽阳市，少部分隶属于鞍山市，工区经济发达，村庄密集，人口稠密。工区正常地表为旱田、水田和河套区三种，旱田和水田互相交织。工区内地表总体平缓，海拔高差在1.5～13 m之间，最大高差为11 m左右。工区近地表结构主要分为低速层、降速层和高速层三层结构，其中低速层速度在330～450 m/s之间，低降速带总厚度在4～14 m之间，高速层速度在1 650～1 800 m/s之间，激发岩性主要为黄细沙和青细沙[5]。

2.2 微测井方法

现今常用的近地表结构调查方法主要为浅层折射法和微测井法，相对而言，微测井方法可以详细地划分近地表速度层，近地表结构调查精度较高[6]。微测井是利用地震产生激发井而开展表层结构调查研究工作的，对低降速带直接钻孔，通过钻井实现井中激发、地面接收或地面激发、井中接收，利用记录到的反射初至波研究近地表结构，它为逐点设计激发井深、提高激发子波的稳定性、精确求取静校正量提供准确的近地表速度、厚度模型[7-10]。井中微测井相对更精确,探测层位更为精细,能分辨更多层位,与岩性录井结果最接近,在静校正量获取方面具有明显优势[11-17]。

微测井目前常用的方法有两种：单井微测井和双井微测井，两者原理基本相同，只是观测方式不同而已。本次表层调查采用地面激发，井中接收的单井微测井方法。具体是在地面上打一口穿过低降速带的井，井口固定一点作为激发点，井中布设接收检波器，然后井中由深至浅依次接收。井中接收检波器为五级微测井检波器。

具体方法如下：

1)激发井深度大于需调查的近地表地层厚度5～10 m，接收井设计深度为20 m。

2)基于接收点距根据低降速层的层厚和速度变化情况而定，且每层不少于4个控制点的原则，井深0.5～10 m时，接收间距为0.5 m；井深10 ～20 m 时，接收间距为1 m，激发顺序为由深至浅依次接收。

3)激发点距离采集井井口2 m，人力操作20磅(lb)的普通大铁锤，锤击固定在地面的与地面耦合良好的平板作为激发源。如图1所示：

图1 地面激发井中接收微测井示意图

4)使用NZXP型浅层折射地震仪采集，仪器采样率0.125 ms，固定增益36 dB，记录长度128 ms,格式为SEG-2。

2.3 五级微测井检波器

五级井中微测井设备由井下检波器和井上激发两部分组成。井下检波器由5级组成，每一级为一个独立的接收检波器，每级间隔1 m。井下每级检波器外径46 mm，长度400 mm，外壳为金属铝加工而成，内装普通检波器，防水深度为300 m，防磁；每级装有电驱动推靠臂，靠智能控制器开合，支开后使检波器紧贴井壁。推靠臂支开最大直径可达150 mm，推靠力大于9 kg(相当于9 kg重量力)。当遇到井壁局部塌方时能自动识别，仍保持最大推靠力和最大直径。5级检波器在下到预定深度时，检波器推靠臂撑起是按顺序由上而下逐级展开的，当上一个检波器快固定到位时下一级检波器的推靠臂马上工作，最大限度地防止两道之间由于电缆受力造成起跳一致；推靠臂依靠12 V直流电驱动，与小折射仪共用一块蓄电池。电缆承重1 000 kg(可牵拉1 000 kg重量)，当遇到卡壳时，上下左右活动，仍能保证最大可能把检波器提上来[18]。

图2 五级井中微测井检波器

地面激发运用人力操作大铁锤，锤击固定在地面的圆形铁板。仪器记录触发器固定在大铁锤手柄上，距离锤10 cm左右的位置，用于触发仪器开始数据记录。

五级微测井检波器技术优点：

1)由于井下检波器下入井中后，推靠臂使检波器与井壁藕合较好，得到的资料真实，准确。

2)检波器成本低，可重复利用。

3)检波器体积小，易携带和运输，易操作，施工效率高。

4)作业过程中，只有推靠臂需要12 V电压驱动，不用接触高电压和大电流，增加了安全性。

5)与电火花激发源相比，五级微测井检波器工作不受温度影响。

6)五级微测井检波器不易损坏，结构简单，易维修，维修成本低。

7)井中接收，不受野外风噪的影响，大风环境下，可正常施工作业。

3 微测井数据采集处理解释

本次微测井正式开始采集前，对锤击叠加次数进行了试验。锤击叠加次数将影响施工效率和记录的信噪比[19]。试验中对比了锤击叠加次数分别为1次、2次、3次时的单炮记录。锤击次数为1次、2次和3次时得到的记录均无噪声干扰。随着锤击次数的增加，记录的能量明显提高，每个记录的品质均较好，地震波初至起跳干脆，易拾取，因此，考虑到1次激发已能满足需要，且单次叠加效率最高，本区微测井激发锤击次数选择不进行叠加的单次激发。

根据本区域的近地表情况，结合以往本工区内已完成的微测井资料，本次微测井共布设微测井点157个。根据设计井深和控制点要求，每口微测井总共30个控制点，用5级检波器接收，1次锤击可以完成5个控制点的数据采集，这样，每口微测井自下而上只需6次锤击记录便可完成。图3为五级检波器在井中排列的示意图。

图3 井中观测系统示意图

3.1 微测井数据分析

理论上随着记录深度的逐渐变浅，单道起跳初至波将会变小。图4为线号4 221、点号2 268的微测井第5次锤击记录(深度为1～5 m)。

图4 单炮记录(1～5 m)

此记录中共有6道数据，其中1～5道为井下数据道，图4中黑色框包含的5道，第1道深度为5 m，第2道深度为4 m，第3道深度为3 m，第4道深度为2 m，第5道深度为1 m。从图4可以看出，随着记录深度的减小，初至时间相应减小，和理论相符合。数据无环境干扰，初至清楚、起跳干脆、振幅大，能量强。能够准确选择初至时间、解释地层的速度和厚度。

第6道为数据延迟监视道，每次锤击记录均包括该道，图4中红色框内。该检波器插入井口边地面，距离井口0.5 m左右。由于每次记录该道的位置和炮检距均不发生变化，所以每次记录的初至和波形完全相同，如果初至与其他5次的不同，说明本次有延迟，需要重新记录一次。

本方法采集获得的数据和电火花震源激发采集的数据没有很大的区别，两者炮集记录基本达到一致。本方法可以达到电火花震源的地面接收微测井的的效果，在某些方面还优于地面接收微测井，因此借助五级微测井检波器为接收的井中接收微测井完全可以满足平原区表层地震勘探调查的需求。

3.2 微测井资料处理解释

微测井控制点处理是根据设计好的采集观测系统将每一口微测井控制点逐一进行处理，然后得出表层低降速带信息，以及获得高速层顶界面，即高速层与降速层之间的界面。本次微测井资料处理解释软件采用地震工程软件KLSeisⅡ，微测井资料处理解释流程与地面接收微测井大致一样，具体如下：

3.2.1 定义班报

地面微测井班报主要定义班报名称、记录格式、排列信息、炮集文件路径、线号、点号。与地面微测井不同的是将单口井的每一个次记录文件导入后，需要输入每个文件对应的激发点距井口距离，五级检波器最底一级对应的接收深度，选择定义好的观测系统。需要注意的是，在定义观众测系统时，如果选首道位置，在输入接收深度时，要输入的是五级检波器最顶一级对应的接收深度，只定义5道。保证相应文件记录深度准确无误，并且定义好观测系统，可以在软件右侧显示观测系统示意图。

3.2.1 拾取初至

本次的初至能量较强，炮集的初至清晰，拾取起跳点为初至，也可软件自动拾取，如图5所示，为线号4 610，点号2 068的微测井炮集初至拾取图。其中文件号1中，从左至右分别是20 m、19 m、18 m、17 m、16 m，一次接收的5个不同深度的数据；文件号2中依次为15 m、14 m、13 m、12 m、11 m；文件号3中依次为10 m、9 m、8 m、7 m、6 m；文件号4中，依次为9.5 m、8.5 m、7.5 m、6.5 m、5.5 m；文件号5中依次为5 m、4 m、3 m、2 m、1 m；文件号6中依次为4.5 m、3.5 m、2.5 m、1.5 m、0.5 m。从图中可以看出炮集记录的初至记录起跳干脆。而电火花震源的微测井数据初至前会有电火花系统造成的噪声，导致初至时间拾取时不准确。结果表明，本次的井中接收微测井法优于以前所采用的地面接收微测井法。

图5 炮集初至拾取

3.2.3 对每口井的初至进行解释

如图6所示，图中每一个点表示该深度的初至时间，将能拟合成一条直线的初至点首尾相连就得到了一个层位，线与线的连接点处即为层界面，直线的斜率表示该层的速度大小，每层厚度为相邻连接点之间深度之差。时深关系图中上面的直线表示低速层，中间直线表示降速层，下面的直线表示高速层。随之就得到了低速带、降速带及高速带的厚度和每一层的速度，如图7所示。

图7 层速度

图6 时深关系

利用本方法采集数据解释得到的时深图，趋势明显，容易解释。得到的低速带、降速带及高速带的厚度和每一层的速度，与以前本区以老资料的结果相符。

3.3 井中微测井采集效率分析

采用电火花为震源的井上接收微测井施工，井深为20 m，每口微测井的数据采集记录时间约为30～40 min。本次采用的井下接收的微测井方法，每口数据采集记录时间为3～5 min。数据采集效率提高了8～10倍。项目共布设微测井点157个，实际施工天数为16 d，平均每天采集大于9.5口微测井，最高日效达12口/天。

采用井中微测井施工，比地面微测井方法每口微测井可以节省30 min以上，施工作业效率极大提高，节约施工成本。

4 结 论

本项目是首次将采用的五级微测井检波器的井中接收微测井作业方法用于本区，替代以前的以雷管或电火花为震源的地面接收微测井的表层调查工作。本项目也是首次将五级微测井检波器用于气候寒冷、表层结构以细砂为主的东北地区。通过本次的表层调查施工，可以得到以下结论：

1)本次表层调查方法，不但具有以电火花为震源的地面微测井方法的无破坏性、不污染环境、可重复利用、不涉安全隐患等优点，还具有轻便、便携、成本低廉、操作简单、设备简单、维护性强、不易损坏、不怕风噪影响的特点。

2)井中微测井法的应用，避免了电火花激发源的地面微测井作业所遇到的技术难题的出现。

3)本方法采集的资料，初至清晰，起跳干脆，易拾取，频率低，能量强，可解释性强，完全可以满足平原地区地震勘探的表层调查要求。

4)表层调查是地震勘探的一部分，与地震勘探施工期同时进行。随着现在地震勘探方法的进步，作业效率得到了提高，项目施工期大大缩短。因此表层调查工作时间紧，而采用五级井中微测井方法，简化了施工程序，可大幅提高微测井采集作业效率，缩短施工作业时间。

五级微测井设备在设计初期是为了将其应用于山地山区。经过本次在平原地区的应用，表明本设备可以应用在平原地区。本次井中微测井方法，取得了不错的效果，预计今后五级井中微测井方法，将进一步在平原地区得到应用。

致 谢

感谢东方地球物理勘探公司辽河物探分公司2 147队，2 121队，2 274队及研究所各部门领导的鼎力支持。