對地震勘探數據采集震源的分析論文

時間：2021-04-25 12:36:26 論文我要投稿

對地震勘探數據采集震源的分析論文

　　炸藥震源與非炸藥震源

對地震勘探數據采集震源的分析論文

　　一直以來，地球物理勘探的方法有許多，例如地震勘探、電法勘探、磁法勘探、重力勘探和放射性勘探等，其中地震勘探是最主要的地球物理勘探方法。在進行地震勘探數據采集時，地震信號的激發源分為炸藥震源和非炸藥震源兩種。

　　1、炸藥震源在使用炸藥激發時，激發方式一般有井中爆炸、水中爆炸、坑中爆炸和空氣中爆炸等幾種，下面主要介紹的是常用的井中爆炸方式。

　　炸藥震源是使用炸藥爆破的方法來激發地震波，激發地震波的強度和頻率主要決定于炸藥用量及爆炸地點巖層的物理性質。當炸藥爆炸時迅速發生反應，瞬間形成高壓氣團并且急速膨脹，形成沖擊波。在炸藥爆炸中心附近造成巖體破碎，形成破壞帶。與破壞帶相鄰的是塑性帶，塑性帶受到外力作用不能恢復原狀，保留了在外力作用下所產生的形變。

　　破壞帶和塑性帶產生新的裂隙以及擴展原有裂隙，統稱為非彈性形變區。在非彈性形變區之外，沖擊波衰減為彈性波，只引起巖體的彈性形變，外力作用消失后又恢復原狀，形成范圍較大的彈性形變區。如圖1所示。炸藥在井中爆炸時產生巨大能量，但是大部分都在破壞帶消耗于加熱、破碎巖石、推動巖石以及巖石與巖石之間的摩擦上了。所以使用炸藥作為激發震源，能力利用率不高。在地震勘探工作中，使用炸藥震源需要考慮激發巖性、激發深度以及激發藥量三個因素。

　　（1）激發巖性炸藥若在松軟的巖層中爆炸，頻率很低，爆炸能量大部分被松散的巖層所吸收，轉化為有效波的能量不大；在堅硬的巖石中爆炸，會產生極高的頻率，但是這種高頻會很快被巖層吸收掉，而且爆炸能量大部分消耗在破壞堅硬的巖石上，因此得到的地震波能量不強。而選擇在可塑性巖層爆炸，可以使得大量的爆炸能量轉化為彈性振動能量，地震波具有顯著的振動特性。

　　（2）激發深度對于反射波來說，炸藥激發深度要選在潛水面以下，大約在潛水面以下3m～5m的巖層里。由于爆炸點距離上面的`潛水面不遠，潛水面是一個強反射界面，因此炸藥爆炸產生的能量由于潛水面的強反射作用使得能量向下傳播，從而加強有效波的能量。

　　（3）激發藥量在地震勘探過程中，人們都希望得到較強的地震波，于是加大炸藥藥量首先成為人們的選擇。實踐表明，在其他條件相同的情況下初期加大藥量確實使得地震波振幅明顯提高。A=KQ1/3，其中A為地震波振幅，K為介質特性的系數，Q為藥量。當Q較小時，地震波振幅與炸藥量Q成正比地增加，但是隨著繼續加大藥量，地震波的振幅提高速度明顯降低，最終趨于一個穩定值，同時地震波的頻率卻越來越低。這是因為隨著藥量的加大巖石的破壞也越大，能量消耗也越大，所以在地震勘探中炸藥藥量并不是越大越好。如圖2所示。水中爆炸一般是在河流、湖泊和海洋等水體中進行地震勘探時使用的激發方式。炸藥如果在淺水中爆炸時，要避免在淤泥中爆炸；在深水中爆炸時，應選擇適宜的深度。爆炸點深度過大，會造成氣泡慣性脹縮而重復沖擊，容易干擾地震記錄。坑中爆炸又稱為土坑炮，在沙漠、礫石覆蓋等地區，潛水面又深，不方便使用鉆機打孔時，可以選擇采用坑炮組合方式激發。坑炮同樣需要選擇激發巖性，最好在膠泥粘土、泥巖等巖層中激發。空氣中爆炸是在不能打孔的地區進行的，使用空中爆炸時會產生強大的聲波和面波。

　　2、非炸藥震源非炸藥震源是指地震勘探中不用炸藥激發地震波的震源，它分為可控震源和撞擊型震源（包括重錘震源、氣動震源等），下面主要介紹可控震源。

　　可控震源是一種機械震源，它是靠安裝在特種汽車上的振動器連續撞擊地面而產生地震波動的，又稱為連續振動震源，因為振動的連續時間和頻率的變化可以受到控制，又稱為可控震源。可控震源的工作原理如圖3所示。可控震源車的掃描頻率信號發送到地下巖層的同時，在震源附近的一個參考檢波器進行記錄如圖3a所示。假如地下有三個反射地層，地面檢波器接收到這三個地層的反射時間分別為t1、t2、t3，將它們分開記錄如圖3b、c、d所示。我們在地震勘探工作中得到的實際記錄是b、c、d三條曲線以及干擾情況疊加的結果，所以僅憑肉眼是無法進行分辨及解釋的。若將可控震源的原始記錄變成可以用于解釋的、類似炸藥震源產生的監視記錄，將淹沒在相互干擾信號里面的震源反射信號恢復出來，這就需要針對可控震源的原始記錄做相關處理。可控震源是震源平板與地面耦合在一起進行激發的，通過平板與地面受迫振動傳輸信號，所以近地表的物性變化也會影響到可控震源的激發品質。

　　因此，必須根據地表的地質條件來調整施工參數。撞擊型震源主要包括重錘震源和氣動震源。重錘震源是由車裝的機械裝置，工作時將重錘提高至空中讓其自由落向地面產生沖擊波即地震信號。重錘撞擊地面后立刻將它提起，使重錘在短時間內在另一地點落下。接收排列不動，只移動重錘震源車來進行地震勘探，重錘撞擊地面時會產生較強的面波。氣動震源也是一種車裝非炸藥震源，屬于低頻、低能量震源。地震波發生器是一個密閉的平圓柱體，側壁由高強度金屬構成的可伸縮爆炸室，爆炸室底板與地面接觸。將丙烷與氧氣的混合物導入爆炸室，使用電火花引爆，底板將爆炸時產生的脈沖傳至地下。每個激發點需要進行多次脈沖激發增加疊加次數。

　　優缺點對比

　　下面只針對炸藥震源和可控震源進行優缺點對比。炸藥震源和可控震源作為地震勘探的常用震源，都有各自的優、缺點及比較適用的地形。

　　1、炸藥震源

　　（1）優點：①炸藥爆炸獲得的能量較強；②激發信號明顯；③能減低面波的強度；④爆炸時在直達波中形成很寬的振動頻譜；⑤使用炸藥震源可以提高工作效率，加快施工進度。

　　（2）缺點：①建筑物密集度地方不便使用；②使用炸藥費用高，某些地區需要深鉆才能獲得資料時耗費就更加高昂；③在缺水以及鉆井困難地區施工不便；④對周圍環境有損害；⑤炸藥運輸方面存在著不安全性。2、可控震源（1）優點：①不破壞巖石，不消耗能量在巖石破碎上；②在勘探區施工，對環境影響及破壞性小；③勘探信號的可操控性高；④抗干擾能力較強；⑤特別適用于建筑物密集區。

　　（3）缺點：①結構龐大、復雜；②記錄面貌頻率較炸藥震源低；③初至前沒有炸藥震源平靜；④有震源車噪聲干擾；⑤地形復雜區適用不便。3、炸藥震源與可控震源的對比結語到目前為止，對于地震勘探使用的炸藥震源以及可控震源而言，都有著各自的優點及缺點。使用可控震源施工相對于炸藥震源來說，需要的人工較少，費用低，安全性高，但是對地表條件要求較高，而且施工效率較低。炸藥震源對于不同的地表條件可以采用不同類型的鉆機打孔。因而現階段炸藥震源還是地震勘探的主要激發方式，非炸藥震源只作為炸藥震源的一種補充而不是取代。

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