石油礦井三維地震物探技術的應用

馬哲

（遼河油田勘探開發研究院，遼寧 盤錦 124010）

三維地震物探技術是從二維勘探技術當中演變，該項技術綜合了物理學、數學、計算機學等眾多學科領域，并且在實際應用中可以通過回射地震波相關信息的形式，實現對所勘探區域的地質勘察[1]。與傳統二維地震物探技術相比，該技術最大的優勢在于能夠獲取到更多空間層面上的數據，并且數據密度更高，針對不同區域其勘探信息點最高密度可以高達15m×15m。當前，隨著石油礦井開采過程的進行，大部分礦山都形成了大流量礦井區域，其存在嚴重威脅著石油礦井開采及地質的安全。除此之外，部分老舊礦井，由于設計資料的相關信息已經丟失，因此無法實現對具體位置以及邊界的明確，對于后續礦井生產以及相關工程建設而言，都會留下極大的安全隱患[2]。當前，傳統二維地震物探技術在應用到石油礦井當中，對其進行探測時，通常會結合變形觀測、水文試驗等手段，實現對其探測。但這種探測方法在實際應用中存在誤差大、受周圍環境影響嚴重等問題。而另一種鉆探方法能夠更加直觀地將探測結果顯示，但通常需要進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，本文結合三維地震物探技術，開展其在石油礦井探測當中的設計研究。

1 基于三維地震物探技術的石油礦井探測方法設計

1.1 石油礦井三維地震數據采集

在對石油礦井三維地震數據進行采集時，本文引入瞬變電磁法完成，利用一個不接地的回線向礦井當中發射脈沖電磁波，并利用磁導率對電磁感應的定量，在脈沖電磁波結束后，對探測目標進行探測。針對一次脈沖信號而產生的二次場信號可用如下公式表示：

公式（1）中，V 表示為一次脈沖信號而產生的二次場信號；μ 表示為磁導率；M 表示為發送線圈磁矩；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 表示為探測時間。根據上述公式，計算得出一次脈沖信號而產生的二次場信號，從公式（1）中得出，二次場信號與地層電阻率和探測時間之間成反比例關系，因此通過早期信號能夠實現對淺層石油礦井結構信息的顯示，通過晚期信號能夠實現對深層石油礦井結構信息的顯示[3]。同時，在實際探測的過程中，應當首先在已知區域上，針對數據采集方法進行有效性實驗，再根據得出的結果對數據采集裝置進行前值增益、信噪比等參數的設置，通過此種方式，獲取到更加準確的石油礦井三維地震數據。

1.2 基于三維地震物探技術的石油礦井地震數值模擬

根據上述操作，實現對石油礦井三維地震數據的采集后，本文引入三維地震物探技術，對石油礦井地震數值進行模擬。將石油礦井地震數值模擬看作是地震波在介質當中的傳播過程，通過探究地震波的傳播特性與介質參數之間的關系，實現對石油礦井真實觀測地震記錄的最優逼近[4]。同時，通過對石油礦井地震數值進行模擬，能夠進一步實現對本探測區域地下反射信息和波場分布特征的了解，以此實現對石油礦井的探測。在三維地震物探數值模擬軟件當中，給定一個地質模型，并為其提供一個震源子波和震源接收器安裝位置，以此實現對石油礦井地震波場的空間分布與時間變化規律的探究。由于在三維地震物探數值模擬軟件當中，地質模式是三維的，波長是三分量波場，因此能夠實現對石油礦井的3D/3C 正演模擬。同時，為了能夠更好地對石油礦井地震進行預測，達到探測目的，還需要切合實際對地質模型進行優化。根據不同石油礦井傾角組合，對其異常界面模型參數進行設置，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

根據表1 中參數，對多種不同石油礦井傾角組合異常界面模型進行設置，假設在發生地震時，存在R1～R4，共四個主能量異常界面，在R4 界面周圍存在弱能量異常，并且四個界面上都存在畫弧現象。同時，通過上述參數的設置，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值模擬軟件當中清晰成像，并且分辨率得到保障。

1.3 石油礦井突變區域探測

在進行石油礦井開采的過程中，常常會出現開采厚度突變的區域，若對該區域并未進行及時探測和明確，則對于后續開采效率和開采安全而言都會造成較大影響。因此，針對這一問題，在上述基于三維地震物探技術的石油礦井地震數值模擬的基礎上，對石油礦井突變區域進行探測和預測。基于上述石油礦井三維地震數據，對巖層電阻率的變化情況進行判定。對三維地震數據進行極化偏移處理，并對連續探測數據進行對比[5]。根據探測過程中得出的高阻區域，推測是在特定范圍內是否存在高阻異常體。同時，結合全空間瞬變電磁視電阻率計算，得出早期瞬變電磁信號的畸變發生時間。再利用地震探測結果分析，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域的原則，推測得出實際發生突變區域的具體位置。

2 實驗論證分析

本文通過上述論述，實現對基于三維地震物探技術的石油礦井探測方法的設計研究，為進一步驗證該方法在實際應用中的效果，將該探測方法與傳統基于二維地震物探技術的石油礦井探測方法應用到相同石油礦井開采區域當中，完成如下對比實驗：

本文選擇的石油礦井開采區域為某地區石油礦井開采1055 工作面，由于在實際施工過程中會受到其他工作面區域的水害影響因此需要對其進行充分探測，確定該區域詳細探測數據，并判斷該區域是否能夠進行石油礦井開采作業活動，以此為安全生產提供基礎資料。為確保實驗的標準性，本文在該石油礦井當中每隔一段距離安裝一個正交三分量傳感器，其安裝布置圖如圖1 所示。

圖1 實驗裝置安裝布置圖

圖1 中，C1 和C2 分別表示為兩個力量檢波器，分別利用兩種探測方法對該研究區域可能出現礦層突變增厚的區域進行預測，并將得出的結果與上述傳感器實際探測得出的結果進行對比，以此驗證兩種探測方法的精度。將實驗結果記錄如表2所示。

表2 兩種探測方法實驗結果對比表

從表2 中得出的實驗數據可以看出，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域的結果與實際礦層突變增厚區域范圍一致，僅在區域V 位置上存在較小的誤差。而傳統探測方法得出的結果與實際礦層突變增厚區域范圍相差較大。因此，通過對比實驗證明，本文提出的基于三維地震物探技術的石油礦井探測方法在實際應用中能夠得到更加準確的探測結果，確保施工安全和開采效率。

3 結論

在進行石油礦井開采的過程中，未明確礦井實際地質情況時進行開采，其各個方面的參數變化都會對后續石油資源開采施工造成十分嚴重的安全隱患，因此針對這一問題進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值意義。本文針對當前傳統探測方法存在的問題，提出了一種基于三維地震物探技術的探測方法，并通過實驗驗證了該方法的應用效果。在后續的研究中，還將針對不同地質結構的石油礦井特征，對該方法進行不斷優化，以期不斷擴大探測方法的應用范圍。