聚能炸药震源激发技术在鄂尔多斯地区的应用与认识

2022-12-11

1 探区概况及勘探难点

鄂尔多斯盆地西南部地貌地形属典型的黄土山地沟壑区。地形极其复杂, 起伏变化剧烈, 地表高程900~1600m。表层覆盖厚约几米到几百米的黄土, 依据黄土厚度及地貌特点可大体分为三类: (1) 黄土塬区, 黄土厚度一般在300m左右, 最厚可达400m以上; (2) 黄土塬坡地, 黄土厚度一般150~200m; (3) 冲沟地, 一般在50~100m。在黄土层中潜水面很深, 原生黄土层潮湿, 基岩以下含水黄土下伏第三系胶泥和白垩系砂岩地层。由于黄土的厚度、速度纵横向的变化较大, 因此低降速带的纵横向的变化较大, 激发接收条件都差。

黄土塬区复杂的表层结构, 导致了该区进行地震采集存在地震波吸收衰减严重、地震波能量下传困难及下伏高速层对地震波有较强的屏蔽作用等诸多问题。

2 爆炸波源激发机理

地震勘探是地球物理勘探方法中最典型的主动信息源勘探方法之一。它以波源和弹性介质为必要的物质基础, 由波源释放能量作功引起弹性介质振动形成震源子波, 而弹性介质使震源子波在地质体内传播。地震勘探利用震源药柱在炮井中实施触底封闭式激发震源药柱, 并在介质的弹性区形成震源子波作为弹性介质振动的源动力。由此不难看出, 形成的震源子波品质如何, 是否满足地震勘探的要求涉及两个基本因素:一是大地表层岩土介质的物性;二是震源药柱的药性和药柱的形状。

聚能炸药具有很好定向爆轰能力。在特定方向上, 相同药量的聚能炸药比常规炸药的爆轰能力大很多。利用这一特性, 将聚能炸药应用于黄土塬区地震激发, 理论上可以极大地提高炸药震源对围岩垂直向下的正应力, 减小药柱侧面对围岩的切应力, 从而增加了下传能量, 减小了噪音能量, 有利于提高记录的能量和信噪比。

3 应用效果分析

(1) 药罩型聚能

聚能炸药具有很好定向爆轰能力, 利用这一特性, 将聚能炸药应用于黄土塬区地震激发, 理论上可以极大地提高炸药震源对围岩垂直向下的正应力, 减小药柱侧面对围岩的切应力, 从而大大增加了下传能量。为了验证这一观点, 我们选择在塬上进行了不同炸药类型的激发效果对比试验, 包括常规的高密度炸药, 乳化聚能炸药以及各种不同直径的高密度聚能炸药, 所得资料原始记录见图1。

综合分析看来, 所有聚能炸药激发记录均比常规炸药能量强, 几种聚能炸药之间能量相差不大。所有炸药的激发频带基本相当;从30~60Hz分频扫描记录上看 (见图2) , 60高密度聚能炸药的记录面貌最好, 其次是60乳化聚能炸药, 两种炸药的激发记录反射波组较清晰, 连续性较好;从50~100Hz分频扫描记录上看, 75高密度聚能炸药品质最好, 其次是60乳化炸药, 两者的激发记录高频成分较丰富。

(2) 组合型聚能

通过鄂南多个工区的试验验证, 也证明了多井组合激发的确能够增强地震波的能量下传比例, 改善激发效果。所以根据聚能炸药的启发, 我们设计了一种组合井图形——环形聚能组合结构 (见图3 (b) ) 。该组合结构是将各组合井排列成同心圆环, 各井的底部连接起来构成一个半球形曲面, 相当于聚能炸药的聚能凹槽。理论上, 这种组合结构具备了聚能结构的特点, 应该能够有效增加垂直向下的激发能量。

我们将底部同海拔结构的组合药柱, 近似等同于单一普通药柱, 与组合聚能型结构进行对比, 所得资料原始记录见图4。

综合分析看, 同海拔组合记录的能量比锅底形稍强, 二者频宽相当, 同海拔组合记录在有效频段的振幅比锅底形稍强;从分频扫描记录上看, 不论是在30~60Hz的低频段, 还是在50~100Hz的较高频段, 锅底形组合记录的记录面貌都略好于同海拔组合记录, 锅底形组合记录的信噪比更高一些。

结合以上分析综合认为, 在黄土塬塬上地区, 锅底形的组合井底形状激发效果更好一些, 是理想的组合井底形状。

4 结语

(1) 聚能炸药比常规炸药具有更好的激发效果。在不同的聚能炸药中, 60高密度聚能炸药激发记录虽然在较低频段面貌较好, 但在较高频段不占优势。75高密度聚能炸药激发记录则正好相反。只有乳化聚能炸药激发记录, 在高、低频段均显示有较好的记录品质。因此, 乳化聚能炸药可被认为是黄土塬区较为理想的炸药类型, 其中直径为60~75mm的炸药效果最佳。

(2) 聚能炸药能够明显改善研究区地震资料的品质。在与常规炸药相同药量、井深情况下, 激发能量提高5%~10%;资料信噪比、分辨率, 在定性、定量分析上, 均比常规炸药震源有明显的改善。

摘要：鄂尔多斯探区表层地震地质条件较为复杂, 从南至北表层覆盖有巨厚黄土层, 也有沙丘及风化砂岩等, 且厚度纵横向变化较大, 潜水面变化不定。储层非均质性强, 有效储层薄, 地震地质条件十分复杂。华北分公司在鄂尔多斯探区南部及北部实施了多个三维地震勘探项目, 本文针对鄂南黄土塬区复杂的表层结构和隐蔽油气藏特征, 分析了聚能炸药震源激发技术, 在解决震源子波不稳定和下传能量不足方面的研究与应用。在提高反射信号的信噪比和分辨率, 改善资料品质方面取得了较好效果。

关键词：爆炸力学,聚能效应,地震勘探,激发能量,黄土塬,信噪比