可控震源安全施工参数估算

赵献立

（中石化地球物理有限公司胜利分公司,山东东营257086）

摘要：近年来随着油田勘探程度的深入，对浅层资料、安全施工以及工农问题的要求越来越高，尤其是地表障碍物众多，仅凭经验确定施工参数及安全距离，如果应用不当，不仅会降低勘探质量、还会产生安全隐患。因此，本文针对障碍物区使用的可控震源进行研究，根据测定和质点振动数据，通过数据回归拟合计算质点振动特征系数与衰减系数，提出了一套可控震源激发质点振动速度与扫描因素的经验公式，为复杂地表安全施工观测系统优化设计提供保证。

关键词：可控震源；安全施工；质点振动速度；参数估算；安全距离

1引言

可控震源属于低密度能谱的地表激发源，可在城市，居民区和其它一些禁炮区使用。然而，目前针对可控震源没有一套质点振动计算公式，无法估算安全区域内扫描参数与质点振动的关系，施工时仅根据经验或是振动速度测定来制定扫描参数与安全距离，无法保证最佳激发效果。

因此，通过本文的研究，提出一套可控震源激发质点振动速度与施工参数关系的经验公式，为复杂地表安全施工观测系统优化设计提供保证。

2激发参数与质点振动速度关系

2.1可控震源质点振动理论分析

（1）可控震源信号完全弹性介质模拟

由于陆上地震检波器通常为速度检波器或是加速度检波器，即接收的是大地振动的位移速度或是加速度，因此，这里只分析理想的位移速度与加速度扫描信号的特征。

A、速度检波器扫描信号：针对理想的位移速度线性升频扫描信号来说，质点振动速度幅度不变，质点位移加速度随频率的升高而增大。

B、加速度检波器扫描信号：针对理想的位移速度线性升频扫描信号来说，质点振动速度幅度随频率的升高而减小，质点位移加速度幅度不变。

（2）可控震源信号阻尼介质模拟

根据阻尼振动可知，其振动过程随扫描时间或是扫描频率增加，质点振动速度不断减小。因此，在衡量扫描过程中最大质点振动速度可可采用初始频率时质点振动速代替。

2.2激发参数与质点振动速度试验测试

为寻找质点振动速度与可控震源扫描参数的关系，在沿地震波传播方向合理布置10个测点（包含XYZ三个分量），检测各测点的振动幅值，试验中固定因素为：8-80Hz、20s、1台9T震源70%驱动幅度，振动1次，观测系统如下图：

图1可控震源激发质点振动检测观测系统图

（1）质点振动速度与可控震源扫描频率的关系

高频信号在地下传播吸收衰减严重，而且低频是引起建筑物共振造成破坏的主要因素。从阻尼介质模拟分析可知，最大质点振动速可用初始频率时质点振动速代替。

从不同分量以及合成质点振动曲线可以看出，XYZ方向与合成振动趋势基本一致，随初始频率增大而减小，而且随着炮检距增加质点振动速度趋于一致。因此，不同分量以及合成质点振动曲线，可用下式估算：

（2）质点振动速度与可控震源驱动幅度的关系

从不同分量以及合成质点振动曲线可以看出，XYZ方向才及合成振动趋势一致，随驱动幅度增大呈线性关系增加，但随着炮检距增加质点振动速度趋于一致。因此，认为可控震源在扫描过程中，近源点质点振动速度与震源组合数、最大峰值出力以及施工设置的驱动幅度呈正比线性关系，于是对前式估算进行修正：

（3）质点振动速度与可控震源扫描长度的关系

可控震源质点振动时采用相关前信号进行计算，而可控震源向地下传播信号时，力的大小与扫描时间无关。在施工过程中，无需考虑扫描长度对周围建筑物的影响。

3罗家地区安全距离估算

某项目高精度三维工区涉及2个街道办，8个乡镇，253个村庄等，地表复杂，尤其是城区位于工区西北部，城市化程度较高，安全施工要求严格，根据要求采取可控震源施工，施工因素为：1台2次，10-80Hz线性升频，20s扫描长度，70%驱动幅度。如何选取安全距离尤为重要。为此，采用图7的质点振动检测观测系统进行地面质点振动数据测量，最终获取该地区相关系数K、。根据《爆破安全规程》规定，选取f≤10Hz来衡量爆破振动对建筑物的影响（表1），并对安全距离进行回归计算。

可控震源质点振动速度拟合分析，获取了振动系数：K=0.075852、=-1.2693，并计算出不同保护对象类别的安全距离表（表2）。根据测量获得安全激发距离，有效指导该区城区内可控震源激发点位设计，弥补无法设置井炮区域的浅层资料，保证了安全施工，获得了完整的地震资料。

表1爆破振动安全允许标准表2罗家地区安全距离表（1台9T震源8-80Hz）

图3某项目过城区剖面及效果图

4结论与认识

（1）根据质点振动数据，提出了一套可控震源激发质点振动速度与扫描因素的经验公式，通过数据回归拟合计算质点振动特征系数与衰减系数，从而可求出不同扫描参数所对应的质点振动速度；

（2）合理估算安全施工参数，能够有效弥补复杂区因无法布设井炮而造成了资料缺失，减少地震采集施工对建筑物等设施的破坏，避免施工中安全与工农问题，同时减少观测系统的属性变化，保证地震采集资料品质，确保地质任务的完成；

（3）可控震源安全施工参数的估算公式，能够有效指导不同区域不同型号可控震源参数的优选，避免一味降低驱动幅度的经验做法，提高了可控震源激发品质；

（4）可控震源激发系统非常复杂，针对安全施工，还需进一步研究其地震波形成机理，通过大量数据对比分析，验证其科学性与实用性。