石油矿井三维地震物探技术的应用

马哲

（辽河油田勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124010）

三维地震物探技术是从二维勘探技术当中演变，该项技术综合了物理学、数学、计算机学等众多学科领域，并且在实际应用中可以通过回射地震波相关信息的形式，实现对所勘探区域的地质勘察[1]。与传统二维地震物探技术相比，该技术最大的优势在于能够获取到更多空间层面上的数据，并且数据密度更高，针对不同区域其勘探信息点最高密度可以高达15m×15m。当前，随着石油矿井开采过程的进行，大部分矿山都形成了大流量矿井区域，其存在严重威胁着石油矿井开采及地质的安全。除此之外，部分老旧矿井，由于设计资料的相关信息已经丢失，因此无法实现对具体位置以及边界的明确，对于后续矿井生产以及相关工程建设而言，都会留下极大的安全隐患[2]。当前，传统二维地震物探技术在应用到石油矿井当中，对其进行探测时，通常会结合变形观测、水文试验等手段，实现对其探测。但这种探测方法在实际应用中存在误差大、受周围环境影响严重等问题。而另一种钻探方法能够更加直观地将探测结果显示，但通常需要进行较为密集的钻孔施工，造成探测工作量增加。因此，基于上述存在问题，本文结合三维地震物探技术，开展其在石油矿井探测当中的设计研究。

1 基于三维地震物探技术的石油矿井探测方法设计

1.1 石油矿井三维地震数据采集

在对石油矿井三维地震数据进行采集时，本文引入瞬变电磁法完成，利用一个不接地的回线向矿井当中发射脉冲电磁波，并利用磁导率对电磁感应的定量，在脉冲电磁波结束后，对探测目标进行探测。针对一次脉冲信号而产生的二次场信号可用如下公式表示：

公式（1）中，V 表示为一次脉冲信号而产生的二次场信号；μ 表示为磁导率；M 表示为发送线圈磁矩；q 表示为接收线圈等效面积；ρ 表示为石油矿井底层电阻率；t 表示为探测时间。根据上述公式，计算得出一次脉冲信号而产生的二次场信号，从公式（1）中得出，二次场信号与地层电阻率和探测时间之间成反比例关系，因此通过早期信号能够实现对浅层石油矿井结构信息的显示，通过晚期信号能够实现对深层石油矿井结构信息的显示[3]。同时，在实际探测的过程中，应当首先在已知区域上，针对数据采集方法进行有效性实验，再根据得出的结果对数据采集装置进行前值增益、信噪比等参数的设置，通过此种方式，获取到更加准确的石油矿井三维地震数据。

1.2 基于三维地震物探技术的石油矿井地震数值模拟

根据上述操作，实现对石油矿井三维地震数据的采集后，本文引入三维地震物探技术，对石油矿井地震数值进行模拟。将石油矿井地震数值模拟看作是地震波在介质当中的传播过程，通过探究地震波的传播特性与介质参数之间的关系，实现对石油矿井真实观测地震记录的最优逼近[4]。同时，通过对石油矿井地震数值进行模拟，能够进一步实现对本探测区域地下反射信息和波场分布特征的了解，以此实现对石油矿井的探测。在三维地震物探数值模拟软件当中，给定一个地质模型，并为其提供一个震源子波和震源接收器安装位置，以此实现对石油矿井地震波场的空间分布与时间变化规律的探究。由于在三维地震物探数值模拟软件当中，地质模式是三维的，波长是三分量波场，因此能够实现对石油矿井的3D/3C 正演模拟。同时，为了能够更好地对石油矿井地震进行预测，达到探测目的，还需要切合实际对地质模型进行优化。根据不同石油矿井倾角组合，对其异常界面模型参数进行设置，如表1 所示。

表1 多种不同石油矿井倾角组合异常界面模型参数

根据表1 中参数，对多种不同石油矿井倾角组合异常界面模型进行设置，假设在发生地震时，存在R1～R4，共四个主能量异常界面，在R4 界面周围存在弱能量异常，并且四个界面上都存在画弧现象。同时，通过上述参数的设置，能够确保在不同石油矿井倾角组合下，倾角和倾向在地震物探数值模拟软件当中清晰成像，并且分辨率得到保障。

1.3 石油矿井突变区域探测

在进行石油矿井开采的过程中，常常会出现开采厚度突变的区域，若对该区域并未进行及时探测和明确，则对于后续开采效率和开采安全而言都会造成较大影响。因此，针对这一问题，在上述基于三维地震物探技术的石油矿井地震数值模拟的基础上，对石油矿井突变区域进行探测和预测。基于上述石油矿井三维地震数据，对岩层电阻率的变化情况进行判定。对三维地震数据进行极化偏移处理，并对连续探测数据进行对比[5]。根据探测过程中得出的高阻区域，推测是在特定范围内是否存在高阻异常体。同时，结合全空间瞬变电磁视电阻率计算，得出早期瞬变电磁信号的畸变发生时间。再利用地震探测结果分析，综合被探测石油矿井的三类地球物理信息，遵循弹性波能量异常判定石油矿井突变区域的原则，推测得出实际发生突变区域的具体位置。

2 实验论证分析

本文通过上述论述，实现对基于三维地震物探技术的石油矿井探测方法的设计研究，为进一步验证该方法在实际应用中的效果，将该探测方法与传统基于二维地震物探技术的石油矿井探测方法应用到相同石油矿井开采区域当中，完成如下对比实验：

本文选择的石油矿井开采区域为某地区石油矿井开采1055 工作面，由于在实际施工过程中会受到其他工作面区域的水害影响因此需要对其进行充分探测，确定该区域详细探测数据，并判断该区域是否能够进行石油矿井开采作业活动，以此为安全生产提供基础资料。为确保实验的标准性，本文在该石油矿井当中每隔一段距离安装一个正交三分量传感器，其安装布置图如图1 所示。

图1 实验装置安装布置图

图1 中，C1 和C2 分别表示为两个力量检波器，分别利用两种探测方法对该研究区域可能出现矿层突变增厚的区域进行预测，并将得出的结果与上述传感器实际探测得出的结果进行对比，以此验证两种探测方法的精度。将实验结果记录如表2所示。

表2 两种探测方法实验结果对比表

从表2 中得出的实验数据可以看出，本文探测方法得出该石油矿井开采工作面上矿层突变增厚区域的结果与实际矿层突变增厚区域范围一致，仅在区域V 位置上存在较小的误差。而传统探测方法得出的结果与实际矿层突变增厚区域范围相差较大。因此，通过对比实验证明，本文提出的基于三维地震物探技术的石油矿井探测方法在实际应用中能够得到更加准确的探测结果，确保施工安全和开采效率。

3 结论

在进行石油矿井开采的过程中，未明确矿井实际地质情况时进行开采，其各个方面的参数变化都会对后续石油资源开采施工造成十分严重的安全隐患，因此针对这一问题进行石油矿井的探测对于确保石油矿井开采的安全而言具有十分重要的价值意义。本文针对当前传统探测方法存在的问题，提出了一种基于三维地震物探技术的探测方法，并通过实验验证了该方法的应用效果。在后续的研究中，还将针对不同地质结构的石油矿井特征，对该方法进行不断优化，以期不断扩大探测方法的应用范围。