天然气勘探与开发 ２０１１年１月出版 城区地震勘探井炮安全距离探讨 段孟川 白文杰王乃建刘衍贵朱运红 （中国石油东方地球物理公司） 摘要在ＨＳＥ要求日益提高的形势下，城区地震勘探所面临的问题已成为油气勘探不可回避的问题之一。 城区炮点布设既要保证周围建筑物的安全，又要合理地布设炮点，尽量避免因浅层地震资料的大面积缺失而造成 资料品质下降。目前施工人员获得的安全距离缺乏区域针对性，施工中无法有效平衡安全和质量的关系。从建筑 物允许的振动安全速度人手，结合工区的实际资料探讨了对不同建筑物作业的安全距离及用药量，在实际应用中 获得了较好的勘探效果。图４表４参３ 关键词 振动安全速度衰减系数药量安全距离 ０ 引言 目前许多地震勘探项目涉及城区施工，以２００９ 年度采集的塔西南地区某区块三维地震项目为例， 县城位于工区的中南部，县城及周边附属面积为 １３．３５ｋｍ ，占到了炮点面积的１４％，城区内建筑物 采集成本也不利于构建和谐社会。 目前城区不同建筑物的安全距离一般由安全部 门给出，没有考虑浅层地质条件的变化，且给出的安 全距离也过于保守。在障碍物较小时作业难度以及 对资料的影响都不大。但在本次三维勘探中，如果 按照给定的安全距离施工，纵向最大空炮范围为 横向最大空炮范围为２６００ｍ，那么，城区内 包括土坯房、砖房和钢筋混凝土结构楼房等类型 ２７２０ｍ，最低覆盖次数为３５次，只能 （图１）。采用井炮施工，就会产生每天数百次的低 共有５４４炮无法布设，强度地震，当安全距离选择过小时，会对炮点附近的 达到设计覆盖次数的３６％。如果按照目前安全距 城区内炮点全部转移到城区外围，剖面缺１２ 建筑物产生破坏（如裂缝甚至倒塌），同时由于该县 离施工，城位于地震高发带，也会对居民带来恐慌，即加大了 深度达到１ｓ，已经影响到了目的层，同时小炮检距 的大量缺失严重影响后期资料的叠前深度偏移效 果。在保证城区建筑物安全的前提下，如何科学合 理地设计炮点的安全距离和安全药量，尽可能缩小 空炮范围是三维施工前必须解决的问题。 １ 方法介绍 以往研究表明，井炮激发产生的震动效应对周 围建筑物的影响主要包括３个方面：振动速度、振动 频率以及振动持续时间。振动频率对建筑物的影响 表现在：建筑物自振频率与地震波的激发频率越接 近，谐振现象越明显，振动对建筑物的影响就越大。 般房屋的自振频率不大于１０Ｈｚ，井炮激发产生的 地震波频带较宽，最大振幅值为初至折射波，主频一 一图１ 城区施工障碍物分布及建筑物类型 般在２０Ｈｚ左右，与房屋的自振频率相差较大，即激 作者简介段孟川，男，１９７２年出生，高级工程师；１９９５年毕业于原江汉石油学院勘探地球物理专业，现在东方地区物理公司采集技术部 从事野外资料采集方法研究工作。地址：（８４１０００）库尔勒新城区１１１信箱塔里木经理部方法研究所。Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｕｍａｘｊｊｓｂ＠ｓｉｎａ．ｃｏｎｌ ・２２・ 第３４卷第１期 天然气勘探与开发 发频率对建筑物的影响不大。初至折射波视周期一 同建筑物安全振动速度，就可以得出不同建筑物的 安全距离所对应的安全用药量。 ２．２相关系数计算 般为５０ｍｓ左右，作用在建筑物的振动持续时间很 短（天然地震持续时间一般为几秒至几十秒）。基 于以上分析，本次探讨井炮激发安全距离主要考虑 振动速度（与接收到的地震波振幅有关）。 １．１理论基础 根据记录仪器的不同，野外地震采集记录到磁 带上的数据也不相同，结合检波器灵敏度可以利用 公式（３）得到接收点的振动速度。 ＝井炮激发振动速度的大小一般与药量、激发点 到接收点的距离以及吸收衰减系数有关。目前，关 于爆破地震振动速度问题，国外比较公认的是前苏 联学者萨道夫斯基的经验公式，我国长期以来在爆 一导 仪器记录的电压值，ｍｖ； （３） 式中： 振动速度，ｃｍ／ｓ； 检波器灵敏度，ｎｌｖ・ｓ，／锄； 破地震安全距离与质点振动速度计算方面也是采用 一该公式，其具体形式为： ｎ｛－ 对于其他常用地震仪器例如Ｓｅｒｃｅｌ４０８和Ｓｅｒ－ ＝ ×［ ］ 』 （１） ｃｅ１４２８等，仪器记录数值需要经过换算才可以得到 电压值。 以三维工区内试验单炮资料进行分析，该试验 式中： 一激发点到接收点的距离，Ｉｌｌ； Ｑ一药量，ｋｇ； ＿接收点接收到的地震振动速度，－ｅｍ／ｓ； ｎ一地震波衰减系数，与地质地形条件及距激发点的距 离有关； 炮激发深度１５ｍ，激发药量２０ｋｇ，通过真值读取得 到不同炮检距的最大振动速度（图２）。从图中可以 看出，振动速度随着炮检距的增大逐渐减小，在近炮 检距衰减速度明显大于远炮检距。取近炮检距的大 号方向和小号方向各５个接收点，大号方向和小号 ｊ（－－同激发介质、激发方式、地形条件等因素有关的系数。 对（１）式中两边取对数，得到 ＝方向数据平均后进行数据回归计算（表１）。 ｚ砣 ＋口 ９Ｚ］ Ｒ（２） 式中Ｑ表示激发药量， 表示激发接收距离，在 实际生产过程中为已知。振动速度可以从实际地震 资料中读取数据进行换算，则公式（２）中只有系数 和ａ未知。在多组数据的基础上进行回归分析，就 可以得到激发该区域的有关系数，再根据公式（１）， 参照《民用爆炸物品安全管理条例》 中规定的不 图２振动速度与炮检点距离关系曲线 表１ 基于实际地震资料萨道夫斯基公式基础数据表 ∑ — ∑ （９５） ．Ｒ＝—————鱼ｉ————— ——————————墅：——・—— ㈤ ———一～斗 ｎ（９．尺ｌｎＫ＝—————————————三Ｌ＿一 （５） ５ 【∑ 譬１） 】 得出该区域对应系数为：ａ＝２。３５０４，Ｋ＝ ２３・ １７８９．８６。把计算出的系数带人公式（１）就可以计 ・天然气勘探与开发 ２０１１年１月出版 算不同距离的振动速度。以激发药量２０ｋｇ计算不 同距离振动速度（表２）。 表２ ２０ｋｇ药量激发时不同距离的振动速度数据表 ２．３工区内不同建筑物安全药量及距离 根据２００６年发布的《民用爆炸物品安全管理条 例》规定ｌ１】，不同建筑物安全允许标准见表３。 县城内主要建筑物类型包括土坯房、一般砖房 和钢筋混凝土结构房屋。根据表３选取土坯房的振 动安全速度为０．７ｅｍ／ｓ，一般砖房为２．３ｅｍ／ｓ，钢筋 混凝土结构房屋为３．５ｅｍ／ｓ。取激发深度为１５ｍ， 基于萨道夫斯基经验公式可以得出不同建筑物对不 同药量的安全距离要求（表４）。 ２应用及效果 从以上分析中，可得到不同激发药量时该区域 表３不同建筑物振动安全允许标准 表４不同建筑物不同激发药量对应的安全距离 不同建筑物的作业安全距离，当激发药量为２ｋｇ，安全 在叠加剖面（图４）上，城区内布设炮点后，目的层同 距离可以选择为３２ｍ。考虑到县城内相同建筑物的 相轴的连续性明显变好。可以预见，在城区内，根据 抗震程度会存在差异，施工过程中对一般建筑物设定 实际资料计算得到的安全距离来布设炮点，为后期 安全距离为３５ｍ，对土坯房安全距离设定为５０ｍ。 偏移处理打下了良好的基础。 确定了安全距离后，进行了三维地震施工。利 用城内广场、绿化带、学校操场等区域，在县城内选 ３结束语 择布设了１２３炮，药量为２ｋｇ，最浅激发深度５０ｍ。 通过对比城区内布设炮点前后面元内炮检距分布 对不同建筑物，如何选择具有区域针对性、科学 （图３），可以看出，增加布设炮点有效改善了城区内 合理的安全距离一直是困扰野外施工技术人员的难 面元炮检距分布，缺失的中小炮检距得到了弥补。 题。采用安全振动速度作为井炮激发对周围建筑物 ・２４・ 第３４卷第１期 天然气勘探与开发 ａ．城区内布设炮点前炮检距分布 ｂ．城区内布设炮点后炮检距分布 图３城区内布设炮点前后面元内炮检距分布对比 ａ、城区内布设炮点前叠前剖面 ｂ、城区内布设炮点后叠加剖面 图４城区内布设炮点前后叠前剖面效果对比 破坏程度的判决依据是目前工程爆破通用的方法， 石油地震勘探也可以视为工程爆破的一种。针对井 炮激发，本文引入安全振动速度参数，利用实际资料 统计出了施工区域的有关系数，计算出了针对县城 不同建筑物作业时，采用不同用药量时的安全距离， 具有较强的针对性，实施结果表明该方法是有效的。 只要有工区以往单炮资料就可以采用该方法计 算安全距离及安全药量。这样，在技术设计阶段就 可以计算出工区内不同建筑物的安全药量和安全距 离，为室内设计观测系统奠定基础。另外本方法虽 通用性，可以为其他探区提供借鉴。 参考文献 １ 法制办公室司．民用爆炸物品安全管理条例 释义［Ｚ］．北京：中国市场出版社，２００６． ２李存国，，王玲．爆破地震效应对临近建筑物的影 响［Ｊ］．云南冶金，２００６．６：１０—１１． ３石油工业标准化技术委员会．ＳＹ／Ｔ６３９１—１９９９ ＳＥＧ— Ｄ．地震磁带记录格式［Ｓ］．北京：石油工业出版社， １９９９． （修改回稿日期２０１０—０６—３０编辑陈玲） 然只在西部山前带进行了应用，但其计算流程具有 ・２５・
