CN105425281B - 分布式炸药震源激发参数确定方法 - Google Patents

分布式炸药震源激发参数确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105425281B
CN105425281B CN201610034347.7A CN201610034347A CN105425281B CN 105425281 B CN105425281 B CN 105425281B CN 201610034347 A CN201610034347 A CN 201610034347A CN 105425281 B CN105425281 B CN 105425281B
Authority
CN
China
Prior art keywords
parameter
distributed
ground
dynamite source
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610034347.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105425281A (zh
Inventor
王仲琦
牟杰
于成龙
李建平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201610034347.7A priority Critical patent/CN105425281B/zh
Publication of CN105425281A publication Critical patent/CN105425281A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105425281B publication Critical patent/CN105425281B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/02—Generating seismic energy
    • G01V1/104—Generating seismic energy using explosive charges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/02—Generating seismic energy
    • G01V1/104—Generating seismic energy using explosive charges
    • G01V1/13—Arrangements or disposition of charges to produce a desired pattern in space or time

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

本发明提供了一种确定分布式炸药震源激发参数的方法。该方法包括：(a)采用近地表调查方法划定地表层岩土层位和确定基本物性参数；(b)经试炮激发，监测记录地表震动；(c)根据试炮布置和地表岩土分层，建立炸药震源岩土中爆炸作用有限元模型；(d)经有限元模型计算与试验监测记录对比回归分析，确定岩土动态变形模型参数；(e)基于建立的现场岩土模型，对多种分布式炸药震源激发方案初始弹性波能量和频率分析对比，结合勘探目标层特性要求，确定满足能量和分辨率的分布是炸药震源激发参数。本发明提供的分布式炸药震源激发参数确定方法速度快、适用范围广，而且成本低、简便易实施。

Description

分布式炸药震源激发参数确定方法
技术领域
本发明涉及地球物理勘探领域，更特别地是涉及一种分布式炸药震源激发参数确定方法。
背景技术
炸药的装药结构即炸药的装填形式及药柱的空间分布状态，决定了炸药爆炸能量的输出形式和传播方向。装药结构不同的炸药在岩土中爆炸时，爆炸波与周围岩土介质会形成不同的作用方式，并产生不同的地震效应。多年来，国内外研究人员基于各自的研究理论，结合长期的实践经验和试验结果，设计了多种适用于地震勘探的震源装药结构，其中主要包括多分布式炸药震源、低爆速细长型震源、聚能震源、多井组合震源和螺旋装药震源。
分布式炸药震源是针对深层勘探提出的一种安全激发方式。在地震勘探中，地震波的主频和振幅(能量)之间存在的矛盾仍然是激发技术面临的瓶颈。研究表明，小药量激发地震子波的主频高、能量弱，而大药量激发地震子波的能量高，但高频能量相对较弱。为达到高分辨率、深层勘探的要求，实现高能量、高主频的激发特性，分布式炸药震源应运而生。这种震源结构的设计是建立在波动理论和爆炸理论基础之上，按照多级药柱纵向间隔分布的装药形式，采用由上至下延迟起爆的激发方式，使各爆炸单元所产生的地震波的波前面在垂直向下的方向得到同相叠加，同时实现对地震波主频和下传能量的提高，并减小对地表的振动效应。
研究结果表明，分布式炸药震源应用的关键技术是对激发参数的确定。当分布式震源参数和勘探区近地表参数不相匹配时，激发效果往往会变得更差，这也限制了分布式震源的应用。分布式震源的激发参数最终表现为震源的各级药包的间距和延时起爆时间。而各级药包间距和延时时间的确定依赖于近地表激发底层的特性。在确定近地表激发地层性质的基础上进行多种分布式震源结构的激发效果对比分析计算，从而优化分布式震源参数。在计算中采用精细有限元计算程序对炸药震源作用过程分析对激发参数实现精确分析。本发明将精确计算技术和现场条件参数确定技术相结合，实现对分布式炸药震源激发参数优化控制，实现高效激发。
发明内容
目的：本发明提供的分布式炸药震源激发参数确定方法速度快、适用范围广，而且成本低、简便易实施，是一种有效的分布式炸药震源激发参数确定方法。
1.一种分布式炸药震源激发参数确定方法，该方法包括：
(a)采用近地表调查方法初步划定地表层岩土分层层位、密度、波速；
(b)在几个表层层位进行试炮激发，在地表距离炮点几个距离处设置强震仪监测记录地表震动；
(c)根据试炮布置和地表岩土分层，建立炸药震源岩土中爆炸作用有限元模型；
(d)经有限元模型计算监测点地震动结果与试验监测记录对比回归分析，确定各层岩土动态变形模型参数；
(e)基于建立的现场岩土模型及确定的参数，对多种分布式炸药震源激发方案的获得的初始弹性波能量和频率分析对比，结合勘探目标层特性要求，确定满足能量和分辨率的分布式炸药震源激发参数。
步骤(a)包括以下步骤：
(a1)采用近地表调查方法采用触探方法，包括静力触探和动力触探，或采用小折射或微测井方法；
(a2)通过近地表调查方法，将距离地面20～30米范围分成3～5个层段，确定每个层的波速，密度，推出弹性模量；
步骤(b)包括以下步骤：
(b1)根据分布式震源单药包质量，确定试炮药量，通常取为0.5kg、1kg或2kg；
(b2)试炮时,在距离炮点0～30米范围内布置强震速度传感器，记录这些位置点处地表震动历史；
(b3)试炮时，激发炮数和监测点数量由(a2)确定的地表层段数量相关，(激发炮数*监测点数)>(2*地表层段数)；
(b4)试炮激发深度取在阻抗较大的岩土层内，取1～2个深度；
(b5)试炮时，(b2)监测点位置在0～30米范围内均匀布置，取在1～2条测线方向上，每个测点距离炮点距离不同，监测点取5～10个点；
步骤(c)包括以下步骤：
(c1)根据(a1)确定的地层建立地表岩土层模型；
(c2)岩土层模型弹性参数由(a2)确定，岩土层强度参数由弹性参数查询岩土性质数据库初步确定；
(c3)有限元模型中引入炸药震源模型，炮点位置和药量与试炮设置保持一致，炸药震源模型和参数由炸药震源数据库确定。
步骤(d)包括以下步骤：
(d1)应用建立炸药震源作用有限元模型，对试炮条件下形成的近源震动波场分析，通过和监测点记录震动波形对比，对各层岩土动态强度参数进行调整分析，确定各层岩土动态性能参数；
(d2)调整的动态性能参数包括岩土屈服强度，岩土压缩关系系数；
步骤(e)包括以下步骤：
(e1)由有限元模型得到各层段岩土动态参数，确定各层动态波阻抗；
(e2)根据动态波阻抗匹配关系，初步确定分布式震源级数、级间距和级间延时；
(e3)分布式震级数常取为3～6级，级间距为间隔套管整数倍，间隔套管长度取为200～300mm；延时间隔取为0.2ms的整数倍；
(e4)分布式震源结构确定后，建立有限元模型，对不同级数、级间距和延时时间的分布式震源激发产生的近源波场进行计算，提取波场中初始弹性波进行分析评估，综合考虑产生的初始弹性波的幅频特性和勘探目标要求，确定优化的分布式炸药震源激发参数。图5为采用本发明的分布式炸药震源激发参数确定方法波场叠加图，可以看出当参数匹配较好时，分布式震源各药包实现较好叠加并增强了能量。图6为采用本发明的应用的分布式炸药震源激发参数确定方法提高频率的效果，可以看出应用该方法实现较好的波形叠加，在保证能量达到一定水平的条件下，提高了地震波主频，展宽了地震波频带。
附图说明
图1根据本发明的分布式炸药震源激发参数确定方法的流程图；
图2分布式震源结构；
图3静力触探得到的岩土层位划分；
图4试炮布置图；
图5本发明的分布式炸药震源激发参数波场计算图；
图6采用本发明的应用的分布式炸药震源激发参数确定方法应用效果对比；
具体实施方式
实例1：三层土介质结构安全激发参数确定方法：
步骤1：对目标地区单孔静力触探以及岩土识别图的分析可知(如图3)，在该点处0～30m范围内主要的土的类型有两种：粉土(及粉粘土)和粉砂。对于粉土可细分为粉土、粉质粘土以及粉土与粉质粘土互层三种类型。
根据静力触探结果，将距离地面30m厚的岩土分为3个层段。
针对3个层段的土介质，利用环刀法检测其密度；
根据地震波到时及监测点与药包的距离可得到每个分层的波速(监测点数＝层数)；
利用公式确定介质弹性模量；
步骤2：根据分布式震源单药包质量，确定试炮药量，通常取为0.5kg、1kg或2kg，本次实例取为1kg；
将炮点确定后，沿测线方向0～30m距离内均匀布设若干强震速度传感器。
激发深度选择在第三层岩土层。
在激发一发的条件下，计算三层介质的模型参数，需要沿测线方向布设6个以上检波器(激发炮数*监测点数)>(2*地表层段数)，具体布设如图4。
步骤3：通过步骤1中确定的分层介质的厚度、密度、波速以及弹性模量建立相应的地表岩土层模型；
查询岩土性质数据库，通过步骤1中确定的弹性模型模量来初步确定岩土的强度参数；
在建立的有限元模型中加入炸药震源模型，炸药震源用如下方程描述，
在ps＝Ae-R1V+Be-R2V+CVω+1，式中的参数由选取的炸药决定。
步骤4：利用步骤3建立的有限元模型进行计算，并将得到的结果与步骤2监测的结果进行对比；
根据对比结果不断调整岩土模型的岩土屈服强度参数及岩土压缩关系系数等动态参数，直到计算结果能够较好地与监测结果相吻合为止，此时的岩土动态性能参数即可确定为实际岩土介质参数。
步骤5：根据步骤4得出的分层岩土动态参数，可以确定三个分层各自的岩土介质动态波阻抗；
根据动态波阻抗的匹配关系，确定分布式震源的级数、级间距以及每级之间的间隔时间。
震级数常取为3～6级，级间距为间隔套管整数倍，间隔套管长度取为200～300mm；延时间隔取为0.2ms的整数倍；
初步确定分布式震源结构后，建立相应的有限元模型，并基于之前得到的岩土介质相关参数进行计算。
将计算得到的近源波场初始弹性波进行分析，并考虑其幅频特性是否满足勘探目标。如果不满足则重新调整分布式震源激发参数。
当计算结果能够满足勘探目标时，确定优化的分布式炸药震源激发参数。
实例2：五层土介质结构安全激发参数确定方法：
步骤1：对目标地区单孔静力触探以及岩土识别图的分析可知，在该点处0～30m范围内主要的土的类型有两种：粉土(及粉粘土)和粉砂。对于粉土可细分为粉土、粉质粘土以及粉土与粉质粘土互层三种类型。
根据静力触探结果，将距离地面30m厚的岩土分为5个层段。
针对5个层段的土介质，利用环刀法检测其密度；
根据地震波到时及监测点与药包的距离可得到每个分层的波速(监测点数＝层数)；
利用公式确定介质弹性模量；
步骤2：根据分布式震源单药包质量，确定试炮药量，通常取为0.5kg、1kg或2kg，本次实例取为1kg；
将炮点确定后，沿测线方向0～30m距离内均匀布设若干强震速度传感器。
激发深度选择在第三层岩土层。
在激发一发的条件下，计算三层介质的模型参数，需要沿测线方向布设6个以上检波器(激发炮数*监测点数)>(2*地表层段数)。
步骤3：通过步骤1中确定的分层介质的厚度、密度、波速以及弹性模量建立相应的地表岩土层模型；
查询岩土性质数据库，通过步骤1中确定的弹性模型模量来初步确定岩土的强度参数；
在建立的有限元模型中加入炸药震源模型，炸药震源用如下方程描述，
在ps＝Ae-R1V+Be-R2V+CVω+1，式中的参数由选取的炸药决定。
步骤4：利用步骤3建立的有限元模型进行计算，并将得到的结果与步骤2监测的结果进行对比；
步根据对比结果不断调整岩土模型的岩土屈服强度参数及岩土压缩关系系数等动态参数，直到计算结果能够较好地与监测结果相吻合为止，此时的岩土动态性能参数即可确定为实际岩土介质参数。
步骤5：根据步骤4得出的分层岩土动态参数，可以确定5个分层各自的岩土介质动态波阻抗；
根据动态波阻抗的匹配关系，确定分布式震源的级数、级间距以及每级之间的间隔时间。
震级数常取为3～6级，级间距为间隔套管整数倍，间隔套管长度取为200～300mm；延时间隔取为0.2ms的整数倍；
初步确定分布式震源结构后，建立相应的有限元模型，并基于之前得到的岩土介质相关参数进行计算。
将计算得到的近源波场初始弹性波进行分析，并考虑其幅频特性是否满足勘探目标。如果不满足则重新调整分布式震源激发参数。
当计算结果能够满足勘探目标时，确定优化的分布式炸药震源激发参数。

Claims (6)

1.一种分布式炸药震源激发参数确定方法，该方法包括：
(a)采用近地表调查方法初步划定地表层岩土分层层位和密度、波速基本物性参数；
(b)在几个表层层位进行试炮激发，在地表距离炮点几个距离处设置强震仪监测记录地表震动；
(c)根据试炮布置和地表岩土分层，建立炸药震源岩土中爆炸作用有限元模型；
(d)经有限元模型计算监测点地震动结果与试验监测记录对比回归分析，确定各层岩土动态变形模型参数；
(e)基于建立的现场岩土模型及确定的参数，对多种分布式炸药震源激发方案的获得的初始弹性波能量和频率分析对比，结合勘探目标层特性要求，确定满足能量和分辨率的分布式炸药震源激发参数。
2.根据权利要求1所述分布式炸药震源激发参数确定方法，步骤(a)包括以下步骤：
(a1)近地表调查方法采用触探方法，包括静力触探和动力触探，或采用小折射或微测井方法；
(a2)通过近地表调查方法，将距离地面20～30米范围分成3～5个层段，确定每个层的波速，密度，推出弹性模量。
3.根据权利要求2所述分布式炸药震源激发参数确定方法，步骤(b)包括以下步骤：
(b1)根据分布式震源单药包质量，确定试炮药量，取为0.5kg、1kg或2kg；
(b2)试炮时,在距离炮点0～30米范围内布置强震速度传感器，记录这些位置点处地表震动历史；
(b3)试炮时，激发炮数和监测点数量与步骤(a2)确定的地表层段数量相关，(激发炮数*监测点数)>(2*地表层段数)；
(b4)试炮激发深度取在阻抗较大的岩土层内，取1～2个深度；
(b5)试炮时，步骤(b2)监测点位置在0～30米范围内均匀布置，取在1～2条测线方向上，每个测点距离炮点距离不同，监测点取5～10个点。
4.根据权利要求2所述分布式炸药震源激发参数确定方法，步骤(c)包括以下步骤：
(c1)根据步骤(a1)确定的地层建立地表岩土层模型；
(c2)岩土层模型弹性参数由步骤(a2)确定，岩土层强度参数由弹性参数查询岩土性质数据库初步确定；
(c3)有限元模型中引入炸药震源模型，炮点位置和药量与试炮设置保持一致，炸药震源模型和参数由炸药震源数据库确定。
5.根据权利要求1所述分布式炸药震源激发参数确定方法，步骤(d)包括以下步骤：
(d1)应用建立炸药震源作用有限元模型，对试炮条件下形成的近源震动波场分析，通过和监测点记录震动波形对比，对各层岩土动态强度参数进行调整分析，确定各层岩土动态性能参数；
(d2)调整的动态性能参数包括岩土屈服强度，岩土压缩关系系数。
6.根据权利要求1所述分布式炸药震源激发参数确定方法，步骤(e)包括以下步骤：
(e1)由有限元模型得到各层段岩土动态参数，确定各层动态波阻抗；
(e2)根据动态波阻抗匹配关系，初步确定分布式震源级数、级间距和级间延时；
(e3)分布式震级数取为3～6级，级间距为间隔套管整数倍，间隔套管长度取为200～300mm；延时间隔取为0.2ms的整数倍；
(e4)分布式震源结构确定后，建立有限元模型，对不同级数、级间距和延时时间的分布式震源激发产生的近源波场进行计算，提取波场中初始弹性波进行分析评估，综合考虑产生的初始弹性波的幅频特性和勘探目标要求，确定优化的分布式炸药震源激发参数。
CN201610034347.7A 2016-01-19 2016-01-19 分布式炸药震源激发参数确定方法 Active CN105425281B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610034347.7A CN105425281B (zh) 2016-01-19 2016-01-19 分布式炸药震源激发参数确定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610034347.7A CN105425281B (zh) 2016-01-19 2016-01-19 分布式炸药震源激发参数确定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105425281A CN105425281A (zh) 2016-03-23
CN105425281B true CN105425281B (zh) 2018-07-06

Family

ID=55503605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610034347.7A Active CN105425281B (zh) 2016-01-19 2016-01-19 分布式炸药震源激发参数确定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105425281B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110082820B (zh) * 2018-01-26 2020-11-10 中石化石油工程技术服务有限公司 炸药震源混合分布式宽频激发的方法
CN112394388A (zh) * 2019-08-12 2021-02-23 中国石油天然气集团有限公司 确定可控震源距离分离滑动扫描距离参数的方法及装置
CN111458742B (zh) * 2020-05-28 2020-11-24 西南石油大学 一种炸药震源单井药量组合激发方法
CN112285763A (zh) * 2020-08-31 2021-01-29 浙江省安全生产科学研究院 不耦合装药式炸药震源激发高能高频参数确定方法和系统
CN112130207B (zh) * 2020-09-25 2021-07-20 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种基于球形装药条件下由地面振动计算地下振动的方法
CN114396082A (zh) * 2021-12-02 2022-04-26 中国核电工程有限公司 一种采用地下爆炸手段测试核电厂桩基础动力特性的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2107310C1 (ru) * 1997-02-06 1998-03-20 Акционерное общество открытого типа "Запприкаспийгеофизика" Способ высокоразрешающей сейсмической разведки методом общей глубинной точки (могт) с использованием взрыва зарядов
GB2522073A (en) * 2014-01-14 2015-07-15 Statoil Petroleum As Full wave reverse time migration
CN104502952B (zh) * 2014-12-22 2017-05-10 中国石油天然气集团公司 炸药震源源驱动控制装置及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105425281A (zh) 2016-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105425281B (zh) 分布式炸药震源激发参数确定方法
CN105676272B (zh) 炸药震源安全激发参数确定方法
CN108331042A (zh) 一种模拟爆破开挖对边坡影响的试验装置及试验方法
Blair Seismic radiation from an explosive column
CN102135445A (zh) 爆破振动预测方法
CN105676273B (zh) 高能高频炸药震源设计方法
hdi Hosseini et al. Analysing the ground vibration due to blasting at AlvandQoly Limestone Mine
Gou et al. Assessment of induced vibrations derived from the wave superposition in time-delay blasts
CN104537195B (zh) 一种基于能量原理的深部岩体爆破开挖诱发振动预报方法
Gao et al. Effect of initiation location within blasthole on blast vibration field and its mechanism
Paswan et al. Blast vibration and fragmentation control at heavily jointed limestone mine
CA2807885C (en) Seismic energy sources and methods of use
Gohl et al. Use of controlled detonation of explosives for liquefaction testing
CN207944494U (zh) 一种模拟爆破开挖对边坡影响的试验装置
CN111458742B (zh) 一种炸药震源单井药量组合激发方法
Anderson et al. Signature hole blast vibration control-twenty years hence and beyond
CN112285763A (zh) 不耦合装药式炸药震源激发高能高频参数确定方法和系统
Battison et al. Reducing crest loss at Barrick Cowal gold mine
AU2002249800A1 (en) Method for customizing seismic explosives
Qiu et al. Influence of seismic source parameters on the excitation wavelet in seismic explorations based on numerical simulation
CN112285764A (zh) 一种激发高能高频参数炸药震源药包设计方法和系统
CN117631024A (zh) 一种灰岩地区炸药震源定量化精确激发设计方法
Cui et al. Development of a New Blasting Vibroseis Technique and its Application to the Exploration of Geological Structures
Guevara et al. Near-surface S-wave velocity from an uphole experiment using explosive sources
Bai et al. Effect of explosive sources on the elastic wave field of explosions in soils

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant