CN105676272B - 炸药震源安全激发参数确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种确定多层介质中，炸药震源安全激发参数的方法。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；(b)针对保护的主要目标选取安全小药量试炮，试炮时采用多通道强震监测仪采集主要保护目标周围多点地表震动数据并提取最大震动速度值；(c)根据初步划定的地表岩土层位、试炮点与震动监测点的位置关系和监测提取的最大震动速度，建立地层震动衰减参数反演矩阵；(d)求解(c)建立的震动衰减参数矩阵，得到地表层各层震动衰减关系；(e)根据需保护的主要目标的震动安全阈值，基于地表层震动衰减关系，对不同药量在不同层位激发震动预测分析，确定较优的安全激发参数。本发明提供的炸药震源安全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，是一种有效的炸药震源安全激发参数确定方法。
Description
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炸药震源安全激发参数确定方法。
背景技术
地球物理勘探的方法很多,如地震勘探、电磁勘探、重力勘探等。现阶段最主要的勘探方式是地震勘探,与其他勘探方法相比,地震勘探具有高精度、高分辨率、大探测深度等优点。
地震勘探首先需要人工方法激发地震波,激发地震波的效果至关重要,直接影响地震勘探的成像深度和精度。目前地震波的激发源可分为炸药震源和非炸药震源两种,原理大致相同,非炸药震源主要有重锤震源、气动震源、空气枪震源等。从19世纪20年代至今,炸药震源一直是地震勘探的主要常规震源,炸药产生的能量大,很容易激发出地震波,实践证明,在地震勘查、石油勘探中使用炸药震源具有良好的效果。
炸药震源的主要缺点是不安全,而且现在的勘探范围已由原来的人口稀少区域深入到人口密集的区域,地形条件复杂和施工难度也进一步加大,除了要达到较好的勘探效果,还要重点考虑安全因素,因此炸药震源的地震安全性激发,已成为各方面密切关注的焦点。但是目前安全激发参数的获取方法精度较低，无法满足石油勘探过程中，在人口密集地区进行激发的精度要求。对此本发明充分考虑了近地表多层条件对激发参数的影响，并提出了多层介质中高精度炸药震源安全激发参数确定方法。
发明内容
目的：本发明提供的炸药震源安全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，是一种有效的炸药震源安全激发参数确定方法。
本发明提供了一种炸药震源安全激发参数确定方法，该方法包括：
(a)采用近地表调查方法初步划定地表层岩土层位；
(b)针对保护的主要目标选取安全小药量试炮，试炮时采用多通道强震监测仪采集主要保护目标周围多点地表震动数据并提取最大震动速度值；
(c)根据初步划定的地表岩土层位、试炮点与震动监测点的位置关系和监测提取的最大震动速度，建立地层震动衰减参数反演矩阵；
(d)求解(c)建立的震动衰减参数矩阵，得到地表层各层震动衰减关系；
(e)根据需保护的主要目标的震动安全阈值，基于地表层震动衰减关系，对不同药量在不同层位激发震动预测分析，确定较优的安全激发参数。
步骤(a)包括以下步骤：
(a1)采用近地表调查方法可采用触探方法，包括静力初探和动力触探，亦可采用小折射方或微测井等方法。
(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
步骤(b)包括以下步骤：
(b1)根据需要保护的目标，根据经验公式，取确定地层岩土层段中经验衰减最小的参数估算试炮估计药量，在实际试炮时取0.6～0.8倍估计药量为实际试炮药量；
(b2)试炮时,在距离炮点0～50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，并提取各个监测点的峰值质点速度(PPV)；
(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)试炮激发深度一般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0～50米范围内均匀布置，一般取在1～2条测线方向上，每个测点距离炮点距离不同，监测点一般取5～10个点；
步骤(c)包括以下步骤：
(c1)根据峰值质点速度(PPV)在不同层段衰减关系，依据炮点和监测点位置关系，建立经多层段衰减后监测点峰值指点速度关系，建立地层震动衰减参数反演矩阵；
步骤(d)包括以下步骤：
(d1)根据最小二乘法，求解地层震动衰减参数，确定各层段衰减参数；
步骤(e)包括以下步骤：
(e1)根据所要保护的目标，由爆破震动安全标准确定安全阈值；
(e2)根据岩层段参数，确定炮孔位置和震源炸药阻抗匹配的激发岩土层深度；
(e3)改变激发药量，由地表各层震动衰减关系，计算地表震动峰值质点速度，计算激发药量取为0.25～10kg,间隔0.25kg；
(e4)根据计算得到保护目标位置处峰值质点速度，与安全阈值相对比，小于安全阈值判定为安全，实际安全激发药量取为能保证在安全阈值内最大激发药量。
附图说明
图1是根据本发明的炸药震源安全激发参数确定方法的流程图；
图2静力触探得到的图；
图3试炮布置图；
图4是炮点和监测点地震波传播图
图5地震震动衰减模型进行分析得到的衰减参数关系示意图；
图6采用本发明的应用的炸药震源安全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2)，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；
利用公式确定每层介质的波速，其中弹性模量E可以利用材料库进行查询。
步骤2：根据《爆破安全规程》(6722-2014)查得土层的衰减系数为：k＝250～350，α＝1.8～2.0，选择其中衰减最小的系数，即k＝350，α＝2.0。
根据《爆破安全规程》(6722-2014)查得露天浅孔爆破产生地震波的主频在10-100Hz之间，其中一般民用建筑在主频10～50Hz范围内地震波作用下允许的最大振动速度为2～2.5cm/s
根据以上查得的内容，可以计算出为了保护50m距离外的目标建筑不受损坏，试炮估计药量为54.1kg，因此实际估计药量为32kg。
将炮点确定后，沿测线方向0～50m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，计算三层介质的衰减系数，需要沿测线方向布设6个以上检波器，具体布设如图3。
步骤3：根据峰值质点速度(PPV)在不同层段衰减关系，依据炮点和监测点位置关系，建立经多层段衰减后监测点峰值指点速度关系，建立地层震动衰减参数反演矩阵如下；
y＝a·b·x，其中y＝lnv,a＝lnk,b＝α,
步骤4：利用最小二乘法进行线性回归后，可以确定三个不同岩土层的衰减系数
步骤5：根据《爆破安全规程》(6722-2014)查得工业和商业建筑物允许的质点最大振动速度为2.5-5cm/s
根据岩层段参数，确定炮孔位置和震源炸药阻抗匹配的激发岩土层深度
将初始激发药量设定为0.25kg，通过反演出的衰减参数计算目标建筑处地表质点振动峰值，如果没有超过安全阈值则继续增大药量，直到振动速度超过安全阈值为止。
选择恰好使目标建筑附近地表振动在安全阈值以内的最大药量为激发药量。
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，对于粉土可细分为粉土、粉质粘土以及粉土与粉质粘土层三种类型。
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3个层段的土介质，利用环刀法检测其密度；
利用公式确定每层介质的波速，其中弹性模量E可以利用材料库进行查询。
步骤2：根据《爆破安全规程》(6722-2014)查得土层的衰减系数为：k＝250～350，α＝1.8～2.0，选择其中衰减最小的系数，即k＝350，α＝2.0。
根据《爆破安全规程》(6722-2014)查得露天浅孔爆破产生地震波的主频在10-100Hz之间，其中一般民用建筑在主频10～50Hz范围内地震波作用下允许的最大振动速度为2～2.5cm/s
根据以上查得的内容，可以计算出为了保护50m距离外的目标建筑不受损坏，试炮估计药量为54.1kg，因此实际估计药量为32kg。
将炮点确定后，沿测线方向0～50m距离内均匀布设若干强震速度传感器。
激发深度选择在第五层岩土层。
在激发一发的条件下，计算五层介质的衰减系数，需要沿测线方向布设10个以上检波器。
步骤3：根据峰值质点速度(PPV)在不同层段衰减关系，依据炮点和监测点位置关系，建立经多层段衰减后监测点峰值指点速度关系，建立地层震动衰减参数反演矩阵如下；
y＝a·b·x，其中y＝lnv,a＝lnk,b＝α,
步骤4：利用最小二乘法进行线性回归后，可以确定三个不同岩土层的衰减系数
步骤5：根据《爆破安全规程》(6722-2014)查得工业和商业建筑物允许的质点最大振动速度为2.5-5cm/s
根据岩层段参数，确定炮孔位置和震源炸药阻抗匹配的激发岩土层深度
将初始激发药量设定为0.25kg，通过反演出的衰减参数计算目标建筑处地表质点振动峰值，如果没有超过安全阈值则继续增大药量，直到振动速度超过安全阈值为止。
选择恰好使目标建筑附近地表振动在安全阈值以内的最大药量为激发药量。
Claims (6)
1.一种多层介质中炸药震源安全激发参数确定方法，其特征是：该方法包括，
(a)采用近地表调查方法初步划定地表层岩土层位；
(b)针对保护的主要目标选取安全小药量试炮，试炮时采用多通道强震监测仪采集主要保护目标周围多点地表震动数据并提取最大震动速度值；
(c)根据初步划定的地表层岩土层位、试炮点与震动监测点的位置关系和监测提取的最大震动速度值，建立地层震动衰减参数反演矩阵；
(d)求解(c)建立的地层震动衰减参数反演矩阵，得到地表层不同层位的震动衰减关系；
(e)根据需保护的主要目标的震动安全阈值，基于地表层不同层位震动衰减关系，对不同药量在不同层位激发震动预测分析，确定安全激发参数。
2.根据权利要求1所述炸药震源安全激发参数确定方法，其特征是：步骤(a)包括以下步骤：
(a1)采用近地表调查方法中的触探方法，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，确定每个层段的波速。
3.根据权利要求2所述炸药震源安全激发参数确定方法，其特征是：步骤(b)包括以下步骤：
(b1)根据需要保护的主要目标，根据经验公式，取确定地层岩土层段中经验衰减最小的参数估算试炮估计药量，在实际试炮时取0.6～0.8倍试炮估计药量为实际试炮药量；
(b2)试炮时,在距离炮点0～50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，并提取各个监测点的峰值质点速度；
(b3)试炮时，激发炮数和监测点数量与(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0～50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1所述炸药震源安全激发参数确定方法，其特征是：步骤(c)包括以下步骤：
(c1)根据峰值质点速度在不同层段衰减关系，依据炮点和监测点位置关系，建立经多层段衰减后监测点峰值质点速度关系，建立地层震动衰减参数反演矩阵。
5.根据权利要求1所述炸药震源安全激发参数确定方法，其特征是：步骤(d)包括以下步骤：
(d1)根据最小二乘法，求解地层震动衰减参数反演矩阵，确定各层段震动衰减参数。
6.根据权利要求1所述炸药震源安全激发参数确定方法，其特征是：步骤(e)包括以下步骤：
(e1)根据所要保护的主要目标，由爆破震动安全标准确定震动安全阈值；
(e2)根据岩层段参数，确定炮孔位置和震源炸药阻抗匹配的激发岩土层深度；
(e3)改变激发药量，由地表层不同层位的震动衰减关系，计算地表震动峰值质点速度，计算激发药量取为0.25～10kg,间隔0.25kg；
(e4)根据计算得到保护的主要目标位置处峰值质点速度，与震动安全阈值相对比，小于震动安全阈值判定为安全，实际震动安全激发药量取为能保证在震动安全阈值内最大激发药量。
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