基于能量原理的碳酸盐岩化爆震源激发机理研究

Petroleum, natural gas is strategic energy. Seismic exploration of chemical explosion epicentre is one of the most widely used and the most significant effect in the domestic and international oil and gas exploration technologies. This topic is proposed based on the research on the energy principle of carbonate lithification detonation epicentre excitation mechanism, solving some problems such as seismic waves passing weak energy,short action time,low signal-to-noise ratio and resolution of seismic signal when the seismic exploration source is shooting in carbonate rocks. For the ectonic characteristics of carbonate reservoir heterogeneity, diffraction and scattering seismic wave field, the topic made use of some means such as theoretical analysis, numerical simulation, field experiment and project monitor, and signal processing technology based on the combination of frequency slice wavelet transform and multiple fractal, to study blasting seismic wave excitation,energy attenuation mechanism and mechanical mechanisms. Meanwhile,the influence on blasting seismic wave energy and the the spectrum is analysed made by the charging structure, initiation form, no coupling coefficient and other motivating factor,and the relationship between focal factors and seismic wave energy singularity is established. On this basis, the best source excitation scheme is put forward. The results contribute to a profound understanding of the medium of carbonate rock blasting seismic wave generation and energy attenuation mechanism, laid an important theoretical basis for the design of the exploration and development of oil and gas resources in the medium focal carbonate medium.

石油、天然气是具有战略意义的能源，化爆震源地震勘探是国内外油气勘探方法中应用最广泛、效果最显著的重要技术之一。本课题拟通过基于能量原理的碳酸盐岩化爆震源激发机理研究,解决碳酸盐岩中地震勘探震源激发时地震波下传能量弱、作用时间短、地震波信号信噪比和分辨率都较低的难题。针对碳酸盐岩储层非均质性强、绕射和散射地震波场发育的地质构造特征，综合运用理论分析、数值模拟、野外激发实验和工程监测相结合的研究手段，以及应用基于频率切片小波变换和多重分形相结合的信号处理技术，研究该类岩石介质中爆破地震波激发、能量衰减机理和力学作用机制，分析震源的装药结构、起爆形式、不耦合系数等激发因素对爆破地震波能量及频谱的影响，建立各震源因素与地震波能量局部奇异性之间关系，并在此基础上提出最佳震源激发方案。成果有助于深刻认识碳酸盐岩介质中爆破地震波的产生和能量衰减机理，为该介质中油气资源勘探开发的震源设计奠定重要理论基础。

石油、天然气是具有战略意义的能源，化爆震源地震勘探是国内外油气勘探方法中应用最广泛、效果最显著的重要技术之一。课题综合运用理论分析、数值模拟、野外激发实验和工程监测相结合的研究手段，以及信号处理技术，研究该类岩石介质中爆破地震波激发、能量衰减机理和力学作用机制，分析震源的装药结构、起爆形式、不耦合系数等激发因素对爆破地震波能量及频谱的影响，建立各震源因素与地震波能量局部奇异性之间关系，并提出了最佳震源激发方案。主要成果：.（1）基于弹性波理论，建立了炮孔不同药性、不同药量、不同耦合方式和不同岩石介质时柱状装药爆炸的孔壁质点速度和压力随时间变化的计算模型，得到其随时间变化的函数关系式和透射波比能量的解析解。.（2）采用ALE算法，运用流固耦合处理技术，建立了装药在碳酸盐岩介质中的单孔爆炸数值模拟计算模型。通过数值计算，量化分析不同激发因素对碳酸盐岩体内应力、运动参数以及地震波能量频谱分布的影响；并通过试验验证数值计算分析地震波能量频谱问题的合理性，以及结论的正确性。.（3）碳酸盐岩地层相当于低通滤波器的作用，地层厚度和岩石密度大，使得其质量大，造成爆炸波难以使其产生响应；并且该类型岩层不存在类似于泥砂岩、对低频信号有谐调放大作用的薄互层表层结构。.（4）构建了基于提升小波包变换的爆炸地震波信号能量分布特征分析的基本研究方法；采用移频算法消除了混频和频率失真现象，能够将原地震波信号按频带准确划分。.（5）首次将多重分形谱作为新物理参数引入到地震勘探爆炸地震波信号特征参数提取的研究中，开展能量局部奇异性研究。.（6）在实际碳酸盐岩地震勘探实践过程中，应选中低级炸药、最佳不耦合系数，以及沙土或空气耦合介质等震源激发参数，从而达到提高地震波信号信噪比的目的。.研究成果有助于深刻认识碳酸盐岩介质中爆破地震波的产生和能量衰减机理，为该介质中油气资源勘探开发的震源设计奠定重要理论基础。