沙漠区检波器埋置工具现状研究

李海江 贺津波 刘建华 李家华

摘要：在沙漠区地震勘探中，检波器的埋置质量直接影响采集效果。随着地震勘探向纵深开展，对沙漠区检波器埋置的要求越来越高。本文分类分析了现阶段沙漠区检波器埋置工具的原理特点。

关键词：沙漠区;地震勘探;检波器埋置

1  前言

在沙漠区地震勘探中，检波器的埋置效率影响到勘探进程，检波器埋置深度影响到检波器与大地的耦合性和抗干扰能力，最终影响到地质剖面质量。由于沙漠区的气候特点，年蒸发量大于降雨量，除河道及低洼区域，绝大部分地表干燥，加之沙粒细化，流动性好，使得在沙漠中埋置检波器有区别于其它区域的方法和要求。经多年的实践探索，出现了多种针对沙漠地形的检波器埋置工具。

2  沙漠区检波器埋置工具分类

综合分析各类沙漠区检波器埋置工具，根据主要方法原理，可分为四种类型，分别是直接挖掘工具、套管防护挖掘工具、直接插置工具以及通过改善地层成孔的工具。

3  直接挖掘工具

直接挖掘工具以铁锹为主，主要特点是工具易得、可用于各种松软地形。在流动性的沙漠中，挖掘出的检波器坑呈圆锥状，流动性越好的沙漠区挖出的检波器坑底部角度越大。文中用坑底角度代表沙漠的流动性，根据圆锥体积公式，分别计算坑底角度为60°、90°和120°的沙土挖掘量随挖掘深度的变化，如图1所示。可见随着挖掘深度的增加，沙土挖掘量呈指数级增长，流动性越好的沙漠沙土挖掘量增长越迅猛。在实践中，沙漠区检波器埋置深度的要求已开始从2dm增加到3dm，所需挖掘的检波器坑更深，导致埋置效率不足以往一半。

4  套管防护挖掘工具

这类工具的普遍特点是有一个外套管，用来防止坑壁沙土流下填埋掉新挖出的坑，同时使用配套的挖掘方法将套管内的沙土挖出。防护套管主要分两种，一种是可开合的，一种是不可开合的。

4.1  可开合套管防护挖掘工具

可开合的套管在平行于套管轴线的外壁上设置有合页、挡板或其它能防止套管外部的沙土进入套管内部的装置。常见的有两片合页式外套管和套管侧开口加挡板的形式。为了携带方便，套管外壁厚度需要受到控制，导致合页式外套管容易变形，难以形成正圆。这种情况，限制了挖掘工具的使用，适合从套管内部取出沙土的工具主要是挖沙勺。套管侧开口加挡板的方法，需要外套管有一定的壁厚来防止变形，质量偏大。由于不易变形，能用旋转挖掘工具挖出或挤出内部沙土，这就为效率的提高提供了可能。可开合套管埋置工具埋置深度较大，而效率随挖掘内部沙土方式的不同差异较大。

4.2  不可开合的套管防护挖掘工具

不可开合的套管能用较薄的壁厚满足不变形的使用要求。在使用时，需要先把检波器的线缆放到检波器底部，下压套管时带线下行，然后用手掏空套管内部沙土，插置检波器，最后拔下外套管完成埋置工作。这种工具能有效的防止坑壁滑塌、制作简单成本低，埋置深度在20cm以内，效率能提高60%。

5  直接插置工具

直接插置工具利用了沙漠底层松软的特点，对检波器施加外力，使检波器埋置达到预定深度。直接插置工具的种类较多，先后出现了脚踏式、重锤冲击式、震动式、直接压入式、载体置入式等。

5.1  脚踏式工具

脚踏式工具的底部直接与检波器顶部配合，体重通过工具传至检波器，使检波器突破沙层下行。由于人的体重不同，检波器直径不同，沙层抗剪切能力也不同，导致使用脚踏式埋置工具埋置深度变化较大。在松散的背风面，埋置深度达20至30cm，而在质地稍硬的迎风面无法埋置，应用范围受到了很大的限制。

5.2  重锤冲击式工具

重锤冲击式改变了用人的体重压入检波器的埋置方式，在与检波器顶部同轴的工具上安装了空心滑动重块。在使用时通过人力加速滑动块，下行的动能带动检波器下行。重锤冲击的方式比脚踏式工具埋置深度大，但检波器也受到了冲击的影响，影响检波器的灵敏性。

5.3  震动式工具

震动式工具主要使用电锤的震动功能，向下震击检波器。这属于重锤冲击的改良，提高了埋置的效率。但主要缺点和重锤冲击式工具类似。

5.4  直接压入式工具

直接压入式工具使用工程机械液压支腿的压力下压检波器。优点是可以控制埋置深度，耦合性较好，特别是对检波器没有震动影响。缺点是遇较硬沙层时，容易压坏检波器，并且经济性不好。

5.5  载体置入式工具

为了保护检波器，提出了载体置入埋置的概念。主要方法是将检波器置于密闭载体中，在埋置时，载体承受各种附加外力，到达埋置深度后，将检波器释放出来，完成检波器的埋置。载体埋置的主要问题是结构复杂，成本高。

6  改善地层成孔工具

由于沙漠的流动性给检波器的埋置工作带来了重重困难，改善地形的初衷就是防止坑壁坍塌。根据沙层含水量的多少，出现两种改善地层结构的方法。抚平加固孔壁法和注水固沙法。

6.1  抚平加固法

使用抚平加固法的前提是挖掘区为湿润的沙层，含水量过多过少都不适合。在挖坑的时候，使外筒旋转，在压力作用下使外壁平整并得到强化。在取出外筒后得到一个内壁相对光滑不易坍塌的坑洞，给检波器的埋置争取时间和空间，进而提高埋置效率。

6.2  注水固沙法

通过在干燥沙层中加入适量的水，可以避免沙土流动造成的垮塌。典型的注水固沙方法，除了用水来固沙，同时也对水进行加压，使高压水成为钻孔的动力，成孔后置入检波器。高压水埋置检波器成孔仅需十几秒，效率非常高。由于需要水罐车的随时保障、同时冬季施工回收检波器难度大、使这种工具在具有复杂地形的沙漠中规模化应用受到了限制。

7  结束语

由于工具的研究现状，铁锹在松软地层中仍然发挥了难以替代的优势，但在深度要求较高的流沙区检波器埋置中已凸显铁锹的不足，而其他工具还不能规模化应用来替代铁锹。在以后的研究中需要针对性的研究检波器在流沙区的深埋方法，研制出既能提高劳动效率、又能降低劳动强度的工具。

参考文献

[1]陈学强，白文杰，钟海.沙漠区高信噪比地震采集方法[J].石油地球物理勘探，2010，45（03）：321-325+472+311.

[2]张岩.大沙漠区地震采集接收参数优选[A].中国石油学会石油物探專业委员会（SPG）、国际勘探地球物理学家学会（SEG）.SPG/SEG南京2020年国际地球物理会议论文集（中文）[C].中国石油学会石油物探专业委员会（SPG）、国际勘探地球物理学家学会（SEG）：，2020：4.