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1、地震勘探仪器的原理与新技术l 序列讲座l 第第3 3讲讲l 地震勘探震源及其新技术地震勘探震源及其新技术地震勘探震源类型 3.1.1 冲击型震源特点冲击型震源特点激发产激发产生短促的脉冲信号生短促的脉冲信号 3.1.2 陆上用冲击型震源 l l 一、炸药震源：l l 、炸药震源的类型l l 、井中爆炸的物理过程l l 、激发条件的选择l l 二、非炸药震源：l l 、气动震源l l 、重锤震源l l成成成成型型型型炸炸炸炸药药药药预预先先封封装装成成一一定定形形状状和和重重量量的的炸炸药药包包。激激发发方方式式有有：井中爆炸、水中爆炸、坑中爆炸、空中爆炸。井中爆炸、水中爆炸、坑中爆炸、空中爆炸
2、。l l爆爆爆爆炸炸炸炸索索索索为为细细长长的的索索状状结结构构，炸炸药药心心外外面面绕绕特特制制棉棉线线，最最外外一一层层为为强强韧韧的的塑塑料料。爆爆炸炸索索不不需需钻钻炮炮井井，只只需需掩掩埋埋在在0.30.30.60.6mm深深处用雷管从一端引爆。处用雷管从一端引爆。l l新新新新型型型型炸炸炸炸药药药药震震震震源源源源dBXdBXdBXdBX20022002年年引引入入的的一一种种新新型型的的地地震震专专用用炸炸药药。dBXdBX地地震震专专用用炸炸药药也也称称为为金金属属炸炸药药，是是一一种种添添加加了了镁镁、硼硼、钙钙等等易易氧氧化化金金属属的的混混合合爆爆炸炸物物。其其机机理理
3、为为: :当当爆爆炸炸反反应应开开始始时时，起起爆爆冲冲击击波波传传向向炸炸药药，压压缩缩内内部部空空间间产产生生强强大大的的内内部部压压力力。这这种种内内部部压压力力提提供供了了使使燃燃料料和和氧氧化化剂剂产产生生化化学学反反应应的的启启动动热热量量，添添加加的的金金属属作作为为敏敏感感剂剂，增增加加了了化化学学反反应应的的速速度度。一一旦旦化化学学反反应应发发生生，形形成成的的金金属属氧氧化化物物可可增增加加爆爆炸炸混混合合物物的的温温度度，加加快快反反应应速速度度，从从而而增增加加爆爆炸炸能能量量。常常规规炸炸药药与与地地震震专专用用炸炸药药( (dBXdBX) )的的对对比比试试验验结
4、结果果表表明明，在在相相同同的的表表层层地地质质条条件件下下，采采用用dBXdBX型型炸炸药药激激发发获获得得的的地地震数据的质量明显优于用常规炸药获得的地震数据。震数据的质量明显优于用常规炸药获得的地震数据。l l我国目前在陆上大部分地区仍主要采用在井中用炸药进行爆炸的我国目前在陆上大部分地区仍主要采用在井中用炸药进行爆炸的激发方式。激发方式。 1、炸药震源的类型井中爆炸是在地面钻一口井(井径约10cm，井深1040m)，把炸药包装上电雷管压入井底，电雷管引线通过专用双绞线(俗称炮线)接到爆炸点火装置(俗称爆炸机)的点火接线端上，当爆炸机接到地震仪发出的启爆指令时，给雷管通电，引爆炸药。打炮
5、井装炸药 2、井中爆炸的物理过程井中爆炸的激发条件对激发波振幅和频率的影响“震源效应”l在致密的介质中，激发产生的激发波形比在疏在致密的介质中，激发产生的激发波形比在疏松介质中激发产生的波形其频率高而振幅低；松介质中激发产生的波形其频率高而振幅低；l在深井中激发产生的激发波形比在浅井中激发在深井中激发产生的激发波形比在浅井中激发产生的波形其频率高而振幅低；产生的波形其频率高而振幅低；l小药量激发比大药量激发产生的激发波形频率小药量激发比大药量激发产生的激发波形频率高而振幅低。高而振幅低。l l激激激激发发发发岩岩岩岩性性性性应应选选取取潮潮湿湿的的可可塑塑性性岩岩层层，如如胶胶泥泥、粘粘土土、
6、湿湿砂砂等等。这这样样的的岩岩性性可可使使大大量量的的爆爆炸炸能能量量转转化化为为弹弹性性振振动动能能量量，使使激发的地震波具有很强的初始振幅。激发的地震波具有很强的初始振幅。l l激激激激发发发发深深深深度度度度要要选选在在潜潜水水面面以以下下3 35 5米米处处。因因为为潜潜水水面面是是一一个个强强反反射射面面，面面激激发发又又离离上上面面的的潜潜水水面面不不远远，所所以以爆爆炸炸所所激激发发的的能能量量大大部部分分被被潜潜水水面面反反射射向向下下传传播播，从从而而增增强强了了有有效效波波的的能能量量，减少了干扰波的能量。减少了干扰波的能量。l l炸炸炸炸药药药药量量量量适适当当增增加加药
7、药量量可可以以提提高高有有效效波波的的振振幅幅，但但当当炸炸药药量量增增多多到到某某一一定定值值时时，弹弹性性波波的的振振幅幅不不再再随随炸炸药药量量药药量量增增大大而而增增大大。其其原原因因是是炸炸药药量量药药量量增增大大后后，岩岩石石的的破破坏坏作作用用急急速速增增大大，而而激激发发弹弹性性振振动动的的能能量量并并不不随随之之增增大大，所所以以激激发发产产生生的的地地震震波波振幅也就不会再随炸药量的增加而加大。振幅也就不会再随炸药量的增加而加大。l l组组组组合合合合爆爆爆爆炸炸炸炸将将炸炸药药包包分分散散包包装装成成小小包包，按按一一定定方方式式排排列列，然然后后同同时时启启爆爆，这这种
8、种方方式式称称为为组组合合爆爆炸炸。生生产产实实践践表表明明，组组合合爆爆炸炸可可以以减减小小爆爆炸炸对对岩岩石石的的破破坏坏作作用用，使使更更多多的的能能量量转转化化为为弹弹性性波能量，提高有效信号的振幅。波能量，提高有效信号的振幅。3 3、激发条件的选择、激发条件的选择 这这是是一一种种车车装装非非炸炸药药震震源源。震震波波发发生生器器为为密密闭闭的的扁扁圆圆柱柱体体( (有有的的型型号号直直径径约约1.51.5m m，高高约约2020cm),cm),由由高高强强度度的的金金属属构构成成一一个个侧侧壁壁可可以以伸伸缩缩的的爆爆炸炸室室。在在野野外外进进行行激激发发操操作作时时，车车上上的的
9、载载运运装装置置将将震震波波发发生生器器放放下下与与地地面面接接触触，然然后后车车体体的的后后部部抬抬起起，以以便便车车体体后后部部的的重重量量均均压压在在震震波波发发生生器器上上，和和爆爆炸炸室室上上部部的的重重块块共共同同构构成成一一重重约约1010t t的的大大反反冲冲体体，使使爆爆炸炸室室底底板板与与地地面面紧紧密密接接触触。震震波波发发生生器器放放置置好好后后，将将可可燃燃气气体体导导入入爆爆炸炸室室，然然后后由由电电火火花花引引爆爆。爆爆炸炸时时产产生生的的脉脉冲冲由由爆爆炸炸室室底底板板传传至至地地下。下。 气动震源和其他冲击型地面震源一样，属于低能量表面气动震源和其他冲击型地面
10、震源一样，属于低能量表面震源。因此每一激发点须进行多次脉冲激发，对多次脉冲进震源。因此每一激发点须进行多次脉冲激发，对多次脉冲进行叠加，井采用多台震源同时激发的震源组合以提高信噪比，行叠加，井采用多台震源同时激发的震源组合以提高信噪比，增大穿透力。增大穿透力。 二、非炸药震源1、气动震源 重重锤锤震震源源系系统统是是车车装装的的机机械械装装置置，将将3 3t t以以上上的的平平行行六六面面体体形形铁铁锤锤举举至至3 3m m然然后后让让其其坠坠落落，冲冲击击地地面面以以激激发发地地震震波波。重重锤锤上上装装有有加加速速度度传传感感器器，当当重重锤锤冲冲击击地地面面突突然然减减速速时时，加加速速
11、度度传传感感器器产产生生的的信信号号就就作作为震源激发信号。为震源激发信号。 由于重锤撞击产生的面波较强，一般也使用大量由于重锤撞击产生的面波较强，一般也使用大量检波器组合和组合激发以及多次叠加。检波器组合和组合激发以及多次叠加。 2 2、重锤震源、重锤震源 一、电火花震源 二、空气枪震源3.1.3 水上冲激型震源一、电火花震源 电电火火花花震震源源是是利利用用高高压压电电极极在在水水中中的的放放电电效效应应激激发发地地震震波波的的装装置置。激激发发前前，高高压压整整流流电电路路先先使使高高压压电电容容充充电电到到几几十十千千伏伏，高高压压电电容容通通过过放放电电电电缆缆和和放放电电开开关关与
12、与放放置置于于海海水水中中的的一一对对电电极极相相连连。激激发发时时，放放电电开开关关接接通通，电电极极突突然然获获得得几几十十千千伏伏的的高高压压，电电极极间间水水介介质质中中形形成成十十几几万万安安培培的的放放电电电电流流，瞬瞬间间产产生生出出几几十十万万焦焦耳耳的的热热能能，使使海海水水汽汽化化，对对海海水水产产生生巨大的冲击力，激发出地震波。巨大的冲击力，激发出地震波。 电火花震源的特点是激发的地震波频率高电火花震源的特点是激发的地震波频率高( (一般一般100l000Hz100l000Hz或以上或以上) )，因而分辨率较高。，因而分辨率较高。由于电火花震源可提供的能量较低，故多采用组
13、合激发。二、空气枪震源空气压缩机把高压空气经由左上方空气压缩机把高压空气经由左上方空气压缩机把高压空气经由左上方空气压缩机把高压空气经由左上方的进气管打进上气室，推动往复阀的进气管打进上气室，推动往复阀的进气管打进上气室，推动往复阀的进气管打进上气室，推动往复阀落下。往复阀中心有一孔道，高压落下。往复阀中心有一孔道，高压落下。往复阀中心有一孔道，高压落下。往复阀中心有一孔道，高压空气由此从上气室进入下气室上、空气由此从上气室进入下气室上、空气由此从上气室进入下气室上、空气由此从上气室进入下气室上、下气室内的压强虽然相同，但往复下气室内的压强虽然相同，但往复下气室内的压强虽然相同，但往复下气室内
14、的压强虽然相同，但往复阀上端的活塞面积略大于下端的活阀上端的活塞面积略大于下端的活阀上端的活塞面积略大于下端的活阀上端的活塞面积略大于下端的活塞面积，故产生静压力使往复阀下塞面积，故产生静压力使往复阀下塞面积，故产生静压力使往复阀下塞面积，故产生静压力使往复阀下降直到被上气室的底座托住。在气降直到被上气室的底座托住。在气降直到被上气室的底座托住。在气降直到被上气室的底座托住。在气枪被触发时，电磁阀打开，高压空枪被触发时，电磁阀打开，高压空枪被触发时，电磁阀打开，高压空枪被触发时，电磁阀打开，高压空气便沿着上气室右壁的孔道注入往气便沿着上气室右壁的孔道注入往气便沿着上气室右壁的孔道注入往气便沿着
15、上气室右壁的孔道注入往复阀上端活塞与上气室底座之间，复阀上端活塞与上气室底座之间，复阀上端活塞与上气室底座之间，复阀上端活塞与上气室底座之间，使往复阀失去平衡，以极高的速度使往复阀失去平衡，以极高的速度使往复阀失去平衡，以极高的速度使往复阀失去平衡，以极高的速度向上滑动。当往复阀的下端活塞滑向上滑动。当往复阀的下端活塞滑向上滑动。当往复阀的下端活塞滑向上滑动。当往复阀的下端活塞滑过四个大排气口下气室的全部高压过四个大排气口下气室的全部高压过四个大排气口下气室的全部高压过四个大排气口下气室的全部高压空气便急速喷到水中产生高压气泡，空气便急速喷到水中产生高压气泡，空气便急速喷到水中产生高压气泡，空
16、气便急速喷到水中产生高压气泡，气泡在静水压力作用下将产生胀缩气泡在静水压力作用下将产生胀缩气泡在静水压力作用下将产生胀缩气泡在静水压力作用下将产生胀缩震荡震荡震荡震荡( ( ( (气泡效应气泡效应气泡效应气泡效应) ) ) )，形成向外传播的，形成向外传播的，形成向外传播的，形成向外传播的压力波。压力波。压力波。压力波。空气枪的激发条件对空气枪产生的脉冲频率的影响“震源效应” 空空气气枪枪的的大大小小( (指指下下气气室室的的容容积积) )决决定定激激发发瞬瞬间间喷喷入入水水中中的的高高压压空空气气的的数数量量，大大气气枪枪产产生生的的气气泡泡比比小小气气枪枪的的大大，因因此此产产生生的的脉脉
17、冲冲频频率率较较低低；高高压压空空气气的的气气压压越越大大，产产生生的的气气泡泡也也越越大大，同同样样大大的的气气枪枪产产生生的的脉脉冲冲的的频频率率也也越越低低；气气枪枪放放置置在在水水下下越越深深，受受到到静静水水压压力力也也越越大大，产产生生的的气气泡泡就就越越小小，脉脉冲冲的的频频率率越越高高。因因此此，我我们们应根据具体工作需要选择合适的激发条件。应根据具体工作需要选择合适的激发条件。 深水气枪在工作深水气枪在工作l l3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 可控震源系统的基本组成可控震源系统的基本组成可控震源系统的基本组成可控震源系统的基本组成 l l3.2.2 3.2.2
18、 3.2.2 3.2.2 可控震源的地震记录可控震源的地震记录可控震源的地震记录可控震源的地震记录l l 1 1 1 1）可控震源激发的地震信号）可控震源激发的地震信号）可控震源激发的地震信号）可控震源激发的地震信号扫频信号扫频信号扫频信号扫频信号l l 2 2 2 2）到达检波点的地震信号）到达检波点的地震信号）到达检波点的地震信号）到达检波点的地震信号原始记录信号原始记录信号原始记录信号原始记录信号 l l 3 3 3 3）可控震源的相关记录信号）可控震源的相关记录信号）可控震源的相关记录信号）可控震源的相关记录信号 l l3.3.3 3.3.3 3.3.3 3.3.3 可控震源的工作参数
19、可控震源的工作参数可控震源的工作参数可控震源的工作参数l l 1 1 1 1）扫描长度和数据采集的持续时间）扫描长度和数据采集的持续时间）扫描长度和数据采集的持续时间）扫描长度和数据采集的持续时间l l 2 2 2 2）扫频宽度）扫频宽度）扫频宽度）扫频宽度 l l 3 3 3 3）震源个数和振动次数）震源个数和振动次数）震源个数和振动次数）震源个数和振动次数l l3.3.4 3.3.4 3.3.4 3.3.4 可控震源的工作特点可控震源的工作特点可控震源的工作特点可控震源的工作特点l l3.3.5 3.3.5 3.3.5 3.3.5 炸药震源与可控震源的对比炸药震源与可控震源的对比炸药震源与
20、可控震源的对比炸药震源与可控震源的对比3.2 3.2 可控震源可控震源3.2.1 3.2.1 可控震源系统的基本组成可控震源系统的基本组成3.2.2 可控震源的地震记录 1、 可控震源激发的地震信号扫频信号：式中分别为扫描起始频率和终了频率，T为扫描长度。和2、到达检波点的地震信号原始记录信号： （2 2） 3、可控震源的相关记录信号 ： 为扫频信号为扫频信号 的自相关函数的自相关函数 ，称为相关子波称为相关子波。 可可控控震震源源的的相相关关记记录录信信号号 ，可可看看作作是是以以相相关关子子波波 为为激激发发波的原始记录信号。波的原始记录信号。 扫频信号的自相关扫频信号的自相关 3.2.3
21、 可控震源的工作参数l 扫描长度l 数据采集的持续时间l 扫频宽度 l 震源个数l 振动次数 3.2.4可控震源的工作特点 可控震源工作时，可控震源工作时，可控震源工作时，可控震源工作时，34343434台可控震源，以一定的组合形台可控震源，以一定的组合形台可控震源，以一定的组合形台可控震源，以一定的组合形式，在一个振点式，在一个振点式，在一个振点式，在一个振点( ( ( (即炮点即炮点即炮点即炮点) ) ) )上同时振动几次甚至几十次。上同时振动几次甚至几十次。上同时振动几次甚至几十次。上同时振动几次甚至几十次。每次振动的持续时间为每次振动的持续时间为每次振动的持续时间为每次振动的持续时间为
22、816s816s816s816s，在同一地点振动规定的，在同一地点振动规定的，在同一地点振动规定的，在同一地点振动规定的次数就算完成一次数就算完成一次数就算完成一次数就算完成一“炮炮炮炮“。 可控震源在炮点上每振动一次，相关叠加器便将采集可控震源在炮点上每振动一次，相关叠加器便将采集可控震源在炮点上每振动一次，相关叠加器便将采集可控震源在炮点上每振动一次，相关叠加器便将采集的这一次振动的地震信号与可控震源的扫描信号进行相的这一次振动的地震信号与可控震源的扫描信号进行相的这一次振动的地震信号与可控震源的扫描信号进行相的这一次振动的地震信号与可控震源的扫描信号进行相关，相关结果再与该炮点前一次振动
23、的相关和叠加的结关，相关结果再与该炮点前一次振动的相关和叠加的结关，相关结果再与该炮点前一次振动的相关和叠加的结关，相关结果再与该炮点前一次振动的相关和叠加的结果叠加起来。可控震源在一个炮点上振动果叠加起来。可控震源在一个炮点上振动果叠加起来。可控震源在一个炮点上振动果叠加起来。可控震源在一个炮点上振动m m m m次，相关叠次，相关叠次，相关叠次，相关叠加器就进行加器就进行加器就进行加器就进行m m m m次相关和次相关和次相关和次相关和m m m m次叠加（次叠加（次叠加（次叠加（不仅使记录的数据量压缩不仅使记录的数据量压缩不仅使记录的数据量压缩不仅使记录的数据量压缩了了了了mm倍，而且能
24、使记录的信噪比提高倍，而且能使记录的信噪比提高倍，而且能使记录的信噪比提高倍，而且能使记录的信噪比提高 倍。倍。倍。倍。）最后结果送记最后结果送记最后结果送记最后结果送记录系统记录到磁带上，成为这一录系统记录到磁带上，成为这一录系统记录到磁带上，成为这一录系统记录到磁带上，成为这一“炮炮炮炮”的相关叠加磁带的相关叠加磁带的相关叠加磁带的相关叠加磁带记录。这样形成的磁带记录与使用炸药震源形成的磁带记录。这样形成的磁带记录与使用炸药震源形成的磁带记录。这样形成的磁带记录与使用炸药震源形成的磁带记录。这样形成的磁带记录与使用炸药震源形成的磁带记录长度是一样的，经过同样的回放处理就能形成野外记录长度是
25、一样的，经过同样的回放处理就能形成野外记录长度是一样的，经过同样的回放处理就能形成野外记录长度是一样的，经过同样的回放处理就能形成野外监视记录。监视记录。监视记录。监视记录。 3.2.5炸药震源与可控震源的对比 炸药震源炸药震源可控震源可控震源激发波形不可控制激发波形不可控制激发波形可控制激发波形可控制震源能量的利用率低震源能量的利用率低震源能量的利用率低震源能量的利用率低容易对周围环境造成损害容易对周围环境造成损害对周围环境不造成损害对周围环境不造成损害易受干扰易受干扰可通过相关压制随机干扰可通过相关压制随机干扰3.3 震源同步系统 为为了了保保证证地地震震仪仪能能准准确确地地从从震震源源激
26、激发发瞬瞬间间开开始始采采集集地地震震数数据据，震震源源和和仪仪器器车车之之间间部部配配备备了了震震源源同同步步系系统统来来保保持持联联系系和和同同步步。震震源源同同步步系系统统就就是是一一种种在在地地震震仪仪控控制制下下自自动动启启动动爆爆炸炸，并并能能传传送送爆爆炸炸信信号号和和井井口口信信号号的的震震源源同同步步装装置置。它它由由两两部部份份组组成成，安安装装在在仪仪器器车车上上的的部部分分为为“控控制制器器”，放放在在炮炮点点的的部部分分为为“爆爆炸炸机机”。爆爆炸炸机机与与控控制制器器之之间间通通常常用用无无线电台联系线电台联系( (必要时也可以用有线通讯联系必要时也可以用有线通讯联系) )。
