地震勘探儀器的原理與新技術

序列講座

第3講

地震勘探震源及其新技術地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第1頁!地震勘探震源類型

地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第2頁!3.1.1沖擊型震源特點——激發產生短促的脈沖信號

地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第3頁!3.1.2陸上用沖擊型震源

一、炸藥震源：１、炸藥震源的類型２、井中爆炸的物理過程３、激發條件的選擇二、非炸藥震源：１、氣動震源２、重錘震源地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第4頁!井中爆炸是在地面鉆一口井(井徑約10cm，井深10~40m)，把炸藥包裝上電雷管壓入井底，電雷管引線通過專用雙絞線(俗稱炮線)接到爆炸點火裝置(俗稱爆炸機)的點火接線端上，當爆炸機接到地震儀發出的啟爆指令時，給雷管通電，引爆炸藥。地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第5頁!裝炸藥地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第6頁!

2、井中爆炸的物理過程地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第7頁!激發巖性――應選取潮濕的可塑性巖層，如膠泥、粘土、濕砂等。這樣的巖性可使大量的爆炸能量轉化為彈性振動能量，使激發的地震波具有很強的初始振幅。激發深度――要選在潛水面以下3～5米處。因為潛水面是一個強反射面，面激發又離上面的潛水面不遠，所以爆炸所激發的能量大部分被潛水面反射向下傳播，從而增強了有效波的能量，減少了干擾波的能量。炸藥量――適當增加藥量可以提高有效波的振幅，但當炸藥量增多到某一定值時，彈性波的振幅不再隨炸藥量藥量增大而增大。其原因是炸藥量藥量增大后，巖石的破壞作用急速增大，而激發彈性振動的能量并不隨之增大，所以激發產生的地震波振幅也就不會再隨炸藥量的增加而加大。組合爆炸――將炸藥包分散包裝成小包，按一定方式排列，然后同時啟爆，這種方式稱為組合爆炸。生產實踐表明，組合爆炸可以減小爆炸對巖石的破壞作用，使更多的能量轉化為彈性波能量，提高有效信號的振幅。3、激發條件的選擇地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第8頁!

重錘震源系統是車裝的機械裝置，將3t以上的平行六面體形鐵錘舉至3m然后讓其墜落，沖擊地面以激發地震波。重錘上裝有加速度傳感器，當重錘沖擊地面突然減速時，加速度傳感器產生的信號就作為震源激發信號。由于重錘撞擊產生的面波較強，一般也使用大量檢波器組合和組合激發以及多次疊加。

2、重錘震源地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第9頁!一、電火花震源

電火花震源是利用高壓電極在水中的放電效應激發地震波的裝置。激發前，高壓整流電路先使高壓電容充電到幾十千伏，高壓電容通過放電電纜和放電開關與放置于海水中的一對電極相連。激發時，放電開關接通，電極突然獲得幾十千伏的高壓，電極間水介質中形成十幾萬安培的放電電流，瞬間產生出幾十萬焦耳的熱能，使海水汽化，對海水產生巨大的沖擊力，激發出地震波。電火花震源的特點是激發的地震波頻率高(一般100—l000Hz或以上)，因而分辨率較高。由于電火花震源可提供的能量較低，故多采用組合激發。地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第10頁!二、空氣槍震源空氣壓縮機把高壓空氣經由左上方的進氣管打進上氣室，推動往復閥落下。往復閥中心有一孔道，高壓空氣由此從上氣室進入下氣室上、下氣室內的壓強雖然相同，但往復閥上端的活塞面積略大于下端的活塞面積，故產生靜壓力使往復閥下降直到被上氣室的底座托住。在氣槍被觸發時，電磁閥打開，高壓空氣便沿著上氣室右壁的孔道注入往復閥上端活塞與上氣室底座之間，使往復閥失去平衡，以極高的速度向上滑動。當往復閥的下端活塞滑過四個大排氣口下氣室的全部高壓空氣便急速噴到水中產生高壓氣泡，氣泡在靜水壓力作用下將產生脹縮震蕩(氣泡效應)，形成向外傳播的壓力波。地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第11頁!地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第12頁!3.2.1可控震源系統的基本組成3.2.2可控震源的地震記錄1）可控震源激發的地震信號――掃頻信號2）到達檢波點的地震信號――原始記錄信號3）可控震源的相關記錄信號3.3.3可控震源的工作參數1）掃描長度和數據采集的持續時間2）掃頻寬度3）震源個數和振動次數3.3.4可控震源的工作特點3.3.5炸藥震源與可控震源的對比3.2可控震源地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第13頁!地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第14頁!3.2.1可控震源系統的基本組成地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第15頁!2、到達檢波點的地震信號――原始記錄信號：

（2）

地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第16頁!掃頻信號的自相關

地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第17頁!3.2.3可控震源的工作參數掃描長度數據采集的持續時間掃頻寬度震源個數振動次數

地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第18頁!3.2.5炸藥震源與可控震源的對比

炸藥震源可控震源激發波形不可控制激發波形可控制震源能量的利用率低震源能量的利用率低容易對周圍環境造成損害對周圍環境不造成損害易受干擾可通過相關壓制隨機干擾地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第19頁!成型炸藥――預先封裝成一定形狀和重量的炸藥包。激發方式有：井中爆炸、水中爆炸、坑中爆炸、空中爆炸。爆炸索――為細長的索狀結構，炸藥心外面繞特制棉線，最外一層為強韌的塑料。爆炸索不需鉆炮井，只需掩埋在0.3～0.6m深處用雷管從一端引爆。新型炸藥震源dBX――2002年引入的一種新型的地震專用炸藥。dBX地震專用炸藥也稱為金屬炸藥，是一種添加了鎂、硼、鈣等易氧化金屬的混合爆炸物。其機理為:當爆炸反應開始時，起爆沖擊波傳向炸藥，壓縮內部空間產生強大的內部壓力。這種內部壓力提供了使燃料和氧化劑產生化學反應的啟動熱量，添加的金屬作為敏感劑，增加了化學反應的速度。一旦化學反應發生，形成的金屬氧化物可增加爆炸混合物的溫度，加快反應速度，從而增加爆炸能量。常規炸藥與地震專用炸藥(dBX)的對比試驗結果表明，在相同的表層地質條件下，采用dBX型炸藥激發獲得的地震數據的質量明顯優于用常規炸藥獲得的地震數據。我國目前在陸上大部分地區仍主要采用在井中用炸藥進行爆炸的激發方式。

1、炸藥震源的類型地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第20頁!打炮井地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第21頁!地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第22頁!井中爆炸的激發條件對激發波振幅和頻率的影響—“震源效應”在致密的介質中，激發產生的激發波形比在疏松介質中激發產生的波形其頻率高而振幅低；在深井中激發產生的激發波形比在淺井中激發產生的波形其頻率高而振幅低；小藥量激發比大藥量激發產生的激發波形頻率高而振幅低。地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第23頁!

這是一種車裝非炸藥震源。震波發生器為密閉的扁圓柱體(有的型號直徑約1.5m，高約20cm),由高強度的金屬構成一個側壁可以伸縮的爆炸室。在野外進行激發操作時，車上的載運裝置將震波發生器放下與地面接觸，然后車體的后部抬起，以便車體后部的重量均壓在震波發生器上，和爆炸室上部的重塊共同構成一重約10t的大反沖體，使爆炸室底板與地面緊密接觸。震波發生器放置好后，將可燃氣體導入爆炸室，然后由電火花引爆。爆炸時產生的脈沖由爆炸室底板傳至地下。氣動震源和其他沖擊型地面震源一樣，屬于低能量表面震源。因此每一激發點須進行多次脈沖激發，對多次脈沖進行疊加，井采用多臺震源同時激發的震源組合以提高信噪比，增大穿透力。

二、非炸藥震源

1、氣動震源地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第24頁!

一、電火花震源二、空氣槍震源3.1.3水上沖激型震源地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第25頁!地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第26頁!空氣槍的激發條件對空氣槍產生的脈沖頻率的影響—“震源效應”空氣槍的大小(指下氣室的容積)決定激發瞬間噴入水中的高壓空氣的數量，大氣槍產生的氣泡比小氣槍的大，因此產生的脈沖頻率較低；高壓空氣的氣壓越大，產生的氣泡也越大，同樣大的氣槍產生的脈沖的頻率也越低；氣槍放置在水下越深，受到靜水壓力也越大，產生的氣泡就越小，脈沖的頻率越高。因此，我們應根據具體工作需要．選擇合適的激發條件。地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第27頁!深水氣槍在工作地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第28頁!地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第29頁!地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第30頁!3.2.2可控震源的地震記錄

1、

可控震源激發的地震信號――掃頻信號：式中分別為掃描起始頻率和終了頻率，T為掃描長度。和地震勘探震源及其新技術共35頁，您現在瀏覽的是第31頁!3、可控震源的相關記錄信號：

為掃頻信號

的自相關函數

，稱為相關子波。

可控震源的相關記錄信號，可看作是以相關子波為激發波的原始記錄信號。

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3.2.4可控震源的工作特點可控震源工作時，3~4臺可控震源，以一定的組合形式，在一個振點(即炮點)上同時振動幾次甚至幾十次。每次振動的持續時間為8~16s，在同一地點振動規定的次數就算完成一“炮“。可控震源在炮點上每振動一次，相關疊加器便將采集的這一次振動的地震信號與可控震源的掃描信號進行相關，相關結果再與該炮點前一次振動的相關和疊加的結果疊加起來。可控震源在一個炮點上振動m次，相關疊加器就進行m次相關和m次疊加（不僅使記錄的數據量壓縮了m倍，而且能使記錄的信噪比提高倍。）最后結果送記錄系統記錄到磁帶上，成為這一“炮”的相關疊加磁帶記錄。這樣形成的磁帶記錄與使用炸藥震源形成的磁帶記錄長度是一樣的，經過同樣的回放處理就能形成野外監視記錄。

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