第3講地震勘探震源及其新技術(shù)-課件

地震勘探儀器的原理與新技術(shù)

序列講座

第3講

地震勘探震源及其新技術(shù)地震勘探儀器的原理與新技術(shù)地震勘探震源類型

地震勘探震源類型3.1.1沖擊型震源特點(diǎn)——激發(fā)產(chǎn)生短促的脈沖信號(hào)

3.1.1沖擊型震源特點(diǎn)——激發(fā)產(chǎn)生短促的脈沖信號(hào)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(guò)程３、激發(fā)條件的選擇二、非炸藥震源：１、氣動(dòng)震源２、重錘震源3.1.2陸上用沖擊型震源一、炸藥震源：成型炸藥――預(yù)先封裝成一定形狀和重量的炸藥包。激發(fā)方式有：井中爆炸、水中爆炸、坑中爆炸、空中爆炸。爆炸索――為細(xì)長(zhǎng)的索狀結(jié)構(gòu)，炸藥心外面繞特制棉線，最外一層為強(qiáng)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(jī)理為:當(dāng)爆炸反應(yīng)開始時(shí)，起爆沖擊波傳向炸藥，壓縮內(nèi)部空間產(chǎn)生強(qiáng)大的內(nèi)部壓力。這種內(nèi)部壓力提供了使燃料和氧化劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的啟動(dòng)熱量，添加的金屬作為敏感劑，增加了化學(xué)反應(yīng)的速度。一旦化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，形成的金屬氧化物可增加爆炸混合物的溫度，加快反應(yīng)速度，從而增加爆炸能量。常規(guī)炸藥與地震專用炸藥(dBX)的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的表層地質(zhì)條件下，采用dBX型炸藥激發(fā)獲得的地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量明顯優(yōu)于用常規(guī)炸藥獲得的地震數(shù)據(jù)。我國(guó)目前在陸上大部分地區(qū)仍主要采用在井中用炸藥進(jìn)行爆炸的激發(fā)方式。

1、炸藥震源的類型1、炸藥震源的類型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(guò)專用雙絞線(俗稱炮線)接到爆炸點(diǎn)火裝置(俗稱爆炸機(jī))的點(diǎn)火接線端上，當(dāng)爆炸機(jī)接到地震儀發(fā)出的啟爆指令時(shí)，給雷管通電，引爆炸藥。井中爆炸是在地面鉆一口井(井徑約10cm，井深10~40m)打炮井打炮井裝炸藥裝炸藥第3講地震勘探震源及其新技術(shù)-課件

2、井中爆炸的物理過(guò)程2、井中爆炸的物理過(guò)程井中爆炸的激發(fā)條件對(duì)激發(fā)波振幅和頻率的影響—“震源效應(yīng)”在致密的介質(zhì)中，激發(fā)產(chǎn)生的激發(fā)波形比在疏松介質(zhì)中激發(fā)產(chǎn)生的波形其頻率高而振幅低；在深井中激發(fā)產(chǎn)生的激發(fā)波形比在淺井中激發(fā)產(chǎn)生的波形其頻率高而振幅低；小藥量激發(fā)比大藥量激發(fā)產(chǎn)生的激發(fā)波形頻率高而振幅低。井中爆炸的激發(fā)條件對(duì)激發(fā)波振幅和頻率的影響—“震源效應(yīng)”在致激發(fā)巖性――應(yīng)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(zhuǎn)化為彈性振動(dòng)能量，使激發(fā)的地震波具有很強(qiáng)的初始振幅。激發(fā)深度――要選在潛水面以下3～5米處。因?yàn)闈撍媸且粋€(gè)強(qiáng)反射面，面激發(fā)又離上面的潛水面不遠(yuǎn)，所以爆炸所激發(fā)的能量大部分被潛水面反射向下傳播，從而增強(qiáng)了有效波的能量，減少了干擾波的能量。炸藥量――適當(dāng)增加藥量可以提高有效波的振幅，但當(dāng)炸藥量增多到某一定值時(shí)，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(fā)彈性振動(dòng)的能量并不隨之增大，所以激發(fā)產(chǎn)生的地震波振幅也就不會(huì)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(shí)啟爆，這種方式稱為組合爆炸。生產(chǎn)實(shí)踐表明，組合爆炸可以減小爆炸對(duì)巖石的破壞作用，使更多的能量轉(zhuǎn)化為彈性波能量，提高有效信號(hào)的振幅。3、激發(fā)條件的選擇激發(fā)巖性――應(yīng)選取潮濕的可塑性巖層，如膠泥、粘土、濕砂等。這

這是一種車裝非炸藥震源。震波發(fā)生器為密閉的扁圓柱體(有的型號(hào)直徑約1.5m，高約20cm),由高強(qiáng)度的金屬構(gòu)成一個(gè)側(cè)壁可以伸縮的爆炸室。在野外進(jìn)行激發(fā)操作時(shí)，車上的載運(yùn)裝置將震波發(fā)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(fā)生器上，和爆炸室上部的重塊共同構(gòu)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(fā)生器放置好后，將可燃?xì)怏w導(dǎo)入爆炸室，然后由電火花引爆。爆炸時(shí)產(chǎn)生的脈沖由爆炸室底板傳至地下。氣動(dòng)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(fā)點(diǎn)須進(jìn)行多次脈沖激發(fā)，對(duì)多次脈沖進(jìn)行疊加，井采用多臺(tái)震源同時(shí)激發(fā)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(dòng)震源這是一種車裝非炸藥震源。震波發(fā)生器為密閉的扁圓柱體

重錘震源系統(tǒng)是車裝的機(jī)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(fā)地震波。重錘上裝有加速度傳感器，當(dāng)重錘沖擊地面突然減速時(shí)，加速度傳感器產(chǎn)生的信號(hào)就作為震源激發(fā)信號(hào)。由于重錘撞擊產(chǎn)生的面波較強(qiáng)，一般也使用大量檢波器組合和組合激發(fā)以及多次疊加。

2、重錘震源重錘震源系統(tǒng)是車裝的機(jī)械裝置，將3t以上的平行六

一、電火花震源二、空氣槍震源3.1.3水上沖激型震源一、電火花震源3.1.3水上沖激型震源一、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(yīng)激發(fā)地震波的裝置。激發(fā)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(guò)放電電纜和放電開關(guān)與放置于海水中的一對(duì)電極相連。激發(fā)時(shí)，放電開關(guān)接通，電極突然獲得幾十千伏的高壓，電極間水介質(zhì)中形成十幾萬(wàn)安培的放電電流，瞬間產(chǎn)生出幾十萬(wàn)焦耳的熱能，使海水汽化，對(duì)海水產(chǎn)生巨大的沖擊力，激發(fā)出地震波。電火花震源的特點(diǎn)是激發(fā)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(fā)。一、電火花震源電火花震源是利用高壓電極在水中第3講地震勘探震源及其新技術(shù)-課件二、空氣槍震源空氣壓縮機(jī)把高壓空氣經(jīng)由左上方的進(jìn)氣管打進(jìn)上氣室，推動(dòng)往復(fù)閥落下。往復(fù)閥中心有一孔道，高壓空氣由此從上氣室進(jìn)入下氣室上、下氣室內(nèi)的壓強(qiáng)雖然相同，但往復(fù)閥上端的活塞面積略大于下端的活塞面積，故產(chǎn)生靜壓力使往復(fù)閥下降直到被上氣室的底座托住。在氣槍被觸發(fā)時(shí)，電磁閥打開，高壓空氣便沿著上氣室右壁的孔道注入往復(fù)閥上端活塞與上氣室底座之間，使往復(fù)閥失去平衡，以極高的速度向上滑動(dòng)。當(dāng)往復(fù)閥的下端活塞滑過(guò)四個(gè)大排氣口下氣室的全部高壓空氣便急速噴到水中產(chǎn)生高壓氣泡，氣泡在靜水壓力作用下將產(chǎn)生脹縮震蕩(氣泡效應(yīng))，形成向外傳播的壓力波。二、空氣槍震源空氣壓縮機(jī)把高壓空氣經(jīng)由左上方空氣槍的激發(fā)條件對(duì)空氣槍產(chǎn)生的脈沖頻率的影響—“震源效應(yīng)”空氣槍的大小(指下氣室的容積)決定激發(fā)瞬間噴入水中的高壓空氣的數(shù)量，大氣槍產(chǎn)生的氣泡比小氣槍的大，因此產(chǎn)生的脈沖頻率較低；高壓空氣的氣壓越大，產(chǎn)生的氣泡也越大，同樣大的氣槍產(chǎn)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(chǎn)生的氣泡就越小，脈沖的頻率越高。因此，我們應(yīng)根據(jù)具體工作需要．選擇合適的激發(fā)條件?？諝鈽尩募ぐl(fā)條件對(duì)空氣槍產(chǎn)生的脈沖頻率的影響—“震源效應(yīng)”第3講地震勘探震源及其新技術(shù)-課件深水氣槍在工作深水氣槍在工作3.2.1可控震源系統(tǒng)的基本組成3.2.2可控震源的地震記錄1）可控震源激發(fā)的地震信號(hào)――掃頻信號(hào)2）到達(dá)檢波點(diǎn)的地震信號(hào)――原始記錄信號(hào)3）可控震源的相關(guān)記錄信號(hào)3.3.3可控震源的工作參數(shù)1）掃描長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)采集的持續(xù)時(shí)間2）掃頻寬度3）震源個(gè)數(shù)和振動(dòng)次數(shù)3.3.4可控震源的工作特點(diǎn)3.3.5炸藥震源與可控震源的對(duì)比3.2可控震源3.2.1可控震源系統(tǒng)的基本組成3.2可控震源第3講地震勘探震源及其新技術(shù)-課件第3講地震勘探震源及其新技術(shù)-課件第3講地震勘探震源及其新技術(shù)-課件3.2.1可控震源系統(tǒng)的基本組成3.2.1可控震源系統(tǒng)的基本組成3.2.2可控震源的地震記錄

1、

可控震源激發(fā)的地震信號(hào)――掃頻信號(hào)：式中分別為掃描起始頻率和終了頻率，T為掃描長(zhǎng)度。和3.2.2可控震源的地震記錄1、可控震源激發(fā)的地震信2、到達(dá)檢波點(diǎn)的地震信號(hào)――原始記錄信號(hào)：

（2）

2、到達(dá)檢波點(diǎn)的地震信號(hào)――原始記錄信號(hào)：（2）3、可控震源的相關(guān)記錄信號(hào)：

為掃頻信號(hào)

的自相關(guān)函數(shù)

，稱為相關(guān)子波。

可控震源的相關(guān)記錄信號(hào)，可看作是以相關(guān)子波為激發(fā)波的原始記錄信號(hào)。

3、可控震源的相關(guān)記錄信號(hào)：掃頻信號(hào)的自相關(guān)

掃頻信號(hào)的自相關(guān)第3講地震勘探震源及其新技術(shù)-課件3.2.3可控震源的工作參數(shù)掃描長(zhǎng)度數(shù)據(jù)采集的持續(xù)時(shí)間掃頻寬度震源個(gè)數(shù)振動(dòng)次數(shù)

3.2.3可控震源的工作參數(shù)掃描長(zhǎng)度

3.2.4可控震源的工作特點(diǎn)可控震源工作時(shí)，3~4臺(tái)可控震源，以一定的組合形式，在一個(gè)振點(diǎn)(即炮點(diǎn))上同時(shí)振動(dòng)幾次甚至幾十次。每次振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間為8~16s，在同一地點(diǎn)振動(dòng)規(guī)定的次數(shù)就算完成一“炮“?？煽卣鹪丛谂邳c(diǎn)上每振動(dòng)一次，相關(guān)疊加器便將采集的這一次振動(dòng)的地震信號(hào)與可控震源的掃描信號(hào)進(jìn)行相關(guān)，相關(guān)結(jié)果再與該炮點(diǎn)前一次振動(dòng)的相關(guān)和疊加的結(jié)果疊加起來(lái)?？煽卣鹪丛谝粋€(gè)炮點(diǎn)上振動(dòng)m次，相關(guān)疊加器就進(jìn)行m次相關(guān)和m次疊加（不僅使記錄的數(shù)據(jù)量壓縮了m倍，而且能使記錄的信噪比提高倍。）最后結(jié)果送記錄系統(tǒng)記錄到磁帶上，成為這一“炮”的相關(guān)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(zhǎng)度是一樣的，經(jīng)過(guò)同樣的回放處理就能形成野外監(jiān)視記錄。

3.2.4可控震源的工作特點(diǎn)可3.2.5炸藥震源與可控震源的對(duì)比

炸藥震源可控震源激發(fā)波形不可控制激發(fā)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(duì)周圍環(huán)境造成損害對(duì)周圍環(huán)境不造成損害易受干擾可通過(guò)相關(guān)壓制隨機(jī)干擾3.2.5炸藥震源與可控震源的對(duì)比炸藥