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——激發(fā)產(chǎn)生短促的脈沖信號

3.1.1沖擊型震源特點——激發(fā)產(chǎn)生短促的脈沖信號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(fā)條件的選擇二、非炸藥震源：１、氣動震源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，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)的對比試驗結(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，電雷管引線通過專用雙絞線(俗稱炮線)接到爆炸點火裝置(俗稱爆炸機(jī))的點火接線端上，當(dāng)爆炸機(jī)接到地震儀發(fā)出的啟爆指令時，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、井中爆炸的物理過程2、井中爆炸的物理過程井中爆炸的激發(fā)條件對激發(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。因為潛水面是一個強(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，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(chǎn)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(zhuǎn)化為彈性波能量，提高有效信號的振幅。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(有的型號直徑約1.5m，高約20cm),由高強(qiáng)度的金屬構(gòu)成一個側(cè)壁可以伸縮的爆炸室。在野外進(jìn)行激發(fā)操作時，車上的載運裝置將震波發(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。爆炸時產(chǎn)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(fā)點須進(jìn)行多次脈沖激發(fā)，對多次脈沖進(jìn)行疊加，井采用多臺震源同時激發(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，加速度傳感器產(chǎn)生的信號就作為震源激發(fā)信號。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，高壓電容通過放電電纜和放電開關(guān)與放置于海水中的一對電極相連。激發(fā)時，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)中形成十幾萬安培的放電電流，瞬間產(chǎn)生出幾十萬焦耳的熱能，使海水汽化，對海水產(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，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。當(dāng)往復(fù)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(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――掃頻信號2）到達(dá)檢波點的地震信號――原始記錄信號3）可控震源的相關(guān)記錄信號3.3.3可控震源的工作參數(shù)1）掃描長度和數(shù)據(jù)采集的持續(xù)時間2）掃頻寬度3）震源個數(shù)和振動次數(shù)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――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)檢波點的地震信號――原始記錄信號：

（2）

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

為掃頻信號

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，可看作是以相關(guān)子波為激發(fā)波的原始記錄信號。

3、可控震源的相關(guān)記錄信號：掃頻信號的自相關(guān)

掃頻信號的自相關(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)掃描長度數(shù)據(jù)采集的持續(xù)時間掃頻寬度震源個數(shù)振動次數(shù)

3.2.3可控震源的工作參數(shù)掃描長度

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(xù)時間為8~16s，在同一地點振動規(guī)定的次數(shù)就算完成一“炮“?？煽卣鹪丛谂邳c上每振動一次，相關(guān)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(jìn)行相關(guān)，相關(guān)結(jié)果再與該炮點前一次振動的相關(guān)和疊加的結(jié)果疊加起來?？煽卣鹪丛谝粋€炮點上振動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度是一樣的，經(jīng)過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可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(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周圍環(huán)境造成損害對周圍環(huán)境不造成損害易受干擾可通過相關(guān)壓制隨機(jī)干擾3.2.5炸藥震源與可控震源的對比炸藥