專利名稱：用于地震勘探的相控陣電火花子震源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
地震勘探廣泛應(yīng)用于石油、煤田等礦產(chǎn)資源的勘查中，地震勘探常用的震源主要包括炸藥震源、可控震源、氣槍震源和電火花震源。但在山地環(huán)境下，這些震源都存在種種缺陷，從而使得礦產(chǎn)資源的地震勘探難以真正在山區(qū)廣泛實(shí)施。本發(fā)明的地震勘探相控陣電火花震源解決了山地地震勘探的震源瓶頸問題。
背景技術(shù)：
眾所周知，地震勘探震源主要包括炸藥震源、可控震源、氣槍震源和電火花震源。 炸藥震源是傳統(tǒng)的震源，其缺點(diǎn)是野外需鉆深達(dá)10-20米的炮井用于填裝炸藥，這在山區(qū)十分困難，而且炸藥的使用十分危險(xiǎn)(經(jīng)常被禁用)，因此并不十分適合山地勘探。傳統(tǒng)的可控震源主要指通過控制機(jī)械振動(dòng)發(fā)出連續(xù)地震波的一種震源，其缺點(diǎn)是要達(dá)到深層勘探，通常震源車重量要達(dá)到數(shù)噸至數(shù)十噸，這么重的震源車無法上山，顯然不適合山地勘探。氣槍震源大多只能在海洋深水中施工，在陸地上是禁區(qū)，更不適合山地勘探。傳統(tǒng)的電火花震源由電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和水中放電電極系統(tǒng)構(gòu)成，屬于單震源激發(fā)，而且需要一定量的水體，主要在河流及沼澤地中的淺水表施工，其缺點(diǎn)是電火花激發(fā)出的能量大部分外泄到空氣中，能量利用效率低。圖Ia傳統(tǒng)電火花震源原理展示了普通的電火花震源的基本原理，它是將兩個(gè)放電電極(一正一負(fù))放入一水體中，連接高壓電和放電開關(guān)，待開關(guān)閉合時(shí)瞬間放出大量的能量，一部分轉(zhuǎn)換為地震波能量，其缺點(diǎn)是在水體表面激發(fā)能量大部分散射到空中，而且需要較多的水體和較大的供電系統(tǒng)。60年代初期，美國就已開始研制電火花震源。1966年，J.W.Miller取得了陸地電火花震源的專利。中科院電工研究所1975年與大港油田合作，開始石油地震勘探陸地電火花震源的研制，到90年代初，技術(shù)上基本成熟。隨后又進(jìn)行電火花震源在垂直地震剖面測井(簡稱VSP測井)、井間地震、振動(dòng)采油和工程勘探等方面的應(yīng)用研究，也取得了較好的應(yīng)用效果，目前已形成系列產(chǎn)品。能量等級有500J，1000J, 20kJ, 40kJ, 200kJ, 400kJ, 600kJ。 其中，IkJ等級的震源主要用于無損檢測、孔間穿透及科研等，20kJ和40kJ震源主要用于工程勘探，200kJ以上震源主要用于煤田及油田的地震勘探為車載式。這些研究都僅僅限于單震源的研究，還沒有實(shí)施相控陣技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于地震勘探的相控陣電火花子震源，以適應(yīng)于陸地尤其是山區(qū)地震勘探的需要，使震源具有便攜、相控和不依賴環(huán)境水等特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的相控陣電火花子震源，其主要結(jié)構(gòu)為一下端為錐體的金屬殼體，殼體內(nèi)部設(shè)有高壓電極，該高壓電極連接高壓電源同軸電纜；與該高壓電極正對應(yīng)的設(shè)有低壓電極，該低壓電極固定在錐體上；高壓電極與低壓電極相對的電極端各設(shè)計(jì)成相互平行的板狀電極，兩個(gè)板狀電極之間設(shè)有電解液。
所述的相控陣電火花子震源，其中高壓電極與低壓電極相對的電極端的板狀電極為拋物線形狀。所述的相控陣電火花子震源，其中電解液為鹽水。所述的相控陣電火花子震源，其中高壓電極為鎢鋼制成，低壓電極與金屬殼連為不銹鋼制成。所述的相控陣電火花子震源，其中金屬殼體內(nèi)設(shè)有絕緣反射體。所述的相控陣電火花子震源，其中絕緣反射體為陶瓷。所述的相控陣電火花子震源，其中金屬殼體的頂端具有一殼帽。本發(fā)明的效果如下1)電火花子震源的模塊化技術(shù)和精確控制技術(shù)，既能易于組裝和搬運(yùn)，又可以實(shí)現(xiàn)相控陣，適于山地地震勘探。2)多個(gè)電火花子震源在相移器控制下具有聚焦性和方向性，能量高、頻帶寬。3)震源激發(fā)于地下，大部分能量不會外泄到空氣中而向地下傳播，能量傳播方向可控，能量利用率高。


圖1是本發(fā)明相控陣電火花子震源的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明地震勘探相控陣電火花子震源組成示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的技術(shù)方案是將傳統(tǒng)的電火花震源的淺水表激發(fā)方式進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將它們置于一個(gè)類似地震檢波器一樣的錐體中(如圖1所示)，將其稱之為電火花子震源。該相控陣電火花子震源的結(jié)構(gòu)為一金屬殼體1，該金屬殼體的下部為一錐體2，在金屬殼體1 內(nèi)部垂直地設(shè)有高壓電極3和低壓電極4。高壓電極3通過一同軸電纜5與金屬殼體1外部的能源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)連接，能源系統(tǒng)由高儲能密度、高功率密度的薄膜電容絕緣結(jié)構(gòu)構(gòu)成，控制系統(tǒng)由模塊化大電流放電脈沖源和低抖動(dòng)開關(guān)系統(tǒng)組成，具有多震源時(shí)序精確控制放電的功能(能源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)為公知技術(shù)，不是本發(fā)明討論的重點(diǎn)，因此不推薦附圖并且不作詳細(xì)描述)。金屬殼體1內(nèi)部安裝完高壓電極和低壓電極后填充有絕緣反射體7，金屬殼體的頂端由一殼帽6封密。低壓電極4是固定在錐體2上，實(shí)質(zhì)上是與金屬殼體1連為一體形成一低壓電極。為了增加高壓電極和低壓電極之間的放電功率，本發(fā)明將高壓電極和低壓電極相對應(yīng)的兩端設(shè)計(jì)成板狀電極3’和4’，在板狀電極3’和4’之間為電解液8。由于金屬殼體 1內(nèi)部的空間限制，為盡可能地?cái)U(kuò)大板狀電極3’和4’的面積，可以設(shè)計(jì)成拋物線形狀。本發(fā)明的電火花子震源在實(shí)際使用時(shí)，由多個(gè)成陣列分布的子震源組成，這些子震源不依賴環(huán)境水。高壓電極和低壓電極都處于電火花子震源的殼體中，在高壓板狀電極和低壓板狀電極之間為電解液8，由封閉的空間形成液中放電腔室。并將高壓電極和低壓電極設(shè)計(jì)成拋物線形狀，使放電中心位于拋物線的焦點(diǎn)處，這樣所產(chǎn)生的能量大部分能向地下傳播。本發(fā)明的電解液為鹽水制成，該鹽水的濃度沒有嚴(yán)格限定。高壓電極用鎢鋼制成，而低壓電極與電火花子震源的金屬外殼連通，都用不銹鋼制成。高壓電極的內(nèi)導(dǎo)線9和同軸電纜均用銅線制成。絕緣反射體為陶瓷。 本發(fā)明的單個(gè)電火花子震源雖然能量比較小，使用相控陣技術(shù)可以用多個(gè)子震源組合，達(dá)到高能量的目的，可以做到深層探測。如圖2所示，為10乘10的方陣，例如單個(gè)子震源能量可以做到U，組合成10乘10的方陣就是100個(gè)子震源，其總能可達(dá)到200KJ，完全可以勘探深達(dá)2公里的目標(biāo)。更重要的是這樣的設(shè)計(jì)施工很簡單，布置震源就像布置地震檢波器一樣，用手直接將這些子震源插入地面土中就可以了。
權(quán)利要求
1.一種用于地震勘探的相控陣電火花子震源，其主要結(jié)構(gòu)為一下端為錐體的金屬殼體，殼體內(nèi)部設(shè)有高壓電極，該高壓電極連接高壓電源同軸電纜；與該高壓電極正對應(yīng)的設(shè)有低壓電極，該低壓電極固定在錐體上；高壓電極與低壓電極相對的電極端各設(shè)計(jì)成相互平行的板狀電極，兩個(gè)板狀電極之間設(shè)有電解液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相控陣電火花子震源，其中，高壓電極與低壓電極相對的電極端的板狀電極為拋物線形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相控陣電火花子震源，其中，電解液為鹽水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相控陣電火花子震源，其中，高壓電極為鎢鋼制成，低壓電極與金屬殼連為不銹鋼制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相控陣電火花子震源，其中，金屬殼體內(nèi)設(shè)有絕緣反射體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的相控陣電火花子震源，其中，絕緣反射體為陶瓷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相控陣電火花子震源，其中，金屬殼體的頂端具有一殼帽。
全文摘要
一種用于地震勘探的相控陣電火花子震源，其主要結(jié)構(gòu)為一下端為錐體的金屬殼體，殼體內(nèi)部設(shè)有高壓電極，該高壓電極連接高壓電源同軸電纜；與該高壓電極正對應(yīng)的設(shè)有低壓電極，該低壓電極固定在錐體上；高壓電極與低壓電極相對的電極端各設(shè)計(jì)成相互平行的板狀電極，兩個(gè)板狀電極之間設(shè)有電解液。本發(fā)明的子震源中自帶少量水，不依賴環(huán)境水。本發(fā)明的電火花子震源在實(shí)際使用時(shí)，由多個(gè)成陣列分布的子震源組成，高壓電極和低壓電極都處于電火花子震源的殼體中，由封閉的空間形成液中放電腔室。并將高壓電極和低壓電極設(shè)計(jì)成拋物線形狀，使放電中心位于拋物線的焦點(diǎn)處，這樣所產(chǎn)生的能量大部分能向地下傳播。
文檔編號G01V1/157GK102466812SQ20101054104
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者嚴(yán)萍, 梁光河 申請人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所