專(zhuān)利名稱(chēng)：一種深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于地震勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于海洋地震勘探以及礦藏開(kāi)發(fā)的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電火花震源是最早應(yīng)用于海洋地震勘探的非炸藥震源之一。然而，由于傳統(tǒng)電火花震源子波的重復(fù)性差，因此電火花震源正逐步被其他震源所替代。近年來(lái)，隨著大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的問(wèn)世以及多電極無(wú)電弧放電發(fā)射陣的應(yīng)用，脈沖放電震源又重新應(yīng)用于海洋工程地震勘探技術(shù)領(lǐng)域，為了區(qū)別于傳統(tǒng)的電火花震源，脈沖放電震源又稱(chēng)之為脈沖等離子體震源系統(tǒng)。脈沖等離子體震源系統(tǒng)主要包括脈沖電源(包括充電單元和脈沖單元)和發(fā)射陣。與傳統(tǒng)電火花震源相比，脈沖等離子體震源系統(tǒng)具有震源子波重復(fù)性好、能量傳輸效率高、安全可靠、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。脈沖等離子體震源系統(tǒng)多用于海洋工程的地震勘探，根據(jù)水深、底質(zhì)類(lèi)型、所需地層穿透深度等要求的不同、震源的輸出能量可以在幾十到數(shù)千焦耳之間，穿透深度可達(dá)IOOm 250m，并能達(dá)到0. 3m Im的分辨率。常規(guī)的脈沖等離子體震源系統(tǒng)通過(guò)將發(fā)射陣拖曳置于海面，將脈沖電源放置于船上，用長(zhǎng)度為50米至100米的脈沖傳輸線(xiàn)將兩者相連，以進(jìn)行海洋地震勘探。但由于水深的不同，其勘探分辨率也是不同的。對(duì)于深水區(qū)(大于500米)，由于傳播距離遠(yuǎn)，第一菲涅耳區(qū)半徑較大，其實(shí)際水平分辨率很難達(dá)到1米以下，因而制約了海洋地震勘探的精度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其采用深拖分置技術(shù)，可以明顯提高震源系統(tǒng)深?？碧降姆直媛?，甚至達(dá)到超高分辨率，并有效地克服了深拖所帶來(lái)的脈沖傳輸損耗問(wèn)題。一種深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)包括直流充電單元、高壓脈沖單元和發(fā)射陣。所述的直流充電單元用于將交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電，并對(duì)高壓脈沖單元進(jìn)行充電，其置于海面上；所述的高壓脈沖單元用于將直流充電單元提供的高壓直流電轉(zhuǎn)換為高壓脈沖，并向發(fā)射陣放電，其置于海底附近；所述的直流充電單元與所述的高壓脈沖單元通過(guò)拖曳傳輸線(xiàn)相連接；所述的發(fā)射陣用于接收高壓脈沖單元的高壓脈沖放電，使發(fā)射電極附近的海水氣化、電離形成高溫高壓脈沖熱等離子體，并產(chǎn)生脈沖壓力波，其置于海底附近。本實(shí)用新型的工作原理是通過(guò)拖曳傳輸線(xiàn)將直流充電單元與高壓脈沖單元相連，通過(guò)高壓脈沖傳輸線(xiàn)將高壓脈沖單元與發(fā)射陣相連并置于深海海底附近，從而組合成深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)。直流充電單元將單項(xiàng)或三相交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電，并通過(guò)拖曳傳輸線(xiàn)向高壓脈沖單元內(nèi)的儲(chǔ)能電容進(jìn)行充電，充電完成后，高壓脈沖單元內(nèi)的可控硅開(kāi)關(guān)被觸發(fā)導(dǎo)通，從而產(chǎn)生高壓脈沖并加載到發(fā)射陣的電極上，使得發(fā)射陣的發(fā)射電極附近的海水氣化、電離形成高溫高壓脈沖熱等離子體，從而產(chǎn)生脈沖壓力波。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的拖曳傳輸線(xiàn)為光電復(fù)合傳輸線(xiàn)，其由單股或多股的高壓傳輸線(xiàn)和信號(hào)傳輸光纜組成，不僅能保證高壓電流傳輸?shù)目煽啃?，同時(shí)又能使所述的高壓脈沖單元與外部信號(hào)處理設(shè)備進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸，方便工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓脈沖單元的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的拖曳傳輸線(xiàn)繞制于電動(dòng)絞車(chē)上，通過(guò)電動(dòng)絞車(chē)工作，可方便控制所述的高壓脈沖單元與所述的發(fā)射陣的拖曳深度，進(jìn)而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的勘探分辨率。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的高壓脈沖單元存放于高壓倉(cāng)內(nèi)，可使高壓脈沖單元內(nèi)部器件免受水壓沖擊而發(fā)生損壞。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的發(fā)射陣為線(xiàn)陣或方陣。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的直流充電單元采用開(kāi)關(guān)電源電路。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)的工作頻率范圍為 500Hz 至 IOkHz。本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果是(1)通過(guò)采用深拖技術(shù)，將發(fā)射陣置于海底附近，可以明顯提高震源系統(tǒng)深?？碧降姆直媛?，甚至達(dá)到超高分辨率。(2)通過(guò)將直流充電單元與高壓脈沖單元分置(即高壓脈沖單元與發(fā)射陣合置)， 縮短了高壓脈沖傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度，從而大大減小了脈沖傳輸損耗。(3)通過(guò)將拖曳傳輸線(xiàn)繞制于電動(dòng)絞車(chē)上，使電動(dòng)絞車(chē)工作，可方便控制高壓脈沖單元與發(fā)射陣的拖曳深度。(4)使高壓脈沖單元通過(guò)信號(hào)傳輸光纜與外部信號(hào)處理設(shè)備進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸，方便工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓脈沖單元的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理示意圖。
具體實(shí)施方式
為了更為具體地描述本實(shí)用新型，
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案和相關(guān)原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，一種深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)包括直流充電單元4、高壓脈沖單元3、光電復(fù)合傳輸線(xiàn)2、發(fā)射陣1、高壓倉(cāng)6和電動(dòng)絞車(chē)5。直流充電單元4采用開(kāi)關(guān)電源電路，用于將單項(xiàng)或三相交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電 ("2kV -6kV)，并對(duì)高壓脈沖單元3內(nèi)的儲(chǔ)能電容進(jìn)行充電，其置于船上，并通過(guò)光電復(fù)合傳輸線(xiàn)2與高壓脈沖單元3相連。高壓脈沖單元3由固態(tài)儲(chǔ)能電容、可控硅開(kāi)關(guān)、可控硅觸發(fā)電路、續(xù)流二極管以及高壓脈沖傳輸線(xiàn)組成，用于將直流充電單元4提供的高壓直流電轉(zhuǎn)換為高壓脈沖，并向發(fā)射陣1放電，其置于海底附近，并通過(guò)高壓脈沖傳輸線(xiàn)與發(fā)射陣1相連，為了使內(nèi)部器件免受水壓沖擊而發(fā)生損壞，高壓脈沖單元3存放于高壓倉(cāng)6內(nèi)。發(fā)射陣1由發(fā)射電極、接線(xiàn)柱和支架組成，用于接收高壓脈沖單元3的高壓脈沖放電，使發(fā)射電極附近的海水氣化、電離形成高溫高壓脈沖熱等離子體，并產(chǎn)生脈沖壓力波， 其置于海底附近，發(fā)射陣1可為線(xiàn)陣或方陣。光電復(fù)合傳輸線(xiàn)2由單股或多股的高壓傳輸線(xiàn)和信號(hào)傳輸光纜組成，不僅能保證高壓電流傳輸?shù)目煽啃?，同時(shí)又能使高壓脈沖單元3與外部信號(hào)處理設(shè)備進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸，方便了工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓脈沖單元3的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。光電復(fù)合傳輸線(xiàn)2繞制于電動(dòng)絞車(chē)5上，電動(dòng)絞車(chē)5安置于船上，通過(guò)電動(dòng)絞車(chē)5 工作，可方便控制高壓脈沖單元3與發(fā)射陣1的拖曳深度。如圖2所示，直流充電單元將單項(xiàng)或三相交流電轉(zhuǎn)換為_(kāi)2kV至_6kV的高壓直流電，并通過(guò)光電復(fù)合傳輸線(xiàn)向高壓脈沖單元內(nèi)的固態(tài)儲(chǔ)能電容進(jìn)行充電，充電完成后，高壓脈沖單元內(nèi)的可控硅開(kāi)關(guān)被觸發(fā)導(dǎo)通?？煽毓栝_(kāi)關(guān)和續(xù)流二極管的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)高壓脈沖單元的單脈沖輸出。高壓脈沖單元的放電過(guò)程基本上可以分為兩個(gè)階段。第一階段是電容放電階段， 此時(shí)將高壓脈沖加載到發(fā)射陣的電極上，電流流經(jīng)固態(tài)儲(chǔ)能電容、可控硅開(kāi)關(guān)、高壓脈沖傳輸線(xiàn)和發(fā)射電極，電容釋放所有能量，釋放能量的一部分用于使發(fā)射陣發(fā)射電極附近的海水氣化、電離形成高溫高壓脈沖熱等離子體，另一部分存儲(chǔ)于放電回路的電感中；第二階段是電感放電階段，此時(shí)電容已經(jīng)放電完畢，可控硅開(kāi)關(guān)關(guān)閉，電流流經(jīng)續(xù)流二極管、高壓脈沖傳輸線(xiàn)和發(fā)射電極，從而消除電流震蕩，實(shí)現(xiàn)單脈沖放電。深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)通過(guò)采用深拖技術(shù)，將發(fā)射陣置于海底附近， 可以明顯提高震源系統(tǒng)深?？碧降姆直媛?，甚至達(dá)到超高分辨率；通過(guò)將直流充電單元與高壓脈沖單元分置(即高壓脈沖單元與發(fā)射陣合置)，縮短了高壓脈沖傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度，使放電回路的電感和內(nèi)阻大大降低，從而大大減小了傳輸損耗，使本實(shí)用新型在海洋地震勘探以及海底可燃冰等礦藏勘探開(kāi)發(fā)中有很好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.一種深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，包括直流充電單元、高壓脈沖單元和發(fā)射陣，其特征在于所述的直流充電單元用于將交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電，并對(duì)高壓脈沖單元進(jìn)行充電， 其置于海面上；所述的高壓脈沖單元用于將直流充電單元提供的高壓直流電轉(zhuǎn)換為高壓脈沖，并向發(fā)射陣放電，其置于海底附近；所述的直流充電單元與所述的高壓脈沖單元通過(guò)拖曳傳輸線(xiàn)相連接；所述的發(fā)射陣用于接收高壓脈沖單元的高壓脈沖放電，使發(fā)射電極附近的海水氣化、 電離形成高溫高壓脈沖熱等離子體，并產(chǎn)生脈沖壓力波，其置于海底附近。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其特征在于所述的拖曳傳輸線(xiàn)為光電復(fù)合傳輸線(xiàn)，其由單股或多股的高壓傳輸線(xiàn)和信號(hào)傳輸光纜組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其特征在于所述的拖曳傳輸線(xiàn)繞制于電動(dòng)絞車(chē)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其特征在于所述的高壓脈沖單元存放于高壓倉(cāng)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)射陣為線(xiàn)陣或方陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其特征在于所述的直流充電單元采用開(kāi)關(guān)電源電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其特征在于工作頻率范圍為500Hz至IOkHz。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，包括直流充電單元、高壓脈沖單元和發(fā)射陣。其通過(guò)將直流充電單元置于海面上，將高壓脈沖單元和發(fā)射陣置于海底附近，利用拖曳傳輸線(xiàn)將直流充電單元與高壓脈沖單元相連，可以明顯提高震源系統(tǒng)深?？碧降姆直媛?，甚至達(dá)到超高分辨率，并大大減少脈沖傳輸損耗。因此，本實(shí)用新型在海洋地震勘探以及海底可燃冰等礦藏勘探開(kāi)發(fā)中有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01V1/38GK202049240SQ201120022219
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者劉保華, 王揆洋, 裴彥良, 閆克平, 黃逸凡 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)