一種彈性波勘探的子波分析裝置及其激震方法
【專利摘要】一種彈性波勘探的子波分析裝置及其激震方法，其中裝置包括金屬錘、金屬振塊和接收主機(jī)，金屬振塊中埋設(shè)有檢波器，接收主機(jī)包括電源、電阻、計算機(jī)和接收系統(tǒng)，金屬錘、電源、電阻、金屬振塊之間通過導(dǎo)線依次串聯(lián)；電阻的兩端通過導(dǎo)線連接到計算機(jī)，接收系統(tǒng)也連接到計算機(jī)，檢波器與接收系統(tǒng)之間通訊連接。本發(fā)明為一種新的激震機(jī)制，此震動頻率高，最高可達(dá)10kHz以上；并且頻帶寬，可以從5Hz～10kHz。被激震的金屬體與地面、巖面緊貼，被激震的金屬物體的振動可通過與它接觸的土面、巖面?zhèn)魅胪馏w或巖體中，高寬頻帶的震動可以得到豐富的反射信號，取得新的勘查效果；可以在松軟地面環(huán)境下使用。
【專利說明】一種彈性波勘探的子波分析裝置及其激震方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及淺層地球物理勘查(工程地質(zhì)勘查)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種彈性波勘探的子波分析裝置及其激震方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前地震勘探的激震方法主要為爆炸、錘擊震源等，他們都是利用一個物體與巖、土間產(chǎn)生的作用產(chǎn)生振動，例如，使用爆炸震源時，炸藥爆炸時與炸藥周圍的巖石或土作用產(chǎn)生振動；錘擊震源則是用重錘擊打地面或巖面產(chǎn)生震波，或用重錘擊打在一厚板上，厚板與地面、土面相互作用，產(chǎn)生振動；橫波扣板法激震則是將一厚板放于地面，上壓重物，橫敲木板一端，使板與地面產(chǎn)生摩擦而發(fā)生振動。他們都是激震的炸藥爆炸或激震設(shè)備與巖、土接觸面間產(chǎn)生振動。他們都是通過擊打或爆炸使土面或巖面或鉆孔中巖體產(chǎn)生振動、震波的方法，一般激發(fā)的頻率均較低。本發(fā)明提出一種新的激震方式，克服上述激震方法的局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出了一種新型的彈性波勘探的激震方式并設(shè)計了子波分析裝置，解決上述問題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種彈性波勘探的子波分析裝置，包括金屬錘、金屬振塊和接收主機(jī)，所述金屬振塊中埋設(shè)有檢波器，所述接收主機(jī)包括電源、電阻、計算機(jī)和接收系統(tǒng)，所述金屬錘、所述電源、所述電阻、所述金屬振塊之間通過導(dǎo)線依次串聯(lián)；
[0006]所述電阻的兩端通過導(dǎo)線連接到所述計算機(jī)，所述接收系統(tǒng)也連接到所述計算機(jī)，所述檢波器與所述接收系統(tǒng)之間通訊連接。
[0007]所述金屬錘的質(zhì)量為2kg?6kg。
[0008]所述金屬振塊為厚I?2cm、邊長15?25cm的金屬方形板或長方形；或者為直徑15?25cm圓形金屬盤；或者為直徑2cm?4cm、長20?40cm的金屬桿；或者為5?IOcmX 5?IOcmX 5?IOcm的金屬塊。
[0009]所述電源為電池。
[0010]所述檢波器為頻寬為10Hz-8000Hz的寬頻檢波器。
[0011]一種根據(jù)所述的彈性波勘探的子波分析裝置的激震方法，包括步驟如下:
[0012]第一步，將所述金屬振塊放在地面上或貼在被測巖、土表面；
[0013]第二步，用所述金屬錘擊打所述金屬振塊，擊打的瞬間使所述金屬錘與所述金屬振塊之間短路，并使所述金屬錘、所述電源、所述電阻、所述金屬振塊之間電路瞬時接通，在所述電阻的兩側(cè)產(chǎn)生電位差Λ V;同時，使所述金屬振塊產(chǎn)生振動成為震源，此震動通過被測巖、土表面?zhèn)魅霂r土 ；
[0014]第三步，所述計算機(jī)通過導(dǎo)線接收所述電位差Λ V，啟動所述接收主機(jī)的時鐘，給出零時間；并啟動接收系統(tǒng)；。
[0015]第四步，所述檢波器將檢測到的震波信號傳向所述接收主機(jī)上的所述接收系統(tǒng)，接收所述接收系統(tǒng)傳來的震波信號并及時分析激震頻譜和激震子波。
[0016]本發(fā)明公開了一種淺層地震勘探的新的激震方式，它通過用金屬錘擊打預(yù)先放在土面或巖石面某被激震體的表面的鋼制、鋁合金或銅制及其它硬金屬的物體，它們受錘擊后產(chǎn)生振動成為震源,并通過激震體與被激震體的表面這接觸面?zhèn)魅胪馏w或巖體中；被錘打的金屬物體為厚Icm?2cm、邊長15cm?25cm的方形或長方形金屬板，或?yàn)楹馡cm?2cm、直徑15cm?25cm的圓形金屬盤，或?yàn)橹睆?cm_4cm、長20cm-140cm的金屬桿，或?yàn)?cm?10cmX5cm?10cmX5cm?IOcm的金屬塊；在這些金屬板、金屬桿、金屬圓盤、金屬塊中，裝有超寬頻帶的檢波器，檢波器用引線與接收主機(jī)相連，用以及時進(jìn)行激震頻譜和子波分析；金屬塊體和錘分別與導(dǎo)線連接，導(dǎo)線連接到接收主機(jī)，接收主機(jī)上設(shè)有電阻和電池與導(dǎo)線相連，錘與金屬塊體接觸時短路，在電阻兩端產(chǎn)生電位差，啟動主機(jī)的計算機(jī)時鐘，給出零時間，并啟動接收系統(tǒng)。
[0017]傳統(tǒng)的地震勘探方法，無論是采用爆炸震源還是錘擊震源、落重震源都僅能得到較低而窄頻的頻率。例如2006年8月第I版第7次印刷的《地震勘探原理》(上冊)第74頁，第2?4行“反射波的主頻一般在30?50Hz...風(fēng)吹草動等微震的頻譜比較寬；聲波的頻譜在IOOHz以上，是比較高的范圍”;2011年3月出版的《工程物探手冊》(中國水利電力物探科技信息網(wǎng)編著)的“淺層折射波法” 一節(jié)的“4.1.1.3優(yōu)點(diǎn)和局限性”的2)中“探測深度范圍廣，從幾米至幾十米乃至一二百米皆可?！?第248頁)。第257頁倒6行，“進(jìn)
行折射波法時其頻譜約為30-60HZ......”第291頁，第14?17行“地面淺層反射波法，探
測深度小于四五十米時反射波頻譜多在100?150Hz，...當(dāng)探測深度大于四五十米時反射波頻譜多在60?120Hz”。
[0018]本發(fā)明的方案是:用金屬錘擊打預(yù)先放在土面或巖石面上的小體積鋼制、鋁合金制或銅制及其他硬的金屬制的物體，它們受錘擊后產(chǎn)生震動，此震動頻率高，最高可達(dá)IOkHz以上；并且頻帶寬，可以從5Hz?10kHz。被激震的金屬體與地面、巖面緊貼，被激震的金屬物體的振動可通過與它接觸的土面、巖面?zhèn)魅胪馏w或巖體中。
[0019]這種激震方式與傳統(tǒng)的激震方式的不同點(diǎn)在于，用錘擊擊打一個金屬激震體，使此金屬體產(chǎn)生振動，再通過此已被激震的物體將振動傳入介質(zhì)中，土體、巖體介質(zhì)是接收此震動而傳遞應(yīng)力波。土體、巖體介質(zhì)是接收此震動而傳遞應(yīng)力波，他們激震頻帶較寬并且激震高頻成分豐富。
[0020]為了掌握激震的子波和頻譜的情況，在被激震的金屬物內(nèi)安裝一個寬頻帶的檢波器；檢波器的連接線另一端連接向儀器接收主機(jī)，及時進(jìn)行激震頻譜和子波分析。
[0021]本發(fā)明的有益效果可以總結(jié)如下:
[0022]1、本發(fā)明用金屬錘擊打預(yù)先放在土面或巖石面上的小體積鋼制、鋁合金制或銅制及其他硬的金屬制的物體，它們受錘擊后產(chǎn)生振動成為震源，這是一種新的激震機(jī)制，此震動頻率高，最高可達(dá)IOkHz以上；并且頻帶寬，可以從5Hz?10kHz。被激震的金屬體與地面、巖面緊貼，被激震的金屬物體的振動可通過與它接觸的土面、巖面?zhèn)魅胪馏w或巖體中，高寬頻帶的振動可以得到豐富的反射信號，取得新的勘查效果；新的激震方式?？梢越鉀Q在松軟地面環(huán)境下的探測問題。[0023]2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，無復(fù)雜零件的加工，使用方便，制造成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為厚I?2cm、邊長15?25cm的方形或長方形金屬板I,
[0025]圖2為直徑15?25cm直徑的圓形金屬盤2，
[0026]圖3為直徑2cm?4cm、長20?40cm的金屬桿3,
[0027]圖4為5?IOcmX 5?IOcmX 5?IOcm的金屬塊4,
[0028]圖5為各元件連接示意圖，
[0029]圖6為后文實(shí)例I榆林市檸條塔煤礦地面上作的近于零震-檢距的實(shí)測時間剖面，
[0030]圖7為圖6的時間剖面上第44道(點(diǎn))的頻譜分析曲線圖，
[0031]圖8為后文實(shí)例2將檢波器放在激震的小金屬體激震時的頻譜分析資料。
[0032]圖中1-方形或長方形金屬板，也可用2、3、4代替
[0033]5-錘擊金屬板I激震的激振錘
[0034]6,7-分別將激振錘5和金屬板I連接到儀器主機(jī)的導(dǎo)線
[0035]8-儀器主機(jī)
[0036]9-電池
[0037]10-電阻
[0038]11-儀器主機(jī)中的計算機(jī)
[0039]12、13_將電阻10的兩端連向計算機(jī)的導(dǎo)線
[0040]14-寬頻帶的檢波器(接收頻帶寬為10Hz-8000Hz)
[0041]15-從寬頻帶檢波器14連向接收機(jī)的接線
【具體實(shí)施方式】
[0042]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0043]如圖1至圖5所示的一種彈性波勘探的子波分析裝置，包括金屬錘、金屬振塊和接收主機(jī)，所述金屬振塊中埋設(shè)有檢波器，所述接收主機(jī)包括電源、電阻、計算機(jī)和接收系統(tǒng)，所述金屬錘、所述電源、所述電阻、所述金屬振塊之間通過導(dǎo)線依次串聯(lián)；所述電阻的兩端通過導(dǎo)線連接到所述計算機(jī)，所述接收系統(tǒng)也連接到所述計算機(jī)，所述檢波器與所述接收系統(tǒng)之間通訊連接。
[0044]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述金屬錘的質(zhì)量為2kg?6kg。所述金屬振塊為厚I?2cm、邊長15?25cm的金屬方形板或長方形；或者為直徑15?25cm圓形金屬盤；或者為直徑2cm?4cm、長20?40cm的金屬桿；或者為5?IOcmX 5?IOcmX 5?IOcm的金屬塊。
[0045]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述電源為電池。所述檢波器為頻寬為10Hz-8000Hz的寬頻檢波器。
[0046]—種根據(jù)所述的彈性波勘探的子波分析裝置的激震方法，包括步驟如下:
[0047]第一步，將所述金屬振塊放在地面上或貼在被測巖、土表面；[0048]第二步，用所述金屬錘擊打所述金屬振塊，擊打的瞬間使所述金屬錘與所述金屬振塊之間短路，并使所述金屬錘、所述電源、所述電阻、所述金屬振塊之間電路瞬時接通，在所述電阻的兩側(cè)產(chǎn)生電位差Λ V;同時，使所述金屬振塊產(chǎn)生振動成為震源，此震動通過被測巖、土表面?zhèn)魅霂r土 ；
[0049]第三步，所述計算機(jī)通過導(dǎo)線接收所述電位差Λ V，啟動所述接收主機(jī)的時鐘，給出零時間；并啟動接收系統(tǒng)；。
[0050]第四步，所述檢波器將檢測到的震波信號傳向所述接收主機(jī)上的所述接收系統(tǒng)，接收所述接收系統(tǒng)傳來的震波信號并及時分析激震頻譜和激震子波。
[0051]在兩個具體的實(shí)施例中:
[0052](I)將不大的金屬塊體，即厚I~2cm、邊長15~25cm的方形板或長方形I (圖1)或直徑15~25cm直徑的圓形金屬盤2 (圖2),或直徑2cm~4cm、長20~40cm的金屬桿3 (圖3);或5~IOcmX 5~IOcmX 5~IOcm的金屬塊4 (圖4)，放在地面上或貼在其他巖土表面；
[0053](2)用2kg~6kg的金屬錘5擊打金屬塊體I或2或3或4使之產(chǎn)生振動；
[0054](3)金屬塊體和錘分別與導(dǎo)線6、7連接，導(dǎo)線連接到接收主機(jī)8，接收主機(jī)上設(shè)有電阻8和電池9與導(dǎo)線連接。錘與金屬塊體接觸時短路，導(dǎo)線及電阻即與電源連通，電阻兩端產(chǎn)生電位差Λ V，此電位差通過導(dǎo)線12、13與主機(jī)8的計算機(jī)11接收,啟動該機(jī)時鐘,給出零時間，并啟動接收系統(tǒng)。
[0055](4)頻帶為10ΗΖ-8000Ηζ的寬頻帶的檢波器14安裝在金屬板1、金屬盤2、金屬桿
3、金屬塊4中，通過連接線15 連向接收主機(jī)。通過主機(jī)及時分析激震頻譜和激震子波。
[0056]作為一個實(shí)例，引用一個現(xiàn)場實(shí)測資料。那是在榆林市檸條塔煤礦地面上作的實(shí)測。在測線I的各個測點(diǎn)分別用錘擊擊打金屬桿激震，地面測線的小部分為公路，大部分為沙丘形成的沙層，厚度為10~14m，附圖6為測線各測點(diǎn)數(shù)據(jù)匯成的時間剖面，可以看到圖中23點(diǎn)~36點(diǎn)的約78ms~84ms，有一條雙曲線的同相軸，他反映了已知位置和深度(約130m深)的2-2煤層的東大巷；在971^~IOlms的多條雙曲線的同相軸，他反映了深約160m的采空區(qū)。此資料反映了探查深度可達(dá)約180m。附圖7為第44道的頻譜分析，他反映了反射波的頻率可達(dá)3700Hz.[0057]作為第二個實(shí)例，引用了將檢波器放在激震的小金屬體時的頻譜分析資料，見附圖8(下圖)。他反映了按本發(fā)明專利所規(guī)定的激震方式和裝置，其激震頻率可從幾Hz至5000Hz，甚至達(dá)10000Hz以上。
[0058]以上通過具體的和優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)的描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明并不局限于以上所述實(shí)施例，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種彈性波勘探的子波分析裝置，其特征在于:包括金屬錘、金屬振塊和接收主機(jī)，所述金屬振塊中埋設(shè)有檢波器，所述接收主機(jī)包括電源、電阻、計算機(jī)和接收系統(tǒng)，所述金屬錘、所述電源、所述電阻、所述金屬振塊之間通過導(dǎo)線依次串聯(lián)； 所述電阻的兩端通過導(dǎo)線連接到所述計算機(jī)，所述接收系統(tǒng)也連接到所述計算機(jī)，所述檢波器與所述接收系統(tǒng)之間通訊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性波勘探的子波分析裝置，其特征在于:所述金屬錘的質(zhì)量為2kg?6kg。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性波勘探的子波分析裝置，其特征在于:所述金屬振塊為厚I?2cm、邊長15?25cm的金屬方形板或長方形；或者為直徑15?25cm圓形金屬盤；或者為直徑2cm?4cm、長20?40cm的金屬桿；或者為5?IOcmX 5?IOcmX 5?IOcm的金屬塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性波勘探的子波分析裝置，其特征在于:所述電源為電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性波勘探的子波分析裝置，其特征在于:所述檢波器為頻寬為10Hz-8000Hz的寬頻檢波器。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5任意之一所述的彈性波勘探的子波分析裝置的激震方法，其特征在于，包括步驟如下: 第一步，將所述金屬振塊放在地面上或貼在被測巖、土表面； 第二步，用所述金屬錘擊打所述金屬振塊，擊打的瞬間使所述金屬錘與所述金屬振塊之間短路，并使所述金屬錘、所述電源、所述電阻、所述金屬振塊之間電路瞬時接通，在所述電阻的兩側(cè)產(chǎn)生電位差Λ V ;同時，使所述金屬振塊產(chǎn)生振動成為震源，此震動通過被測巖、土表面?zhèn)魅霂r土 ； 第三步，所述計算機(jī)通過導(dǎo)線接收所述電位差Λ V，啟動所述接收主機(jī)的時鐘，給出零時間；并啟動接收系統(tǒng)；。 第四步，所述檢波器將檢測到的震波信號傳向所述接收主機(jī)上的所述接收系統(tǒng)，接收所述接收系統(tǒng)傳來的震波信號并及時分析激震頻譜和激震子波。
【文檔編號】G01V1/143GK103487826SQ201310473313
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】鐘世航, 王榮, 孫宏志, 王澤峰, 鐘百同 申請人:鐘世航