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CN106526658A - 海洋高分辨立体调相震源 - Google Patents

海洋高分辨立体调相震源 Download PDF

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Abstract

一种海洋高分辨立体调相震源，包括水上控制激发单元，水上控制激发单元通过电缆与震源框架连接，震源框架设有前后两个深度压力传感器，还设有悬挂浮球的不锈钢环，震源框架底部等间距排列多个水平设置的柱状载体；柱状载体的底部设有多个竖直的阴电极，且同一根柱状载体上的阴电极的长度相等。本发明根据雷达空间波束形成方法，计算空间电极分布，首次提出利用波束形成技术组合电火花电极，形成一种具有方向指向性的组合震源，可以达到市场上现有的成熟电火花震源，利用相移器控制震源子波的相互错位叠加，达到调相的目的，从而从根本上压制由于海面产生的虚反射，大大提高地震勘探野外数据采集的效率以及品质。

Description

海洋高分辨立体调相震源
技术领域
本发明涉及一种地震勘探过程中的震源，特别涉及一种海洋高分辨立体调相震源，用于海上高分辨立体观测系统，勘探采集海底中浅层地层反射信息并用于地震地质调查与解释。
背景技术
在海洋地震勘探中，震源是海洋地震勘探数据采集系统中的关键设备，尤其是电火花震源。今年随着高分辨地震数据采集技术的进步，采集人员环保意识的提高，电火花震源在海洋地震勘探中占有主要地位。目前国内普遍使用的电火花震源主要由法国S.I.G公司生产的SIG系列，荷兰Geo-Resources公司生产的Geo-spark系列。国内外研制的相关海洋电火花震源，主要是线性同时激发组合，利用组合线性增加子波能量，以到达高分辨地震勘探的目的。而现有的线性激发的组合方式因其激发原理导致难以实现调相的技术效果。地震子波在地层中的传播是几何球面扩散传播，在忽略地层吸收作用的假设下，地震波传播过程随着传播距离的增加，传播能量密度减少。这样造成地震波在接收时，能量衰减较多。现有的激发方式因为采用同时激发的原理，使得能量传播不具有方向性，其传播能量衰减较快。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海洋高分辨立体调相震源，以提高电火花激发能量以及能量利用率，利用波束形成技术调节震源能量的传播波束方向，以适用海上高分辨多道地震勘探系统的技术要求。
一种海洋高分辨立体调相震源，其特征在于包括水上控制激发单元，该水上控制激发单元通过带有阳极水密接头的传输电缆与震源框架连接，所述震源框架设有前后两个深度压力传感器，震源框架上还设有多个用于悬挂浮球的不锈钢环，震源框架是整个震源承载体，其底部等间距排列多个水平设置的柱状载体，柱状载体作为震源电极载体；柱状载体的底部设有多个竖直的阴电极，且同一根柱状载体上的阴电极的长度相等。
所述柱状载体的数量为偶数，且对称分布在震源框架的前后中轴线两侧，相互对称的两根柱状载体上的阴电极7的长度相同，最外侧的两根柱状载体上的阴电极的长度最短，由外向内，越靠近中轴线的柱状载体上的阴电极越长，中部两根柱状载体上的阴电极最长。
所述阴电极是由聚酯材料包裹的铜丝且铜丝末端暴露，单只电极放电时能量范围为5-30J。
本设计震源的阴电极整体激发能量范围为6400-38400J。
所述的水上控制激发单元包括相移器与同步器，并以提供电能为激发方式；采用阳极水密接头可以方便的安装和拆卸；深度传感器用于测定震源沉放深度；不锈钢环采用可自由旋转的装卸吊扣，以方便连接绳索固定浮球。
所述震源框架的底部有16个水平排列的柱状载体，相邻两个柱状载体的间距为10cm，，即震源整体框架的中轴线每侧条柱状载体；每个柱状载体上设有80个阴电极，所有阴电极属于同一回路，前后相邻的两个阴电极的间距为2cm；其中最外侧的两个柱状载体上的阴电极长度为1cm，以此类推，中部的两个柱状载体上的阴电极长度为8cm。所有的阴电极呈网格状排列，阴电极排与排之间相互平行，列与列之间也相互平行。以震源框架中心线为对称轴，对柱状载体上的电极利用同步器控制，保证对称的电极能够同时激发。这样设计的目的是根据电极长度变化，利用相移器控制震源子波的相互错位叠加，达到调相的目的，从而从根本上压制由于海面产生的虚反射。
为了保证在涌浪较大的海况下，震源整体摇晃不是很剧烈，使本震源水下部分的重心置于震源框架的前端，目的为了消除由于船体拖曳产生的向上拉力。
利用上述海洋高分辨立体调相震源产生震源子波的方法，其特征在于包括以下步骤：
将本震源搭载于工作船并行驶至预定海域，将本装置吊装至水中，通过深度压力传感器检测是否已达预定深度，
利用波束形成技术，通过控制电极的空间排列以及相移器、同步器的调节相位延迟，对阴电极输出电能，从而产生震源子波，而使得产生的震源子波的能量传播具有定向性，最大化的将震源能量应用于特定角度之内，大大提高地震勘探野外数据采集的效率以及品质。
上述过程中，通过悬挂浮球的方式将本震源投放至预定深度。
本发明根据雷达技术领域中雷达空间波束形成方法，计算空间电极分布，形成一种具有方向指向性的组合震源。该发明在震源激发参数上可以达到市场上现有的成熟电火花震源，并且首次提出利用波束形成技术组合电火花电极，形成海洋高分辨立体调相震源。
本发明具有以下特征：
a.海洋高分辨立体调相震源利用波束形成技术，通过控制电极的空间排列以及相移器、同步器的调节相位延迟，使得震源能量传播具有一定的定向性。最大化的将震源能量应用于一定角度之内，大大提高地震勘探野外数据采集的效率以及品质。
b.阴极放电是利用现有技术，此种技术的特点是电极放电不消耗材料，能够保持单只电极的子波一致性。
c.为了保证在涌浪较大的海况下，震源整体摇晃不是很剧烈，将本震源结构重心放置前端，目的为了消除由于船体拖曳产生的向上拉力。
d.利用深度压力传感器，实时传输确定圆柱体沉放深度，用于之后过程中计算压制虚反射的空间距离。
e.浮球悬挂不锈钢环，方便连接绳索与固定浮球，采用不锈钢材质有利于原件使用寿命，可以根据工程需要悬挂不同规格的浮球。
f.整个电极排列为16根对称柱状电极载体，以整个电极框架中心线为对称，对称电极利用同步器控制，保证对称的电极能够同时激发。从外至内单只电极长度为1cm到8cm。
g.每一根柱状载体上等间距排列的80根电极，所有电极属于同一回路，并且电极间距为2cm。如此安排，一是利用同步器控制两端对称柱状载体上的电极同时激发，形成能量汇聚。二是利用相移器控制每根柱状载体上的80根电极，形成相位延迟，达到波束汇聚效应。延迟时间根据野外采集观测系统的要求调整。以形成30°波束为例，根据相位延迟公式：
式中τ为相位延迟，d为横向电极间距，v为地震波传播速度，
h.震源整体框架为宽160cm，长190cm。对称电极受到同一个同步器控制，同时激发。柱状载体间隔10cm，每侧8条柱状载体。每条柱状载体上的电极长度以1cm开始到8cm，1cm递增变化。这样设计的目的是根据电极长度变化，利用相移器控制震源子波的相互错位叠加，达到调相的目的，从而从根本上压制由于海面产生的虚反射。
附图说明
图1是海上高分辨地震勘探系统的常规结构示意图。
图2是海上高分辨地震勘探原理示意图。
图3是本发明的海洋高分辨立体调相震源示意图(箭头方向为前方)。
图4是单只阴电极示意图。
图5是震源整体框架、柱状载体及阴电极的前视图。
图6单只柱状载体及其阴电极的排列示意图。
图7利用本发明的海洋高分辨立体调相震源产生的震源子波。
其中，1、水上控制激发单元，2、传输电缆，3、阳极水密接头，4、深度传感器，5、不锈钢环，6、震源框架7、阴电极，8、柱状载体，9、铜丝，10、聚酯材料。
具体实施方式
图1是海上高分辨地震勘探系统的常规结构示意图，本发明主要是对其中的水部分进行改进，图2是海上高分辨地震勘探原理示意图。
如图3-6所示，一种海洋高分辨立体调相震源，其特征在于包括水上控制激发单元1，该水上控制激发单元1通过带有阳极水密接头3的能量传输电缆2与震源框架6连接，所述震源框架6设有前后两个深度压力传感器4，震源框架6上还设有多个用于悬挂浮球的不锈钢环5，震源框架6是整个震源承载体，其底部等间距排列多个水平设置的柱状载体8，柱状载体8作为震源电极载体；柱状载体8的底部设有多个竖直阴电极7，且每个柱状载体8上的阴电极7的长度相等。
所述柱状载体8的数量为偶数，且对称分布在震源框架6的中轴线两侧，相互对称的两根柱状载体8上的阴电极7的长度相同，最外侧的两根柱状载体8上的阴电极7的长度最短，由外向内，越靠近中轴线的柱状载体8上的阴电极7越长，中部两根柱状载体8上的阴电极7最长。
实施例
如图3-6，一种海洋高分辨立体调相震源，包括水上控制激发单元1(包含相移器与同步器)以及位于水下的震源框架6，水上单元和水下单元由150m传输电缆2连接，传输电缆2上设有阳极水密接头3。前后两个深度传感器4，用于悬挂浮球的不锈钢环5以及阴电极7全部集成安装于震源框架6上。其中，每80个阴电极集成在一条柱状电极载体上，然后依据对称关系将16条柱状电极载体加装在震源整体框架中心线两侧。
上述150m的连接电缆2中集成多股线缆，通过阳极水密接头3连接。其中包括电源充放电阴极线和阳极线16股(对应柱状电极载体数量)，深度传感器实时传输线2股，相移器控制线2股、同步器控制线1股以及地线1股。各种线缆用绝缘与软金属材料包裹后集成，防止线缆之间的电感效应。所有的线缆接头集成于阳极水密接头3中，在接头中实现水上单元与水下单元的连接。
如图4，所述阴电极7是由聚酯材料10包裹的铜丝9且铜丝末端暴露，单只电极放电时能量范围为5-30J。
本设计震源整体激发能量范围为6400-38400J。
所述的水上控制激发单元1包括相移器与同步器，并以提供电能为激发方式，采用阳极水密接头3可以方便的安装和拆卸，深度传感器4用于测定震源沉放深度,；如图3、5，不锈钢环5采用可自由旋转的装卸吊扣，以方便连接绳索固定浮球。
如图3、5、6，所述震源框架6的底部有16个水平排列的柱状载体8，相邻两个柱状载体8的间距为10cm，，即震源整体框架6的轴线每侧8条柱状载体；每个柱状载体8上设有80个阴电极7，所有阴电极7属于同一回路，前后相邻的两个阴电极7的间距为2cm；其中最外侧的两个柱状载体8上的阴电极7长度为1cm，以此类推，中部的两个柱状载体8上的阴电极7长度为8cm。所有的阴电极7呈网格状排列，阴电极7排与排之间相互平行，列与列之间也相互平行。以震源框架6中心线为对称轴，对柱状载体8上的电极利用同步器控制，保证对称的电极能够同时激发。这样设计的目的是根据电极长度变化，利用相移器控制震源子波的相互错位叠加，达到调相的目的，从而从根本上压制由于海面产生的虚反射。
为了保证在涌浪较大的海况下，震源整体摇晃不是很剧烈，使本震源水下部分的重心置于震源框架6的前端，目的为了消除由于船体拖曳产生的向上拉力。如图3中，是将框架顶部的十字形交叉结构靠前方设置以实现重心靠前。
利用上述海洋高分辨立体调相震源产生震源子波的方法，其特征在于包括以下步骤：
将本震源搭载于工作船并行驶至预定海域，将本装置吊装至水中，通过深度压力传感器4检测是否已达预定深度，
利用波束形成技术，通过控制电极的空间排列以及相移器、同步器的调节相位延迟，对阴电极7输出电能，从而产生震源子波，而使得产生的震源子波的能量传播具有定向性，最大化的将震源能量应用于特定角度之内，大大提高地震勘探野外数据采集的效率以及品质。
上述过程中，通过悬挂浮球的方式将本震源投放至预定深度。
本发明依据阴极放电的现有技术，震源室内控制单元1加入相移器与同步器。利用同步器控制对称两条柱状电极载体同时激发，而相移器则控制同条柱状电极载体上能够实现等时间延迟，并且对于不同长度的电极，相移器实现非同步激发，震源子波通过错位叠加压制虚反射现象。
图7是利用本发明的海洋高分辨立体调相震源产生的震源子波。由图7所示波形图可知，本发明产生的震源子波具有分辨率高，能量范围大且能量传播方向性好，优良的压制自由表面虚反射的特点。

Claims (9)

1.一种海洋高分辨立体调相震源，其特征在于包括水上控制激发单元(1)，该水上控制激发单元(1)通过带有阳极水密接头(3)的传输电缆(2)与震源框架(6)连接，所述震源框架(6)设有前后两个深度压力传感器(4)，震源框架(6)上还设有多个用于悬挂浮球的不锈钢环(5)，震源框架(6)底部等间距排列多个水平设置的柱状载体(8)；柱状载体(8)的底部设有多个竖直的阴电极(7)，且同一根柱状载体(8)上的阴电极(7)的长度相等。
2.如权利要求1所述的海洋高分辨立体调相震源，其特征在于所述柱状载体(8)的数量为偶数，且对称分布在震源框架(6)的前后中轴线两侧，相互对称的两根柱状载体(8)上的阴电极(7)的长度相同，最外侧的两根柱状载体(8)上的阴电极(7)的长度最短，由外向内，越靠近中轴线的柱状载体(8)上的阴电极(7)越长，中部两根柱状载体(8)上的阴电极(7)最长。
3.如权利要求1或2所述的海洋高分辨立体调相震源，其特征在于所述阴电极(7)是由聚酯材料(10)包裹的铜丝(9)且铜丝末端暴露，单只电极放电时能量范围为5-30J。
4.如权利要求3所述的海洋高分辨立体调相震源，其特征在于上述阴电极(7)整体激发能量范围为6400-38400J。
5.如权利要求1或2所述的海洋高分辨立体调相震源，其特征在于所述的水上控制激发单元(1)包括相移器与同步器，并以提供电能为激发方式。
6.如权利要求2所述的海洋高分辨立体调相震源，其特征在于所述震源框架(6)的底部有16个水平排列的柱状载体(8)，相邻两个柱状载体(8)的间距为10cm，，即震源整体框架(6)的中轴线每侧(8)条柱状载体；每个柱状载体(8)上设有80个阴电极(7)，所有阴电极(7)属于同一回路，前后相邻的两个阴电极(7)的间距为2cm；其中最外侧的两个柱状载体(8)上的阴电极(7)长度为1cm，以此类推，中部的两个柱状载体(8)上的阴电极(7)长度为8cm。
7.如权利要求1或2所述的海洋高分辨立体调相震源，其特征在于为了保证在涌浪较大的海况下，震源整体摇晃不是很剧烈，使本震源水下部分的重心置于震源框架(6)的前端，目的为了消除由于船体拖曳产生的向上拉力。
8.利用权利要求1所述的海洋高分辨立体调相震源产生震源子波的方法，其特征在于包括以下步骤：
将本震源搭载于工作船并行驶至预定海域，将本震源吊装至水中，通过深度压力传感器(4)检测是否已达预定深度，
利用波束形成技术，通过控制电极的空间排列以及相移器、同步器的调节相位延迟，对阴电极(7)输出电能，从而产生震源子波，而使得产生的震源子波的能量传播具有定向性，最大化的将震源能量应用于特定角度之内，大大提高地震勘探野外数据采集的效率以及品质。
9.如权利要求8所述的产生震源子波的方法，其特征在于将本震源吊装至水中后，通过悬挂浮球的方式将本震源投放至预定深度。
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