專利名稱：智能控制復合相干電火花震源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及海洋工程地質用的智能控制復合相干電火花震源裝置。
背景技術：
海上地震探測震源包括空氣槍震源(Air gun)、水槍震源(Watergun)、電火花震源(Sparker)和換能器震源(Boomer transducer)等。目前國內普遍使用的電火花震源有法國S.I.G公司生產的SIG系列和荷蘭的Geo-Resources公司研發(fā)的Geo-Spark系列等。海洋工程地震勘探中，電火花震源是最常用的震源，通過改變電火花震源的發(fā)射能量，可以獲得不同穿透深度和相應分辨率的地震剖面。電火花震源以其頻譜范圍寬，分辨率高，使用方便等特點，在海洋地震勘探中得到廣泛應用。
由于大能量的地震信號的頻率低，地層穿透能力強，但分辨率低，而小能量的地震信號的頻率高，分辨率高，但地層穿透能力有限。又因已有技術在一次探測過程中只能使用一定能量的震源進行探測，獲得一種相應穿透深度和分辨率的地震剖面，降低了勘探效率。為解決震源在地層探測深度和分辨能力之間的矛盾。因此使用一套震源交替發(fā)射高、低兩種能量不同的地震信號，使用兩條主頻不同的水聽器電纜同時接收，在一次探測過程中既可以獲得淺層剖面資料和又可以獲得中深層地震資料，提高勘探效率，是經(jīng)濟建設和科學研究的需求。
另外，電火花震源的震源子波的第二壓力脈沖一直是進一步提高電火花震源地層分辨率的障礙，致使接收到的地震剖面資料中薄地層缺失或模糊不清。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種交替發(fā)射兩種不同能量不同主頻的震源信號，可以相繼分別獲得高分辨率的淺地層剖面資料和穿透深度較大的中深層地震資料的智能控制復合相干電火花震源裝置，以彌補已有技術的不足。
本發(fā)明的另一目的是降低或者克服電火花震源的震源子波的第二壓力脈沖對地層分辨率的影響或干擾，以提高地層分辨率本發(fā)明是對已有技術的改進，它包括高壓電源模塊與之并聯(lián)的儲能電容器庫及其電連接的可控充電單元、可控放電單元、發(fā)射陣單元，以及低壓電源模塊供電的檢測單元、控制輸入單元與狀態(tài)顯示單元，并受控于含軟件程序的中央控制單元，其特征是儲能電容器庫包括低能儲能電容器庫和高能儲能電容器庫，并分別由充電控制模塊與放電控制模塊經(jīng)充電開關A、B與放電開關A、B跟與發(fā)射電纜連接的低能量輸出極、高能量輸出極、公共極相連，再經(jīng)發(fā)射電纜連接到發(fā)射陣單元。另外發(fā)射陣單元為組合發(fā)射陣且位于發(fā)射陣中心上有子波接收水聽器。所述中央控制單元皆經(jīng)光纖傳送指令至高壓電源模塊，充電控制模塊、放電控制模塊和檢測單元。


圖1本發(fā)明的總體結構立體示意2本發(fā)明的結構方框3本發(fā)明的發(fā)射陣單元結構4本發(fā)明的軟件控制流程圖其中1、中央控制單元2、高壓電源模塊3、低能儲能電容器庫4、高能儲能電容器庫5、充電控制模塊6、充電開關A7、充電開關B8、放電控制模塊9、放電開關A10、放電開關B11、檢測單元12、低壓電源模塊13、控制輸入單元14、狀態(tài)顯示單元15、光纖16、低能量輸出極17、高能量輸出極18、能量輸出公共極19、發(fā)射電纜20、發(fā)射陣單元21、高能量發(fā)射極(陽極)22、低能量發(fā)射極(陽極)23、公共極(陰極)24、發(fā)射針25、子波接收水聽器具體實施方式
本發(fā)明主要包含中央控制單元，儲能電容器庫，可控充電單元，可控放電單元，發(fā)射陣單元以及檢測單元、控制輸入單元、狀態(tài)顯示單元部分組成，如圖1、圖2所示。具體它包括高壓電源模塊2與之并聯(lián)的儲能電容器庫及其電連接的可控充電單元、可控放電單元、發(fā)射陣單元20，以及低壓電源模塊12供電的檢測單元11、控制輸入單元13與狀態(tài)顯示單元14，并受控于含軟件程序的中央控制單元1，其特征是儲能電容器庫包括低能儲能電容器庫3和高能儲能電容器庫4，并分別由充電控制模塊5與放電控制模塊8經(jīng)充電開關A6、B7與放電開關A9、B10跟與發(fā)射電纜19連接的低能量輸出極16、高能量輸出極17、公共極18相連，再經(jīng)發(fā)射電纜19連接到發(fā)射陣單元20，另外發(fā)射陣單元20為組合發(fā)射陣且位于發(fā)射陣中心上有子波接收水聽器25，如圖3，所述中央控制單元1皆經(jīng)光纖15傳送指令至高壓電源模塊2，充電控制模塊5、放電控制模塊8和檢測單元11。
如圖4，用于智能控制的中央控制單元(1)是整個系統(tǒng)的控制核心，其軟件控制程序流程如下震源裝置接通電源后即進入自檢過程，檢查包括電源電壓、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、裝置各部件的狀態(tài)等內容，并將狀態(tài)信息送往狀態(tài)顯示單元(14)顯示。如果系統(tǒng)自檢正常則等待用戶命令，否則停止工作。在自檢正常情況下，用戶通過控制輸入單元(13)設置高能激發(fā)能量和低能激發(fā)能量，并選擇震源工作模式。
如果選擇震源工作于雙震源工作模式，則依軟件程序依次進行以下命令。如果是主動觸發(fā)，則依次設置組內觸發(fā)間隔和組間觸發(fā)間隔，如果是被動觸發(fā)，則觸發(fā)命令由外部提供。設置步驟到此完成，下一步是等待用戶的加高壓命令。加高壓命令下達后，系統(tǒng)開始對高能儲能電容器庫(4)充電，檢測單元檢測到高能儲能電容器庫(4)充到指定能量后，中央控制單元(1)命令停止充電。然后開始對低能儲能電容器庫(3)充電，當檢測單元檢測到高能儲能電容器庫(3)充到指定能量后，中央控制單元(1)又命令停止充電。充電過程到此結束。下一步是放電過程如果系統(tǒng)收到高能激發(fā)的觸發(fā)信號，則中央控制單元(1)命令接通高能儲能電容器庫(4)與發(fā)射陣單元(20)，發(fā)射陣單元(20)在海水中放電，從而激發(fā)高能量的地震信號。如果系統(tǒng)收到低能激發(fā)的觸發(fā)信號，則中央控制單元(1)命令接通低能儲能電容器庫(3)與發(fā)射陣單元(20)，發(fā)射陣單元(20)在海水中放電，從而激發(fā)低能量的地震信號。重復上述沖放電過程直至工作結束，工作結束后，用戶需要發(fā)出關高壓命令，高能儲能電容器庫(4)和低能儲能電容器庫(3)釋放殘余能量。
如果選擇震源工作于相干震源工作模式，則依次進行以下命令。如果是主動觸發(fā)，則需設置觸發(fā)間隔，如果是被動觸發(fā)，則觸發(fā)命令由外部提供。然后設置輔震源激發(fā)延遲。設置步驟到此完成，下一步是等待用戶的加高壓命令。加高壓命令下達后，系統(tǒng)開始對高能儲能電容器庫(4)充電，檢測單元(11)檢測到高能儲能電容器庫(4)充到指定能量后，中央控制單元(1)命令停止充電。系統(tǒng)開始對低能儲能電容器庫(3)充電，檢測單元(11)檢測到低能儲能電容器庫(3)充到指定能量后，中央控制單元(1)命令停止充電。充電過程到此結束，下一步是放電過程。如果系統(tǒng)收到觸發(fā)信號，則中央控制單元(1)命令接通高能儲能電容器庫(4)與發(fā)射陣單元(20)，發(fā)射陣單元(20)在海水中放電。然后等待輔震源延遲時間到，中央控制單元(1)命令接通低能儲能電容器庫(3)與發(fā)射陣單元(20)，發(fā)射陣單元(20)在海水中放電。這兩次放電的間隔極其短暫，共同激發(fā)地震信號。放電階段到此結束，然后是根據(jù)發(fā)射陣檢波器采集到的震源子波信號，分析震源子波的質量。震源子波的質量與兩次放電的間隔有關，調整兩次放電的間隔來獲取高質量的震源子波。重復上述沖放電過程直至工作結束，最后，用戶需要發(fā)出關高壓命令，低能儲能電容器庫(3和)高能儲能電容器庫(4)釋放殘余能量，工作結束。
當本系統(tǒng)置于相干工作模式時，將高能量激發(fā)作為主發(fā)射震源，將低能量激發(fā)作為輔發(fā)射震源，調整相鄰高能量激發(fā)和低能量激發(fā)的能量和時間間隔，利用輔發(fā)射震源產生的脈沖壓制主發(fā)射震源的子波的第二壓力脈沖，可以獲得具有高P-P值，高頻，高P/B值的震源子波。
所述的儲能電容器庫包括低能儲能電容器庫(3)和高能儲能電容器庫(4)，兩個電容器庫均由多個電容器組成，用于存儲激發(fā)地震信號所需的能量。
所述可控充電單元由高壓電源模塊(2)電連接充電控制模塊(5)、充電開關A(6)和充電開關B(7)組成。根據(jù)中央控制單元(1)的指令，首先充電控制模塊(5)控制充電開關B(7)閉和，高壓電源模塊(2)向高能儲能電容器庫(4)充電，當檢測單元(11)檢測到電容充到指定能量后，充電控制模塊(5)控制充電開關B(7)斷開，停止充電。然后，充電控制模塊(5)控制充電開關A(6)閉和，高壓電源模塊(2)向低能儲能電容器庫(3)充電，當檢測單元(11)檢測到電容充到指定能量后，充電控制模塊(5)控制充電開關A(6)斷開，停止充電。高壓電源模塊(2)的輸出電壓大小由中央控制單元(1)的指令設定，高壓電源模塊(2)和中央控制單元(1)之間指令的傳送由光纖(15)隔離。充電控制模塊(5)和中央控制單元(1)之間指令的傳送也由光纖(15)隔離。這樣可以有效的阻斷高電壓對控制模塊的干擾。
所述可控放電模塊主要由放電控制模塊(8)電連接的放電開關A(9)和放電開關B(10)組成。收到高能量(主震源)激發(fā)命令后，中央控制單元(1)發(fā)出指令，由放電控制模塊(8)控制放電開關B(10)閉和，這時高能儲能電容器庫(4)與發(fā)射陣單元(20)中的高能量發(fā)射極接通，電容中的能量通過放電開關B(10)、高能量輸出極(17)、發(fā)射電纜(19)傳送到發(fā)射陣單元(20)的電極，電極放電激發(fā)地震信號。收到低能量(輔震源)激發(fā)命令后，中央控制單元(1)發(fā)出指令，由放電控制模塊(8)控制放電開關A(9)閉和，這時低能儲能電容器庫(3)與發(fā)射陣單元(20)中的低能量發(fā)射極接通，電容中的能量通過放電開關A(9)、低能量輸出極(16)、發(fā)射電纜(19)傳送到發(fā)射陣單元(20)的電極，電極放電激發(fā)地震信號。放電控制模塊(8)和中央控制單元(1)之間指令的傳送也由光纖(15)隔離。
所述的發(fā)射陣單元(20)由高能量發(fā)射極(陽極)(21)、低能量發(fā)射極(陽極)(22)、公共極(陰極)(23)和子波接收水聽器(25)組成。發(fā)射陣單元的公共極(陰極)(23)為不銹鋼板制成的同心雙圓環(huán)，同心雙圓環(huán)既作為公共極(陰極)，也作為固定發(fā)射陣其它組成部分的支撐。高能量發(fā)射極(陽極)(21)位于同心雙圓環(huán)的外圓環(huán)，它具有較多的發(fā)射針(24)。低能量發(fā)射極(陽極)(22)位于同心雙圓環(huán)的內圓環(huán)，它具有較少的發(fā)射針(24)。用于接收震源子波信號的子波接收水聽器(25)固定于同心雙圓環(huán)圓心的正下方。發(fā)射陣單元與震源間由發(fā)射電纜(19)連接，發(fā)射電纜至少有3根芯線，分別連接高能量發(fā)射極(陽極)(21)與高能量輸出極(17)，低能量發(fā)射極(陽極)(22)與低能量輸出極(16)，公共極(陰極)(23)與公共輸出極(18)。子波接收水聽器(25)需要單獨的一根雙芯屏蔽線連接至中央控制單元(1)。電火花發(fā)射陣單元既滿足雙震源模式下高低能量交替激發(fā)的要求，又滿足相干震源模式下高低能量相干激發(fā)的要求。
本發(fā)明通常發(fā)射脈沖電壓在2500～5600伏范圍內可調，發(fā)射功率12～1000焦，而高能量激發(fā)和低能量激發(fā)發(fā)射功率均有多檔可以選擇，基本滿足地震勘探要求。雙震源模式下高、低能量可交替激發(fā)，觸發(fā)模式主動和被動可選，激發(fā)時間間隔可調。相干震源模式下，將高能量激發(fā)作為主震源，低能量激發(fā)作為輔震源，利用輔震源改善震源子波特性，提高地層分辨率。系統(tǒng)各單元間的通信采用光纖技術，避免高壓部分對控制部分的干擾。
使用時，當雙震源模式工作時，將發(fā)射陣置于海水中，只要根據(jù)工作需要分別調整設定變能量震源高能量激發(fā)和低能量激發(fā)的能量和發(fā)射間隔，使用兩條主頻不同的水聽器電纜同時接收變能量震源激發(fā)的地震信號，一條低頻電纜接收高能量的地震信號，此條電纜的地震記錄具有地層穿透能力強的特點，一條高頻電纜接收低能量的地震信號，此條電纜的地震記錄具有地層分辨率高的特點，這樣可以同時得到兩套穿透深度和分辨率不同的地震記錄。
當相干震源模式工作時，將發(fā)射陣置于海水中，根據(jù)工作需要分別調整設定變能量震源高能量激發(fā)(主震源)和低能量激發(fā)的能量(輔震源)，先初步粗略設置輔震源的激發(fā)延遲時間，使用一條水聽器電纜接收變能量震源激發(fā)的地震信號，根據(jù)震源子波檢波器返回的震源子波的情況，操作員手動微調或者允許系統(tǒng)自動微調輔震源的激發(fā)延遲時間，以達到震源子波最佳。在震源子波最佳條件下，地震記錄的地層分辨率高的將有較大提高。
權利要求
1智能控制復合相干電火花震源裝置，它包括高壓電源模塊(2)與之并聯(lián)的儲能電容器庫及其電連接的可控充電單元、可控放電單元、發(fā)射陣單元(20)，以及低壓電源模塊(12)供電的檢測單元(11)、控制輸入單元(13)與狀態(tài)顯示單元(14)，并受控于含軟件程序的中央控制單元(1)，其特征是儲能電容器庫包括低能儲能電容器庫(3)和高能儲能電容器庫(4)，并分別由充電控制模塊(5)與放電控制模塊(8)經(jīng)充電開關(6、7)與放電開關(9、10)跟與發(fā)射電纜(19)連接的低能量輸出極(16)、高能量輸出極(17)、公共極(18)相連，再經(jīng)發(fā)射電纜(19)連接到發(fā)射陣單元(20)，另外發(fā)射陣單元(20)為組合發(fā)射陣且位于發(fā)射陣中心位置上有子波接收水聽器(25)，所述中央控制單元(1)皆經(jīng)光纖(15)傳送指令至高壓電源模塊(2)，充電控制模塊(5)、放電控制模塊(8)和檢測單元(11)。
2如權利要求1所述的智能控制復合相干電火花震源裝置，其特征在于可控充電單元由高壓電源模塊(2)且經(jīng)充電開關A(6)和充電開關B(7)與充電控制模塊(5)電連接組成。
3如權利要求1所述的智能控制復合相干電火花震源裝置，其特征在于可控放電單元由放電控制模塊(8)及與其電連接的放電開關A(9)和放電開關B(10)組成。
全文摘要
一種智能控制復合相干電火花震源裝置，包括高壓電源與之并聯(lián)的儲能電容器庫及其電連接的可控充、放電單元、發(fā)射陣單元，以及低壓電源模塊供電的檢測單元、控制輸入單元與狀態(tài)顯示單元，并受控于含軟件程序的中央控制單元，其特征是儲能電容器庫包括低能儲能電容器庫和高能儲能電容器庫，并分別由充放電控制模塊經(jīng)充放電開關跟與發(fā)射電纜連接的輸出極，再經(jīng)發(fā)射電纜連接到發(fā)射陣單元。另外發(fā)射陣單元為組合發(fā)射陣且位于發(fā)射陣單元中心上有子波接收水聽器。所述中央控制單元皆經(jīng)光纖傳送指令至高壓電源模塊，充放電控制模塊和檢測單元。本發(fā)明是一種交替發(fā)射兩種不同能量不同主頻的地震信號，分別獲得高分辨率的深淺地層剖面資料的震源裝置。
文檔編號G01V1/387GK1632615SQ20041007551
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月9日 優(yōu)先權日2004年12月9日
發(fā)明者裴彥良, 劉保華, 劉晨光, 王揆洋, 李西雙 申請人:國家海洋局第一海洋研究所