可控震源原理及說(shuō)明.doc

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1、可控震源工作原理張宏樂(lè)一．概論1．引言利用可控震源人工激發(fā)地震波，是進(jìn)行地震勘探的一種重要方法。這種勘探方法最早出現(xiàn)的時(shí)間可以上溯到上個(gè)世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)在美國(guó)的一些石油公司最初開(kāi)始出現(xiàn)以連續(xù)振動(dòng)為特征的非爆炸地面震源的可控震源雛形，由此開(kāi)創(chuàng)了可控震源技術(shù)應(yīng)用于地震勘探之先河。隨著國(guó)外可控震源技術(shù)的日趨成熟，到了上個(gè)世紀(jì)70年代中期，我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外可控震源設(shè)備和技術(shù)以應(yīng)用于國(guó)內(nèi)地震勘探。與此同時(shí)，在吸收消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)始著手依靠國(guó)內(nèi)技術(shù)力量和設(shè)備，自行開(kāi)發(fā)研制KZ系列國(guó)產(chǎn)可控震源。由于可控震源所產(chǎn)生的信號(hào)頻譜和

2、基本特性可以人為控制，可以在設(shè)計(jì)震源掃描信號(hào)時(shí)避開(kāi)某些干擾頻率，還能對(duì)地層對(duì)地震信號(hào)的吸收作用進(jìn)行補(bǔ)償，這是其它人工地面震源和炸藥震源難于做到的，所以利用可控震源進(jìn)行地震勘探可以得到反射能量足夠，信噪比和信號(hào)分辨率能夠滿足地質(zhì)勘探需要的資料，因此在過(guò)去的幾十年中可控震源技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都得到了較快發(fā)展，無(wú)論從震源的機(jī)械液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展水平，還是震源野外施工方法和震源資料處理技術(shù)都已逐漸提高和日臻完善。近些年來(lái)，為了提高地震資料的信噪比和分辨能力，國(guó)內(nèi)和國(guó)外生產(chǎn)廠家競(jìng)相利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的一些最新研究成果應(yīng)用于可控震源的研

3、究，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，已生產(chǎn)出最大靜態(tài)推力近30噸的﹑可以適應(yīng)更加廣泛地震勘探目的﹑可在多種地面道路行駛的寬頻大噸位可控震源，出現(xiàn)了可以靈活控制震源傳入大地地面力幅度和地面力控制方式﹑以數(shù)字自適應(yīng)控制技術(shù)為基礎(chǔ)的﹑可自動(dòng)進(jìn)行可控震源系統(tǒng)識(shí)別、安裝，并能對(duì)震源實(shí)施實(shí)時(shí)的質(zhì)量控制技術(shù)的電控系統(tǒng)，從而擴(kuò)大了可控震源應(yīng)用領(lǐng)域，促使可控震源技術(shù)得以廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外地震勘探施工，成為了一種重要的地震勘探設(shè)備。2．可控震源與炸藥震源信號(hào)特征的區(qū)別圖1可控震源信號(hào)與炸藥震源信號(hào)特點(diǎn)比較炸藥震源和一些用于地震勘探的地面震源，如落重震源、電火花震源和

4、陸地氣槍震源等非爆炸地面震源所產(chǎn)生的地震信號(hào)一樣，都是作用時(shí)間很短，信號(hào)振幅能量高度集中的脈沖信號(hào)，它們都屬于脈沖震源。而可控震源所產(chǎn)生的信號(hào)則是作用時(shí)間較長(zhǎng)﹑且為均衡振幅的連續(xù)掃描振動(dòng)信號(hào)。因此使用可控震源和使用炸藥爆炸等脈沖震源進(jìn)行地震勘探，在原理上有如下幾點(diǎn)重要的區(qū)別：1）由可控震源所產(chǎn)生的地震信號(hào)是延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的連續(xù)振動(dòng)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)函數(shù)基本已知，它的頻率成份可以按人為需要加以改變，但其信號(hào)頻率成份有限，能量為有限的非周期信號(hào)。炸藥震源所產(chǎn)生的地震信號(hào)為持續(xù)時(shí)間很短窄脈沖信號(hào)，其信號(hào)函數(shù)不可預(yù)知，信號(hào)頻譜較寬，且一次

5、激發(fā)能量相對(duì)較強(qiáng)但信號(hào)頻率成份難于人為控制。2）利用可控震源施工所得到的地震原始記錄不能夠直接辯認(rèn)各反射層，需要經(jīng)過(guò)與已知的參考信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理運(yùn)算，方可得到用于解釋的相關(guān)記錄，而使用炸藥震源得到的地震記錄則可直接用于解釋。但由于相關(guān)處理方法本身具有濾波作用，因此可控震源相關(guān)記錄的信噪比較高。3）由于可控震源相關(guān)記錄是由經(jīng)相關(guān)處理后的一系列相關(guān)子波所組成，所以相關(guān)子波并不是地震信號(hào)采集質(zhì)點(diǎn)上真實(shí)運(yùn)動(dòng)波形，而是可控震源原始記錄與參考信號(hào)相關(guān)程度曲線，是數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果，但這種相關(guān)記錄和用炸藥震源所得到地震記錄一樣，它包含了必要的

6、地震勘探信息，如地震波旅行時(shí)間﹑反射波信號(hào)能量強(qiáng)度和反射波極性等有用信息。而利用諸如炸藥震源等脈沖震源所得到的地震記錄則是由一系列反射子波組成，這些反射波形則反映了采集質(zhì)點(diǎn)處真實(shí)振動(dòng)波形。4）從地震信號(hào)波形對(duì)比而言，在可控震源相關(guān)記錄中的各個(gè)反射相關(guān)子波的最大波峰出現(xiàn)時(shí)刻對(duì)應(yīng)于脈沖震源反射子波的到達(dá)時(shí)刻，即在震源相關(guān)記錄上所表示的一個(gè)波達(dá)到的時(shí)間在相關(guān)子波最大值所對(duì)應(yīng)時(shí)刻，而不是相關(guān)子波的“初至“，如果我們認(rèn)為相關(guān)子波也有“初至”的話。2．使用可控震源施工的主要優(yōu)點(diǎn)同炸藥震源相比，利用可控震源進(jìn)行地震勘探施工其主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為

7、：1）可控震源所產(chǎn)生的地震信號(hào)特性已知，信號(hào)頻譜和信號(hào)幅度在一定范圍內(nèi)可控，從地震信號(hào)激發(fā)角度而言，改善地震資料品質(zhì)潛力較大。而炸藥震源所產(chǎn)生的地震信號(hào)未知且信號(hào)頻譜難于控制，對(duì)改善地震資料品質(zhì)不利。2）由于使用可控震源進(jìn)行地震勘探時(shí)，必須對(duì)震源原始資料進(jìn)行相關(guān)處理，而相關(guān)處理對(duì)信號(hào)具有較強(qiáng)的濾波作用，因此可控震源相關(guān)記錄能夠壓制一些環(huán)境噪聲影響，震源相關(guān)記錄具有較高的信噪比。而使用炸藥震源時(shí)，地震資料則對(duì)環(huán)境噪聲（如車(chē)輛人員行走，風(fēng)﹑工業(yè)振動(dòng)及天電干擾等）很敏感，容易在地震記錄中引入環(huán)境噪聲干擾。3）目前在地震勘探領(lǐng)域中所

8、廣泛使用的可控震源名義最大輸出作用力大都為20到30噸左右，并且其輸出能量大小可調(diào)。在掃描振動(dòng)時(shí)，可控震源的絕大部分能量都將用于產(chǎn)生傳入大地的地震彈性波，對(duì)環(huán)境的破壞和影響遠(yuǎn)小于炸藥震源，可在城市，居民區(qū)和其它一些禁炮區(qū)使用。而炸藥震源在爆炸時(shí)所產(chǎn)生的巨大能量中只有很小一部分能量用于產(chǎn)生地