[发明专利]一种用于浅海区地震勘探的激震装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于浅海区地震勘探的激震装置与方法。

背景技术

地震勘探是指利用探测空间范围内介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。地震勘探是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。震源是地震勘查技术的重要组成部分，是产生地震信号的源头。震源的信号质量与地震勘查效果密切相关，直接决定着海洋地震勘探底层穿透深度和分辨率。

李澈在《滩浅海地震勘探发展现状研究》文章中指出，目前浅海地区地震勘探的震源主要有炸药震源、电火花震源以及气枪震源。炸药在海水中爆炸时虽产生较好的气泡效应，但是炸药震源不安全，生产效率低，虽然专利《炸药震源源驱动控制装置及控制方法》（申请号： 201410806723.0）提供了一种炸药震源源驱动控制装置，用以提高炸药震源地震勘探的施工效率，改善地震数据质量，并显著地降低工作人员的劳动强度，方便地利用现有设备应用炸药震源源驱动技术，但是崔毅等在《石油地震勘探对海洋生物及海洋环境的影响研究》中指出地震勘探中，炸药震源产生的冲击波会对海洋生物有损害甚至致死的效应，并提出海洋地震勘探工作中，炸药震源会逐步被对海洋生物损害较轻的非炸药震源所替代，如电火花震源、空气枪震源等。

裴彦良在文章《海洋工程地震勘探震源及其应用研究》阐述了电火花震源的工作原理，将电极和地极置于海水中，在电极和地极之间瞬间加载几千至上万伏的电压，产生非常强大的电流。但电火花震源较为笨重，操作不灵活，同时在放电的瞬间所产生的强大的电流对工作人员及海洋生物资源都有较大的威胁，震源子波重复性差，随着技术不断的进步火花震源逐步被枪震源所替代。

目前气枪震源的发展已到了十分完善的地步，并逐步改进，如专利《一种气枪震源》（申请号：201010160248.6）改变了气枪震源的气室及梭阀腔体形状，使气枪激发后能迅速形成主脉冲，尽可能增大气枪激发能量，改善气枪的激发特性。但是其固有的子波频率谱较低，施工较为困难，并不适合浅海高分别率工程地质调查的需要。

目前可控震源成为浅海地震勘探的一种新型震源，可控震源通过电液伺服系统向地下传送频率可控、相位准确的线性或非线性扫频正弦信号，其信号可实现降频、等频、升频扫描。凌云等在《可控震源在地震勘探中的应用前景与问题分析》文中通过对国际可控震源技术应用和发展趋势进行分析，认为无论从经济效益的角度还是环保与安全的角度，可控震源将必然成为未来国内主要的地震勘探震源而得到广泛应用。

可控震源具有以下特点：（1）所产生的地震信号为已知，频率、输出力可人为控制，资料品质可得到改善；（2）效率高，成本低；（3）可通过多次叠加、增长扫频时间、多台同步工作的方式累积能量。虽然可控震源具有很多优势但震源深度不可实时控制。

就目前的技术水平来看，气枪震源在海洋地震勘探时，存在着以下几个问题：

①气枪阵列组合形式较为单一，由于不同气枪之间的间距为R^1/2，常规的气枪震源其组合形式较为固定，所触发地震波信号较为单一，容易在探测深度或探测精度上受限。因此急需一种能够实现震源激发能量和频率不同的气枪阵列组合，使得不同的气枪口间距可人为控制其增大或减小。

②深度不可控，现有的震源都是通过拖缆的形式放置的，船体静止时，震源位于下方，通过控制传输，拖拽震源，使其的深度发生改变，当自然下垂式，可能由于海流的冲击使其不能保持稳定的空间位置，其深度值与真实值之间存在较大的差异。急需一种能够在海下实现远程控制其空间位置的技术方法与装置。

③自动化程度较低，使用较笨拙，震源的上升和下降不容易控制，难以准确到达指定的空间位置。工作效率低，不适合小范围内不同空间位置的多次地震探测试验。急需一种快速实现不同空间位置定点激发地震波的装置。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是提供一种用于浅海区地震勘探的激震装置，其特征是：包括中央控制系统、震源状态检测系统、空间位置控制系统和气枪阵列激震控制系统，其中：

所述空间位置控制系统，包括壳体，壳体外沿设有多个汽轮机（1），通过控制这些汽轮机的运行状态来维持壳体在水中水平方向上的位置；所述壳体内设置有空气仓与储水仓，所述空气仓与储水仓内设置有改变其体积或储水量的调节机构，以改变壳体在垂直方向上的位置；

所述震源状态检测系统设置在壳体上，检测所述壳体所处水环境的水压、水流信息；