智能控制复合相干电火花震源装置

摘要

一种智能控制复合相干电火花震源装置，包括高压电源与之并联的储能电容器库及其电连接的可控充、放电单元、发射阵单元，以及低压电源模块供电的检测单元、控制输入单元与状态显示单元，并受控于含软件程序的中央控制单元，其特征是储能电容器库包括低能储能电容器库和高能储能电容器库，并分别由充放电控制模块经充放电开关跟与发射电缆连接的输出极，再经发射电缆连接到发射阵单元。另外发射阵单元为组合发射阵且位于发射阵单元中心上有子波接收水听器。所述中央控制单元皆经光纤传送指令至高压电源模块，充放电控制模块和检测单元。本发明是一种交替发射两种不同能量不同主频的地震信号，分别获得高分辨率的深浅地层剖面资料的震源装置。

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程地质用的智能控制复合相干电火花震源装置。

背景技术

海上地震探测震源包括空气枪震源(Air gun)、水枪震源(Watergun)、电火花震源(Sparker)和换能器震源(Boomer transducer)等。目前国内普遍使用的电火花震源有法国S.I.G公司生产的SIG系列和荷兰的Geo-Resources公司研发的Geo-Spark系列等。海洋工程地震勘探中，电火花震源是最常用的震源，通过改变电火花震源的发射能量，可以获得不同穿透深度和相应分辨率的地震剖面。电火花震源以其频谱范围宽，分辨率高，使用方便等特点，在海洋地震勘探中得到广泛应用。

由于大能量的地震信号的频率低，地层穿透能力强，但分辨率低，而小能量的地震信号的频率高，分辨率高，但地层穿透能力有限。又因已有技术在一次探测过程中只能使用一定能量的震源进行探测，获得一种相应穿透深度和分辨率的地震剖面，降低了勘探效率。为解决震源在地层探测深度和分辨能力之间的矛盾。因此使用一套震源交替发射高、低两种能量不同的地震信号，使用两条主频不同的水听器电缆同时接收，在一次探测过程中既可以获得浅层剖面资料和又可以获得中深层地震资料，提高勘探效率，是经济建设和科学研究的需求。

另外，电火花震源的震源子波的第二压力脉冲一直是进一步提高电火花震源地层分辨率的障碍，致使接收到的地震剖面资料中薄地层缺失或模糊不清。

发明内容

本发明的目的是提供一种交替发射两种不同能量不同主频的震源信号，可以相继分别获得高分辨率的浅地层剖面资料和穿透深度较大的中深层地震资料的智能控制复合相干电火花震源装置，以弥补已有技术的不足。

本发明的另一目的是降低或者克服电火花震源的震源子波的第二压力脉冲对地层分辨率的影响或干扰，以提高地层分辨率

本发明是对已有技术的改进，它包括高压电源模块与之并联的储能电容器库及其电连接的可控充电单元、可控放电单元、发射阵单元，以及低压电源模块供电的检测单元、控制输入单元与状态显示单元，并受控于含软件程序的中央控制单元，其特征是储能电容器库包括低能储能电容器库和高能储能电容器库，并分别由充电控制模块与放电控制模块经充电开关A、B与放电开关A、B跟与发射电缆连接的低能量输出极、高能量输出极、公共极相连，再经发射电缆连接到发射阵单元。另外发射阵单元为组合发射阵且位于发射阵中心上有子波接收水听器。所述中央控制单元皆经光纤传送指令至高压电源模块，充电控制模块、放电控制模块和检测单元。

附图说明

图1本发明的总体结构立体示意图

图2本发明的结构方框图

图3本发明的发射阵单元结构图

图4本发明的软件控制流程图

其中1、中央控制单元2、高压电源模块3、低能储能电容器库4、高能储能电容器库5、充电控制模块6、充电开关A7、充电开关B8、放电控制模块9、放电开关A10、放电开关B11、检测单元12、低压电源模块13、控制输入单元14、状态显示单元15、光纤16、低能量输出极17、高能量输出极18、能量输出公共极19、发射电缆20、发射阵单元21、高能量发射极(阳极)22、低能量发射极(阳极)23、公共极(阴极)24、发射针25、子波接收水听器

具体实施方式

本发明主要包含中央控制单元，储能电容器库，可控充电单元，可控放电单元，发射阵单元以及检测单元、控制输入单元、状态显示单元部分组成，如图1、图2所示。具体它包括高压电源模块2与之并联的储能电容器库及其电连接的可控充电单元、可控放电单元、发射阵单元20，以及低压电源模块12供电的检测单元11、控制输入单元13与状态显示单元14，并受控于含软件程序的中央控制单元1，其特征是储能电容器库包括低能储能电容器库3和高能储能电容器库4，并分别由充电控制模块5与放电控制模块8经充电开关A6、B7与放电开关A9、B10跟与发射电缆19连接的低能量输出极16、高能量输出极17、公共极18相连，再经发射电缆19连接到发射阵单元20，另外发射阵单元20为组合发射阵且位于发射阵中心上有子波接收水听器25，如图3，所述中央控制单元1皆经光纤15传送指令至高压电源模块2，充电控制模块5、放电控制模块8和检测单元11。

如图4，用于智能控制的中央控制单元(1)是整个系统的控制核心，其软件控制程序流程如下：震源装置接通电源后即进入自检过程，检查包括电源电压、环境温度、环境湿度、装置各部件的状态等内容，并将状态信息送往状态显示单元(14)显示。如果系统自检正常则等待用户命令，否则停止工作。在自检正常情况下，用户通过控制输入单元(13)设置高能激发能量和低能激发能量，并选择震源工作模式。

如果选择震源工作于双震源工作模式，则依软件程序依次进行以下命令。如果是主动触发，则依次设置组内触发间隔和组间触发间隔，如果是被动触发，则触发命令由外部提供。设置步骤到此完成，下一步是等待用户的加高压命令。加高压命令下达后，系统开始对高能储能电容器库(4)充电，检测单元检测到高能储能电容器库(4)充到指定能量后，中央控制单元(1)命令停止充电。然后开始对低能储能电容器库(3)充电，当检测单元检测到高能储能电容器库(3)充到指定能量后，中央控制单元(1)又命令停止充电。充电过程到此结束。下一步是放电过程：如果系统收到高能激发的触发信号，则中央控制单元(1)命令接通高能储能电容器库(4)与发射阵单元(20)，发射阵单元(20)在海水中放电，从而激发高能量的地震信号。如果系统收到低能激发的触发信号，则中央控制单元(1)命令接通低能储能电容器库(3)与发射阵单元(20)，发射阵单元(20)在海水中放电，从而激发低能量的地震信号。重复上述冲放电过程直至工作结束，工作结束后，用户需要发出关高压命令，高能储能电容器库(4)和低能储能电容器库(3)释放残余能量。

如果选择震源工作于相干震源工作模式，则依次进行以下命令。如果是主动触发，则需设置触发间隔，如果是被动触发，则触发命令由外部提供。然后设置辅震源激发延迟。设置步骤到此完成，下一步是等待用户的加高压命令。加高压命令下达后，系统开始对高能储能电容器库(4)充电，检测单元(11)检测到高能储能电容器库(4)充到指定能量后，中央控制单元(1)命令停止充电。系统开始对低能储能电容器库(3)充电，检测单元(11)检测到低能储能电容器库(3)充到指定能量后，中央控制单元(1)命令停止充电。充电过程到此结束，下一步是放电过程。如果系统收到触发信号，则中央控制单元(1)命令接通高能储能电容器库(4)与发射阵单元(20)，发射阵单元(20)在海水中放电。然后等待辅震源延迟时间到，中央控制单元(1)命令接通低能储能电容器库(3)与发射阵单元(20)，发射阵单元(20)在海水中放电。这两次放电的间隔极其短暂，共同激发地震信号。放电阶段到此结束，然后是根据发射阵检波器采集到的震源子波信号，分析震源子波的质量。震源子波的质量与两次放电的间隔有关，调整两次放电的间隔来获取高质量的震源子波。重复上述冲放电过程直至工作结束，最后，用户需要发出关高压命令，低能储能电容器库(3和)高能储能电容器库(4)释放残余能量，工作结束。

当本系统置于相干工作模式时，将高能量激发作为主发射震源，将低能量激发作为辅发射震源，调整相邻高能量激发和低能量激发的能量和时间间隔，利用辅发射震源产生的脉冲压制主发射震源的子波的第二压力脉冲，可以获得具有高P-P值，高频，高P/B值的震源子波。

所述的储能电容器库包括低能储能电容器库(3)和高能储能电容器库(4)，两个电容器库均由多个电容器组成，用于存储激发地震信号所需的能量。

所述可控充电单元由高压电源模块(2)电连接充电控制模块(5)、充电开关A(6)和充电开关B(7)组成。根据中央控制单元(1)的指令，首先充电控制模块(5)控制充电开关B(7)闭和，高压电源模块(2)向高能储能电容器库(4)充电，当检测单元(11)检测到电容充到指定能量后，充电控制模块(5)控制充电开关B(7)断开，停止充电。然后，充电控制模块(5)控制充电开关A(6)闭和，高压电源模块(2)向低能储能电容器库(3)充电，当检测单元(11)检测到电容充到指定能量后，充电控制模块(5)控制充电开关A(6)断开，停止充电。高压电源模块(2)的输出电压大小由中央控制单元(1)的指令设定，高压电源模块(2)和中央控制单元(1)之间指令的传送由光纤(15)隔离。充电控制模块(5)和中央控制单元(1)之间指令的传送也由光纤(15)隔离。这样可以有效的阻断高电压对控制模块的干扰。

所述可控放电模块主要由放电控制模块(8)电连接的放电开关A(9)和放电开关B(10)组成。收到高能量(主震源)激发命令后，中央控制单元(1)发出指令，由放电控制模块(8)控制放电开关B(10)闭和，这时高能储能电容器库(4)与发射阵单元(20)中的高能量发射极接通，电容中的能量通过放电开关B(10)、高能量输出极(17)、发射电缆(19)传送到发射阵单元(20)的电极，电极放电激发地震信号。收到低能量(辅震源)激发命令后，中央控制单元(1)发出指令，由放电控制模块(8)控制放电开关A(9)闭和，这时低能储能电容器库(3)与发射阵单元(20)中的低能量发射极接通，电容中的能量通过放电开关A(9)、低能量输出极(16)、发射电缆(19)传送到发射阵单元(20)的电极，电极放电激发地震信号。放电控制模块(8)和中央控制单元(1)之间指令的传送也由光纤(15)隔离。

所述的发射阵单元(20)由高能量发射极(阳极)(21)、低能量发射极(阳极)(22)、公共极(阴极)(23)和子波接收水听器(25)组成。发射阵单元的公共极(阴极)(23)为不锈钢板制成的同心双圆环，同心双圆环既作为公共极(阴极)，也作为固定发射阵其它组成部分的支撑。高能量发射极(阳极)(21)位于同心双圆环的外圆环，它具有较多的发射针(24)。低能量发射极(阳极)(22)位于同心双圆环的内圆环，它具有较少的发射针(24)。用于接收震源子波信号的子波接收水听器(25)固定于同心双圆环圆心的正下方。发射阵单元与震源间由发射电缆(19)连接，发射电缆至少有3根芯线，分别连接高能量发射极(阳极)(21)与高能量输出极(17)，低能量发射极(阳极)(22)与低能量输出极(16)，公共极(阴极)(23)与公共输出极(18)。子波接收水听器(25)需要单独的一根双芯屏蔽线连接至中央控制单元(1)。电火花发射阵单元既满足双震源模式下高低能量交替激发的要求，又满足相干震源模式下高低能量相干激发的要求。

本发明通常发射脉冲电压在2500～5600伏范围内可调，发射功率：12～1000焦，而高能量激发和低能量激发发射功率均有多档可以选择，基本满足地震勘探要求。双震源模式下高、低能量可交替激发，触发模式主动和被动可选，激发时间间隔可调。相干震源模式下，将高能量激发作为主震源，低能量激发作为辅震源，利用辅震源改善震源子波特性，提高地层分辨率。系统各单元间的通信采用光纤技术，避免高压部分对控制部分的干扰。

使用时，当双震源模式工作时，将发射阵置于海水中，只要根据工作需要分别调整设定变能量震源高能量激发和低能量激发的能量和发射间隔，使用两条主频不同的水听器电缆同时接收变能量震源激发的地震信号，一条低频电缆接收高能量的地震信号，此条电缆的地震记录具有地层穿透能力强的特点，一条高频电缆接收低能量的地震信号，此条电缆的地震记录具有地层分辨率高的特点，这样可以同时得到两套穿透深度和分辨率不同的地震记录。

当相干震源模式工作时，将发射阵置于海水中，根据工作需要分别调整设定变能量震源高能量激发(主震源)和低能量激发的能量(辅震源)，先初步粗略设置辅震源的激发延迟时间，使用一条水听器电缆接收变能量震源激发的地震信号，根据震源子波检波器返回的震源子波的情况，操作员手动微调或者允许系统自动微调辅震源的激发延迟时间，以达到震源子波最佳。在震源子波最佳条件下，地震记录的地层分辨率高的将有较大提高。