智能控制複合相干電火花震源裝置的製作方法

2023-09-21 02:51:55 4

專利名稱：智能控制複合相干電火花震源裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及海洋工程地質用的智能控制複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射能量，可以獲得不同穿透深度和相應解析度的地震剖面。電火花震源以其頻譜範圍寬，解析度高，使用方便等特點，在海洋地震勘探中得到廣泛應用。
由於大能量的地震信號的頻率低，地層穿透能力強，但解析度低，而小能量的地震信號的頻率高，解析度高，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解析度的地震剖面，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衝一直是進一步提高電火花震源地層解析度的障礙，致使接收到的地震剖面資料中薄地層缺失或模糊不清。

發明內容
本發明的目的是提供一種交替發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解析度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複合相干電火花震源裝置，以彌補已有技術的不足。
本發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衝對地層解析度的影響或幹擾，以提高地層解析度本發明是對已有技術的改進，它包括高壓電源模塊與之並聯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顯示單元，並受控於含軟體程序的中央控制單元，其特徵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，並分別由充電控制模塊與放電控制模塊經充電開關A、B與放電開關A、B跟與發射電纜連接的低能量輸出極、高能量輸出極、公共極相連，再經發射電纜連接到發射陣單元。另外發射陣單元為組合發射陣且位於發射陣中心上有子波接收水聽器。所述中央控制單元皆經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本發明的總體結構立體示意2本發明的結構方框3本發明的發射陣單元結構4本發明的軟體控制流程圖其中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、發射電纜20、發射陣單元21、高能量發射極(陽極)22、低能量發射極(陽極)23、公共極(陰極)24、發射針25、子波接收水聽器具體實施方式
本發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，發射陣單元以及檢測單元、控制輸入單元、狀態顯示單元部分組成，如圖1、圖2所示。具體它包括高壓電源模塊2與之並聯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與狀態顯示單元14，並受控於含軟體程序的中央控制單元1，其特徵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，並分別由充電控制模塊5與放電控制模塊8經充電開關A6、B7與放電開關A9、B10跟與發射電纜19連接的低能量輸出極16、高能量輸出極17、公共極18相連，再經發射電纜19連接到發射陣單元20，另外發射陣單元20為組合發射陣且位於發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，用於智能控制的中央控制單元(1)是整個系統的控制核心，其軟體控制程序流程如下震源裝置接通電源後即進入自檢過程，檢查包括電源電壓、環境溫度、環境溼度、裝置各部件的狀態等內容，並將狀態信息送往狀態顯示單元(14)顯示。如果系統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)設置高能激發能量和低能激發能量，並選擇震源工作模式。
如果選擇震源工作於雙震源工作模式，則依軟體程序依次進行以下命令。如果是主動觸發，則依次設置組內觸發間隔和組間觸發間隔，如果是被動觸發，則觸發命令由外部提供。設置步驟到此完成，下一步是等待用戶的加高壓命令。加高壓命令下達後，系統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)充到指定能量後，中央控制單元(1)命令停止充電。然後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)充到指定能量後，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收到高能激發的觸發信號，則中央控制單元(1)命令接通高能儲能電容器庫(4)與發射陣單元(20)，發射陣單元(20)在海水中放電，從而激發高能量的地震信號。如果系統收到低能激發的觸發信號，則中央控制單元(1)命令接通低能儲能電容器庫(3)與發射陣單元(20)，發射陣單元(20)在海水中放電，從而激發低能量的地震信號。重複上述衝放電過程直至工作結束，工作結束後，用戶需要發出關高壓命令，高能儲能電容器庫(4)和低能儲能電容器庫(3)釋放殘餘能量。
如果選擇震源工作於相干震源工作模式，則依次進行以下命令。如果是主動觸發，則需設置觸發間隔，如果是被動觸發，則觸發命令由外部提供。然後設置輔震源激發延遲。設置步驟到此完成，下一步是等待用戶的加高壓命令。加高壓命令下達後，系統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)充到指定能量後，中央控制單元(1)命令停止充電。系統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)充到指定能量後，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。如果系統收到觸發信號，則中央控制單元(1)命令接通高能儲能電容器庫(4)與發射陣單元(20)，發射陣單元(20)在海水中放電。然後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)與發射陣單元(20)，發射陣單元(20)在海水中放電。這兩次放電的間隔極其短暫，共同激發地震信號。放電階段到此結束，然後是根據發射陣檢波器採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。重複上述衝放電過程直至工作結束，最後，用戶需要發出關高壓命令，低能儲能電容器庫(3和)高能儲能電容器庫(4)釋放殘餘能量，工作結束。
當本系統置於相干工作模式時，將高能量激發作為主發射震源，將低能量激發作為輔發射震源，調整相鄰高能量激發和低能量激發的能量和時間間隔，利用輔發射震源產生的脈衝壓制主發射震源的子波的第二壓力脈衝，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，用於存儲激發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後，充電控制模塊(5)控制充電開關B(7)斷開，停止充電。然後，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後，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幹擾。
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)激發命令後，中央控制單元(1)發出指令，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)與發射陣單元(20)中的高能量發射極接通，電容中的能量通過放電開關B(10)、高能量輸出極(17)、發射電纜(19)傳送到發射陣單元(20)的電極，電極放電激發地震信號。收到低能量(輔震源)激發命令後，中央控制單元(1)發出指令，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)與發射陣單元(20)中的低能量發射極接通，電容中的能量通過放電開關A(9)、低能量輸出極(16)、發射電纜(19)傳送到發射陣單元(20)的電極，電極放電激發地震信號。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。
所述的發射陣單元(20)由高能量發射極(陽極)(21)、低能量發射極(陽極)(22)、公共極(陰極)(23)和子波接收水聽器(25)組成。發射陣單元的公共極(陰極)(23)為不鏽鋼板製成的同心雙圓環，同心雙圓環既作為公共極(陰極)，也作為固定發射陣其它組成部分的支撐。高能量發射極(陽極)(21)位於同心雙圓環的外圓環，它具有較多的發射針(24)。低能量發射極(陽極)(22)位於同心雙圓環的內圓環，它具有較少的發射針(24)。用於接收震源子波信號的子波接收水聽器(25)固定於同心雙圓環圓心的正下方。發射陣單元與震源間由發射電纜(19)連接，發射電纜至少有3根芯線，分別連接高能量發射極(陽極)(21)與高能量輸出極(17)，低能量發射極(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)。電火花發射陣單元既滿足雙震源模式下高低能量交替激發的要求，又滿足相干震源模式下高低能量相干激發的要求。
本發明通常發射脈衝電壓在2500～5600伏範圍內可調，發射功率12～1000焦，而高能量激發和低能量激發發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，觸發模式主動和被動可選，激發時間間隔可調。相干震源模式下，將高能量激發作為主震源，低能量激發作為輔震源，利用輔震源改善震源子波特性，提高地層解析度。系統各單元間的通信採用光纖技術，避免高壓部分對控制部分的幹擾。
使用時，當雙震源模式工作時，將發射陣置於海水中，只要根據工作需要分別調整設定變能量震源高能量激發和低能量激發的能量和發射間隔，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解析度高的特點，這樣可以同時得到兩套穿透深度和解析度不同的地震記錄。
當相干震源模式工作時，將發射陣置於海水中，根據工作需要分別調整設定變能量震源高能量激發(主震源)和低能量激發的能量(輔震源)，先初步粗略設置輔震源的激發延遲時間，使用一條水聽器電纜接收變能量震源激發的地震信號，根據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自動微調輔震源的激發延遲時間，以達到震源子波最佳。在震源子波最佳條件下，地震記錄的地層解析度高的將有較大提高。
權利要求
1智能控制複合相干電火花震源裝置，它包括高壓電源模塊(2)與之並聯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)與狀態顯示單元(14)，並受控於含軟體程序的中央控制單元(1)，其特徵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)，並分別由充電控制模塊(5)與放電控制模塊(8)經充電開關(6、7)與放電開關(9、10)跟與發射電纜(19)連接的低能量輸出極(16)、高能量輸出極(17)、公共極(18)相連，再經發射電纜(19)連接到發射陣單元(20)，另外發射陣單元(20)為組合發射陣且位於發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所述的智能控制複合相干電火花震源裝置，其特徵在於可控充電單元由高壓電源模塊(2)且經充電開關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所述的智能控制複合相干電火花震源裝置，其特徵在於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
一種智能控制複合相干電火花震源裝置，包括高壓電源與之並聯的儲能電容器庫及其電連接的可控充、放電單元、發射陣單元，以及低壓電源模塊供電的檢測單元、控制輸入單元與狀態顯示單元，並受控於含軟體程序的中央控制單元，其特徵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，並分別由充放電控制模塊經充放電開關跟與發射電纜連接的輸出極，再經發射電纜連接到發射陣單元。另外發射陣單元為組合發射陣且位於發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。本發明是一種交替發射兩種不同能量不同主頻的地震信號，分別獲得高解析度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 優先權日2004年12月9日
發明者裴彥良, 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