CN101303413B - 气动机械声波水域浅层地震勘探连续冲击震源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气动机械声波水域浅层地震勘探连续冲击震源装置，它包括承载体及安装于承载体的底板上的空气锤，空气锤通过空气输送管与空压机连接；空气锤包括外壳体和设于外壳体内腔的锤头，锤头下侧连接有复位弹簧，锤头上部固定装有磁铁，锤头上方设有与空气输送管连接的工作气腔及用来对磁铁产生向上吸力的磁力基板；空气输送管上串接有用来控制向空气锤工作气腔内进气或使空气锤工作气腔内的气体向外部排气的三通电磁开关阀，三通电磁开关阀与控制箱连接，承载体的底板至少在其用来安装空气锤的区域采用金属板材制成。本发明所产生的震源不仅频带宽、频带特性好、余震衰减快、能量适中、脉冲特性好，而且对海洋生态及环境保护有利。

Description

气动机械声波水域浅层地震勘探连续冲击震源装置

技术领域

本发明涉及一种气动机械声波水域浅层地震勘探连续冲击震源装置，它可产生气动机械声波水域高分辨率浅层地震勘探连续冲击震源，该震源属于地球物理领域浅层水域地震勘探震源，用于水域浅层工程物探地震反射波勘探。

背景技术

岩土工程勘探的目的层深度一般在几十到一百多米的深度范围，最大一般不超过200米。水域中要用地震方法得到良好的水下覆盖层和基岩的分层情况，必须要选择合适的震源。由于震源的频率成分不一样，分辨率不一样，且对地层的穿透深度也不一样；也就是说，震源激发的频率越高，对地层的分辨率越好，但穿透能力越差；震源激发的频率越低，穿透能力越好，但对浅部地层的分辨率会变差；理论上理想的地震震源是脉冲震源，其频带无限宽，各频率成分能量一致，但物理上无法实现。国外常见的水域地震震源有电火花震源、水枪震源、气枪震源、Boomer震源(布默震源)、Chirp震源(线性调频脉冲震源)、Pinger震源(声脉冲发生器)等，这些种类的震源由于工作原理不同，其震源特性有着较大区别。枪震源子波频率低、穿透深度大，主要用于深层地震勘探；电火花震源、Boomer震源、Chirp震源、Pinger震源及剖面仪震源子波频率渐高、穿透深度渐小，主要用于浅层高分辨率地震勘探。当探测目的深度明确时，可以针对性地选择这些产品中的一个或以上来达到探测目的，但是当探测目的层的深度不明确时，对这些震源的选择就比较困难。一般情况下，一家勘察单位很难同时配置以上这些昂贵的进口震源设备；因此，国内大部分岩土工程勘察时，在浅层水域进行地震勘探使用的震源系统是电火花震源和水域工程物探冲击震源及其全自动装置(CN99117849，刘云祯；李哲生；林榕)，后者原理是通过机械动力带动两刚性物体互相撞击产生震动波，震动产生的应力波在水中通过喇叭状口定向传播，产生应力波的物体周围空间充填吸音材料和减震材料来消除余振。利用该方法原理设计的全自动冲击装置是由电机、减速机、偏心涡轮、压杆、受拉弹簧、尼龙锤、锤垫和触发开关等组成。该方法用机械方式控制锤头的冲击时间间隔，能够连续自动敲击，但实现方式较复杂，维护不方便。前者电火花震源则是利用电容中储存的高压电能通过在水中电极间隙进行瞬时放电而激发地震波装置，受电容容量的限制，小重量的点火花震源放电时间间隔较长。此外，各类浅地层剖面仪用换能器或电磁脉冲声源发射数千赫频率的宽带声脉冲，最大能穿透数十米的松散地层，分辨力数十厘米，而对粗砂、砾石等硬地层很难穿透。基于上述两种震源存在的不足，尤其是电火花震源对海洋生态环境有不利影响，使用时受到一定的局限。

发明内容

本发明的目的是为水域走航式地震反射波勘探提供一种简单实用轻便的震源发生装置-气动机械声波水域浅层地震勘探连续冲击震源装置，它所产生的气动机械声波水域高分辨率浅层地震勘探连续冲击震源不仅频带宽、频带特性好、余震衰减快、能量适中、脉冲特性好，而且对海洋生态及环境保护有利，特别适合各类浅海和滩海过渡带浅地层剖面探测。

本发明技术方案是这样构成的，其特征在于：它包括能飘浮在水面上的承载体及安装于承载体的底板之上的空气锤，所述空气锤通过空气输送管与空压机连接；所述空气锤包括外壳体和设于外壳体内腔的锤头，锤头下侧连接有复位弹簧，锤头上部固定装有磁铁，锤头上方设有与空气输送管连接的工作气腔以及用来对磁铁产生向上吸力的磁力基板；所述空气输送管上串接有用来控制向空气锤工作气腔内进气或使空气锤工作气腔内的气体向外部排气的三通电磁开关阀，所述三通电磁开关阀与用来控制三通电磁开关阀动作的控制箱连接，所述承载体的底板至少在其用来安装空气锤的区域采用金属板材制成；所述承载体为一个空心封闭式容器，容器的上部设有排气口。

本发明利用空气锤锤头瞬间冲击承载体底板，使冲击能量转换为承载体底板的震动而产生应力波，产生近似脉冲震源的水域连续冲击震源，从而作为地震反射波的震源。由于空气锤锤头内部有一强力磁铁，未冲击前，带有磁性的锤头紧贴在磁力基板上。当三通电磁开关阀通电时，空压机通过空气输送管向空气锤工作气腔内进气，当进气压力大于磁铁吸力时，锤头快速脱离磁力基板，敲击承载体底板；冲击后，三通电磁开关阀断电，空气锤内气体从三通电磁开关阀的排气口排出，锤头借助复位弹簧的作用恢复贴到磁力基板位置，等待下一次冲击。通过控制三通电磁开关阀的通、断电即可完成连续自动冲击。三通电磁开关阀的通、断电由控制箱操作。

较之已有技术而言，本发明具有以下优点：(1)水域浅层地震勘探震源要求频带宽、主频在数百至数千赫兹范围内、震源余震小、余震衰减快，能量合适、穿透深度在几十到200米左右，这样的震源可适用于各种目的的水域岩土工程勘察，其低频成分穿透能力强，可穿透较厚的覆盖层，而高频成分能够细致分辨覆盖层中的小阻抗土层；本发明可产生主频在120-2500赫兹左右的震源，其频带特性好、余震衰减快、能量适中，锤头冲量可达30kg.m/s，脉冲特性好，穿透深度大，且激发间隔短。(2)本发明对海洋环境还特别有利，本发明所激发频率可相当于40in³气枪或1000焦耳电火花震源，它不受水深影响，对海洋生态及环境保护有利，特别适合于各类浅海和滩海过渡带浅地层剖面探测。(3)本发明重量轻(可小于100kg)、方便携带，操作简单。

附图说明

图1是本发明气动机械声波水域高分辨率浅层地震勘探连续冲击震源的一种实施例构造示意图。

图2是图1中的空气锤锤头向下工作状态示意图。

图中标号说明：1-承载体，11-承载体的底板，2-空气锤，3-空气输送管，4-空压机，5-三通电磁开关阀，6-控制箱，7-架空层，8-紧固件，9-排气口。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明内容进行详细说明。

如图1-图2所示，本发明气动机械声波水域高分辨率浅层地震勘探连续冲击震源的特征在于：它包括能飘浮在水面上的承载体1及安装于承载体的底板11之上的空气锤2，所述空气锤2通过空气输送管3与空压机4连接；所述空气锤2包括外壳体21和设于外壳体21内腔的锤头22，锤头22下侧连接有复位弹簧23，锤头上部固定装有磁铁24，锤头22上方设有与空气输送管3连接的工作气腔25以及用来对磁铁24产生向上吸力的磁力基板26；所述空气输送管3上串接有用来控制向空气锤2的工作气腔25内进气或使空气锤2工作气腔25内的气体向外部排气的三通电磁开关阀5，所述三通电磁开关阀5与用来控制三通电磁开关阀动作的控制箱6连接，所述承载体1的底板11至少在其用来安装空气锤2的区域采用金属板材制成。所述

三通电磁开关阀5的通、断电可由控制箱6操作，三通电磁开关阀5的每次通电(使空压机4和空气锤2的工作气腔25之间的通道连通，空压机4通过空气输送管3向工作气腔25内进气，空气锤2下移)和断电(三通电磁开关阀5的排气口打开，即三通电磁开关阀5与工作气腔25的通道打开，三通电磁开关阀5与空压机4的通道关闭。此时，空气锤2上移，工作气腔25通过空气输送管3向三通电磁开关阀5的排气口排气)的时间之和为空气锤2一次冲击的时间。可手动或自动控制前后两次冲击的时间间隔在1s-20s之间，最小的递增可调时间间隔为0.1s(当然也可以是0.1s的倍数)，例如前后两次冲击的时间间隔可根据需要调整为1s、1.1s、1.2s、1.3s……20s。三通电磁开关阀5供气压力可在3-9kg/cm²之间。

为了进一步缩短锤头冲击承载体的底板11的时间，减少锤头冲击承载体的底板11所产生的后续作用力，在空气锤2的外壳体21与用来安装空气锤2的底板11之间设有用来将空气锤的外壳体21架高的架空层7，所述空气锤2的外壳体21、架空层7及承载体1的底板11通过紧固件8固定连接。所述紧固件8可由螺栓组件构成。当然，也可采用焊接、铆接等各种现有的固定方式将空气锤2的外壳体21、架空层7及承载体1的底板11固定连接在一起。由于架空层7的作用，当锤头每次撞击完承载体的底板11之后，可在复位弹簧23的作用下快速与承载体的底板11分离，从而避免对承载体的底板11产生后续作用力。

为了提高承载体整体的强度，所述承载体1的底板11可全部由金属板材制成，或者所述承载体1整体由金属板材制成。

为了避免漂浮在海面上工作的承载体因受到风浪袭击而进水、甚至倾倒，所述承载体1最好为一个空心封闭式容器。为了便于将空气锤输出的空气排出承载体外，容器的上部设有排气口9。排气口9最好高于承载体1的上表面以防止进水。

为了使承载体达到较好的飘浮效果，所述承载体1可制成一个球形空心封闭式容器，或者所述承载体1也可制成一个外形类似船形的空心封闭式容器。将所述承载体1制成一个外形类似船形的空心封闭式容器，有利于该承载体被操作者乘坐的工作船较轻松地拖动而共同在海面上行进。

为了达到较好的撞击效果，所述锤头22最好为尼龙锤头(也可以用其它材质的锤头，以激发不同主频的震源)，所述承载体1的底板11最好由钢板制成，所述架空层7可由螺母或垫片构成。

Claims (7)

1.一种气动机械声波水域浅层地震勘探连续冲击震源装置，其特征在于：它包括能飘浮在水面上的承载体(1)及安装于承载体的底板(11)之上的空气锤(2)，所述空气锤(2)通过空气输送管(3)与空压机(4)连接；所述空气锤(2)包括外壳体(21)和设于外壳体(21)内腔的锤头(22)，锤头(22)下侧连接有复位弹簧(23)，锤头上部固定装有磁铁(24)，锤头(22)上方设有与空气输送管(3)连接的工作气腔(25)以及用来对磁铁(24)产生向上吸力的磁力基板(26)；所述空气输送管(3)上串接有用来控制向空气锤(2)工作气腔(25)内进气或使空气锤(2)工作气腔(25)内的气体向外部排气的三通电磁开关阀(5)，所述三通电磁开关阀(5)与用来控制三通电磁开关阀动作的控制箱(6)连接，所述承载体(1)的底板(11)至少在其用来安装空气锤(2)的区域采用金属板材制成；所述承载体(1)为一个空心封闭式容器，容器的上部设有排气口(9)。

2.根据权利要求1所述的气动机械声波水域浅层地震勘探连续冲击震源装置，其特征在于：在空气锤(2)的外壳体(21)与用来安装空气锤(2)的底板(11)之间设有用来将空气锤的外壳体(21)架高的架空层(7)，所述空气锤(2)的外壳体(21)、架空层(7)及承载体(1)的底板(11)通过紧固件(8)固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的气动机械声波水域浅层地震勘探连续冲击震源装置，其特征在于：所述承载体(1)的底板(11)全部由金属板材制成。

4.根据权利要求3所述的气动机械声波水域浅层地震勘探连续冲击震源装置，其特征在于：所述承载体(1)整体由金属板材制成。

5.根据权利要求4所述的气动机械声波水域浅层地震勘探连续冲击震源装置，其特征在于：所述承载体(1)为一个球形空心封闭式容器。

6.根据权利要求4所述的气动机械声波水域浅层地震勘探连续冲击震源装置，其特征在于：所述承载体(1)为一个外形为船形的空心封闭式容器。

7.根据权利要求1或2所述的气动机械声波水域浅层地震勘探连续冲击震源装置，其特征在于：所述锤头(22)为尼龙锤头，所述承载体(1)的底板(11)由钢板制成。

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