CN1046609A - 一种用于在一个岩体中产生弹性波并用于地震勘探的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在一个岩体中产生弹性波并用于地震勘探的装置。

一种声学勘探方法，采用借助于航空声波在一岩体中产生弹性波，用以借助于测量反射波来探测该岩体中的结构和不均匀性。在该方法中，利用电磁方法产生一种频率范围在100Hz到1500Hz之间的航空声波，其振幅和频率特性适合于所要求的穿透深度和所要求的分辨能力。

Description

本发明涉及一种用于在一个岩体中产生弹性波并用于地震勘探的装置，该装置包括至少一个航空声源。

用于土壤研究的地球物理勘探方法，如地震或动力学土壤研究方法是已知的，用这些方法可以确定地下地层边界、incalations和洞穴的位置。可以在地表面或钻孔内完成这些研究，而且这些研究被用于大范围勘探。在这样的研究中，要测量地下波的传播和波速。

在反射和折射地震学中，用人工小束地震波来产生地震波，例如，利用敞开空间中的爆炸（美国专利2912060）或振动器，任地下传播的地震波在地质界面处被折射、被反射并返回地面，在地面用地震检波器记录这些地震波。这些波用不同的传播时间到达地面，这取决于在所经过岩层中的路径速度和声速。根据这些情况，借助于一种相应的测量工作，就可以高精度地测定深度达几千米的构造。已知的那些方法的一个缺点是对于深度最大为100米的表层的测量的分辨率低，而这一地层正是人们所特别感兴趣的，例如，在建筑场地的勘查、确定洞穴的位置、显示考古对象的位置以及测绘旧的废弃场址等方面。由于最上面这一层是大地最不均匀的一层，所以这对于就更大深度所进行的已知的勘探方法的测量信号造成了干扰，以至于要对该测量信号进行修正。

从一份名称为《地球物理学》的刊物（1986年3月出版、第533页到第537页）中可以知道一种用于考古学勘查的、采用航空声波的研究方法，该方法用于确定考古学地区洞穴的位置。这方法采用了20到3000HZ的频率范围，采用这些洞穴所引起的共振频率来探测这些洞穴。

一份出版物（The    publication    Erlinghagen：12    Jahre    VIBRO-SEIS    bei    PRAKLA-SEISMOS    GmbH）介绍了一种采用液压振动器的勘探方法。控制这些液压振动器，以便使它们向地层中发送一种予定频率范围的频率扫描。一种典型的频率扫描将复盖一个频率范围，例如在15和47HZ或25和75HZ之间。在一项对海藻类暗礁的专门研究中已采用的是一种120HZ的中等频率。

由西德专利出版物2233490人们知道了一种产生地震振动的发生器，该发生器有一个向地表面敞开的空气室，该空气室的上端装有一个压缩空气源，该压缩空气源形成一种空气垫。借助于控制器来改变所述空气室中的压力，以便产生地震振动。

由美国专利3237151人们可以知道一种水下定位系统，在该系统中，一架从该定位区域飞过的飞机发出航空声波。这架飞机也可安装一台多孔发声器，由该发声器所发出的噪声被浮在水面上的一些耦合器接收，该噪声使用超声频率，以产生一种有源的声纳信号，而且在这些耦合器的下面水中排列着一些水下地震检波器接收被反射的超声信号。

本发明的一个目的是提供一种以上所述类型的装置，该装置在最大可达100米的深度使上述测量信号具有比较好的分辨率。

按照本发明，上述目的是用主权项的那些特征来解决的。采用一个工作率频在100到1500HZ范围内的电磁扬声器，使得在地表附近的地层中对一所需的穿透深度的勘探得以优化，由此，使得可以便利地进行高分辨率的研究和对该地表附近的地层及沉积物的测绘，深度最大可达100米。

本发明的装置的一个优点是成本低而又简单。如果采用短的声脉冲，所述噪声干扰很低。所述装置可以制作得极为紧凑，因此，就低噪声干扰来说，它特别适用于城市地区的测量。而且，由于该装置采用了高级的技术元件，它还具有高度的工作可靠性。

所述航空声波最好具有一种在指定范围具有可选择变化的振幅和频率。在100到1500HZ的范围之内，该航空声波的频率、波形、强度特性、声脉冲时序等都是可变的。

所述振幅和频率特性的配合使得对较上面的地层得到一种分米波范围的分辨率，而对于较深的地层，得到一种米波范围的分辨率。而且，振幅和频率特性的配合使得不仅能测量基岩，还能测量松散岩石。一般来说，较高的的频率使得能获得较高的分辨率，但是所获得的穿透深度较浅。用较低的频率，人们将得到较深的穿透深度，相应地分辨能力也降低了。

所述装置最好用于在地面附近直至100米深处的松碎岩石或基岩中进行高分辨率的反射测量。这样，通过这些构造的反射性能，该装置可以高精度显示这些构造。

所述装置可以以通常的方式用于测绘、剖面测量、共中点测量及垂直地震剖面测量。

例如，上述测量信号的高分辨率使得能对被地面附近不均匀地层所扭曲了的反射地震信号进行静态校正。所述高分辨率进一步使得能够将该装置用于建筑地址勘查、旧的废弃场址的测绘、考古对象的位置的显示或地下水路的探测及控制方面。

信号发射机由一个振幅和频率特性都可以选择的信号发生器构成，在这里，作为一种优点，它的频率、波形、强度、随时间变化的强度特性及重复率、脉冲时序以及连续脉冲均可以调节，因此适合于这些岩体的性质，以便获得一种高分辨率的信号。在这样做的同时，还可以产生调频声波。

上述航空声源至少有一个扬声器，该扬声器被安置的位置与所述岩体的距离可以调整，该声源借助于一种弹性悬挂物消除了与所述岩体之间的相互影响。高度是可以调整的，这样能避免共振;将所述扬声器安装在一种弹性悬挂物，例如橡胶缓冲器上，这使得所述航空声源结构与打算勘查的岩体之间的相互影响近乎于完全被消除。

可以将一个相应的阻抗转换器安置在所述岩体和扬声器之间和/或安置在所述岩体与一个结构噪声拾音器之间。这个阻抗转换器减少了所述岩体表面反射并改进了声脉冲向所述岩体的输入。

在上述阻抗转换器和所述岩体之间可设置一个中间层，这使得移动所述扬声器或结构噪声拾音器更为容易。该中间层使得能够在所述岩体的表面一方面移动测量装置即声源，另一方面移动所述拾音器，以便能够应用不同的测量信号评价方法，如测绘、剖面测量以及共中点测量。

一些结构噪声拾音器也可以安置在所述待研究的岩体中的不同深度，这样，使得可以进行高精度的速度测量，例如在地质物理的应用中，它们使得能够将这些深度进行精确组合用来校正该测量方法。

采用100HZ固有频率的地震检波器可以用作上述结构噪声拾音器。这样，低频的噪声级，例如由交通引起的振动所形成的噪声，就被减弱了。为了排除低频噪声，根据上述信号所选择的频率，所述地震检波器的固有频率要选得尽可能高。

下面参照唯一的附图详细地介绍本发明。

该附图表示一个扬声器2的可移动装置1，该扬声器以高度可调节的方式在地面3的上方悬挂在一个适当的框架4上。为了消除该扬声器与所述地面之间的相互影响，一个去耦合装置，例如软的悬挂物，被设置在所述框架中。这样，就减少了表面波的激发，而且，将所述扬声器所产生的信号输入地层3的松碎岩石或基岩中而基本上没有任何干扰。

可以装备性能、频率范围及衰减都合适的一个或多个扬声器。扬声器框架6可通过一个附加的去耦合装置7与框架4的所述去耦合部件连接。

为改善声学信号的感应效率;将一个阻抗转换器8以固定的或可移动的方式装配在扬声器下面的地面3之上。然而，对于许多种类型的松碎岩石，人们也可以不用阻抗转换器8。这是因为将航空声波转化为结构声波只有在必要时才由阻抗变换器8给以保障。

反射声学信号以通常的方式被地面3上的结构噪声拾音器9接收，拾音器9的阻抗还可以通过一个固定的或可移动的阻抗转换器10来匹配。

最好采用具有100HZ固有频率的地震检波器。

来自结构噪声拾音器9，如地震检波器，的信号由一个被计算机11驱动的放大器12放大，并经过一个A/D转换器14送给计算机11。

所述信号由一个信号发生器16产生，该信号发生器的输出信号可以视其振幅、频率、波形及频率调制状况而加以调整，并且，该输出信号经由一个增益放大器17供给电磁扬声器2。

然而，也可借助计算机发生所述信号，从而获得更好的信号特性变化。在这种情况下，计算机11的所述数字信号经由一个A/D转换器18供给功率放大器17。

由于装备了许多个扬声器，向这些扬声器提供不同的信号，例如不同频率的信号也是可能的。

放大器17的输出功率至少应为500瓦。就频率来说，一般使用高频将获得高分辨率，然而穿透深度就要减小。相应地，使用低频穿透深度就大些。

进一步讲，计算机11用来记录测量值、将所述发射信号与所述接收的反射信号配合进行中间贮存和估算结果等。

借助于计算机11的帮助，可将所述信号分组，这种分组可以高精度地重现，这是由于所述岩体3的形变可以忽略不计。

可设置一个电流发生器19以便供给上述各个电气装置电流。

声源装置1和结构噪音拾音装置20可安装在一个设置在所述装置与岩体或地层3之间的中间层22上，以便可在地层3上移动。

为了能进行高精度的速度测量和若干深度的组合，可将结构噪音拾音器安装在一个洞中的不同的深度，以便能校正所述测量仪器。

Claims (8)

1、一种用于在一个岩体中产生弹性波并用于地震勘探的装置，包括至少一个航空声源，其特征在于所述至少一个航空声源具有一个电磁扬声器(2)，其工作频率的范围在100HZ至1500HZ之间。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于所述航空声波具有一种确定的、可选择的振幅特性和一种确定的可选择的频率特性，所述这两种特性都处于所述频率范围之内。

3、如权利要求1或2之1所述的装置，其特征在于所述至少一个扬声器（2）被安置的位置与一个岩体（3）之间的距离是可以调节的，并且所述扬声器（2）借助于一种弹性悬挂物（5，7）来消除与所述岩体之间的相互影响。

4、如权利要求1至3所述的装置，其特征在于一种相应的阻抗转换器（8，10）被安装在所述岩体（3）与所述扬声器（2）和/或一个结构噪音拾音器之间。

5、如权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于若干个结构噪音拾音器（9）被安置在距待勘测的岩体（3）不同距离或在待勘测岩体（3）的不同深度。

6、如权利要求1到5之一所述的装置，其特征在于所述结构噪音拾音器（9）是具有100HZ固有频率的地震检波器。

7、如权利要求1到6之一所述的装置，其特征在于若干个扬声器被安置在一个平行于所述岩体的平面上。

8、如权利要求7所述的装置，其特征在于所述扬声器被输入不同的声信号。

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