CN109541680B - 一种人工震源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工震源，包括外套管和内套管，内套管的长度小于外套管的长度，内套管与外套管之间形成可燃气体舱，内套管内腔为氧气舱；外套管的前端为减缩段，外套管的末端通过弧形端盖密封；内套管的前端与外套管内壁固定连接，内套管的后端通过匀布在外套管内壁上的连接杆固定；外套管的气流通道处设置有爆破膜片机构，内套管的末端设置有针刺膜片机构，对应针刺膜片机构中心的弧形端盖上设置有针刺机构；所述弧形端盖上还设置有可燃气体气嘴、氧气嘴以及点火器。本发明采用可燃气体，通过可燃气体舱与氧气舱体积比例的设计，可以保证可燃气体与氧气的充分燃烧，可燃气体与纯氧进行反应释放大量热量及气体，从而达到爆轰的效果。

Description

一种人工震源

技术领域

本发明涉及矿物勘查技术领域，特别是一种人工震源。

背景技术

在地震学中，震源是地震发生的起始位置，断层开始破裂的地方，震源向上在地球表面上的垂直投影称为震中。震源是地震能量积聚和释放的地方，有一定大小的区域，又称震源区或震源体。地震分为天然地震和人工地震两大类，其中人工地震是由人为活动引起的地震，人为因素引起的地震的震源称人工震源，人工震源通常应用在地震勘探中，即利用人为因素引发的地震去探测地下地质体的特征。

人工震源分为两类：一类为炸药震源，另一类为非炸药震源。而在地震勘探工作中，多年以来一直采用各种炸药作为震源，其中效果较好的是三硝基甲苯，即TNT炸药，它具有强大的爆炸能力，安全性能好；当然也可采用硝铵炸药，其安全性能更好，但其它性能比前者差。炸药震源有宽广的频谱，适于高频(大于80周／秒)、中频(15—80周／秒)、低频(6—15周／秒)的地震勘探。炸药的能量并不能全部用在地震勘探所需要的有效波上，大部分消耗于使周围介质破碎或形成永久形变，部分则作为地震干扰。特别是在干燥疏松岩石中爆炸时，有效能量更低；只有在水或含水的可塑性介质中爆炸时，才能得到良好的地震效果。

近年出现的非炸药震源正逐步地代替炸药震源，非炸药震源的代表有锤击震源、电磁震源和电火花震源。

锤击震源对环境污染小、激发可控、抗干扰性强，可根据不同探测目标使用不同的锤击震源。如桥梁、工件的无损检测需要专用小锤，保证激发的频率足够高，分辨率足够大；探测目标为地下几米到几十米的空区、松散层时，需要使用大锤；当探测深度达到百米级，探测目标为储层、地层分布时，则需要使用大型夯击震源。尽管锤击震源应用范围较广，但是其仅适合于对分辨率要求不高的场合，且能量消耗大，尤其不适合在山地区域作为震源使用。

电磁震源一般由控制箱和冲击锤两部分构成，是一种脉冲冲击震源，可用于100米以内的浅层地震勘探，特别是硬质路面。电磁震源激发的波频率丰富，不破损路面，不用打孔，相比于锤击震源来说，成本稍高，而且运输不如大锤方便，较适用于城市路面空洞探测、管线探测、防空洞探测、地铁选线等领域。

电火花震源是电能震源的一种，是利用电容器将所储藏的电能加到预先放置于水中的电极上，在极短的瞬间（微秒级）释放高压电（即放电），形成上万摄氏度的电弧，将水汽化，产生冲击压力波；但电火花震源仅能够在水中使用。

上述非炸药震源都存在一定的局限性，无法满足地震勘测的要求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种一种人工震源，以满足不同场合的地震勘测要求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种人工震源，包括相互嵌套且同轴设置的外套管和内套管，内套管的长度小于外套管的长度，内套管与外套管之间形成封闭的可燃气体舱，内套管内腔为封闭的氧气舱；所述外套管的前端为带气流通道的减缩段，外套管的末端通过固定连接的弧形端盖密封；所述内套管的前端与气流通道外侧的外套管内壁固定连接，内套管的后端通过匀布在外套管内壁上的连接杆固定；

所述外套管的气流通道处设置有在静止状态封闭、点火后打开气流通道的爆破膜片机构，所述内套管的末端设置有静止状态封闭、气体混合时打开的针刺膜片机构，对应针刺膜片机构中心的弧形端盖上设置有刺破针刺膜片机构的针刺机构；

所述弧形端盖上还设置有用于向可燃气体舱内充气的可燃气体气嘴、连接氧气管用于向氧气舱内充气的氧气嘴以及用于氧气与可燃气体混合后对混合气体进行点火的点火器；所述氧气管穿过外套管和内套管之间的间隙伸入到氧气舱内。

上述一种人工震源中所述爆破膜片机构的具体结构为，爆破膜片机构包括通过螺钉设置在外套管内壁上的压盖，压盖与外套管内壁之间设置有垫板，垫板与压盖之间压紧有静止时密封氧气舱、爆破时打开气流通道的第二膜片。

所述爆破膜片机构的改进在于，垫板与第二膜片之间以及垫板与外套管内壁之间分别设置有胶垫。

上述一种人工震源中所述针刺膜片机构的具体结构为，针刺膜片机构包括固定设置在内套管末端的膜片盖，膜片盖的内端面上固定设置有膜片塞，膜片塞中嵌装有静止时隔离、混合时连通可燃气体舱和氧气舱的第一膜片。

所述针刺膜片机构的改进在于，所述膜片塞的外圆周与内套管内壁之间设置有O型圈。

上述一种人工震源中所述针刺机构的具体结构为，针刺机构包括轴向嵌装在弧形端盖上的活塞筒，活塞筒的末端通过固设在活塞筒边沿的气嘴盖密封，活塞筒内滑动配装有朝向第一膜片、在气体混合时刺破第一膜片的尖嘴活塞；所述气嘴盖上设置有向活塞筒内注入空气、以推动尖嘴活塞向第一膜片行进的空气嘴。

所述针刺机构的改进在于，所述尖嘴活塞外壁与活塞筒内壁之间设置有密封用O型圈。

本发明所述的一种人工震源，其充入可燃气体舱中的可燃气体为乙烯气体，可燃气体舱和氧气舱的体积比为3:1。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明采用可燃气体，通过可燃气体舱与氧气舱体积比例的合理设计，可以保证可燃气体与氧气的充分燃烧，可燃气体与纯氧进行反应后释放大量热量和气体，达到爆轰的效果。本发明可根据可燃气体组分，通过改变可燃气体舱和氧气舱的体积比，可以控制震源的频率，以满足不同场合的地震勘测要求。

本发明的可燃气体气体与氧气在注入过程中不混合，待注入气体完成后，再开始混合，混合一定时间后再进行点火，保证了操作过程的安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中：1、可燃气体气嘴，2、O型圈，3、活塞筒，4、空气嘴，5、气嘴盖，6、尖嘴活塞，7、第一膜片，8、膜片盖，9、膜片塞，10、连接杆，11、可燃气体舱，12、氧气管，13、外套管，14、内套管，15、压盖，16、第一胶垫，17、第二胶垫，18、垫板，19、第二膜片，20、氧气舱，21、弧形端盖，22.点火器。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种人工震源，其结构如图1所示，包括相互嵌套且同轴设置的外套管13和内套管14，内套管的长度小于外套管的长度；外套管的前端为带气流通道的减缩段，外套管的末端通过固定连接的弧形端盖21密封；内套管的前端与气流通道外侧的外套管内壁固定连接，本实施例中可采用焊接方式固定；内套管的后端通过匀布在外套管内壁上的连接杆10固定；内套管与外套管之间形成封闭的可燃气体舱11，内套管内腔为封闭的氧气舱20。

可燃气体舱11和氧气舱20之间的体积比可以根据震源的频率以及可燃气体的组分来确定。本实施例中，可燃气采用乙烯气体，为保证燃烧充分，可燃气体舱11和氧气舱20的体积比为3:1。

外套管的气流通道处设置有爆破膜片机构，用于在静止状态下封闭氧气舱，在点火后破裂，打开气流通道，喷射高温高强气流。内套管的末端设置有针刺膜片机构，针刺膜片机构在静止状态下封闭氧气舱，在进行气体混合时破裂，使氧气舱和可燃气体舱连通。对应针刺膜片机构中心的弧形端盖21上设置有针刺机构，用于在氧气和可燃气体混合时，刺破针刺膜片机构。

弧形端盖21上还设置有可燃气体气嘴1、氧气嘴以及点火器22。可燃气体气嘴1通过气管与可燃气体源连通，用于向可燃气体舱内充入可燃气体；氧气嘴的内端连接有氧气管12，氧气管经外套管和内套管之间的空腔后伸入到氧气舱中，氧气嘴外部通过气嘴与氧气源连通，用于经氧气管向氧气舱内输送氧气；点火器22用于在氧气与可燃气体混合后，对混合气体进行点火，以产生形成所需震源能量的高热高强气流。

爆破膜片机构的结构如图1所示，包括通过螺钉设置在外套管内壁上的环形压盖15，压盖与外套管内壁之间设置有垫板18，垫板18与压盖15之间压紧有第二膜片19，第二膜片在静止状态下密封氧气舱，而在爆破时打开气流通道向外输送高热高强气流。本发明中，外套管减缩段的末端设置有垂直于轴线的环形安装部，压盖和垫板通过匀布的螺钉固定在环形安装部上。为保证氧气舱的密封性，本实施例中，在垫板18与第二膜片19之间设置了第二胶垫17，在垫板18与外套管内壁之间设置了第一胶垫16。

针刺膜片机构的结构如图1所示，包括固定设置在内套管末端的环形膜片盖8，膜片盖通过螺钉固定在内套管管壁上；膜片盖的内端面上固定设置有膜片塞9，膜片塞通过螺钉与膜片盖固定；膜片塞中嵌装有第一膜片7，第一膜片用于在静止时隔离可燃气体舱和氧气舱，而在气体混合时破裂连通可燃气体舱和氧气舱。为保证氧气舱的密封性，本实施例在膜片塞9的外圆周与内套管内壁之间设置了O型圈。

针刺机构的结构如图1所示，包括轴向嵌装在弧形端盖上的活塞筒3，活塞筒的末端通过固设在活塞筒边沿的气嘴盖5密封，活塞筒内滑动配装有尖嘴活塞6，尖嘴活塞6的头端朝向第一膜片7设置，气嘴盖上设置有空气嘴4，用于向活塞筒内注入空气，用于在气体混合时，推动尖嘴活塞向第一膜片行进，进一步刺破第一膜片。为防止空气进入到可燃气体舱中，在尖嘴活塞6外壁与活塞筒3内壁之间设置有密封用O型圈2。

本发明在组装时，首先焊接外套管和内套管，其次安装爆破膜片机构和针刺膜片机构，之后再在弧形端盖上焊接针刺机构、点火器和各气嘴，然后焊接氧气嘴和氧气管，最后将弧形端盖通过螺栓连接方式紧固到外套管上。当然，弧形端盖和外套管末端也可采用焊接形式形成一体结构。

本发明在使用时，分别通过气管连接空气嘴与空气源、可燃气体气嘴与可燃气体源以及氧气嘴与氧气源，按相同压力分别向可燃气体舱和氧气舱注入可燃气体与氧气。气体的注入过程为：先注氧气，待氧气注入到1个大气压后，注入可燃气体，待二者压力平衡后，再一次注入氧气，依次类推，最后保证氧气舱中氧气为10个大气压，可燃气舱中的可燃气体为11个大气压后，停止气体的注入。氧气和可燃气体注入完毕后，通过空气嘴向活塞充气，尖嘴活塞向第一膜片行进，待尖嘴活塞静止后刺破第一膜片，氧气和可燃气体气体充分混合，待混合3小时后，控制点火器点火，气体燃烧产生高热高强气流冲破第二膜片后喷出，起到人工震源的效果。

Claims (7)

1.一种人工震源，其特征在于：包括相互嵌套且同轴设置的外套管（13）和内套管（14），内套管的长度小于外套管的长度，内套管与外套管之间形成封闭的可燃气体舱（11），内套管内腔为封闭的氧气舱（20），可燃气体舱（11）和氧气舱（20）的体积比为3:1；所述外套管的前端为带气流通道的减缩段，外套管的末端通过固定连接的弧形端盖（21）密封；所述内套管的前端与气流通道外侧的外套管内壁固定连接，内套管的后端通过匀布在外套管内壁上的连接杆（10）固定；

所述外套管的气流通道处设置有在静止状态封闭、点火后打开气流通道的爆破膜片机构，所述内套管的末端设置有静止状态封闭、气体混合时打开的针刺膜片机构，对应针刺膜片机构中心的弧形端盖（21）上设置有刺破针刺膜片机构的针刺机构；

所述弧形端盖（21）上还设置有用于向可燃气体舱内充气的可燃气体气嘴（1）、连接氧气管（12）用于向氧气舱内充气的氧气嘴以及用于氧气与可燃气体混合后对混合气体进行点火的点火器（22）；所述氧气管（12）穿过外套管和内套管之间的间隙伸入到氧气舱内；

所述针刺机构包括轴向嵌装在弧形端盖上的活塞筒（3），活塞筒的末端通过固设在活塞筒边沿的气嘴盖（5）密封，活塞筒内滑动配装有朝向第一膜片（7）、在气体混合时刺破第一膜片的尖嘴活塞（6）；所述气嘴盖上设置有向活塞筒内注入空气、以推动尖嘴活塞向第一膜片行进的空气嘴（4）。

2.根据权利要求1所述的一种人工震源，其特征在于：所述爆破膜片机构包括通过螺钉设置在外套管内壁上的压盖（15），压盖与外套管内壁之间设置有垫板（18），垫板（18）与压盖（15）之间压紧有静止时密封氧气舱、爆破时打开气流通道的第二膜片（19）。

3.根据权利要求2所述的一种人工震源，其特征在于：所述垫板（18）与第二膜片（19）之间以及垫板（18）与外套管内壁之间分别设置有胶垫。

4.根据权利要求1所述的一种人工震源，其特征在于：所述针刺膜片机构包括固定设置在内套管末端的膜片盖（8），膜片盖的内端面上固定设置有膜片塞（9），膜片塞中嵌装静止时隔离、混合时连通可燃气体舱和氧气舱的第一膜片（7）。

5.根据权利要求4所述的一种人工震源，其特征在于：所述膜片塞（9）的外圆周与内套管内壁之间设置有O型圈。

6.根据权利要求1所述的一种人工震源，其特征在于：所述尖嘴活塞（6）外壁与活塞筒（3）内壁之间设置有密封用O型圈（2）。

7.根据权利要求1所述的一种人工震源，其特征在于：充入可燃气体舱中的可燃气体为乙烯气体。