CN109633738B - 一种人工震源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型人工震源，包括外管和内管，外管的末端通过弧形端盖封闭设置，外管的前端为设置有气流喷出口的减缩段，气流喷出口处设置有爆轰膜片机构；所述内管的两端分别与弧形端盖和外管减缩段固定连接；所述内管的内腔形成氧气舱，内管与外管之间的空腔形成可燃气体舱；弧形端盖处设置有可燃气体进气嘴、氧气进气机构、电子压力表和点火线；所述内管的中部匀布有若干环形法兰，环形法兰对应的内管管壁上开设有通孔，环形法兰上固定有第一膜片；所述第一膜片的承载能力为氧气舱和可燃气体舱的气压差，爆轰膜片机构的承载能力大于氧气舱和可燃气体舱的气压和。本发明利用可燃气体与纯氧进行反应释放大量热量及气体来达到爆轰的效果。
Description
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新型人工震源，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管和内管，外管的末端通过弧形端盖封闭设置，外管的前端为设置有气流喷出口的减缩段，气流喷出口处设置有爆轰膜片机构；所述内管的两端分别与弧形端盖和外管减缩段固定连接；
所述内管的内腔形成氧气舱，内管与外管之间的空腔形成可燃气体舱；对应可燃气体舱的弧形端盖处设置有向可燃气体舱内充入可燃气体的可燃气体进气嘴，对应氧气舱的弧形端盖处设置有向氧气舱充入氧气的氧气进气机构和监测氧气舱内气体压力的电子压力表；所述弧形端盖上还设置有伸入外管内的点火线；
所述内管的中部匀布有若干位于氧气舱内的环形法兰，环形法兰对应的内管管壁上开设有连通氧气舱和可燃气体舱的通孔；所述环形法兰上通过固定设置的压板固定有第一膜片；
所述第一膜片的承载能力为氧气舱和可燃气体舱的气压差，爆轰膜片机构的承载能力大于氧气舱和可燃气体舱的气压和。
上述一种人工震源，所述可燃气体舱内填充的可燃气体为乙炔气体，所述可燃气体舱与氧气舱的体积相同，压力比为2:5。
上述一种人工震源中所述爆轰膜片机构的具体结构为，爆轰膜片机构包括通过螺钉设置在外管内壁上的压盖，压盖与外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。
所述爆轰膜片机构的改进在于，所述垫板与第二膜片之间以及垫板与外管内壁之间分别设置有胶垫。
上述一种人工震源的改进在于，所述环形法兰与第一膜片接触的内圈边沿设置为弧形倒角。
上述一种人工震源中所述氧气进气机构的具体结构为，所述氧气进气机构包括同轴设置在弧形端盖上并伸入氧气舱中的活塞筒，活塞筒内滑动配装有活塞，位于内管中的活塞筒筒壁上开设有氧气进口，位于外管外的活塞筒末端通过固定设置的舱盖密封，所述舱盖上设置有氧气嘴。
上述一种人工震源的进一步改进在于，所述内管和与外管之间的空腔内环形匀布有若干支撑内管的连接杆。
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以及压力差的合理设计，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以及压力差，来实现震源频率的改变，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、外管，2、可燃气体进气管，3、第一膜片，4、内管，5、环形法兰，6、弧形端盖，7、橡胶垫片，8、压板，10、可燃气体舱，11、氧气舱，12、电子压力表，13、舱盖，14、活塞，15、膜片压板，16、第一胶垫，17、第二胶垫，18、垫板，19、第二膜片，20、点火线。
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管1和内管2，外管的末端通过弧形端盖6封闭设置，外管的前端为设置有气流喷出口的减缩段，气流喷出口处设置有爆轰膜片机构；内管的两端分别与弧形端盖和外管减缩段固定连接，内管和与外管之间的空腔内环形匀布有若干支撑内管的连接杆。
本发明中，内管的内腔形成氧气舱，内管与外管之间的空腔形成可燃气体舱。对应可燃气体舱的弧形端盖处设置有可燃气体进气嘴，可燃气体进气嘴位于外管内的一端可连通一伸向外管前端的可燃气体管3，用于向可燃气体舱内充入可燃气体；对应氧气舱的弧形端盖处设置有氧气进气机构和电子压力表12，其中氧气进气机构用于向氧气舱充入氧气，而电子压力表则用于监测氧气舱内的气体压力；弧形端盖6上还设置有伸入外管内的点火线20，点火线两端间连接有电阻，电阻阻值为10～50欧姆，用于在氧气和可燃气体混合后点火。
为实现氧气舱和可燃气体舱的分隔与连通，本发明在内管的中部环形开设了若干通孔，对应通孔的内管内分别设置一位于氧气舱内的环形法兰5，每个环形法兰5上均通过固定设置的压板8固定有第一膜片3，环形法兰5与第一膜片3接触的内圈边沿设置为弧形倒角，以保证第一膜片向外管方向承受的压力要大于向内管方向承受的压力。
为满足氧气和可燃气体混合前，氧气舱和可燃气体舱能够实现分隔，而在氧气和可燃气体混合时，实现氧气舱和可燃气体舱连通，本发明中第一膜片的承载能力为氧气舱和可燃气体舱的气压差；同时，为实现混合气体燃烧后的能量能够可靠释放，且混合气体燃烧前整个装置的密封可靠，本发明中爆轰膜片机构的承载能力设置为大于氧气舱和可燃气体舱的气压和。
在本实施例中，可燃气体舱内填充的可燃气体为乙炔气体，可燃气体舱与氧气舱的体积相同，压力比为2:5。相对应地，第一膜片的承载能力为3个大气压，而爆轰膜片机构的承载能力则可设置为10个大气压。
爆轰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。
为保证氧气进气时的密封性能，本发明中的氧气进气机构采用活塞式结构，如图1所示。包括同轴设置在弧形端盖上并伸入氧气舱中的活塞筒，活塞筒内滑动配装有活塞14，位于内管中的活塞筒筒壁上开设有氧气进口，位于外管外的活塞筒末端通过固定设置的舱盖13密封，所述舱盖上设置有氧气嘴。向氧气舱内输送氧气时，氧气推动活塞向氧气舱移动，打开氧气进口，氧气即可进入氧气舱；当氧气注入完成后，活塞回移，封住氧气进口。
本实施例使用时，先通过可燃气体气嘴向可燃气体舱中注入乙炔气体，待乙炔气体注入到2个大气压后，停止乙炔气体的注入，向氧气舱内注入氧气，观察电子压力表的读数，待氧气舱的压力为5个大气压时，减少氧气的进气量，直到电子压力表的读数突然减小，则马上停止注入氧气。此时，第一膜片由于承受的压力大于3个大气压，因此第一膜片破裂，实现了氧气舱与可燃气体舱的连通，也即实现了氧气和可燃气体的混合。待混合三小时后，通过点火线引爆混合气体，当舱内气体的压力积聚到10个大气压时，冲破第二膜片，向外喷射高温高强气流，即可达到人工震源的目的。
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管(1)和内管(2)，外管的末端通过弧形端盖(6)封闭设置，外管的前端为设置有气流喷出口的减缩段，气流喷出口处设置有爆轰膜片机构；所述内管的两端分别与弧形端盖和外管减缩段固定连接；
所述内管的内腔形成氧气舱，内管与外管之间的空腔形成可燃气体舱；对应可燃气体舱的弧形端盖处设置有向可燃气体舱内充入可燃气体的可燃气体进气嘴，对应氧气舱的弧形端盖处设置有向氧气舱充入氧气的氧气进气机构和监测氧气舱内气体压力的电子压力表(12)；所述弧形端盖(6)上还设置有伸入外管内的点火线(20)；
所述内管的中部匀布有若干位于氧气舱内的环形法兰(5)，环形法兰(5)对应的内管管壁上开设有连通氧气舱和可燃气体舱的通孔；所述环形法兰(5)上通过固定设置的压板(8)固定有第一膜片(3)；
所述第一膜片的承载能力为氧气舱和可燃气体舱的气压差，爆轰膜片机构的承载能力大于氧气舱和可燃气体舱的气压和。
2.根据权利要求1所述的一种人工震源，其特征在于，所述可燃气体舱内填充的可燃气体为乙炔气体，所述可燃气体舱与氧气舱的体积相同，压力比为2:5。
3.根据权利要求1所述的一种人工震源，其特征在于，所述爆轰膜片机构包括通过螺钉设置在外管内壁上的压盖(15)，压盖与外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)。
4.根据权利要求3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)与外管内壁之间分别设置有胶垫。
5.根据权利要求1所述的一种人工震源，其特征在于，所述环形法兰(5)与第一膜片(3)接触的内圈边沿设置为弧形倒角。
6.根据权利要求1所述的一种人工震源，其特征在于，所述氧气进气机构包括同轴设置在弧形端盖上并伸入氧气舱中的活塞筒，活塞筒内滑动配装有活塞(14)，位于内管中的活塞筒筒壁上开设有氧气进口，位于外管外的活塞筒末端通过固定设置的舱盖(13)密封，所述舱盖上设置有氧气嘴。
7.根据权利要求1所述的一种人工震源，其特征在于，所述内管和与外管之间的空腔内环形匀布有若干支撑内管的连接杆。
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