CN111123348A - 一种用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统 - Google Patents

一种用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,包括淡水等离子体震源和拖缆采集系统,所述淡水等离子体震源用于在淡水环境下激发产生声脉冲信号,包括置于船上的全固态脉冲电源以及置于水下的淡水发射阵,所述的全固态脉冲电源与淡水发射阵之间通过脉冲传输线连接;所述的拖缆采集系统包括置于船上的采集控制工作站以及置于水下的拖缆采集单元,所述的采集控制工作站用于触发淡水等离子体震源并通过拖缆采集单元同步接收直达波和地层反射信号。本发明的系统可用于淡水环境下浅地层高分辨率地震勘探,从而满足内陆淡水区地震勘探需求,具有良好的应用前景。

Description

一种用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统
技术领域
本发明属于地震勘探领域,尤其是涉及一种用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统。
背景技术
内陆地震勘探在能源勘探、市政地下工程和桥梁隧道等建设中发挥着重要作用。目前,可用的陆地震源包括雷管、冲击夯和可控电磁源等。内陆淡水可用震源一般为气枪、电火花震源和Boomer震源等。
如公开号为CN109100777A的中国专利文献公开了一种变频式海洋高压空气枪震源。其包括气枪控制器、储气室、固定杆、套筒、初始限位机构和封盖等组件,且在固定杆上设置可调节的限位块。在激发过程中,通过限位块和套筒限位端之间限位,控制储气室出气孔的长度,通过调节开口长度,即可调节出气速度,实现对激发子波频率的控制。
公开号为CN206710620U的中国专利文献公开了一种海洋高分辨立体垂直阵列电火花震源,包括带同步激发控制电路的水上控制激发单元、深度传感器以及通过能量传输连接电缆与水上控制激发单元连接的圆柱形垂直阵列框架,该框架外侧设有多个与其轴线平行的带阴电极的柱状电极载体,水上控制激发单元以向所述阴电极提供电能进行能量激发。
然而,气枪震源适合深水区的探测、传统电火花震源在淡水区工作重复性较差,Boomer震源能量一般较小。等离子体震源作为新型的电火花震源,在海洋高分辨率地震勘探中已得到广泛应用,具有很高的重复性和可操作性,特别适合浅水浅地层高分辨率地震勘探。然而,等离子体震源基于水中电晕放电模式,仅仅在高电导率水体中才能够直接有效激发,产生比较强的声脉冲辐射。对于内陆湖泊河流等淡水区域,等离子体震源不能直接应用。
为了能够满足内陆淡水区地震勘探需求,特别是浅水浅地层的高分辨地震勘探,亟需设计一种适用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题,本发明提供了一种用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,可用于淡水环境下浅地层高分辨率地震勘探,从而满足内陆淡水区地震勘探需求。
一种用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,包括淡水等离子体震源和拖缆采集系统,所述淡水等离子体震源用于在淡水环境下激发产生声脉冲信号,包括置于船上的全固态脉冲电源以及置于水下的淡水发射阵,所述的全固态脉冲电源与淡水发射阵之间通过脉冲传输线连接;
所述的拖缆采集系统包括置于船上的采集控制工作站以及置于水下的拖缆采集单元,所述的采集控制工作站用于触发淡水等离子体震源并通过拖缆采集单元同步接收直达波和地层反射信号。
所述的全固态脉冲电源包括:
控制模块,用于设定脉冲电源的输出能量和输出频率,并设有用于与采集控制工作站连接的外接触发接口;
储能模块,采用电容储能模式,用于存储每次脉冲激发所需要的电能;
充电模块,采用恒功率谐振充电模式,用于给储能模块充电。
所述的储能模块包括储能电容和全固态半导体开关;其中,所述的储能电容依据电场储能原理,由所述控制模块设定充电能量,进而设定对应的充电电压,进行储能;所述的全固态半导体开关接收所述控制模块的触发信号,进行导通操作,释放电容储能。
所述的充电模块包括:
全桥整流,用于对220VAC进行整流;
IGBT逆变,将所述的全桥整流后的直流逆变成高频,频率在10-20kHz;
谐振充电电路,包括原边谐振电感、谐振电容和高频变压器,用于给储能模块充电。
所述的淡水发射阵包括:
线电极发射阵,通过水中等离子体放电,产生脉冲声信号;
透声囊,用于封装线电极发射阵,内部灌满盐水,提供水中等离子体放电环境和空间。
所述的线电极发射阵为多电极结构,线电极采用并联连接方式,为线阵结构或面阵结构;所述的透声囊采用软性弹性材料,一般为硅胶橡胶等材料,为圆柱形或者平面形。
所述的拖缆采集单元包括:
水听器阵列,用于接收直达波和地层反射信号;
信号处理转换器,与所述的水听器阵列连接,用于对接收信号进行滤波或者放大处理,同时将模拟信号转换为数字信号,上传到采集控制工作站。
所述的拖缆采集单元与采集控制工作站之间通过光电复合缆连接,所述的光电复合缆用于给拖缆采集单元供电、从采集控制工作站向拖缆采集单元发送触发信号以及将采集到的信号上传到采集控制工作站。
所述的控制采集工作站包括:
显示单元,用于对控制界面和采集到的数据进行可视化;
触发单元,用于同步给淡水等离子体震源和拖缆采集单元发送触发指令;
存储单元,用于存储拖缆采集单元上传的数据。
所述的脉冲传输线为同轴传输线或者双绞线,用于连接所述的全固态脉冲电源和所述的淡水发射阵;所述的拖缆采集单元可以为单道或者多道。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明的系统,通过淡水阵进行电声转换,在淡水中激发强烈的脉冲声辐射,声辐射经过地层吸收和反射,由拖缆采集单元接收携带地层信息的反射波,并上传到采集控制工作站,可以在淡水中,特别是水深较浅的淡水区域,实现浅地层高分辨率探测。
附图说明
图1为本发明实施例用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统的整体结构示意图;
图2为本发明实施例中淡水等离子体震源的结构示意图;
图3为本发明实施例中拖缆采集系统的结构示意图。
图中:1-全固态脉冲电源,2-脉冲传输线,3-淡水发射阵,4-采集控制工作站,5-光电复合缆,6-拖缆采集单元,11-控制模块,12-充电模块,13-储能模块,31-透声囊,32-线电极发射阵,41-显示单元,42-触发单元,43-存储单元,61-信号处理转换器,62-水听器阵列。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述,需要指出的是,以下所述实施例旨在便于对本发明的理解,而对其不起任何限定作用。
如图1所示,一种用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,包括淡水等离子体震源和拖缆采集系统。淡水等离子体震源负责声脉冲发射,拖缆采集系统负责包含地层信息的声脉冲接收。
其中,淡水等离子体震源用于在淡水环境下激发产生声脉冲信号,包括全固态脉冲电源1、脉冲传输线2和淡水发射阵3。拖缆采集系统用于同步触发淡水等离子体震源和同步接收直达波和地层反射信号,包括采集控制工作站4、光电复合缆5和拖缆采集单元6。
具体的,如图2所示,全固态脉冲电源1包括:控制模块11,充电模块12和储能模块13,其中控制模块11用于设定脉冲电源的输出能量和输出频率等参数,提供外接触发接口,与采集控制工作站连接,接收采集控制工作站的触发信号。充电模块12,采用恒功率谐振充电模式,用于给储能模块充电。储能模块13,采用电容储能模式,用于存储每次脉冲激发所需要的电能。
脉冲传输线2为同轴传输线或者双绞线,用于连接全固态脉冲电源1和淡水发射阵3。
淡水发射阵3包括:透声囊31和线电极发射阵32,其中,透声囊31用于封装线电极发射阵,内部灌满盐水,提供水中等离子体放电环境和空间;线电极发射阵32,通过水中等离子体放电,产生脉冲声信号。
如图3所示,控制采集工作站4包括:显示单元41,对控制界面和采集到的数据进行可视化;触发单元42,同步给淡水等离子体震源和拖缆采集单元发送触发指令;存储单元43,存储拖缆采集单元上传的数据。
光电复合缆5用于给拖缆采集单元供电,从采集控制工作站向拖缆采集单元发送触发信号和将采集到的信号上传到采集控制工作站。
拖缆采集单元6包括:信号处理转换器61,与水听器阵列连接,用于对接收信号进行滤波或者放大处理,同时将模拟信号转换为数字信号,上传到采集控制工作站;水听器阵列62,用于接收直达波和地层反射信号。
进一步地,全固态脉冲电源1安装在船上,充电模块12包括全桥整流(图中未给出),用于对220VAC进行整流;IGBT逆变(图中未给出),将所述的全桥整流后的直流逆变成高频,频率在10-20kHz;谐振充电电路(图中未给出),包括原边谐振电感、谐振电容和高频变压器,给储能模块充电。全固态脉冲电源1的储能模块13包括储能电容(图中未给出),依据电场储能原理,由控制模块设定充电能量,进而设定对应的充电电压,进行储能;全固态半导体开关(图中未给出),接收控制模块的触发信号,进行导通操作,释放电容储能。
线电极发射阵32安装在水下,为多电极结构,线电极采用并联连接方式,为线阵结构或面阵结构,透声囊31为软性弹性材料,一般为硅胶橡胶等材料,为圆柱形或者平面形。
采集控制工作站4安装在船上,拖缆采集单元6安装在水下,可以为单道或者多道。
本发明的工作过程如下:
将全固态脉冲电源通1电后,通过控制模块11的控制界面,设定好激发能量,同时将触发模式设定成外部触发,此时等待采集控制工作站4的触发单元42向全固态脉冲电源1和拖缆采集单元6同步发送触发信号。一旦全固态脉冲电源1收到触发信号后,开始完成充电和放电过程,电能通过脉冲传输线2输送到水下的淡水发射阵3。淡水发射阵3内的线电极发射阵32产生等离子体放电,透过淡水发射阵1的透声囊31向外辐射强烈的声脉冲。放电完成后,进过一定的时间,全固态脉冲电源1开始下一炮的充电过程,并等待下一个触发信号。一旦拖缆采集单元6接收到触发信号后,开始采集,采集时间直至下一个触发信号产生。随着等离子体放电产生的声脉冲向下穿透地层,经过吸收和反射后,被拖缆采集单元6接收并记录,经过信号处理转换器61对接收信号进行滤波或者放大处理,同时将模拟信号转换为数字信号,上传到采集控制工作站4,并有存储单元43负责数据存储,同时显示单元41可以直观地看到采集到的地层信号。
本发明用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统采用透声囊实现了等离子体震源在淡水中的应用,可以在淡水中,特别是水深较浅的淡水区域,实现浅地层高分辨率探测。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明,应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例,并不用于限制本发明,凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,其特征在于,包括淡水等离子体震源和拖缆采集系统,所述淡水等离子体震源用于在淡水环境下激发产生声脉冲信号,包括置于船上的全固态脉冲电源以及置于水下的淡水发射阵,所述的全固态脉冲电源与淡水发射阵之间通过脉冲传输线连接;
所述的拖缆采集系统包括置于船上的采集控制工作站以及置于水下的拖缆采集单元,所述的采集控制工作站用于触发淡水等离子体震源并通过拖缆采集单元同步接收直达波和地层反射信号。
2.根据权利要求1所述的用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,其特征在于,所述的全固态脉冲电源包括:
控制模块,用于设定脉冲电源的输出能量和输出频率,并设有用于与采集控制工作站连接的外接触发接口;
储能模块,采用电容储能模式,用于存储每次脉冲激发所需要的电能;
充电模块,采用恒功率谐振充电模式,用于给储能模块充电。
3.根据权利要求2所述的用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,其特征在于,所述的储能模块包括储能电容和全固态半导体开关;其中,所述的储能电容依据电场储能原理,由所述控制模块设定充电能量,进而设定对应的充电电压,进行储能;所述的全固态半导体开关接收所述控制模块的触发信号,进行导通操作,释放电容储能。
4.根据权利要求2所述的用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,其特征在于,所述的充电模块包括:
全桥整流,用于对220VAC进行整流;
IGBT逆变,将所述的全桥整流后的直流逆变成高频,频率在10-20kHz;
谐振充电电路,包括原边谐振电感、谐振电容和高频变压器,用于给储能模块充电。
5.根据权利要求1所述的用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,其特征在于,所述的淡水发射阵包括:
线电极发射阵,通过水中等离子体放电,产生脉冲声信号;
透声囊,用于封装线电极发射阵,内部灌满盐水,提供水中等离子体放电环境和空间。
6.根据权利要求5所述的用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,其特征在于,所述的线电极发射阵为多电极结构,线电极采用并联连接方式,为线阵结构或面阵结构;所述的透声囊采用软性弹性材料,为圆柱形或者平面形。
7.根据权利要求1所述的用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,其特征在于,所述的拖缆采集单元包括:
水听器阵列,用于接收直达波和地层反射信号;
信号处理转换器,与所述的水听器阵列连接,用于对接收信号进行滤波或者放大处理,同时将模拟信号转换为数字信号,上传到采集控制工作站。
8.根据权利要求1所述的用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,其特征在于,所述的拖缆采集单元与采集控制工作站之间通过光电复合缆连接,所述的光电复合缆用于给拖缆采集单元供电、从采集控制工作站向拖缆采集单元发送触发信号以及将采集到的信号上传到采集控制工作站。
9.根据权利要求1所述的用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,其特征在于,所述的控制采集工作站包括:
显示单元,用于对控制界面和采集到的数据进行可视化;
触发单元,用于同步给淡水等离子体震源和拖缆采集单元发送触发指令;
存储单元,用于存储拖缆采集单元上传的数据。
10.根据权利要求1所述的用于淡水浅地层高分辨率探测的等离子体震源系统,其特征在于,所述的脉冲传输线为同轴传输线或者双绞线;所述的拖缆采集单元为单道或者多道。
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