CN1242275C - 地震探测系统，获得地震数据的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

地震探测系统包括一个或多个穿孔成型装药组件，该组件可被引爆而产生向地表下地层传播的地震信号。当穿孔成型装药舱引爆时形成成孔喷流，该喷流产生地震信号。该成孔喷流产生方向性的地震信号，减小了横向噪声量。用一个或多个检测器接收地震信号从地表下地层返回的信号。

Description

地震探测系统，获得地震数据的方法及其装置

本发明涉及用于检测地表下地层地震数据的地震探测系统。

为进行地表面下地层的野外地震探测，需采用地震能源来产生地震信号(也称作地震压力波)。该地震信号传送到地表面下地层，一部分地震信号被反射回到地面，在地面上配置一个或多个检测器，以便检测此反射信号，随后应用接收的地震数据可以确定地表面下地层附近的地质结构。

地震探测用的典型能量包括于一定深度孔中爆炸的黄色炸药。为了可靠作业，黄色炸药必需放在相当深的孔中。另外，还需采用多个孔，以便产生地震信号图。黄色炸药的爆炸产生向下运动的冲击波以及大量的沿横向传播的横向冲击波。有用的数据通常取自向下运动冲击波的反射信号。由能源产生的横向冲击波形成检测器必须补偿的噪声。地震探测中应用爆炸物例如黄色炸药作能源的另一缺点是爆炸可能破坏探测区附近的环境。由于环保日益受到重视，所以一般不希望用这种能源，特别是在环境敏感地区。

已经提出或已实现各种替代能源。例如已应用气枪能源以及低频振动器。然而改进地震探测中所用能源一直是需求的。

一般地讲，按照实施例，地震探测系统包括能源，该能源具有产生地震信号的穿孔成型装药。配置检测器，以便响应地震信号检测反射信号。

从下面说明和权利要求书可以明显看出其它特征和实施例。

图1示出地震探测系统的一个实施例；

图2示出用在图1所示地震探测系统实施例中的能源，该能源包括成孔型的火药填充装置；

图3示出图2能源中的炸药填料装置定位器、引爆剂和引爆线；

图4示出用于将图2所示能源压入到地中的压力系统；

图5示出具有圆锥衬垫的穿孔成型装药的起爆，在该炸药填充装置中形成成孔形喷流；

图6示出具有大体碗形衬垫的穿孔成型装药；

图7示出另一种形式的穿孔成型装药。

在以下说明中对许多细节进行说明，以便加深理解本发明。然而技术人员应当明白，没有这些细节也可以实施本发明，而且对所述实施可以进行许多改变和变型。

按照本发明的一些实施例，用在地震探测系统中的能源包括穿孔成型装药，在引爆后该炸药填充装置产生可贯穿地表面下地层的喷射流。穿孔成型装药的成孔喷流用作能量传播介质，这种喷流不同于常规系统中所用能源(可包括黄色炸药)的喷流。按照本文的用法，“穿孔成型装药”是指一种可以产生大体沿一个方向的成孔喷流的爆炸装置。可以引爆一个或多个靠近地面放置的包含穿孔成型装药的能源，由此形成相应的成孔喷流而产生地震信号。然后检测和测量从地表下地层反回的信号，由此可确定地表下地层的地质特征。

参考图1，地震检测系统10包括一个或多个放置在预定深度例如小于约100英尺深的孔14中的能源。该深度可在约10～100英寸范围内进行选择。孔14具有相当浅的深度，因为成孔喷流形成改进的能量传播介质。能源12连接于地面控制器16，操作人员可利用该控制器选择性激发一个或多个能源。

激发能源12可使穿孔成型装药引爆，这种爆炸可使能量沿要求的路径(在大多数情况下沿大体向下的路径)传播。传播的能量一般沿成孔喷流的方向传播。应用一些实施例能量12的穿孔成型装药的优点是可控制进入地表下地层20的地震信号的方向，使控制能力得到改进。利用穿孔成型装药可以减小形成噪声的横向信号。地下地层20的反射信号可由一个或多个配置在地面上或地下的检测器18接收。该检测器18连接于地面控制器16，该控制器可接收检测得的信息，以便进行处理和/或贮存。

参考图2，用作能源12的穿孔成型装药组件100包括穿孔成型装药舱112，该舱包括外壳部分114和116。爆炸性炸药118装在穿孔成型装药的外壳部分114内，而衬垫120衬着爆炸性炸药118的外侧。外壳部分114构成爆炸性炸药的容器，而外壳部分116连接于外壳部分114，形成密封盖。在其它实施例中将穿孔成型装药舱112作成其它配置形式也是可以的。

如图2所示，穿孔成型装药具有大体锥形衬垫，该衬垫适合于形成相当细而密度大的成孔喷流。在引爆爆炸性炸药118时，衬垫120崩塌，形成有方向的成孔喷流。衬垫120一般用金属材料制作，例如用铜、镍、银、金、钽或合金制作。也可以用强度充分大而延性相当高的其它材料。在其它实施例中，穿孔成型装药可以没有作为炸药腔一部分的衬垫，而只使爆炸气体形成低密度喷流。在这种实施例中，穿孔成型装药包括装有无衬垫的爆炸性炸药的腔。

在替代实施例中，也可应用其它形状的衬垫，包括下列形状：半球形、抛物面形、喇叭形和郁金香形等。这些其它形状的衬垫一般称作碗形，与锥形衬垫相比，适合于产生较宽和密度较大的钻孔喷流。应用这种衬垫的穿孔成型装药称作为大孔穿孔成型装药。衬垫的形状确定穿孔成型装药舱112中的成型炸药填料爆炸时钻孔喷流的宽度和浓度。

没有衬垫的成型炸药包括成形为大体锥形或碗形形状的炸药。

图2所示的实施例中，穿孔成型装药舱112装在锚定件110上，该锚定件110上形成肩部122，穿孔成型装药外壳部分116的一部分装在该肩部上。锚定件110的上部分嵌合压入杆套筒适配器104。为使穿孔成形装药装置舱112就位，装上炸药填充装置定位器106，并固定在该舱112的上面。定位器106包括孔124，孔中放置引爆剂130(图3)。该引爆剂130冲击式连接于穿孔成形装药装置舱112中的爆炸性炸药118或与其相结合。该引爆剂130还连接于引爆线132，该引爆线伸入压入管102的孔126中，该压入管102又连接于压入杆套管适配器104。或者使除压入管102外的压入部件装在穿孔成形装药装置组件100上。

装在压入管102端部的穿孔成形装药装置组件100被压入到地中，使该组件位于要求的深度。进一步参看图4，压入管102是压入系统200的一部分。沿压入管102的纵向部分固定齿条部件206。该齿条部件206被啮合，通过齿轮204的转动而可上、下运动，该齿轮由马达208驱动。在该压入系统200中，在压入杆102上形成开口210，引爆线132可穿过该开口连接于引爆装置(未示出)。

在其它实施例中，可应用其它类型的压入系统。例如可以用手操作压入管102(或其它钻入部件)，从而使操作者可用手工方法(例如用加力杆)将一个或多个穿孔成形装药装置组件100压入地中。因为改进了穿孔成形装药装置的冲击传播特性，所以放置穿孔成形装药装置组件100的深度变得很浅，所以可用手工法进行压入。如果土地相当软，这种手工压入法是可行的。手工压入法的优点是在探测现场可以避免使用苯重设备例如图4的压入系统200。在其它实施例中，不是将组件100打入地中，而是先钻一个或多个孔，然后将一个或多个组件放入所钻的孔中。

按照一些实施例，穿孔成形装药装置组件100的装载次序如下。先将穿孔成形装药装置舱112放置和固定于一次性的锚定件110上(或相对于该锚定件进行固定)。然后将炸药定位器106放置在该穿孔成形装药装置舱112上，并将引爆剂130配置在炸药定位器106内。接着使穿孔成形装药装置组件100连接于压入管102，并使引爆线132穿过压入管102的内孔126。随后用于或用压入系统(例如压入系统200)将该组件100打入地中。在将该组件100打入地中，打到地面下预定深度之后，使压入管102与组件100脱开，同时退出压入管102。然后使引爆线连接于引爆装置，这时便可开始进行探测操作。

当电信号通到引爆线132时便引燃引爆剂。这样便引爆爆炸性炸药118，而使衬垫120崩塌。如图5所示，由于爆炸性炸药118爆炸而形成成孔喷流，并使衬垫120崩塌。由于衬垫120为圆锥形，所以形成较细和较密集的喷流。然而如果应用大孔炸药填充装置例如具有碗形衬垫的图6所示炸药填充装置300，则产生的成孔喷流(未示出)可能更宽和更稀薄。如图7所示，穿孔成形装药装置400还可设计成不用衬垫。该穿孔成形装药装置400包括装在外壳部分402内的炸药404。对于无衬垫穿孔成型装药，可以成型炸药404，使得爆炸气体产生较低密度的成孔喷流。炸药可以成型为各种形状，例如大体圆锥形或大体碗形(如半球形、抛物面形、喇叭形或郁金香形等)。

一些实施例的成孔炸药填充装置组件100可以用在很多方面，包括用在环境灵感方面。可以在一些过渡区域进行地震探测，在这些过渡区域中可将爆炸性的炸药填充装置压入到软泥、沙子或地面下泥浆层中。与常规方法相比，压入法可形成极好的更可靠的地层-炸药填充装置结合。按照一些实施例，由于提高了炸药填充装置的结合，所以可显著减小孔的深度。

本发明一些实施例具有以下优点。由于成型炸药产生有方向的成孔喷流，所以增加了向下的能量。因为穿孔成型装药组件产生有方向的地震能量，所以每个炸药填充装置内可填充较小量的炸药。另外，因为本发明一些实施例穿孔成型装药组件产生有方向的地震信号，所以增加了数据可靠性，这是由于增大了信噪比。由于一些实施例的能源产生较小的横向组合能量(地滚波)，所以可减小钻地孔的数目，在某些情况下甚至不需要多个孔。结果可以省去钻孔操作和节省相关费用，从而提高工作效率。另外，由于增加了炸药填充装置的方向性和提高了填充装置的结合性，所以可以减小因桥接造成的地面陷坑。

尽管已通过有限数目的实施例说明本发明，但技术人员将会看到其各种可能的改变和变型。所附权利要求书预定包括属于本发明精神和范围内所有这些改变和变型。

Claims (34)

1.一种地震探测系统，它包括：

能源，它包括产生地震信号的穿孔成型装药，该成型装药有一外壳；

该能源还包括一锚定件，它固定在穿孔成型装药上；以及

一定位器，它放置在成型装药外壳上面，并用于将穿孔成型装药保持在位，定位器包含发射式地结合至穿孔成型装药上的引爆剂；

该系统还包括检测器，它配置成能响应地震压力波检测反射信号；

激发装置，用于激发所述能源。

2.如权利要求1的地震探测系统，其特征为，穿孔成型装药的外壳相对于锚定件固定。

3.如权利要求1的地震探测系统，它进一步包括将锚定件驱入地表下面的压入部件。

4.如权利要求3的地震探测系统，其特征为，压入部件包括由压入系统接合的压入管。

5.如权利要求3的地震探测系统，其特征为，压入部件适于由操作者手工操作。

6.如权利要求1的地震探测系统，它进一步包括至少另一个能源。

7.如权利要求1的地震探测系统，它进一步包括至少另一个检测器。

8.如权利要求1的地震探测系统，其特征为，穿孔成型装药被定位成使成孔喷流指向地表下地层。

9.如权利要求1的系统，其特征为，穿孔成型装药包括衬垫，该衬垫有助于产生成孔喷流。

10.如权利要求9的系统，其特征为，衬垫一般为圆锥形。

11.如权利要求9的系统，其特征为，衬垫一般为碗形。

12.如权利要求1的系统，其特征为，穿孔成型装药包括装有无衬垫炸药的腔。

13.如权利要求1的地震探测系统，其特征为，锚定件包括一用于接纳穿孔成型装药的外壳，锚定件的外壳有一用于插入地表下地层的带锥度的部分。

14.如权利要求1的地震探测系统，其特征为，锚定件固定在穿孔成型装药的一侧上，而定位器则与穿孔成型装药的另一侧接合。

15.如权利要求14的地震探测系统，它进一步包括一结合至锚定件上的压入管。

16.如权利要求15的地震探测系统，它进一步包括一结合至引爆剂上的引爆线，其特征为，压入管有一内孔，引爆线通过该内孔延伸。

17.如权利要求16的地震探测系统，其特征为，压入管配合在定位器上面。

18.如权利要求1的地震探测系统，其特征为，定位器有接纳引爆剂的孔，被接合的引爆剂用于穿孔成型装药中炸药的点式起爆。

19.如权利要求18的地震探测系统，其特征为，锚定件有一穿孔成型装药与之啮合的轮廓，定位器用于保持穿孔成型装药，靠在该轮廓上。

20.如权利要求19的地震探测系统，其特征为，定位器有一与穿孔成型装药的一侧接合的轮廓。

21.一种用于获得地震数据的方法，该数据是提供地表下地层地质特性所需的数据，该方法包括：

在锚定装置中定位具有穿孔成型装药的能源，该穿孔成型装药有一外壳；

在成型装药外壳上面设置一定位器，以将穿孔成型装药保持在锚定装置中；

在定位器中设置引爆剂，该引爆剂发射式地结合至穿孔成型装药上；

将锚定装置插入地表下地层；以及

引爆穿孔成型装药，以将地震信号传至地表下地层；

通过一检测器检测由所述地震信号引起的反射信号。

22.如权利要求21的方法，其特征为，引爆穿孔成型装药，以产生孔喷流。

23.如权利要求21的方法，它进一步包括：配置许多能源，每个能源在各自的锚定装置中包括穿孔成型装药；以及引爆穿孔成型装药，以产生地震信号。

24.如权利要求21的方法，其特征为，由操作者手工操作，将锚定装置插入地表下地层。

25.如权利要求21的方法，此处，用压入系统操作，将锚定装置插入地表下地层。

26.如权利要求21的方法，其特征为，定位器的设置包括设置一定位器，它具有与穿孔成型装药接合的轮廓。

27.如权利要求26的方法，其特征为，定位器的设置进一步包括在定位器中设置一孔，以保持引爆剂，该方法还进一步包括，将引爆剂结合至穿孔成型装药中的炸药上，以用于点式起爆。

28.如权利要求21的方法，它进一步包括：

将压入管固定在锚定装置上；以及

将通过压入管的内孔装置的引爆线固定在引爆剂上。

29.如权利要求28的方法，它进一步包括：

在锚定装置上做出一轮廓，穿孔成型装药与该轮廓接合，定位器保持穿孔成型装药，靠在锚定装置的轮廓上。

30.一种地震探测用能源，它包括：

一个穿孔成型装药，可被引爆而产生向地表下地层传播的地震信号，该穿孔成型装药包括穿孔成型装药舱，该舱由外壳部分组成，外壳部分构成爆炸性炸药的容器，衬垫衬着爆炸性炸药的外侧，其中衬垫为圆锥形或碗形；

一个锚定装置，固定在穿孔成型装药上，以将穿孔成型装药锚定在地表下地层中；

一个定位器，用于将穿孔成型装药保持在锚定装置中，定位器放置在成型装药外壳上面；以及

一个引爆剂，放置在定位器中并且发射式地结合至穿孔成型装药上。

31.如权利要求30的能源，其特征为，每个锚定装置包括：

一接纳各自的穿孔成型装药的外壳，锚定装置的外壳有一锥形部分，以用于插入地表中。

32.如权利要求30的能源，其特征为，每个定位器有一与相应的穿孔成型装药接合的轮廓。

33.如权利要求32的能源，其特征为，每个定位器有一接纳各自的引爆剂的孔。

34.如权利要求33的能源，其特征为，每个锚定装置有一穿孔成型装药与其接合的轮廓，各自的定位器用于保持穿孔成型装药，靠在锚定装置轮廓上。

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