專利名稱：地震探測用能源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測地表下地層地震數(shù)據(jù)的能源。
為進(jìn)行地表面下地層的野外地震探測，需采用地震能源來產(chǎn)生地震信號(hào)(也稱作地震壓力波)。該地震信號(hào)傳送到地表面下地層，一部分地震信號(hào)被反射回到地面，在地面上配置一個(gè)或多個(gè)檢測器，以便檢測此反射信號(hào)，隨后應(yīng)用接收的地震數(shù)據(jù)可以確定地表面下地層附近的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。
地震探測用的典型能量包括于一定深度孔中爆炸的黃色炸藥。為了可靠作業(yè)，黃色炸藥必需放在相當(dāng)深的孔中。另外，還需采用多個(gè)孔，以便產(chǎn)生地震信號(hào)圖。黃色炸藥的爆炸產(chǎn)生向下運(yùn)動(dòng)的沖擊波以及大量的沿橫向傳播的橫向沖擊波。有用的數(shù)據(jù)通常取自向下運(yùn)動(dòng)沖擊波的反射信號(hào)。由能源產(chǎn)生的橫向沖擊波形成檢測器必須補(bǔ)償?shù)脑肼暋５卣鹛綔y中應(yīng)用爆炸物例如黃色炸藥作能源的另一缺點(diǎn)是爆炸可能破壞探測區(qū)附近的環(huán)境。由于環(huán)保日益受到重視，所以一般不希望用這種能源，特別是在環(huán)境敏感地區(qū)。
已經(jīng)提出或已實(shí)現(xiàn)各種替代能源。例如已應(yīng)用氣槍能源以及低頻振動(dòng)器。然而改進(jìn)地震探測中所用能源一直是需求的。
一般地講，按照實(shí)施例，地震探測系統(tǒng)包括能源，該能源具有產(chǎn)生地震信號(hào)的穿孔成型裝藥。配置檢測器，以便響應(yīng)地震信號(hào)檢測反射信號(hào)。
從下面說明和權(quán)利要求書可以明顯看出其它特征和實(shí)施例。


圖1示出地震探測系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；圖2示出用在圖1所示地震探測系統(tǒng)實(shí)施例中的能源，該能源包括成孔型的火藥填充裝置；圖3示出圖2能源中的炸藥填料裝置定位器、引爆劑和引爆線；圖4示出用于將圖2所示能源壓入到地中的壓力系統(tǒng)；
圖5示出具有圓錐襯墊的穿孔成型裝藥的起爆，在該炸藥填充裝置中形成成孔形噴流；圖6示出具有大體碗形襯墊的穿孔成型裝藥；圖7示出另一種形式的穿孔成型裝藥。
在以下說明中對(duì)許多細(xì)節(jié)進(jìn)行說明，以便加深理解本發(fā)明。然而技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，沒有這些細(xì)節(jié)也可以實(shí)施本發(fā)明，而且對(duì)所述實(shí)施可以進(jìn)行許多改變和變型。
按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，用在地震探測系統(tǒng)中的能源包括穿孔成型裝藥，在引爆后該炸藥填充裝置產(chǎn)生可貫穿地表面下地層的噴射流。穿孔成型裝藥的成孔噴流用作能量傳播介質(zhì)，這種噴流不同于常規(guī)系統(tǒng)中所用能源(可包括黃色炸藥)的噴流。按照本文的用法，“穿孔成型裝藥”是指一種可以產(chǎn)生大體沿一個(gè)方向的成孔噴流的爆炸裝置。可以引爆一個(gè)或多個(gè)靠近地面放置的包含穿孔成型裝藥的能源，由此形成相應(yīng)的成孔噴流而產(chǎn)生地震信號(hào)。然后檢測和測量從地表下地層反回的信號(hào)，由此可確定地表下地層的地質(zhì)特征。
參考圖1，地震檢測系統(tǒng)10包括一個(gè)或多個(gè)放置在預(yù)定深度例如小于約100英尺深的孔14中的能源。該深度可在約10～100英寸范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。孔14具有相當(dāng)淺的深度，因?yàn)槌煽讎娏餍纬筛倪M(jìn)的能量傳播介質(zhì)。能源12連接于地面控制器16，操作人員可利用該控制器選擇性激發(fā)一個(gè)或多個(gè)能源。
激發(fā)能源12可使穿孔成型裝藥引爆，這種爆炸可使能量沿要求的路徑(在大多數(shù)情況下沿大體向下的路徑)傳播。傳播的能量一般沿成孔噴流的方向傳播。應(yīng)用一些實(shí)施例能量12的穿孔成型裝藥的優(yōu)點(diǎn)是可控制進(jìn)入地表下地層20的地震信號(hào)的方向，使控制能力得到改進(jìn)。利用穿孔成型裝藥可以減小形成噪聲的橫向信號(hào)。地下地層20的反射信號(hào)可由一個(gè)或多個(gè)配置在地面上或地下的檢測器18接收。該檢測器18連接于地面控制器16，該控制器可接收檢測得的信息，以便進(jìn)行處理和/或貯存。
參考圖2，用作能源12的穿孔成型裝藥組件100包括穿孔成型裝藥艙112，該艙包括外殼部分114和116。爆炸性炸藥118裝在穿孔成型裝藥的外殼部分114內(nèi)，而襯墊120襯著爆炸性炸藥118的外側(cè)。外殼部分114構(gòu)成爆炸性炸藥的容器，而外殼部分116連接于外殼部分114，形成密封蓋。在其它實(shí)施例中將穿孔成型裝藥艙112作成其它配置形式也是可以的。
如圖2所示，穿孔成型裝藥具有大體錐形襯墊，該襯墊適合于形成相當(dāng)細(xì)而密度大的成孔噴流。在引爆爆炸性炸藥118時(shí)，襯墊120崩塌，形成有方向的成孔噴流。襯墊120一般用金屬材料制作，例如用銅、鎳、銀、金、鉭或合金制作。也可以用強(qiáng)度充分大而延性相當(dāng)高的其它材料。在其它實(shí)施例中，穿孔成型裝藥可以沒有作為炸藥腔一部分的襯墊，而只使爆炸氣體形成低密度噴流。在這種實(shí)施例中，穿孔成型裝藥包括裝有無襯墊的爆炸性炸藥的腔。
在替代實(shí)施例中，也可應(yīng)用其它形狀的襯墊，包括下列形狀半球形、拋物面形、喇叭形和郁金香形等。這些其它形狀的襯墊一般稱作碗形，與錐形襯墊相比，適合于產(chǎn)生較寬和密度較大的鉆孔噴流。應(yīng)用這種襯墊的穿孔成型裝藥稱作為大孔穿孔成型裝藥。襯墊的形狀確定穿孔成型裝藥艙112中的成型炸藥填料爆炸時(shí)鉆孔噴流的寬度和濃度。
沒有襯墊的成型炸藥包括成形為大體錐形或碗形形狀的炸藥。
圖2所示的實(shí)施例中，穿孔成型裝藥艙112裝在錨定件110上，該錨定件110上形成肩部122，穿孔成型裝藥外殼部分116的一部分裝在該肩部上。錨定件110的上部分嵌合壓入桿套筒適配器104。為使穿孔成形裝藥裝置艙112就位，裝上炸藥填充裝置定位器106，并固定在該艙112的上面。定位器106包括孔124，孔中放置引爆劑130(圖3)。該引爆劑130沖擊式連接于穿孔成形裝藥裝置艙112中的爆炸性炸藥118或與其相結(jié)合。該引爆劑130還連接于引爆線132，該引爆線伸入壓入管102的孔126中，該壓入管102又連接于壓入桿套管適配器104。或者使除壓入管102外的壓入部件裝在穿孔成形裝藥裝置組件100上。
裝在壓入管102端部的穿孔成形裝藥裝置組件100被壓入到地中，使該組件位于要求的深度。進(jìn)一步參看圖4，壓入管102是壓入系統(tǒng)200的一部分。沿壓入管102的縱向部分固定齒條部件206。該齒條部件206被嚙合，通過齒輪204的轉(zhuǎn)動(dòng)而可上、下運(yùn)動(dòng)，該齒輪由馬達(dá)208驅(qū)動(dòng)。在該壓入系統(tǒng)200中，在壓入桿102上形成開口210，引爆線132可穿過該開口連接于引爆裝置(來示出)。
在其它實(shí)施例中，可應(yīng)用其它類型的壓入系統(tǒng)。例如可以用手操作壓入管102(或其它鉆入部件)，從而使操作者可用手工方法(例如用加力桿)將一個(gè)或多個(gè)穿孔成形裝藥裝置組件100壓入地中。因?yàn)楦倪M(jìn)了穿孔成形裝藥裝置的沖擊傳播特性，所以放置穿孔成形裝藥裝置組件100的深度變得很淺，所以可用手工法進(jìn)行壓入。如果土地相當(dāng)軟，這種手工壓入法是可行的。手工壓入法的優(yōu)點(diǎn)是在探測現(xiàn)場可以避免使用苯重設(shè)備例如圖4的壓入系統(tǒng)200。在其它實(shí)施例中，不是將組件100打入地中，而是先鉆一個(gè)或多個(gè)孔，然后將一個(gè)或多個(gè)組件放入所鉆的孔中。
按照一些實(shí)施例，穿孔成形裝藥裝置組件100的裝載次序如下。先將穿孔成形裝藥裝置艙112放置和固定于一次性的錨定件110上(或相對(duì)于該錨定件進(jìn)行固定)。然后將炸藥定位器106放置在該穿孔成形裝藥裝置艙112上，并將引爆劑130配置在炸藥定位器106內(nèi)。接著使穿孔成形裝藥裝置組件100連接于壓入管102，并使引爆線132穿過壓入管102的內(nèi)孔126。隨后用于或用壓入系統(tǒng)(例如壓入系統(tǒng)200)將該組件100打入地中。在將該組件100打入地中，打到地面下預(yù)定深度之后，使壓入管102與組件100脫開，同時(shí)退出壓入管102。然后使引爆線連接于引爆裝置，這時(shí)便可開始進(jìn)行探測操作。
當(dāng)電信號(hào)通到引爆線132時(shí)便引燃引爆劑。這樣便引爆爆炸性炸藥118，而使襯墊120崩塌。如圖5所示，由于爆炸性炸藥118爆炸而形成成孔噴流，并使襯墊120崩塌。由于襯墊120為圓錐形，所以形成較細(xì)和較密集的噴流。然而如果應(yīng)用大孔炸藥填充裝置例如具有碗形襯墊的圖6所示炸藥填充裝置300，則產(chǎn)生的成孔噴流(未示出)可能更寬和更稀薄。如圖7所示，穿孔成形裝藥裝置400還可設(shè)計(jì)成不用襯墊。該穿孔成形裝藥裝置400包括裝在外殼部分402內(nèi)的炸藥404。對(duì)于無襯墊穿孔成型裝藥，可以成型炸藥404，使得爆炸氣體產(chǎn)生較低密度的成孔噴流。炸藥可以成型為各種形狀，例如大體圓錐形或大體碗形(如半球形、拋物面形、喇叭形或郁金香形等)。
一些實(shí)施例的成孔炸藥填充裝置組件100可以用在很多方面，包括用在環(huán)境靈感方面?？梢栽谝恍┻^渡區(qū)域進(jìn)行地震探測，在這些過渡區(qū)域中可將爆炸性的炸藥填充裝置壓入到軟泥、沙子或地面下泥漿層中。與常規(guī)方法相比，壓入法可形成極好的更可靠的地層-炸藥填充裝置結(jié)合。按照一些實(shí)施例，由于提高了炸藥填充裝置的結(jié)合，所以可顯著減小孔的深度。
本發(fā)明一些實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)。由于成型炸藥產(chǎn)生有方向的成孔噴流，所以增加了向下的能量。因?yàn)榇┛壮尚脱b藥組件產(chǎn)生有方向的地震能量，所以每個(gè)炸藥填充裝置內(nèi)可填充較小量的炸藥。另外，因?yàn)楸景l(fā)明一些實(shí)施例穿孔成型裝藥組件產(chǎn)生有方向的地震信號(hào)，所以增加了數(shù)據(jù)可靠性，這是由于增大了信噪比。由于一些實(shí)施例的能源產(chǎn)生較小的橫向組合能量(地滾波)，所以可減小鉆地孔的數(shù)目，在某些情況下甚至不需要多個(gè)孔。結(jié)果可以省去鉆孔操作和節(jié)省相關(guān)費(fèi)用，從而提高工作效率。另外，由于增加了炸藥填充裝置的方向性和提高了填充裝置的結(jié)合性，所以可以減小因橋接造成的地面陷坑。
盡管已通過有限數(shù)目的實(shí)施例說明本發(fā)明，但技術(shù)人員將會(huì)看到其各種可能的改變和變型。所附權(quán)利要求書預(yù)定包括屬于本發(fā)明精神和范圍內(nèi)所有這些改變和變型。
權(quán)利要求
1.一種地震探測系統(tǒng)，包括能源，包含可以產(chǎn)生地震信號(hào)的穿孔成型裝藥(Perforating ShapedCharge)；檢測器，配置成可以檢測地震信號(hào)的反射信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的地震探測系統(tǒng)，其特征在于，穿孔成型裝藥產(chǎn)生成孔噴流。
3.如權(quán)利要求2所述的地震探測系統(tǒng)，其特征在于，地震信號(hào)包括由成孔噴流產(chǎn)生的壓力波。
4.如權(quán)利要求1所述的地震探測系統(tǒng)，還包括錨定件。
5.如權(quán)利要求4所述的地震探測系統(tǒng)，其特征在于，穿孔成型裝藥包括相對(duì)于錨定件固定的外殼。
6.如權(quán)利要求4所述的地震探測系統(tǒng)，還包括將錨定件驅(qū)入地表下面的壓入部件。
7.如權(quán)利要求6所述的地震探測系統(tǒng)，其特征在于，壓入部件包括由壓入系統(tǒng)嚙合的壓入管。
8.如權(quán)利要求6所述的地震探測系統(tǒng)，其特征在于，壓入部件可以由操作者手工操作。
9.如權(quán)利要求1所述的地震探測系統(tǒng)，還包括引爆劑，該引爆劑發(fā)射式結(jié)合于穿孔成型裝藥。
10.如權(quán)利要求9所述的地震探測系統(tǒng)，還包括連接于引爆劑的電線。
11.如權(quán)利要求1所述的地震探測系統(tǒng)，還包括至少另一個(gè)能源。
12.如權(quán)利要求1所述的地震探測系統(tǒng)，還包括至少另一個(gè)檢測器。
13.如權(quán)利要求1所述的地震控測系統(tǒng)，其特征在于，穿孔成型裝藥被定位成使成孔噴流指向地表下地層。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，穿孔成型裝藥包括襯墊(liner)，該襯墊有助于產(chǎn)生成孔噴流。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，該襯墊一般為圓錐形。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，該襯墊大體為碗形。
17.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，穿孔成型裝藥包括裝有無襯墊炸藥的腔。
18.一種獲得地震數(shù)據(jù)的方法，該數(shù)據(jù)是提供地表下地層地質(zhì)特性所需的數(shù)據(jù)，該方法包括定位具有穿孔成型裝藥的能源；引爆該穿孔成型裝藥，而將地震信號(hào)傳送到地表下地層。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，引爆該穿孔成型裝藥便產(chǎn)生成孔噴流。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括配置許多能源，各個(gè)能源包括相應(yīng)的穿孔成型裝藥；引爆該穿孔成型裝藥，產(chǎn)生地震信號(hào)。
21.一種用于地震探測系統(tǒng)的裝置，包括穿孔成型裝藥，該裝置定位在地表面附近，可被引爆而產(chǎn)生向地表下地層傳播的地震信號(hào)。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，包括檢測器，該檢測器用于檢測地震信號(hào)從地表下地層返回的信號(hào)。
23.如權(quán)利要求21所述的裝置，還包括配置成預(yù)定型式的許多穿孔成型裝藥。
全文摘要
地震探測系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)穿孔成型裝藥組件,該組件可被引爆而產(chǎn)生向地表下地層傳播的地震信號(hào)。當(dāng)穿孔成型裝藥艙引爆時(shí)形成成孔噴流,該噴流產(chǎn)生地震信號(hào)。該成孔噴流產(chǎn)生方向性的地震信號(hào),減小了橫向噪聲量。用一個(gè)或多個(gè)檢測器接收地震信號(hào)從地表下地層返回的信號(hào)。
文檔編號(hào)G01V1/104GK1347509SQ00806433
公開日2002年5月1日 申請(qǐng)日期2000年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月20日
發(fā)明者格倫－阿蘭·S·泰特, 詹姆斯·E·布魯克斯, 查爾斯·A·斯約格倫, 保羅·S·勒扎克 申請(qǐng)人:施魯博格控股有限公司