專利名稱：一種深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于地震勘探開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于海洋地震勘探以及礦藏開發(fā)的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電火花震源是最早應(yīng)用于海洋地震勘探的非炸藥震源之一。然而，由于傳統(tǒng)電火花震源子波的重復(fù)性差，因此電火花震源正逐步被其他震源所替代。近年來，隨著大功率半導(dǎo)體開關(guān)的問世以及多電極無電弧放電發(fā)射陣的應(yīng)用，脈沖放電震源又重新應(yīng)用于海洋工程地震勘探技術(shù)領(lǐng)域，為了區(qū)別于傳統(tǒng)的電火花震源，脈沖放電震源又稱之為脈沖等離子體震源系統(tǒng)。脈沖等離子體震源系統(tǒng)主要包括脈沖電源(包括充電單元和脈沖單元)和發(fā)射陣。與傳統(tǒng)電火花震源相比，脈沖等離子體震源系統(tǒng)具有震源子波重復(fù)性好、能量傳輸效率高、安全可靠、壽命長等優(yōu)點。脈沖等離子體震源系統(tǒng)多用于海洋工程的地震勘探，根據(jù)水深、底質(zhì)類型、所需地層穿透深度等要求的不同、震源的輸出能量可以在幾十到數(shù)千焦耳之間，穿透深度可達(dá)IOOm 250m，并能達(dá)到0. 3m Im的分辨率。常規(guī)的脈沖等離子體震源系統(tǒng)通過將發(fā)射陣拖曳置于海面，將脈沖電源放置于船上，用長度為50米至100米的脈沖傳輸線將兩者相連，以進(jìn)行海洋地震勘探。但由于水深的不同，其勘探分辨率也是不同的。對于深水區(qū)(大于500米)，由于傳播距離遠(yuǎn)，第一菲涅耳區(qū)半徑較大，其實際水平分辨率很難達(dá)到1米以下，因而制約了海洋地震勘探的精度。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供了一種深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其采用深拖分置技術(shù)，可以明顯提高震源系統(tǒng)深?？碧降姆直媛剩踔吝_(dá)到超高分辨率，并有效地克服了深拖所帶來的脈沖傳輸損耗問題。一種深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)包括直流充電單元、高壓脈沖單元和發(fā)射陣。所述的直流充電單元用于將交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電，并對高壓脈沖單元進(jìn)行充電，其置于海面上；所述的高壓脈沖單元用于將直流充電單元提供的高壓直流電轉(zhuǎn)換為高壓脈沖，并向發(fā)射陣放電，其置于海底附近；所述的直流充電單元與所述的高壓脈沖單元通過拖曳傳輸線相連接；所述的發(fā)射陣用于接收高壓脈沖單元的高壓脈沖放電，使發(fā)射電極附近的海水氣化、電離形成高溫高壓脈沖熱等離子體，并產(chǎn)生脈沖壓力波，其置于海底附近。本實用新型的工作原理是通過拖曳傳輸線將直流充電單元與高壓脈沖單元相連，通過高壓脈沖傳輸線將高壓脈沖單元與發(fā)射陣相連并置于深海海底附近，從而組合成深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)。直流充電單元將單項或三相交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電，并通過拖曳傳輸線向高壓脈沖單元內(nèi)的儲能電容進(jìn)行充電，充電完成后，高壓脈沖單元內(nèi)的可控硅開關(guān)被觸發(fā)導(dǎo)通，從而產(chǎn)生高壓脈沖并加載到發(fā)射陣的電極上，使得發(fā)射陣的發(fā)射電極附近的海水氣化、電離形成高溫高壓脈沖熱等離子體，從而產(chǎn)生脈沖壓力波。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的拖曳傳輸線為光電復(fù)合傳輸線，其由單股或多股的高壓傳輸線和信號傳輸光纜組成，不僅能保證高壓電流傳輸?shù)目煽啃?，同時又能使所述的高壓脈沖單元與外部信號處理設(shè)備進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸，方便工作人員實時監(jiān)測高壓脈沖單元的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的拖曳傳輸線繞制于電動絞車上，通過電動絞車工作，可方便控制所述的高壓脈沖單元與所述的發(fā)射陣的拖曳深度，進(jìn)而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的勘探分辨率。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的高壓脈沖單元存放于高壓倉內(nèi)，可使高壓脈沖單元內(nèi)部器件免受水壓沖擊而發(fā)生損壞。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的發(fā)射陣為線陣或方陣。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的直流充電單元采用開關(guān)電源電路。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)的工作頻率范圍為 500Hz 至 IOkHz。本實用新型的有益技術(shù)效果是(1)通過采用深拖技術(shù)，將發(fā)射陣置于海底附近，可以明顯提高震源系統(tǒng)深?？碧降姆直媛剩踔吝_(dá)到超高分辨率。(2)通過將直流充電單元與高壓脈沖單元分置(即高壓脈沖單元與發(fā)射陣合置)， 縮短了高壓脈沖傳輸線的長度，從而大大減小了脈沖傳輸損耗。(3)通過將拖曳傳輸線繞制于電動絞車上，使電動絞車工作，可方便控制高壓脈沖單元與發(fā)射陣的拖曳深度。(4)使高壓脈沖單元通過信號傳輸光纜與外部信號處理設(shè)備進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸，方便工作人員實時監(jiān)測高壓脈沖單元的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

圖1為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型的系統(tǒng)原理示意圖。
具體實施方式
為了更為具體地描述本實用新型，
以下結(jié)合附圖及具體實施方式
對本實用新型的技術(shù)方案和相關(guān)原理進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，一種深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)包括直流充電單元4、高壓脈沖單元3、光電復(fù)合傳輸線2、發(fā)射陣1、高壓倉6和電動絞車5。直流充電單元4采用開關(guān)電源電路，用于將單項或三相交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電 ("2kV -6kV)，并對高壓脈沖單元3內(nèi)的儲能電容進(jìn)行充電，其置于船上，并通過光電復(fù)合傳輸線2與高壓脈沖單元3相連。高壓脈沖單元3由固態(tài)儲能電容、可控硅開關(guān)、可控硅觸發(fā)電路、續(xù)流二極管以及高壓脈沖傳輸線組成，用于將直流充電單元4提供的高壓直流電轉(zhuǎn)換為高壓脈沖，并向發(fā)射陣1放電，其置于海底附近，并通過高壓脈沖傳輸線與發(fā)射陣1相連，為了使內(nèi)部器件免受水壓沖擊而發(fā)生損壞，高壓脈沖單元3存放于高壓倉6內(nèi)。發(fā)射陣1由發(fā)射電極、接線柱和支架組成，用于接收高壓脈沖單元3的高壓脈沖放電，使發(fā)射電極附近的海水氣化、電離形成高溫高壓脈沖熱等離子體，并產(chǎn)生脈沖壓力波， 其置于海底附近，發(fā)射陣1可為線陣或方陣。光電復(fù)合傳輸線2由單股或多股的高壓傳輸線和信號傳輸光纜組成，不僅能保證高壓電流傳輸?shù)目煽啃?，同時又能使高壓脈沖單元3與外部信號處理設(shè)備進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸，方便了工作人員實時監(jiān)測高壓脈沖單元3的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。光電復(fù)合傳輸線2繞制于電動絞車5上，電動絞車5安置于船上，通過電動絞車5 工作，可方便控制高壓脈沖單元3與發(fā)射陣1的拖曳深度。如圖2所示，直流充電單元將單項或三相交流電轉(zhuǎn)換為_2kV至_6kV的高壓直流電，并通過光電復(fù)合傳輸線向高壓脈沖單元內(nèi)的固態(tài)儲能電容進(jìn)行充電，充電完成后，高壓脈沖單元內(nèi)的可控硅開關(guān)被觸發(fā)導(dǎo)通?？煽毓栝_關(guān)和續(xù)流二極管的應(yīng)用可實現(xiàn)高壓脈沖單元的單脈沖輸出。高壓脈沖單元的放電過程基本上可以分為兩個階段。第一階段是電容放電階段， 此時將高壓脈沖加載到發(fā)射陣的電極上，電流流經(jīng)固態(tài)儲能電容、可控硅開關(guān)、高壓脈沖傳輸線和發(fā)射電極，電容釋放所有能量，釋放能量的一部分用于使發(fā)射陣發(fā)射電極附近的海水氣化、電離形成高溫高壓脈沖熱等離子體，另一部分存儲于放電回路的電感中；第二階段是電感放電階段，此時電容已經(jīng)放電完畢，可控硅開關(guān)關(guān)閉，電流流經(jīng)續(xù)流二極管、高壓脈沖傳輸線和發(fā)射電極，從而消除電流震蕩，實現(xiàn)單脈沖放電。深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)通過采用深拖技術(shù)，將發(fā)射陣置于海底附近， 可以明顯提高震源系統(tǒng)深?？碧降姆直媛剩踔吝_(dá)到超高分辨率；通過將直流充電單元與高壓脈沖單元分置(即高壓脈沖單元與發(fā)射陣合置)，縮短了高壓脈沖傳輸線的長度，使放電回路的電感和內(nèi)阻大大降低，從而大大減小了傳輸損耗，使本實用新型在海洋地震勘探以及海底可燃冰等礦藏勘探開發(fā)中有很好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.一種深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，包括直流充電單元、高壓脈沖單元和發(fā)射陣，其特征在于所述的直流充電單元用于將交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電，并對高壓脈沖單元進(jìn)行充電， 其置于海面上；所述的高壓脈沖單元用于將直流充電單元提供的高壓直流電轉(zhuǎn)換為高壓脈沖，并向發(fā)射陣放電，其置于海底附近；所述的直流充電單元與所述的高壓脈沖單元通過拖曳傳輸線相連接；所述的發(fā)射陣用于接收高壓脈沖單元的高壓脈沖放電，使發(fā)射電極附近的海水氣化、 電離形成高溫高壓脈沖熱等離子體，并產(chǎn)生脈沖壓力波，其置于海底附近。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其特征在于所述的拖曳傳輸線為光電復(fù)合傳輸線，其由單股或多股的高壓傳輸線和信號傳輸光纜組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其特征在于所述的拖曳傳輸線繞制于電動絞車上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其特征在于所述的高壓脈沖單元存放于高壓倉內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)射陣為線陣或方陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其特征在于所述的直流充電單元采用開關(guān)電源電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，其特征在于工作頻率范圍為500Hz至IOkHz。
專利摘要本實用新型公開了一種深拖分置式脈沖等離子體震源系統(tǒng)，包括直流充電單元、高壓脈沖單元和發(fā)射陣。其通過將直流充電單元置于海面上，將高壓脈沖單元和發(fā)射陣置于海底附近，利用拖曳傳輸線將直流充電單元與高壓脈沖單元相連，可以明顯提高震源系統(tǒng)深?？碧降姆直媛?，甚至達(dá)到超高分辨率，并大大減少脈沖傳輸損耗。因此，本實用新型在海洋地震勘探以及海底可燃冰等礦藏勘探開發(fā)中有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號G01V1/38GK202049240SQ201120022219
公開日2011年11月23日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者劉保華, 王揆洋, 裴彥良, 閆克平, 黃逸凡 申請人:浙江大學(xué)