本發(fā)明涉及一種地震勘探過程中的震源，特別涉及一種海洋高分辨立體調(diào)相震源，用于海上高分辨立體觀測系統(tǒng)，勘探采集海底中淺層地層反射信息并用于地震地質(zhì)調(diào)查與解釋。

背景技術(shù)：

在海洋地震勘探中，震源是海洋地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，尤其是電火花震源。今年隨著高分辨地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)的進步，采集人員環(huán)保意識的提高，電火花震源在海洋地震勘探中占有主要地位。目前國內(nèi)普遍使用的電火花震源主要由法國S.I.G公司生產(chǎn)的SIG系列，荷蘭Geo-Resources公司生產(chǎn)的Geo-spark系列。國內(nèi)外研制的相關(guān)海洋電火花震源，主要是線性同時激發(fā)組合，利用組合線性增加子波能量，以到達高分辨地震勘探的目的。而現(xiàn)有的線性激發(fā)的組合方式因其激發(fā)原理導(dǎo)致難以實現(xiàn)調(diào)相的技術(shù)效果。地震子波在地層中的傳播是幾何球面擴散傳播，在忽略地層吸收作用的假設(shè)下，地震波傳播過程隨著傳播距離的增加，傳播能量密度減少。這樣造成地震波在接收時，能量衰減較多?，F(xiàn)有的激發(fā)方式因為采用同時激發(fā)的原理，使得能量傳播不具有方向性，其傳播能量衰減較快。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種海洋高分辨立體調(diào)相震源，以提高電火花激發(fā)能量以及能量利用率，利用波束形成技術(shù)調(diào)節(jié)震源能量的傳播波束方向，以適用海上高分辨多道地震勘探系統(tǒng)的技術(shù)要求。

一種海洋高分辨立體調(diào)相震源，其特征在于包括水上控制激發(fā)單元，該水上控制激發(fā)單元通過帶有陽極水密接頭的傳輸電纜與震源框架連接，所述震源框架設(shè)有前后兩個深度壓力傳感器，震源框架上還設(shè)有多個用于懸掛浮球的不銹鋼環(huán)，震源框架是整個震源承載體，其底部等間距排列多個水平設(shè)置的柱狀載體，柱狀載體作為震源電極載體；柱狀載體的底部設(shè)有多個豎直的陰電極，且同一根柱狀載體上的陰電極的長度相等。

所述柱狀載體的數(shù)量為偶數(shù)，且對稱分布在震源框架的前后中軸線兩側(cè)，相互對稱的兩根柱狀載體上的陰電極7的長度相同，最外側(cè)的兩根柱狀載體上的陰電極的長度最短，由外向內(nèi)，越靠近中軸線的柱狀載體上的陰電極越長，中部兩根柱狀載體上的陰電極最長。

所述陰電極是由聚酯材料包裹的銅絲且銅絲末端暴露，單只電極放電時能量范圍為5-30J。

本設(shè)計震源的陰電極整體激發(fā)能量范圍為6400-38400J。

所述的水上控制激發(fā)單元包括相移器與同步器，并以提供電能為激發(fā)方式；采用陽極水密接頭可以方便的安裝和拆卸；深度傳感器用于測定震源沉放深度；不銹鋼環(huán)采用可自由旋轉(zhuǎn)的裝卸吊扣，以方便連接繩索固定浮球。

所述震源框架的底部有16個水平排列的柱狀載體，相鄰兩個柱狀載體的間距為10cm，，即震源整體框架的中軸線每側(cè)條柱狀載體；每個柱狀載體上設(shè)有80個陰電極，所有陰電極屬于同一回路，前后相鄰的兩個陰電極的間距為2cm；其中最外側(cè)的兩個柱狀載體上的陰電極長度為1cm，以此類推，中部的兩個柱狀載體上的陰電極長度為8cm。所有的陰電極呈網(wǎng)格狀排列，陰電極排與排之間相互平行，列與列之間也相互平行。以震源框架中心線為對稱軸，對柱狀載體上的電極利用同步器控制，保證對稱的電極能夠同時激發(fā)。這樣設(shè)計的目的是根據(jù)電極長度變化，利用相移器控制震源子波的相互錯位疊加，達到調(diào)相的目的，從而從根本上壓制由于海面產(chǎn)生的虛反射。

為了保證在涌浪較大的海況下，震源整體搖晃不是很劇烈，使本震源水下部分的重心置于震源框架的前端，目的為了消除由于船體拖曳產(chǎn)生的向上拉力。

利用上述海洋高分辨立體調(diào)相震源產(chǎn)生震源子波的方法，其特征在于包括以下步驟：

將本震源搭載于工作船并行駛至預(yù)定海域，將本裝置吊裝至水中，通過深度壓力傳感器檢測是否已達預(yù)定深度，

利用波束形成技術(shù)，通過控制電極的空間排列以及相移器、同步器的調(diào)節(jié)相位延遲，對陰電極輸出電能，從而產(chǎn)生震源子波，而使得產(chǎn)生的震源子波的能量傳播具有定向性，最大化的將震源能量應(yīng)用于特定角度之內(nèi)，大大提高地震勘探野外數(shù)據(jù)采集的效率以及品質(zhì)。

上述過程中，通過懸掛浮球的方式將本震源投放至預(yù)定深度。

本發(fā)明根據(jù)雷達技術(shù)領(lǐng)域中雷達空間波束形成方法，計算空間電極分布，形成一種具有方向指向性的組合震源。該發(fā)明在震源激發(fā)參數(shù)上可以達到市場上現(xiàn)有的成熟電火花震源，并且首次提出利用波束形成技術(shù)組合電火花電極，形成海洋高分辨立體調(diào)相震源。

本發(fā)明具有以下特征：

a.海洋高分辨立體調(diào)相震源利用波束形成技術(shù)，通過控制電極的空間排列以及相移器、同步器的調(diào)節(jié)相位延遲，使得震源能量傳播具有一定的定向性。最大化的將震源能量應(yīng)用于一定角度之內(nèi)，大大提高地震勘探野外數(shù)據(jù)采集的效率以及品質(zhì)。

b.陰極放電是利用現(xiàn)有技術(shù)，此種技術(shù)的特點是電極放電不消耗材料，能夠保持單只電極的子波一致性。

c.為了保證在涌浪較大的海況下，震源整體搖晃不是很劇烈，將本震源結(jié)構(gòu)重心放置前端，目的為了消除由于船體拖曳產(chǎn)生的向上拉力。

d.利用深度壓力傳感器，實時傳輸確定圓柱體沉放深度，用于之后過程中計算壓制虛反射的空間距離。

e.浮球懸掛不銹鋼環(huán)，方便連接繩索與固定浮球，采用不銹鋼材質(zhì)有利于原件使用壽命，可以根據(jù)工程需要懸掛不同規(guī)格的浮球。

f.整個電極排列為16根對稱柱狀電極載體，以整個電極框架中心線為對稱，對稱電極利用同步器控制，保證對稱的電極能夠同時激發(fā)。從外至內(nèi)單只電極長度為1cm到8cm。

g.每一根柱狀載體上等間距排列的80根電極，所有電極屬于同一回路，并且電極間距為2cm。如此安排，一是利用同步器控制兩端對稱柱狀載體上的電極同時激發(fā)，形成能量匯聚。二是利用相移器控制每根柱狀載體上的80根電極，形成相位延遲，達到波束匯聚效應(yīng)。延遲時間根據(jù)野外采集觀測系統(tǒng)的要求調(diào)整。以形成30°波束為例，根據(jù)相位延遲公式：

式中τ為相位延遲，d為橫向電極間距，v為地震波傳播速度，

h.震源整體框架為寬160cm，長190cm。對稱電極受到同一個同步器控制，同時激發(fā)。柱狀載體間隔10cm，每側(cè)8條柱狀載體。每條柱狀載體上的電極長度以1cm開始到8cm，1cm遞增變化。這樣設(shè)計的目的是根據(jù)電極長度變化，利用相移器控制震源子波的相互錯位疊加，達到調(diào)相的目的，從而從根本上壓制由于海面產(chǎn)生的虛反射。

附圖說明

圖1是海上高分辨地震勘探系統(tǒng)的常規(guī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是海上高分辨地震勘探原理示意圖。

圖3是本發(fā)明的海洋高分辨立體調(diào)相震源示意圖(箭頭方向為前方)。

圖4是單只陰電極示意圖。

圖5是震源整體框架、柱狀載體及陰電極的前視圖。

圖6單只柱狀載體及其陰電極的排列示意圖。

圖7利用本發(fā)明的海洋高分辨立體調(diào)相震源產(chǎn)生的震源子波。

其中，1、水上控制激發(fā)單元，2、傳輸電纜，3、陽極水密接頭，4、深度傳感器，5、不銹鋼環(huán)，6、震源框架7、陰電極，8、柱狀載體，9、銅絲，10、聚酯材料。

具體實施方式

圖1是海上高分辨地震勘探系統(tǒng)的常規(guī)結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明主要是對其中的水部分進行改進，圖2是海上高分辨地震勘探原理示意圖。

如圖3-6所示，一種海洋高分辨立體調(diào)相震源，其特征在于包括水上控制激發(fā)單元1，該水上控制激發(fā)單元1通過帶有陽極水密接頭3的能量傳輸電纜2與震源框架6連接，所述震源框架6設(shè)有前后兩個深度壓力傳感器4，震源框架6上還設(shè)有多個用于懸掛浮球的不銹鋼環(huán)5，震源框架6是整個震源承載體，其底部等間距排列多個水平設(shè)置的柱狀載體8，柱狀載體8作為震源電極載體；柱狀載體8的底部設(shè)有多個豎直陰電極7，且每個柱狀載體8上的陰電極7的長度相等。

所述柱狀載體8的數(shù)量為偶數(shù)，且對稱分布在震源框架6的中軸線兩側(cè)，相互對稱的兩根柱狀載體8上的陰電極7的長度相同，最外側(cè)的兩根柱狀載體8上的陰電極7的長度最短，由外向內(nèi)，越靠近中軸線的柱狀載體8上的陰電極7越長，中部兩根柱狀載體8上的陰電極7最長。

實施例

如圖3-6，一種海洋高分辨立體調(diào)相震源，包括水上控制激發(fā)單元1(包含相移器與同步器)以及位于水下的震源框架6，水上單元和水下單元由150m傳輸電纜2連接，傳輸電纜2上設(shè)有陽極水密接頭3。前后兩個深度傳感器4，用于懸掛浮球的不銹鋼環(huán)5以及陰電極7全部集成安裝于震源框架6上。其中，每80個陰電極集成在一條柱狀電極載體上，然后依據(jù)對稱關(guān)系將16條柱狀電極載體加裝在震源整體框架中心線兩側(cè)。

上述150m的連接電纜2中集成多股線纜，通過陽極水密接頭3連接。其中包括電源充放電陰極線和陽極線16股(對應(yīng)柱狀電極載體數(shù)量)，深度傳感器實時傳輸線2股，相移器控制線2股、同步器控制線1股以及地線1股。各種線纜用絕緣與軟金屬材料包裹后集成，防止線纜之間的電感效應(yīng)。所有的線纜接頭集成于陽極水密接頭3中，在接頭中實現(xiàn)水上單元與水下單元的連接。

如圖4，所述陰電極7是由聚酯材料10包裹的銅絲9且銅絲末端暴露，單只電極放電時能量范圍為5-30J。

本設(shè)計震源整體激發(fā)能量范圍為6400-38400J。

所述的水上控制激發(fā)單元1包括相移器與同步器，并以提供電能為激發(fā)方式，采用陽極水密接頭3可以方便的安裝和拆卸，深度傳感器4用于測定震源沉放深度,；如圖3、5，不銹鋼環(huán)5采用可自由旋轉(zhuǎn)的裝卸吊扣，以方便連接繩索固定浮球。

如圖3、5、6，所述震源框架6的底部有16個水平排列的柱狀載體8，相鄰兩個柱狀載體8的間距為10cm，，即震源整體框架6的軸線每側(cè)8條柱狀載體；每個柱狀載體8上設(shè)有80個陰電極7，所有陰電極7屬于同一回路，前后相鄰的兩個陰電極7的間距為2cm；其中最外側(cè)的兩個柱狀載體8上的陰電極7長度為1cm，以此類推，中部的兩個柱狀載體8上的陰電極7長度為8cm。所有的陰電極7呈網(wǎng)格狀排列，陰電極7排與排之間相互平行，列與列之間也相互平行。以震源框架6中心線為對稱軸，對柱狀載體8上的電極利用同步器控制，保證對稱的電極能夠同時激發(fā)。這樣設(shè)計的目的是根據(jù)電極長度變化，利用相移器控制震源子波的相互錯位疊加，達到調(diào)相的目的，從而從根本上壓制由于海面產(chǎn)生的虛反射。

為了保證在涌浪較大的海況下，震源整體搖晃不是很劇烈，使本震源水下部分的重心置于震源框架6的前端，目的為了消除由于船體拖曳產(chǎn)生的向上拉力。如圖3中，是將框架頂部的十字形交叉結(jié)構(gòu)靠前方設(shè)置以實現(xiàn)重心靠前。

利用上述海洋高分辨立體調(diào)相震源產(chǎn)生震源子波的方法，其特征在于包括以下步驟：

將本震源搭載于工作船并行駛至預(yù)定海域，將本裝置吊裝至水中，通過深度壓力傳感器4檢測是否已達預(yù)定深度，

利用波束形成技術(shù)，通過控制電極的空間排列以及相移器、同步器的調(diào)節(jié)相位延遲，對陰電極7輸出電能，從而產(chǎn)生震源子波，而使得產(chǎn)生的震源子波的能量傳播具有定向性，最大化的將震源能量應(yīng)用于特定角度之內(nèi)，大大提高地震勘探野外數(shù)據(jù)采集的效率以及品質(zhì)。

上述過程中，通過懸掛浮球的方式將本震源投放至預(yù)定深度。

本發(fā)明依據(jù)陰極放電的現(xiàn)有技術(shù)，震源室內(nèi)控制單元1加入相移器與同步器。利用同步器控制對稱兩條柱狀電極載體同時激發(fā)，而相移器則控制同條柱狀電極載體上能夠?qū)崿F(xiàn)等時間延遲，并且對于不同長度的電極，相移器實現(xiàn)非同步激發(fā)，震源子波通過錯位疊加壓制虛反射現(xiàn)象。

圖7是利用本發(fā)明的海洋高分辨立體調(diào)相震源產(chǎn)生的震源子波。由圖7所示波形圖可知，本發(fā)明產(chǎn)生的震源子波具有分辨率高，能量范圍大且能量傳播方向性好，優(yōu)良的壓制自由表面虛反射的特點。