专利名称：用于地震勘探的相控阵电火花子震源的制作方法
技术领域：
地震勘探广泛应用于石油、煤田等矿产资源的勘查中，地震勘探常用的震源主要包括炸药震源、可控震源、气枪震源和电火花震源。但在山地环境下，这些震源都存在种种缺陷，从而使得矿产资源的地震勘探难以真正在山区广泛实施。本发明的地震勘探相控阵电火花震源解决了山地地震勘探的震源瓶颈问题。
背景技术：
众所周知，地震勘探震源主要包括炸药震源、可控震源、气枪震源和电火花震源。 炸药震源是传统的震源，其缺点是野外需钻深达10-20米的炮井用于填装炸药，这在山区十分困难，而且炸药的使用十分危险(经常被禁用)，因此并不十分适合山地勘探。传统的可控震源主要指通过控制机械振动发出连续地震波的一种震源，其缺点是要达到深层勘探，通常震源车重量要达到数吨至数十吨，这么重的震源车无法上山，显然不适合山地勘探。气枪震源大多只能在海洋深水中施工，在陆地上是禁区，更不适合山地勘探。传统的电火花震源由电源系统、控制系统和水中放电电极系统构成，属于单震源激发，而且需要一定量的水体，主要在河流及沼泽地中的浅水表施工，其缺点是电火花激发出的能量大部分外泄到空气中，能量利用效率低。图Ia传统电火花震源原理展示了普通的电火花震源的基本原理，它是将两个放电电极(一正一负)放入一水体中，连接高压电和放电开关，待开关闭合时瞬间放出大量的能量，一部分转换为地震波能量，其缺点是在水体表面激发能量大部分散射到空中，而且需要较多的水体和较大的供电系统。60年代初期，美国就已开始研制电火花震源。1966年，J.W.Miller取得了陆地电火花震源的专利。中科院电工研究所1975年与大港油田合作，开始石油地震勘探陆地电火花震源的研制，到90年代初，技术上基本成熟。随后又进行电火花震源在垂直地震剖面测井(简称VSP测井)、井间地震、振动采油和工程勘探等方面的应用研究，也取得了较好的应用效果，目前已形成系列产品。能量等级有500J，1000J, 20kJ, 40kJ, 200kJ, 400kJ, 600kJ。 其中，IkJ等级的震源主要用于无损检测、孔间穿透及科研等，20kJ和40kJ震源主要用于工程勘探，200kJ以上震源主要用于煤田及油田的地震勘探为车载式。这些研究都仅仅限于单震源的研究，还没有实施相控阵技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于地震勘探的相控阵电火花子震源，以适应于陆地尤其是山区地震勘探的需要，使震源具有便携、相控和不依赖环境水等特点。为实现上述目的，本发明提供的相控阵电火花子震源，其主要结构为一下端为锥体的金属壳体，壳体内部设有高压电极，该高压电极连接高压电源同轴电缆；与该高压电极正对应的设有低压电极，该低压电极固定在锥体上；高压电极与低压电极相对的电极端各设计成相互平行的板状电极，两个板状电极之间设有电解液。
所述的相控阵电火花子震源，其中高压电极与低压电极相对的电极端的板状电极为抛物线形状。所述的相控阵电火花子震源，其中电解液为盐水。所述的相控阵电火花子震源，其中高压电极为钨钢制成，低压电极与金属壳连为不锈钢制成。所述的相控阵电火花子震源，其中金属壳体内设有绝缘反射体。所述的相控阵电火花子震源，其中绝缘反射体为陶瓷。所述的相控阵电火花子震源，其中金属壳体的顶端具有一壳帽。本发明的效果如下1)电火花子震源的模块化技术和精确控制技术，既能易于组装和搬运，又可以实现相控阵，适于山地地震勘探。2)多个电火花子震源在相移器控制下具有聚焦性和方向性，能量高、频带宽。3)震源激发于地下，大部分能量不会外泄到空气中而向地下传播，能量传播方向可控，能量利用率高。
图1是本发明相控阵电火花子震源的结构示意图。图2是本发明地震勘探相控阵电火花子震源组成示意图。
具体实施例方式本发明的技术方案是将传统的电火花震源的浅水表激发方式进行了重新设计，将它们置于一个类似地震检波器一样的锥体中(如图1所示)，将其称之为电火花子震源。该相控阵电火花子震源的结构为一金属壳体1，该金属壳体的下部为一锥体2，在金属壳体1 内部垂直地设有高压电极3和低压电极4。高压电极3通过一同轴电缆5与金属壳体1外部的能源系统和控制系统连接，能源系统由高储能密度、高功率密度的薄膜电容绝缘结构构成，控制系统由模块化大电流放电脉冲源和低抖动开关系统组成，具有多震源时序精确控制放电的功能(能源系统和控制系统为公知技术，不是本发明讨论的重点，因此不推荐附图并且不作详细描述)。金属壳体1内部安装完高压电极和低压电极后填充有绝缘反射体7，金属壳体的顶端由一壳帽6封密。低压电极4是固定在锥体2上，实质上是与金属壳体1连为一体形成一低压电极。为了增加高压电极和低压电极之间的放电功率，本发明将高压电极和低压电极相对应的两端设计成板状电极3’和4’，在板状电极3’和4’之间为电解液8。由于金属壳体 1内部的空间限制，为尽可能地扩大板状电极3’和4’的面积，可以设计成抛物线形状。本发明的电火花子震源在实际使用时，由多个成阵列分布的子震源组成，这些子震源不依赖环境水。高压电极和低压电极都处于电火花子震源的壳体中，在高压板状电极和低压板状电极之间为电解液8，由封闭的空间形成液中放电腔室。并将高压电极和低压电极设计成抛物线形状，使放电中心位于抛物线的焦点处，这样所产生的能量大部分能向地下传播。本发明的电解液为盐水制成，该盐水的浓度没有严格限定。高压电极用钨钢制成，而低压电极与电火花子震源的金属外壳连通，都用不锈钢制成。高压电极的内导线9和同轴电缆均用铜线制成。绝缘反射体为陶瓷。 本发明的单个电火花子震源虽然能量比较小，使用相控阵技术可以用多个子震源组合，达到高能量的目的，可以做到深层探测。如图2所示，为10乘10的方阵，例如单个子震源能量可以做到U，组合成10乘10的方阵就是100个子震源，其总能可达到200KJ，完全可以勘探深达2公里的目标。更重要的是这样的设计施工很简单，布置震源就像布置地震检波器一样，用手直接将这些子震源插入地面土中就可以了。
权利要求
1.一种用于地震勘探的相控阵电火花子震源，其主要结构为一下端为锥体的金属壳体，壳体内部设有高压电极，该高压电极连接高压电源同轴电缆；与该高压电极正对应的设有低压电极，该低压电极固定在锥体上；高压电极与低压电极相对的电极端各设计成相互平行的板状电极，两个板状电极之间设有电解液。
2.根据权利要求1所述的相控阵电火花子震源，其中，高压电极与低压电极相对的电极端的板状电极为抛物线形状。
3.根据权利要求1所述的相控阵电火花子震源，其中，电解液为盐水。
4.根据权利要求1所述的相控阵电火花子震源，其中，高压电极为钨钢制成，低压电极与金属壳连为不锈钢制成。
5.根据权利要求1所述的相控阵电火花子震源，其中，金属壳体内设有绝缘反射体。
6.根据权利要求5所述的相控阵电火花子震源，其中，绝缘反射体为陶瓷。
7.根据权利要求1所述的相控阵电火花子震源，其中，金属壳体的顶端具有一壳帽。
全文摘要
一种用于地震勘探的相控阵电火花子震源，其主要结构为一下端为锥体的金属壳体，壳体内部设有高压电极，该高压电极连接高压电源同轴电缆；与该高压电极正对应的设有低压电极，该低压电极固定在锥体上；高压电极与低压电极相对的电极端各设计成相互平行的板状电极，两个板状电极之间设有电解液。本发明的子震源中自带少量水，不依赖环境水。本发明的电火花子震源在实际使用时，由多个成阵列分布的子震源组成，高压电极和低压电极都处于电火花子震源的壳体中，由封闭的空间形成液中放电腔室。并将高压电极和低压电极设计成抛物线形状，使放电中心位于抛物线的焦点处，这样所产生的能量大部分能向地下传播。
文档编号G01V1/157GK102466812SQ20101054104
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者严萍, 梁光河 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所