一种基于微孔电极结构的等离子体震源发射阵的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于等离子体震源技术领域，具体涉及一种基于微孔电极结构的等离子体震源发射阵。
【背景技术】
[0002]基于水中高压脉冲放电技术，电火花震源或等离子体震源已成功应用于海洋高分辨率地震勘探，其主要包含三个部分:高压脉冲电源、脉冲传输线以及电极发射阵。脉冲目前电火花震源或等离子体震源采用的发射电极结构主要包括电极对、多电极发射阵等。电极对适用于脉冲电弧放电，电声效率高，由于需要击穿电极对之间的水体，所以需要的电压等级高，放电过程中产生连接两电极尖端电弧通道，放电电流大(?kA)，导致电极极端烧蚀严重，电极使用寿命短；后者适用于脉冲电晕放电，放电只发生在接高压的电极尖端，且在较高电导率情况下才能产生较强声波，电声效率偏低，由于没有形成电弧通道，属于局部放电，电压等级较低，电极烧蚀缓慢，电极使用寿命长。
[0003]基于脉冲电晕放电的等离子体震源，由于电压等级较低，电气安全性较好，且脉冲信号重复性好等优点，已成功应用于海洋高分辨率地震探测。为了提高等离子体震源的电声效率以及声源指向性等参数，等离子体震源的多电极发射阵已经得到了普遍应用，其结构主要是由数十个或数百个电极并联构成。单个电极结构如图1(a)所示，主要包括铜电极和包裹铜电极的绝缘层，且仅电极尖端裸露于水中。当施加高压脉冲时，由于电极尖端曲率半径较小，产生较大的场强和电流密度，由于电热效应，电极尖端周边的水体受热被气化形成气泡。此时电极尖端仍维持较高场强，根据气体放电原理，当气泡内Pd值降低到一定值时(P是气泡内的压强，d为距离电极尖端的距离)，其内部激发等离子体放电。随后，电容中的电能快速注入到气泡当中，等离子体放电剧烈进行，在气泡内部产生高温高压，气泡剧烈膨胀。由于水体的弱压缩性，气泡的剧烈膨胀将产生强烈的冲击波。随后，等离子体慢慢熄灭，气泡继续膨胀到最大尺寸，然后进入坍缩过程。在气泡达到最小尺寸的时候，将产生幅值超过冲击波的气泡脉冲。在实际的海洋勘探中，气泡脉冲将对最后的信号处理产生干扰，通常通过多电极发射阵的电极参数调节，可以有效压制气泡脉冲，提高初泡比。
[0004]目前，市场上所有的多电极发射阵的个体电极都采用这种电极结构，如GEO-Resource的平面阵结构、SIG的鱼骨刺电极结构、AppliedAcousti c的刷子电极结构以及浙江大学的双极性电极结构(如图2所示)。由于此种结构产生放电之前需要气化电极尖端周围的水体形成气泡，因此需要消耗一部分能量。根据已有的研究，这部分能量会占总放电能量的7?50%。减小这部分能量消耗可以显著提高声源的电声能量效率。由于空间电流密度在电极尖端处最大，并随空间半径的平方呈反比衰减，如图1(b)所示，因此减小电极尖端半径，以此提高电流密度是一个有效方法。然而，实际应用中不可能选择无限小的电极半径，还要兼顾电极的强度以及寿命，电极越细寿命越短，所以减小电极半径并不是最有效的提高电声效率的方法。
【发明内容】
[0005]针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于微孔电极结构的等离子体震源发射阵，使高压电极部分与水体的接触是通过一段绝缘层上的微孔实现，通过合理的微孔位置排列，可以有效压制气泡脉冲，提高电声效率。
[0006]—种基于微孔电极结构的等离子体震源发射阵，包括:接高压的金属电极D1、接低压的金属电极D2以及具有多孔结构的绝缘介质；
[0007]所述的金属电极Dl和金属电极D2通过所述的绝缘介质隔离，且金属电极Dl仅通过绝缘介质上的微孔裸露于水中。
[0008]所述的等离子体震源发射阵为平面结构、柱状结构以及球状结构。
[0009]当所述的等离子体震源发射阵为平面结构时，则所述的金属电极Dl和金属电极D2均采用金属面板，所述的绝缘介质采用多孔绝缘层，金属电极Dl嵌于多孔绝缘层中并将多孔绝缘层分为上下两部分，上半部分的多孔绝缘层不具有微孔且外侧与金属电极D2贴合，下半部分的多孔绝缘层具有多个微孔，使得金属电极Dl仅通过这些微孔裸露于水中；
[0010]所述的金属电极Dl和金属电极D2均通过各自的接线柱引出分别接高压和低压，金属电极Dl的接线柱依次穿过多孔绝缘层的上半部分以及金属电极D2后引出并与金属电极D2绝缘。
[0011]当所述的等离子体震源发射阵为柱状结构时，则所述的金属电极Dl采用柱状金属电极，所述的绝缘介质采用绝缘壳体，所述的柱状金属电极被绝缘壳体包裹，所述的绝缘壳体侧面开有呈阵列排布的多个微孔，使得金属电极Dl仅通过这些微孔裸露于水中；绝缘壳体侧面上还贴有多块条状金属电极，所述的条状金属电极与绝缘壳体上的各列微孔交替排列；所述绝缘壳体的顶面设有金属面板，所述的多块条状金属电极共同连接于该金属面板上并与金属面板共同组成所述的金属电极D2;
[0012]所述的金属电极Dl和金属电极D2均通过各自的接线柱引出分别接高压和低压，金属电极Dl的接线柱依次穿过绝缘壳体的顶面以及金属面板后引出并与金属面板绝缘;金属电极D2的接线柱从金属面板上引出。
[0013]当所述的等离子体震源发射阵为球状结构时，则所述的金属电极Dl采用球状金属电极，所述的金属电极D2采用金属帽，所述的绝缘介质采用多孔绝缘层，所述的球状金属电极被多孔绝缘层包裹且通过多孔绝缘层上的微孔裸露于水中；球状金属电极顶部的多孔绝缘层不具有微孔且所述的金属帽即设于球状金属电极顶部的多孔绝缘层上；
[0014]所述的金属电极Dl和金属电极D2均通过各自的接线柱引出分别接高压和低压，金属电极Dl的接线柱依次穿过球状金属电极顶部的多孔绝缘层以及金属帽后引出并与金属帽绝缘。
[0015]所述微孔的孔径不超过Imm，孔深不超过I cm，孔间距不超过I Ocm。
[0016]所述的金属电极Dl采用铜或不锈钢材质。
[0017]所述的金属电极D2采用不锈钢材质。
[0018]所述的绝缘介质为交联聚乙烯、聚四氟或其他具有高强度、耐热性、耐压性的绝缘材料。
[0019]本发明等离子体震源发射阵工作原理为:在海水中，当接高压的金属电极上施加高压脉冲时，微孔内形成局部很高的场强和电流密度，由于电热效应，气化微孔内水体形成气泡，当气泡内Pd值降低到一定程度时形成等离子体放电，由于微孔的存在，气泡在很小时并不能膨胀，因而可以积聚更多的内能，当气泡从微孔中膨胀出来时，将具有更大的膨胀速度，因而产生更强的脉冲声波。由于气泡的初始内能大，所以可以产生更大的气泡;通过调节微孔位置的排列，可以有效压制气泡脉冲。
[0020]本发明使高压电极部分与水体的接触是通过一段绝缘层上的微孔实现，如果微孔孔径足够小，微孔内电场和电流密度分布均匀，那么加热水体的时间将缩小，且气泡产生时仍能维持高场强，更能激发气泡中的等离子体放电;且由于绝缘层具有一定的强度，可以让气泡积聚更多的内能，进而形成更强的声压和更大的气泡尺寸。因此本发明可以有效提高电声效率，同时通过合理的微孔位置排列，可以有效压制气泡脉冲;而且由于电压等级低，本发明和原有的发射阵电极一样，具有较长的电极寿命。
【附图说明】
[0021 ]图1 (a)为传统尖端电极的结构示意图。
[0022]图1(b)为基于尖端电极结构场强/电流密度随空间半径的变化曲线示意图。
[0023]图2(a)为GEO-Resource的平面阵结构不意图。
[0024]图2(b)为SIG的鱼骨刺电极结构示意图。
[0025]图2(c)为AppliedAcoustic的刷子电极结构示意图。
[0026]图2(d)为浙江大学的双极性电极结构示意图。
[0027]图3(a)为本发明平面发射阵的结构示意图。
[0028]图3(b)为本发明平面发射阵中多孔绝缘层的结构示意图。
[0029]图4(a)为本发明柱面发射阵的结构示意图。
[°03°]图4(b)为图4(a)的横向剖面示意图。
[0031]图5(a)为本发明球面发射阵的结构示意图。
[0032]图5(b)为本发明球面发射阵的顶面示意图。
[0033]图6(