一种用于浅海区地震勘探的激震装置及其使用方法

1.本发明涉及地震勘探技术领域，特别是涉及一种用于浅海区地震勘探的激震装置及其使用方法。


背景技术：

2.地震勘探是指人工激发所引起的弹性波利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。地震勘探是地球物理勘探中最重要、解决油气勘探问题最有效的一种方法。它是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。在浅海区经常采用多条中、小容量气枪相干组合成阵列震源，但是，中、小容量气枪激发的地震波主频高，低频部分的能量弱，常规的组合方式对低频能量起到了压制作用，因此气枪阵列，不能机械地照搬常规的组合与激发方式，必须对其进行改进，提高低频输出能量，改善远场子波频谱特性。另外，位于我国北部海域的南黄海、渤海水深只有15～40m，气枪瞬间释放的2000psi高压气体造成了海底泥沙泛起，随气泡收缩进入气枪枪膛，引起气枪的故障率大幅度上升，造成资料采集工作效率低下和成本上升。
3.中国专利cn112526593a公开了一种可变激发容积的bolt型的空气枪装置、空气枪阵列装置及勘探系统，所述空气枪装置包含气枪电磁阀、气枪主体和气室；气枪主体分别与气枪电磁阀和气室相连；气枪主体用于将接收到的高压空气存入气室；气枪电磁阀用于当接收到预定电信号后，控制气枪主体通过排气孔将气室中存储的高压空气释放，于水中形成气泡震荡，向各方向传播声学脉冲；气室还包含有可变减容块，可变减容块用于调节气室内空气容腔的容积。该方案中的勘探系统包含勘探船、多根拖缆、多根炮缆和空气枪阵列装置，其中的气枪阵列浮体漂浮在海面上，空气枪阵列装置位于海面以下，并且深入海面以下的深度相同，此枪阵列为平面气枪阵列，多个气枪同时放炮，低频能量受到压制，降低了obs资料品质。
4.中国专利cn106405630a公开了一种用于浅海区地震勘探的激震装置与方法，通过拖缆的形式与海洋上牵引船连接。该震源在海中的位置在一定程度上由牵引船拖拽位置有关。一种用于浅海区地震勘探的激震装置及方法主要包括震源状态检测系统、空间位置控制系统、气枪阵列激震控制系统以及激震装置操作方法，该装置的空间位置控制系统由多个汽轮机组成，汽轮机由拖拽牵引船供电，因此需要在牵引船和激震装置之间设置电缆，电缆浸没与海水中，由于海水的侵蚀作用，电缆存在漏电的风险，容易导致漏电事故的发生，在气枪放炮时，气枪产生对装置自身的反作用力，容易导致装置整体歪斜，后期对装置形态的调整困难。鉴于上述现有技术存在的问题，亟需一种用于浅海区地震勘探的激震装置及其使用方法来解决。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于浅海区地震勘探的激震装置及其使用方法，以解决
上述问题，本技术的用于浅海区地震勘探的激震装置由牵引船拖拽，装置本身相对于海面的深度可调，且各个气枪的相对深度可调，采用立体式气枪阵列，提高了低频输出能量，有效地拓宽了地震频带，提高地震成像精度，为反演处理提供高品质的基础资料。装置本身不需要牵引船提供电能，安全节能。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种用于浅海区地震勘探的激震装置，包括壳体，所述壳体边部固接有若干动力组件，所述动力组件传动连接有发电组件，所述发电组件电性连接有控制器，所述壳体内部固接有下潜组件，所述壳体底部固接有若干直线运动组件，所述直线运动组件滑动连接有气枪组件，所述控制器与所述下潜组件和所述直线运动组件电性连接。
7.优选的，所述动力组件包括若干第一支架，所述第一支架与所述壳体固接，所述第一支架远离所述壳体一侧转动连接有第一转轴，所述第一转轴与所述壳体中轴线平行，所述第一转轴轴接有若干扇叶，所述第一转轴与所述发电组件传动连接。
8.优选的，所述发电组件包括第三转轴，所述第三转轴与所述壳体底面中部转动连接，所述第三转轴垂直于所述壳体底面，所述第三转轴轴接有转子，所述转子为环形磁铁，所述转子外侧设有定子，所述定子与所述壳体顶面固接，所述定子与所述转子共轴设置，所述定子内壁缠绕有漆包线，所述定子通过整流器电性连接有电池，所述电池与所述控制器电性连接，所述第三转轴与所述第一转轴传动连接。
9.优选的，所述壳体底面中部固接有若干第二支架，所述第二支架远离所述壳体底面一侧转动连接有第二转轴，所述第二转轴与所述第一转轴垂直；
10.所述第一转轴靠近所述第二转轴一端轴接锥齿轮，所述第二转轴两端轴接有所述锥齿轮，所述第一转轴和所述第二转轴通过所述锥齿轮啮合连接；
11.所述第三转轴中部轴接有所述锥齿轮，所述第二转轴和所述第三转轴通过所述锥齿轮啮合连接。
12.优选的，所述下潜组件包括对称设置的水箱，所述水箱与所述壳体内部底面固接，两个所述水箱之间设有气瓶，所述气瓶与所述壳体内部底面固接，所述气瓶通过导管分别与两个所述水箱连通，所述导管中部连通有电磁阀，所述水箱顶部和底部分别通过所述电磁阀与所述壳体外部连通，所述电磁阀与所述控制器电性连接。
13.优选的，所述直线运动组件包括若干导向杆，所述导向杆一端与所述壳体底面固接，所述导向杆另一端固接有挡圈，若干所述导向杆沿所述挡圈周向设置，所述导向杆与所述壳体底面垂直，所述导向杆与所述气枪组件滑动连接。
14.优选的，所述气枪组件包括气枪，所述气枪位于所述壳体底面和所述挡圈之间，所述气枪上端和下端分别固接有导向盘，所述导向盘边部开设有若干半圆形开口，所述半圆形开口位置与所述导向杆位置相对应，所述半圆形开口与所述导向杆滑动连接，所述气枪和所述壳体底面之间设有动力部。
15.优选的，所述动力部包括推杆电机，所述推杆电机的两端分别与所述气枪和所述壳体固接。
16.优选的，所述壳体截面为椭圆型结构，所述壳体前端为圆锥型结构，所述壳体前端固接有吊环。
17.一种用于浅海区地震勘探的激震装置使用方法，应用于一种用于浅海区地震勘探
的激震装置，包括如下步骤：
18.步骤一：将牵引船的缆绳分别与若干个一种用于浅海区地震勘探的激震装置连接，将牵引船的高压气体管路与所述气枪组件连通；
19.步骤二：通过所述控制器调节所述下潜组件，使若干个一种用于浅海区地震勘探的激震装置下潜，并保持海面以下特定深度；
20.步骤三：通过所述控制器调节所述直线运动组件，所述直线运动组件带动所述气枪组件远离海面运动，各个所述气枪组件所处深度根据探测需求进行调整；
21.步骤四：各个所述气枪组件同时放炮，产生气泡震动脉冲；
22.步骤五：勘探完毕后，通过所述控制器调节所述直线运动组件，使各个所述气枪组件复位，通过调节所述控制器，使所述下潜组件内的海水排出，所述壳体浮出海面。
23.本发明具有如下技术效果：本技术的一种用于浅海区地震勘探的激震装置由牵引船牵引在浅海中航行，海水对动力组件具有冲击作用，海水的冲击力对动力组件做功，动力组件将海水冲击力所做的功转化成机械能，发电组件将机械能转化为电能并储存起来用于装置内部用电器的供电，下潜组件可以调节装置的重力，通过改变重力的大小来控制装置的上浮和下潜，直线运动组件用来调节气枪组件相对于壳的距离，使本发明的气枪组件处于不同的深度，气枪组件可释放出高压气体，形成气泡震荡脉冲以球面形式在水中传播，由于各个气枪组件相对深度不同，规避了常规的气枪组件组合方式对低频能量的压制作用，改善了现有技术中地震频带较窄的缺点，提升了低频能量，使震源具有更强的穿透力，有效地提高了obs资料品质。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明内部结构示意图；
26.图2为本发明外部结构示意图；
27.图3为本发明横截面结构示意图；
28.图4为实施例2部分结构示意图；
29.图5为图4中a处局部放大图；
30.其中，1、壳体；2、扇叶；3、第一转轴；4、锥齿轮；5、第二转轴；6、防护组件；7、定子；8、电池；9、水箱；10、电磁阀；11、气瓶；12、导向杆；13、推杆电机；14、气枪；15、导向盘；16、第三转轴；17、吊环；18、挡圈；19、转子；601、齿轮；602、挡板；603、齿条；604、连接套；605、弹簧；606、支架。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.实施例1
34.参照图1
‑
3，本实施例一种用于浅海区地震勘探的激震装置，包括壳体1，壳体1边部固接有若干动力组件，动力组件传动连接有发电组件，发电组件电性连接有控制器(图中未画出)，壳体1内部固接有下潜组件，壳体1底部固接有若干直线运动组件，直线运动组件滑动连接有气枪组件，控制器与下潜组件和直线运动组件电性连接。
35.本技术的一种用于浅海区地震勘探的激震装置由牵引船牵引在浅海中航行，海水对动力组件具有冲击作用，海水的冲击力对动力组件做功，动力组件将海水冲击力所做的功转化成机械能，发电组件将机械能转化为电能并储存起来用于装置内部用电器的供电，下潜组件可以调节装置的重力，通过改变重力的大小来控制装置的上浮和下潜，直线运动组件用来调节气枪组件相对于壳体1的距离，使本发明的气枪组件处于不同的深度，气枪组件可释放出高压气体，形成气泡震荡脉冲以球面形式在水中传播，让能量向四周传播，传到地下碰到界面又反射回来被浅海中检波器接收到地下和周围传来的震动，形成地震记录，利用地震记录做后续处理，以此分析地下介质情况。由于各个气枪组件相对深度不同，规避了常规的气枪组件组合方式对低频能量的压制作用，有效的提高了海底地震仪收集到的资料品质。
36.进一步优化方案，动力组件包括若干第一支架20，第一支架20与壳体1固接，第一支架20远离壳体1一侧转动连接有第一转轴3，第一转轴3与壳体1中轴线平行，第一转轴3轴接有若干扇叶2，第一转轴3与发电组件传动连接。
37.第一支架20的数量优选8个，壳体1每侧4个，每2个第一支架20共同转动连接一根第一转轴3，本装置在浅海航行时，海水冲击扇叶2，扇叶2绕自身轴线转动，扇叶2带动第一转轴3转动，从而将海水对扇叶2做的功转化为机械能。
38.进一步优化方案，发电组件包括第三转轴16，第三转轴16与壳体1底面中部转动连接，第三转轴16垂直于壳体1底面，第三转轴16轴接有转子19，转子19为环形磁铁，转子19外侧设有定子7，定子7与壳体1顶面固接，定子7与转子19共轴设置，定子7内壁缠绕有漆包线，定子7通过整流器电性连接有电池8，电池8与控制器电性连接，第三转轴16与第一转轴3传动连接。第三转轴16对转子19起一定的支撑作用，转子19通过第一转轴3间接驱动，转子19在转动过程中，其磁感线与定子7中的漆包线作切割运动，定子7中的漆包线内产生电能，电能储存在电池8中，用于为本装置中的用电器供电，取代了传统由牵引船引出电缆供电的方式，起到了安全节能的效果；转子19在转动过程中由于其自身的回转效应，与陀螺仪原理相同，起到了稳定壳体1的作用，当壳体1产生侧翻趋势时，转子19起到矫正作用。
39.进一步优化方案，壳体1底面中部固接有若干第二支架21，第二支架21远离壳体1底面一侧转动连接有第二转轴5，第二转轴5与第一转轴3垂直；
40.第一转轴3靠近第二转轴5一端轴接锥齿轮4，第二转轴5两端轴接有锥齿轮4，第一转轴3和第二转轴5通过锥齿轮4啮合连接；
41.第三转轴16中部轴接有锥齿轮4，第二转轴5和第三转轴16通过锥齿轮4啮合连接。
42.第一转轴3带动锥齿轮4转动，第一转轴3上锥齿轮4与第二转轴5上的锥齿轮4啮
合，第一转轴3将动力传递至第二转轴5，第二转轴5另一端的锥齿轮4与第三转轴16中部的锥齿轮4啮合，第二转轴5将动力传递至第三转轴16，第三转轴16与转子19固接，第三转轴16带动转子19做旋转运动。
43.进一步优化方案，下潜组件包括对称设置的水箱9，水箱9与壳体1内部底面固接，两个水箱9之间设有气瓶11，气瓶11与壳体1内部底面固接，气瓶11通过导管分别与两个水箱9连通，导管中部连通有电磁阀10，水箱9顶部和底部分别通过电磁阀10与壳体1外部连通，电磁阀10与控制器电性连接。当本装置需要下潜时，控制器控制水箱9上下的电磁阀10打开，海水由下方的电磁阀10进入水箱9内部，水箱9内部的空气由上方的电磁阀10排出，当本装置整体的重力大于浮力时下潜；当本装置需要上浮时，控制器控制水箱9上方的电磁阀10关闭，下方的电磁阀10打开，水箱9与气瓶11之间的电磁阀10打开，气瓶11向水箱9内冲入空气，水箱9内的海水由下方的电磁阀10排出，使装置整体的重力减小，当重力小于浮力时，装置上浮。
44.进一步优化方案，直线运动组件包括若干导向杆12，导向杆12一端与壳体1底面固接，导向杆12另一端固接有挡圈18，若干导向杆12沿挡圈18周向设置，导向杆12与壳体1底面垂直，导向杆12与气枪组件滑动连接。直线运动组件的数量优选4个，导向杆12的数量优选4个，气枪组件在导向杆12边部滑动，挡圈18其限位作用，防止气枪组件掉落。
45.进一步优化方案，气枪组件包括气枪14，气枪14位于壳体1底面和挡圈18之间，气枪14上端和下端分别固接有导向盘15，导向盘15边部开设有若干半圆形开口，半圆形开口位置与导向杆12位置相对应，半圆形开口与导向杆12滑动连接，气枪14和壳体1底面之间设有动力部。气枪14与牵引船高压气室通过管路连接，气枪14可瞬间释放高压气体，形成的气泡震荡脉冲。动力部控制气枪14的升降。
46.进一步优化方案，动力部包括推杆电机13，推杆电机13的两端分别与气枪14和壳体1固接。推杆电机13的电机部分做防水处理，可以采用塑封的方式或者外加保护罩。
47.进一步优化方案，壳体1截面为椭圆型结构，壳体1前端为圆锥型结构，壳体1前端固接有吊环17。壳体1整体呈流线型，减小海水与壳体1之间的阻力，吊环17用于固定牵引线缆。
48.一种用于浅海区地震勘探的激震装置使用方法，应用于一种用于浅海区地震勘探的激震装置，包括如下步骤：
49.步骤一：将牵引船的缆绳分别与若干个一种用于浅海区地震勘探的激震装置的吊环17连接，将牵引船的高压气体管路与气枪14连接，高压气体的压力为1800psi；
50.步骤二：通过控制器控制水箱9上下的电磁阀10打开，海水由下方的电磁阀10进入水箱9内部，水箱9内部的空气由上方的电磁阀10排出，当本装置整体的重力大于浮力时下潜，并保持海面以下7m的深度；
51.步骤三：通过控制器调节推杆电机13，使气枪14位于壳体1以下不同深度，深度值分别为1.5m、2m、2.5m、2m(相对于壳体的深度)，气枪14选用4条1500in3的bolt气枪；
52.步骤四：各个气枪14同时放炮。
53.步骤五：收回各个气枪14，通过调节控制器，使水箱9内的海水排出，壳体1浮出海面。
54.现有技术多采用平面气枪阵列组合，平面气枪阵列组合会形成强烈的陷波效应，
其原因在于各个气枪位于同一水平面，虚反射振幅高于初峰值，形成了强烈的陷波效应，所以平面气枪阵列组合频带较窄、低频段能量相对较低、频谱曲线锯齿状缺口较多，输出能量弱，穿透深度小，不满足浅水区深部obs探测需要。而立体气枪阵列震源由于各气枪的沉放深度不同，海平面虚反射分散叠加，虚反射振幅低于初峰值，其中具有四组本实施例的激震装置的虚反射最低；与平面气枪阵列震源相比，立体气枪阵列子波频谱曲线相对光滑，低频段能量较强、频带宽，满足浅水区深部obs探测的需要。
55.实施例2
56.参照图4
‑
5，本实施例与实施例1的区别仅在于，气枪14出口端固接有防护组件6，防护组件6包括支架606，支架606套接在气枪14出口端侧壁，支架606底部转动连接有齿轮601，齿轮601轴线与气枪14出口端轴线垂直，齿轮601边部固接有挡板602，齿轮601轴线与挡板602轴线垂直，挡板602轴线与气枪14出口端轴心重合，挡板602面积大于气枪14出口端面积，齿轮601远离挡板602一侧啮合连接有齿条603，齿条603远离齿轮601一端滑动连接有连接套604，连接套604远离齿条603一端与导向盘15固接；
57.连接套604内部中空，连接套604内部设有弹簧605，弹簧605的两端与齿条603和导向盘15抵接，连接套604侧壁开设有若干滑槽，滑槽沿连接套604轴线方向设置，齿条603远离齿轮601一端固接有导向块，导向块与滑槽滑动连接。
58.本实施例防护组件6的工作过程：在气枪14放炮前，由于弹簧605的弹力作用，挡板602与气枪14出口端贴合，防止泥沙等污物进入气枪14内部，气枪14放炮时，气体的冲击力将挡板602推开，挡板602带动齿轮601转动，齿轮601带动齿条603向上移动，齿条603将弹簧605压缩，在放炮完毕后，在弹簧605弹力的作用下，挡板602复位，重新将气枪14出口端盖住，防止气泡激起的泥沙进入枪管内。
59.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
60.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。