可控震源原理及说明.doc

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1、可控震源工作原理张宏乐一．概论1．引言利用可控震源人工激发地震波，是进行地震勘探的一种重要方法。这种勘探方法最早出现的时间可以上溯到上个世纪50年代，当时在美国的一些石油公司最初开始出现以连续振动为特征的非爆炸地面震源的可控震源雏形，由此开创了可控震源技术应用于地震勘探之先河。随着国外可控震源技术的日趋成熟，到了上个世纪70年代中期，我国开始引进国外可控震源设备和技术以应用于国内地震勘探。与此同时，在吸收消化国外先进技术的基础上，开始着手依靠国内技术力量和设备，自行开发研制KZ系列国产可控震源。由于可控震源所产生的信号频谱和

2、基本特性可以人为控制，可以在设计震源扫描信号时避开某些干扰频率，还能对地层对地震信号的吸收作用进行补偿，这是其它人工地面震源和炸药震源难于做到的，所以利用可控震源进行地震勘探可以得到反射能量足够，信噪比和信号分辨率能够满足地质勘探需要的资料，因此在过去的几十年中可控震源技术在国内外都得到了较快发展，无论从震源的机械液压系统和电控系统技术发展水平，还是震源野外施工方法和震源资料处理技术都已逐渐提高和日臻完善。近些年来，为了提高地震资料的信噪比和分辨能力，国内和国外生产厂家竞相利用现代科学技术的一些最新研究成果应用于可控震源的研

3、究，设计和开发，已生产出最大静态推力近30吨的﹑可以适应更加广泛地震勘探目的﹑可在多种地面道路行驶的宽频大吨位可控震源，出现了可以灵活控制震源传入大地地面力幅度和地面力控制方式﹑以数字自适应控制技术为基础的﹑可自动进行可控震源系统识别、安装，并能对震源实施实时的质量控制技术的电控系统，从而扩大了可控震源应用领域，促使可控震源技术得以广泛应用于国内外地震勘探施工，成为了一种重要的地震勘探设备。2．可控震源与炸药震源信号特征的区别图1可控震源信号与炸药震源信号特点比较炸药震源和一些用于地震勘探的地面震源，如落重震源、电火花震源和

4、陆地气枪震源等非爆炸地面震源所产生的地震信号一样，都是作用时间很短，信号振幅能量高度集中的脉冲信号，它们都属于脉冲震源。而可控震源所产生的信号则是作用时间较长﹑且为均衡振幅的连续扫描振动信号。因此使用可控震源和使用炸药爆炸等脉冲震源进行地震勘探，在原理上有如下几点重要的区别：1）由可控震源所产生的地震信号是延续时间较长的连续振动信号，这个信号函数基本已知，它的频率成份可以按人为需要加以改变，但其信号频率成份有限，能量为有限的非周期信号。炸药震源所产生的地震信号为持续时间很短窄脉冲信号，其信号函数不可预知，信号频谱较宽，且一次

5、激发能量相对较强但信号频率成份难于人为控制。2）利用可控震源施工所得到的地震原始记录不能够直接辩认各反射层，需要经过与已知的参考信号进行相关处理运算，方可得到用于解释的相关记录，而使用炸药震源得到的地震记录则可直接用于解释。但由于相关处理方法本身具有滤波作用，因此可控震源相关记录的信噪比较高。3）由于可控震源相关记录是由经相关处理后的一系列相关子波所组成，所以相关子波并不是地震信号采集质点上真实运动波形，而是可控震源原始记录与参考信号相关程度曲线，是数学运算的结果，但这种相关记录和用炸药震源所得到地震记录一样，它包含了必要的

6、地震勘探信息，如地震波旅行时间﹑反射波信号能量强度和反射波极性等有用信息。而利用诸如炸药震源等脉冲震源所得到的地震记录则是由一系列反射子波组成，这些反射波形则反映了采集质点处真实振动波形。4）从地震信号波形对比而言，在可控震源相关记录中的各个反射相关子波的最大波峰出现时刻对应于脉冲震源反射子波的到达时刻，即在震源相关记录上所表示的一个波达到的时间在相关子波最大值所对应时刻，而不是相关子波的“初至“，如果我们认为相关子波也有“初至”的话。2．使用可控震源施工的主要优点同炸药震源相比，利用可控震源进行地震勘探施工其主要优点表现为

7、：1）可控震源所产生的地震信号特性已知，信号频谱和信号幅度在一定范围内可控，从地震信号激发角度而言，改善地震资料品质潜力较大。而炸药震源所产生的地震信号未知且信号频谱难于控制，对改善地震资料品质不利。2）由于使用可控震源进行地震勘探时，必须对震源原始资料进行相关处理，而相关处理对信号具有较强的滤波作用，因此可控震源相关记录能够压制一些环境噪声影响，震源相关记录具有较高的信噪比。而使用炸药震源时，地震资料则对环境噪声（如车辆人员行走，风﹑工业振动及天电干扰等）很敏感，容易在地震记录中引入环境噪声干扰。3）目前在地震勘探领域中所

8、广泛使用的可控震源名义最大输出作用力大都为20到30吨左右，并且其输出能量大小可调。在扫描振动时，可控震源的绝大部分能量都将用于产生传入大地的地震弹性波，对环境的破坏和影响远小于炸药震源，可在城市，居民区和其它一些禁炮区使用。而炸药震源在爆炸时所产生的巨大能量中只有很小一部分能量用于产生地