本發(fā)明涉及一種海洋地震勘探過(guò)程中的電火花震源，特別涉及一種海洋高分辨立體垂直能量組合電火花震源，用于海洋野外高分辨立體觀測(cè)系統(tǒng)，勘探采集海底中淺層地震反射信息并用于海洋地質(zhì)調(diào)查。

背景技術(shù)：

在海洋野外地震勘探工作中，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，尤其針對(duì)海洋中淺層地層勘探，電火花是重要的震源之一。這些年隨著高分辨地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)的進(jìn)步，采集人員環(huán)保意識(shí)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(guó)內(nèi)普遍使用的電火花震源主要由法國(guó)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(guó)內(nèi)外研制的相關(guān)海洋電火花震源，主要是以平面陣列形式組合激發(fā)，利用組合線性增加子波能量，以到達(dá)提高地震勘探地震波穿透深度的目的。但隨著地震勘探技術(shù)要求的提高，如何拓寬震源子波的帶寬以及提高其主頻，是地球物理學(xué)家要思考的問(wèn)題。如何壓制水汽界面帶來(lái)的虛反射，如何提高能量以及穿透深度等問(wèn)題，是本專利基于先存技術(shù)所要提高的焦點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種海洋高分辨立體垂直能量組合電火花震源，以提高電火花陣列通過(guò)空間與能量調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)拓寬震源子波頻帶的作用，產(chǎn)生高分辨的地震子波以適用海上高分辨多道地震勘探系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)要求。

本發(fā)明根據(jù)單電極產(chǎn)生的氣泡壁壓力與時(shí)間的關(guān)系，即單電極的氣泡脈沖，通過(guò)有規(guī)律調(diào)節(jié)各個(gè)單電極的激發(fā)能量，如正弦化能量或者指數(shù)化能量，依據(jù)各個(gè)電極空間與激發(fā)能量差異性構(gòu)造海洋高分辨立體垂直能量組合電火花震源。

一種海洋高分辨立體垂直能量組合電火花震源，其特征在于包括水上控制激發(fā)單元和位于水下的深度傳感器，所述水上控制激發(fā)單元通過(guò)帶有陽(yáng)極水密接頭的能量傳輸連接電纜與圓柱形垂直陣列框架的頂端連接，所述圓柱形垂直陣列框架是整個(gè)震源電極承載體，它包括多根柱狀電極載體，所述的各個(gè)柱狀電極載體圍繞圓柱形垂直陣列框架的軸線均勻排列，每根柱狀電極載體均與軸線平行且距軸線的距離相等，每相鄰兩根柱狀電極載體的間距均相等；每一根柱狀電極載體上沿長(zhǎng)度方向等間距排列多個(gè)陰電極；每個(gè)陰電極的方向相同且均位于柱狀電極載體的徑向上；所述的水上控制激發(fā)單元包括能量相干控制電路，并以向所述陰電極提供電能的方式使不同深度的陰電極在同一時(shí)間激發(fā)出不同的能量。

上述利用能量相干控制電路使不同深度的陰電極在不同的時(shí)間進(jìn)行能量激發(fā)，采用正弦化或者指數(shù)化激發(fā)能量組合。

所述正弦化激發(fā)能量組合中的一種形式為：以最淺層陰電極為起始層，依層次不同而激發(fā)不同不同能量，且每一層與前一層的激發(fā)能量符合公式e=e0*sin(k*（π/2/n）)，k為第k層，n為總層數(shù)，e0為單只陰電極激發(fā)能量設(shè)定值。

所述指數(shù)化激發(fā)能量組合中的一種形式為：以最淺層陰電極為起始層，依層次不同而激發(fā)不同不同能量，且每一層與前一層的激發(fā)能量符合公式e=e0*ln(k*（(e-1)/n）)，k為第k層，n為總層數(shù)，e0為單只陰電極激發(fā)能量設(shè)定值。

垂直陣列震源在實(shí)際工作中，豎直放于海水中，所有電極按照預(yù)先設(shè)置的能量變化進(jìn)行同步激發(fā)，這樣使得從上到下每一層陰電極激發(fā)的氣泡同相疊加，由于能量不同，相對(duì)應(yīng)的單電極子波振幅不同，這樣相互疊加的結(jié)果能夠有效的壓制海面虛反射。

垂直陣列框架的形狀是底面直徑為400mm，高為2000mm的圓柱體，它包括垂直排列的16個(gè)柱狀電極載體，相鄰兩個(gè)柱狀電極載體的間距為2cm，每個(gè)柱狀電極載體上設(shè)有100個(gè)陰電極，所有陰電極屬于同一回路，相鄰的兩個(gè)陰電極的間距為2cm；所有的陰電極呈網(wǎng)格狀排列（每個(gè)陰電極均與其上下左右相鄰的陰電極的間距相等）。

所述陰電極是由聚酯材料包裹的銅絲，單只電極放電時(shí)能量范圍為5-30j；

圓柱形垂直陣列框架底部安裝自由擺動(dòng)的平衡配重球7。

本設(shè)計(jì)震源整體激發(fā)能量范圍為8000-48000j。

采用陽(yáng)極水密接頭可以方便的安裝和拆卸，平衡配重球用于該垂直陣列框架在水體中自由狀態(tài)下的平衡調(diào)節(jié)，深度傳感器用于測(cè)定震源沉放深度。

為了保證在涌浪較大的海況下，垂直陣列電火花震源整體搖晃不是很劇烈，使本震源水下部分的加裝平衡配重球在震源底部，平衡配重球包括配重球與位于圓柱形垂直陣列框架底部的轉(zhuǎn)軸，配重球與轉(zhuǎn)軸通過(guò)擺桿連接，目的為了消除由于涌浪產(chǎn)生的震源擺動(dòng)。

利用上述海洋高分辨立體垂直能量組合電火花震源產(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(guò)深度壓力傳感器檢測(cè)是否已達(dá)預(yù)定深度，

水上控制激發(fā)單元對(duì)各個(gè)柱狀電極載體供電，使不同深度的陰電極在同一時(shí)間激發(fā)出不同的能量，從而產(chǎn)生震源子波，而使得產(chǎn)生的震源子波能夠根據(jù)陰電極的能量差異性壓制虛反射，從而提高震源的能量以及地震子波的分辨率，適用于海洋高分辨地震勘探工作。

本發(fā)明具有以下特征：

a.海洋高分辨立體垂直能量組合電火花震源利用陰電極放電一致性現(xiàn)有技術(shù)，基于電極的空間排列方式，針對(duì)每一層陰電極6的激發(fā)能量進(jìn)行正弦化或者自然對(duì)數(shù)化加權(quán)，使得每只陰電極產(chǎn)生的子波能夠相互錯(cuò)位疊加從而壓制虛反射。有效地系統(tǒng)控制所有陰電極6激發(fā)產(chǎn)生的地震子波組合，最大化的壓制垂直陣列電火花震源激發(fā)產(chǎn)生的地震子波的虛反射，大大提高地震勘探野外數(shù)據(jù)采集的分辨率。

b.陰極放電是現(xiàn)有技術(shù)，此種技術(shù)的特點(diǎn)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，將本震源底部安裝平衡配重球，目的是利用平衡配重球的自由擺動(dòng)來(lái)限制垂直陣列震源的晃動(dòng)角度。

d.利用深度壓力傳感器4，實(shí)時(shí)傳輸確定圓柱體沉放深度，用于計(jì)算壓制虛反射的空間距離。

e.整個(gè)電極排列為16根對(duì)稱柱狀電極載體，以整個(gè)電極框架中心線為對(duì)稱，等間距排列于圓柱體的側(cè)面。

f.每一根柱狀載體上等間距排列的100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，利用陰電極6的不同空間深度，使得同一深度的陰電極6產(chǎn)生的地震子波能夠相互延時(shí)疊加，有效地壓制海面虛反射。

g.震源整體框架4為底面直徑400mm，高2000mm。所有電極屬于同一回路，同時(shí)激發(fā)。柱狀電極載體5間隔2cm，圍繞垂直陣列共16條柱狀電極載體5。每條柱狀電極載體5上的陰電極6長(zhǎng)度為2cm，底面積直徑為5mm。陰電極6的結(jié)構(gòu)為，聚酯材料10包裹的放電銅絲9。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明的海洋高分辨立體垂直能量組合電火花震源示意圖。

圖2單根柱狀電極載體示意圖。

圖3單只陰電極示意圖。

圖4震源整體框架、柱狀電極載體及陰電極的立體圖。

圖5用本發(fā)明的海洋高分辨立體垂直能量組合電火花震源產(chǎn)生的震源子波。

圖6為圖5所示的震源子波的振幅譜。

其中，1、水上控制激發(fā)單元，2、能量傳輸電纜，3、陽(yáng)極水密接頭，4、圓柱形垂直陣列框架，5、柱狀電極載體，6、陰電極，7、平衡配重球，8、深度傳感器，9、放電銅絲，聚酯材料10。

具體實(shí)施方式

如圖1-4所示，一種海洋高分辨立體垂直能量組合電火花震源，其特征在于包括水上控制激發(fā)單元1和位于水下的深度傳感器8，所述水上控制激發(fā)單元1通過(guò)帶有陽(yáng)極水密接頭3的能量傳輸連接電纜2與圓柱形垂直陣列框架4的頂端連接，所述圓柱形垂直陣列框架4是整個(gè)震源電極承載體，它包括多根柱狀電極載體5，所述的各個(gè)柱狀電極載體5圍繞圓柱形垂直陣列框架4的軸線均勻排列，每根柱狀電極載體5均與軸線平行且距軸線的距離相等，每相鄰兩根柱狀電極載體5的間距均相等；每一根柱狀電極載體5上沿長(zhǎng)度方向等間距排列多個(gè)陰電極6；每個(gè)陰電極6的方向相同且均位于柱狀電極載體5的徑向上；

所述的水上控制激發(fā)單元1包括能量相干控制電路，并以向所述陰電極6提供電能的方式使不同深度的陰電極6在同一時(shí)間激發(fā)出不同的能量。

上述利用時(shí)間延遲控制電路使不同深度的陰電極6在不同的時(shí)間進(jìn)行能量激發(fā)，其激發(fā)規(guī)律包括正弦化或者指數(shù)化激發(fā)能量組合，即已最淺層陰電極6為起始激發(fā)層，逐層依次激發(fā)，且每一層距與前一層的激發(fā)能量符合公式e=e0*sin(k*（π/2/n）)或e=e0*ln(k*（(e-1)/n）)，k為第k層，n為總層數(shù),e0為單只陰電極激發(fā)能量設(shè)定值。

垂直陣列震源在實(shí)際工作中，豎直放于海水中，所有電極按照預(yù)先設(shè)置的能量變化進(jìn)行同步激發(fā)，這樣使得從上到下每一層陰電極6激發(fā)的氣泡同相疊加，由于能量不同，相對(duì)應(yīng)的單電極子波振幅不同，這樣相互疊加的結(jié)果能夠有效的壓制海面虛反射。

利用上述海洋高分辨立體垂直能量組合電火花震源產(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(guò)深度壓力傳感器8檢測(cè)是否已達(dá)預(yù)定深度，

水上控制激發(fā)單元1對(duì)各個(gè)柱狀電極載體5供電，使不同深度的陰電極6在同一時(shí)間激發(fā)出不同的能量，從而產(chǎn)生震源子波，而使得產(chǎn)生的震源子波能夠根據(jù)陰電極6的能量差異性壓制虛反射，從而提高震源的能量以及地震子波的分辨率，適用于海洋高分辨地震勘探工作。

實(shí)施例

垂直陣列框架4的形狀是底面直徑為400mm，高為2000mm的圓柱體，它包括垂直排列的16個(gè)柱狀電極載體5，相鄰兩個(gè)柱狀電極載體5的間距為2cm，每個(gè)柱狀電極載體5上設(shè)有100個(gè)陰電極6，所有陰電極6屬于同一回路，相鄰的兩個(gè)陰電極6的間距為2cm；所有的陰電極6呈網(wǎng)格狀排列。

所述陰電極6是由聚酯材料包裹的銅絲，單只電極放電時(shí)能量范圍為5-30j；

本設(shè)計(jì)震源整體激發(fā)能量范圍為8000-48000j。

采用陽(yáng)極水密接頭3可以方便的安裝和拆卸，平衡配重球7用于該垂直陣列框架在水體中自由狀態(tài)下的平衡調(diào)節(jié)，深度傳感器8用于測(cè)定震源沉放深度。

為了保證在涌浪較大的海況下，垂直陣列電火花震源整體搖晃不是很劇烈，使本震源水下部分的加裝平衡配重球7在震源底部，平衡配重球7包括配重球與位于圓柱形垂直陣列框架4底部的轉(zhuǎn)軸，配重球與轉(zhuǎn)軸通過(guò)擺桿連接，目的為了消除由于涌浪產(chǎn)生的震源擺動(dòng)。

能量傳輸電纜2長(zhǎng)約150m，在震源整體框架4頂部安裝深度傳感器8，平衡配重球7以及陰電極6全部集成安裝于震源整體框架4上。其中，每100個(gè)陰電極集成于一條柱狀電極載體上，然后將20條柱狀電極載體依次加裝在震源整體框架的圓柱側(cè)面上。

上述的150m的連接電纜2中集成多股線纜，通過(guò)陽(yáng)極水密接頭3連接。其中包括電源充放電陰極線和陽(yáng)極線20股（對(duì)應(yīng)柱狀電極載體的數(shù)量），深度傳感器實(shí)時(shí)傳輸線1股，地線1股。各種線纜用絕緣軟金屬材料包裹集成，防止線纜之間的電感效應(yīng)。所有的線纜接頭集成于陽(yáng)極水密接頭3中，在接頭中實(shí)現(xiàn)室內(nèi)單元與室外單元的連接。

本發(fā)明依據(jù)陰極放電的現(xiàn)有技術(shù)，利用同步激發(fā)的電極，基于不同的空間深度位置關(guān)系以及正弦化或者自然對(duì)數(shù)化每一層陰電極6的激發(fā)能量，綜合計(jì)算震源子波的時(shí)間延遲與能量疊加，進(jìn)行錯(cuò)位疊加壓制虛反射現(xiàn)象。

由圖5與圖6可知，本發(fā)明產(chǎn)生的震源子波具有高頻寬，高分辨率以及良好的虛反射壓制特點(diǎn)，滿足海洋高分辨地震勘探的需求。