[发明专利]用于水域地震勘探的压缩空气能震源装置

说明书

技术领域

本发明涉及地球物理勘探设备，具体是指用于水域地震勘探的压缩空气能震源装置。

背景技术

随着国民经济的发展，国内外有大量桥梁、隧道、码头在水域兴建。由于地质条件复杂，均需要开展地球物理勘探。

海域石油勘探、开采的钻井平台及其周围也需要进行海洋工程地质勘探，也需要开展地球物理勘探。水域地球物理勘探通常以地震勘探为主。

目前，水域地震勘探使用的震源包括空气枪震源、电火花震源、Boomer、震源船。空气枪震源激发能量大、穿透能力强，但是设备笨重、造价昂贵、操作维护麻烦、对水域生态存在危害。电火花震源激发能量大小可调、穿透能力一般，但是设备昂贵、激发主频较高并难以调节，一般不能在淡水中工作。震源船可在可在江、河、湖、海等水域激发，但设备笨重、操作维护麻烦、激发主频难以调节、沉放深度基本固定。Boomer可在江、河、湖、海等水域激发，穿透能力一般，但是依赖进口、设备昂贵、激发主频难以调节，沉放深度基本固定。

申请号为200810071271.0的中国专利公开了一种气动机械声波水域浅层地震勘探连续冲击震源装置，可用作水域浅层地震勘探震源，但是该装置存在如下不足之处：

1、该冲击震源装置产生振动的主要部件是空气锤，空气锤出力较小、激发能量较小，不能对装置的底板形成有效的高速撞击，因而所获得的子波特性差，对勘探结果有影响。

2、该装置中驱动以及控制锤头上下移动以撞击底板所采用的结构为空压机、磁力基板、磁铁和复位弹簧，不仅结构复杂，而且通过磁铁与磁力基板的磁性吸附以及弹簧的复位来控制锤头的上下移动，很难做到精确控制，难以保证锤头撞击底板的可靠性。

3、该装置为船形空心封闭式容器，装置的比重小于水的比重，因而只能漂浮在水面，而无法进入水中一定深度后进行作业，沉放深度不可调节，不具有可变性，不能根据实际使用需要来调整沉放深度，不能获得不同主频的震动，因而不能匹配振动子波的主频，使得该装置的使用受到很大的限制，具有使用场所的局限性，不能完全满足水域地震勘探的要求。

4、该装置采用的振动板仅采用金属材质，材质不能更换，因而不能产生不同主频的振动子波，不能提供不同的穿透能力和分辨能力。

5、该装置整体封装成一条小船，俗称震源船，承载体采用金属材质，较为笨重且造价高。

冲击气缸是一种体积小、结构简单、易于制造、耗气量小但能产生相当大冲击力的特殊气缸。现有的冲击气缸的结构示意图如图1A至图1E所示，具有气缸活塞杆101、工作腔102、活塞103、密封垫104、环形腔105、喷嘴106、储能腔107、A进气口108、B进气口109和C排气孔110，冲击气缸工作配套的气源为民用级低压空压机，压力小于1.0MPa，即小于10个大气压。与普通气缸相比，冲击气缸的结构特点是增加了一个具有一定容积的蓄能腔107和一个喷嘴106，喷嘴106直径一般为活塞103直径的1/3。

该冲击气缸的两个进气口，即A进气口108和B进气口109通过二位五通电磁阀与气源连接，气缸的整个工作过程可简单地分为三个阶段：

第一阶段，如图1B所示，压缩空气由A进气口108输入冲击气缸的工作腔102，储能腔107经B进气口109排气，活塞103上升并用密封垫104封住喷嘴106，中盖和活塞间的环形腔105经C排气孔110与大气相通。

第二阶段，如图1C所示，二位五通电磁阀换向，压缩空气改由B进气口109进入储能腔107中。同时，工作腔102经A进气口108排气。由于活塞103上端受力面积为喷嘴106面积，相对较小，活塞103下端受力面积较大，缸下腔的压力虽因排气而下降，但此时活塞下端向上的压力仍然大于活塞上端向下的压力。

第三阶段，如图1D所示，储能腔107的气压继续增大，工作腔102的气压继续降低，当储能腔107内压力高于工作腔102压力的9倍时，活塞103开始向下移动。活塞103一旦离开喷嘴106，储能腔107内的高压气体迅速充入到活塞与中盖间的环形腔105中，活塞上端受力面积瞬间增加到原来的9倍，产生很大的压力，于是活塞将以极大的加速度向下运动。活塞到达底部时，活塞103与气缸活塞杆101的速度约为同样条件下普通气缸速度的5至10倍，具有很大的动能，冲击其它工件时产生很大的冲击力。

经过上述三个阶段后，二位五通电磁阀换向，冲击气缸又开始另一个循环。

目前，冲击气缸一般用在往复运动反应灵敏且受力不大的机构中，而在水域地震勘探领域中尚未出现。

发明内容