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对地震勘探数据采集震源的分析论文

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对地震勘探数据采集震源的分析论文

炸药震源与非炸药震源

一直以来，地球物理勘探的方法有许多，例如地震勘探、电法勘探、磁法勘探、重力勘探和放射性勘探等，其中地震勘探是最主要的地球物理勘探方法。在进行地震勘探数据采集时，地震信号的激发源分为炸药震源和非炸药震源两种。

1、炸药震源在使用炸药激发时，激发方式一般有井中爆炸、水中爆炸、坑中爆炸和空气中爆炸等几种，下面主要介绍的是常用的井中爆炸方式。

炸药震源是使用炸药爆破的方法来激发地震波，激发地震波的强度和频率主要决定于炸药用量及爆炸地点岩层的物理性质。当炸药爆炸时迅速发生反应，瞬间形成高压气团并且急速膨胀，形成冲击波。在炸药爆炸中心附近造成岩体破碎，形成破坏带。与破坏带相邻的是塑性带，塑性带受到外力作用不能恢复原状，保留了在外力作用下所产生的形变。

破坏带和塑性带产生新的裂隙以及扩展原有裂隙，统称为非弹性形变区。在非弹性形变区之外，冲击波衰减为弹性波，只引起岩体的弹性形变，外力作用消失后又恢复原状，形成范围较大的弹性形变区。如图1所示。炸药在井中爆炸时产生巨大能量，但是大部分都在破坏带消耗于加热、破碎岩石、推动岩石以及岩石与岩石之间的摩擦上了。所以使用炸药作为激发震源，能力利用率不高。在地震勘探工作中，使用炸药震源需要考虑激发岩性、激发深度以及激发药量三个因素。

（1）激发岩性炸药若在松软的岩层中爆炸，频率很低，爆炸能量大部分被松散的岩层所吸收，转化为有效波的能量不大；在坚硬的岩石中爆炸，会产生极高的频率，但是这种高频会很快被岩层吸收掉，而且爆炸能量大部分消耗在破坏坚硬的岩石上，因此得到的地震波能量不强。而选择在可塑性岩层爆炸，可以使得大量的爆炸能量转化为弹性振动能量，地震波具有显著的振动特性。

（2）激发深度对于反射波来说，炸药激发深度要选在潜水面以下，大约在潜水面以下3m～5m的岩层里。由于爆炸点距离上面的`潜水面不远，潜水面是一个强反射界面，因此炸药爆炸产生的能量由于潜水面的强反射作用使得能量向下传播，从而加强有效波的能量。

（3）激发药量在地震勘探过程中，人们都希望得到较强的地震波，于是加大炸药药量首先成为人们的选择。实践表明，在其他条件相同的情况下初期加大药量确实使得地震波振幅明显提高。A=KQ1/3，其中A为地震波振幅，K为介质特性的系数，Q为药量。当Q较小时，地震波振幅与炸药量Q成正比地增加，但是随着继续加大药量，地震波的振幅提高速度明显降低，最终趋于一个稳定值，同时地震波的频率却越来越低。这是因为随着药量的加大岩石的破坏也越大，能量消耗也越大，所以在地震勘探中炸药药量并不是越大越好。如图2所示。水中爆炸一般是在河流、湖泊和海洋等水体中进行地震勘探时使用的激发方式。炸药如果在浅水中爆炸时，要避免在淤泥中爆炸；在深水中爆炸时，应选择适宜的深度。爆炸点深度过大，会造成气泡惯性胀缩而重复冲击，容易干扰地震记录。坑中爆炸又称为土坑炮，在沙漠、砾石覆盖等地区，潜水面又深，不方便使用钻机打孔时，可以选择采用坑炮组合方式激发。坑炮同样需要选择激发岩性，最好在胶泥粘土、泥岩等岩层中激发。空气中爆炸是在不能打孔的地区进行的，使用空中爆炸时会产生强大的声波和面波。

2、非炸药震源非炸药震源是指地震勘探中不用炸药激发地震波的震源，它分为可控震源和撞击型震源（包括重锤震源、气动震源等），下面主要介绍可控震源。

可控震源是一种机械震源，它是靠安装在特种汽车上的振动器连续撞击地面而产生地震波动的，又称为连续振动震源，因为振动的连续时间和频率的变化可以受到控制，又称为可控震源。可控震源的工作原理如图3所示。可控震源车的扫描频率信号发送到地下岩层的同时，在震源附近的一个参考检波器进行记录如图3a所示。假如地下有三个反射地层，地面检波器接收到这三个地层的反射时间分别为t1、t2、t3，将它们分开记录如图3b、c、d所示。我们在地震勘探工作中得到的实际记录是b、c、d三条曲线以及干扰情况叠加的结果，所以仅凭肉眼是无法进行分辨及解释的。若将可控震源的原始记录变成可以用于解释的、类似炸药震源产生的监视记录，将淹没在相互干扰信号里面的震源反射信号恢复出来，这就需要针对可控震源的原始记录做相关处理。可控震源是震源平板与地面耦合在一起进行激发的，通过平板与地面受迫振动传输信号，所以近地表的物性变化也会影响到可控震源的激发品质。

因此，必须根据地表的地质条件来调整施工参数。撞击型震源主要包括重锤震源和气动震源。重锤震源是由车装的机械装置，工作时将重锤提高至空中让其自由落向地面产生冲击波即地震信号。重锤撞击地面后立刻将它提起，使重锤在短时间内在另一地点落下。接收排列不动，只移动重锤震源车来进行地震勘探，重锤撞击地面时会产生较强的面波。气动震源也是一种车装非炸药震源，属于低频、低能量震源。地震波发生器是一个密闭的平圆柱体，侧壁由高强度金属构成的可伸缩爆炸室，爆炸室底板与地面接触。将丙烷与氧气的混合物导入爆炸室，使用电火花引爆，底板将爆炸时产生的脉冲传至地下。每个激发点需要进行多次脉冲激发增加叠加次数。

优缺点对比

下面只针对炸药震源和可控震源进行优缺点对比。炸药震源和可控震源作为地震勘探的常用震源，都有各自的优、缺点及比较适用的地形。

1、炸药震源

（1）优点：①炸药爆炸获得的能量较强；②激发信号明显；③能减低面波的强度；④爆炸时在直达波中形成很宽的振动频谱；⑤使用炸药震源可以提高工作效率，加快施工进度。

（2）缺点：①建筑物密集度地方不便使用；②使用炸药费用高，某些地区需要深钻才能获得资料时耗费就更加高昂；③在缺水以及钻井困难地区施工不便；④对周围环境有损害；⑤炸药运输方面存在着不安全性。2、可控震源（1）优点：①不破坏岩石，不消耗能量在岩石破碎上；②在勘探区施工，对环境影响及破坏性小；③勘探信号的可操控性高；④抗干扰能力较强；⑤特别适用于建筑物密集区。

（3）缺点：①结构庞大、复杂；②记录面貌频率较炸药震源低；③初至前没有炸药震源平静；④有震源车噪声干扰；⑤地形复杂区适用不便。3、炸药震源与可控震源的对比结语到目前为止，对于地震勘探使用的炸药震源以及可控震源而言，都有着各自的优点及缺点。使用可控震源施工相对于炸药震源来说，需要的人工较少，费用低，安全性高，但是对地表条件要求较高，而且施工效率较低。炸药震源对于不同的地表条件可以采用不同类型的钻机打孔。因而现阶段炸药震源还是地震勘探的主要激发方式，非炸药震源只作为炸药震源的一种补充而不是取代。

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