BGP国际部物探可控震源专业培训教材.pdf

物探可控震源技术培训教材（专业版）MME貝貝 EM叫 EP可 用EE師簡 mvu mu东方公司国际勘探事业部组织编写目录第一章概论.1第一节引言.1第二节可控震源与炸药震源信号特征的区别.1第三节 使用可控震源施工的主要优点.2第四节可控震源技术发展瞻望.2第二章可控震源工作原理.3第一节 可控震源基本信号.3第二节相关技术.5第三节可控震源野外施工方法.14第四节 可控震源系统构成.17第三章 液压培训1（中英文）HYDRAULIC.21第四章底特律92系列发动机.61第一节发动机的基本工作原理和构造.61第二节DETROIT（底特律）92系列柴油机.66第三节CAT3406发动机.77第五章 可控震源电控系统.120第一节 可控震源电控系统构成.120第二节可控震源所产生的信号类型.120第六章 可控震源生产协作及日常维护.122第一节 日常维护.122第二节可控震源操作规程.123第三节可控震源作业安全规定.124第四节 可控震源生产协作.124第七章 可控震源生产过程中的质量控制.125第一节引言.125第二节施工前的震源基础技术准备工作.125第三节 施工过程中的质量控制:.146第四节 质量控制数据的分析方法*:.148第五节 提供改善激发品质的途径.150第六节 国外油公司SHELL COMPANY在招标活动中对原始采集数据质量的一些要求摘录：.1501第一章概论第一节引言利用可控震源人工激发地震波,是进行地震勘探的种重要方法。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些最新研究成果应用于可控震源 的研究,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。第二节可控震源与炸药震源信号特征的区别amplitude“rl-a 1-b-t-Hz图11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、电火花震源和陆地气枪震源等 非爆炸地面震源所产生的地震信号样,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: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,能量有限 1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,且一次激发能量相对较强但信号频率成份难于人为控 制。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。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。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i初至i,如果我 们认为相关子波也有i初至i的话。第三节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: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。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、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。目前在地震勘探领域中所广泛使用的可控震源名义最大输出作用大都为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震波,其中相当一部分能量都用于破碎岩石,因此使用炸药 震源对环境保护不利且受到使用区域的限制。在干旱缺水和钻井困难地区使用可控震源进行地震勘探时,施工效率高,成本低。第四节可控震源技术发展瞻望可控震源技术在其50多年的发展历程中,不断吸取现代科学技术的研究成果并应用于可 控震源设备制造和可控震源勘探技术之中。随着石油勘探开发行业技术发展的需要,可控震 源技术也面临着些亟待解决的问题:研制能够产生信号频率更宽、能量更强、可以进行深层地震勘探,并可适应多种地 表条件施工的大吨位震源;研究相关子波特性更加完善,可获取更为理想信噪比地震资料的扫描信号函数;可以明显改善可控震源信号品质,结构更趋合理的震源重锤一平板振动器系统;2 对振动系统控制更加精确、快速,功能、性能更加完善的可控震源电控系统;可以有效降低施工成本,提高劳动生产率,并能明显改善地震资料品质可控震源野外施工方法的应用研究和推广;快速、大容量的实时相关器;能有效改善可控震源资料面貌,提高资料信噪比的数字处理技术。第二章可控震源工作原理第一节可控震源基本信号在利用可控震源进行地震勘探中,要求采用可控震源机械-液压系统能够响应并能物理可 实现,即信号频率宽度有限,其最低频率大于可控震源振动器所能激发信号的最低频率;最 高频率不能超出振动器所能激发信号频率的上限,并且震源所激发信号的频带应在大地可以 传输信号通频带内的信号,且信号具有良好分辨率的零相位相关子波。这类信号的振幅应为 均衡振幅,且在时域内持续一定时间的连续振动信号,这种信号的振幅和频率都要是时间的 函数,我们称这样的信号为扫描信号,也称扫频信号。其中应用较为广泛的就是线性扫描信 号,这种信号具有相对稳定的振幅,信号频率随时间表呈线性变化,它的数学表达式为:S(t)=A(t)Si n 2 Ji X(F1 t i kt 2/2 0t TD(1)1+Cos Ji(t/T1+O/2,0t T1A(t)=1 T1 t TD-T11+Cos 五(1+(TD-t)/T1/2,TD-TKt TD式中,A(为扫描信号S(t)的振幅包络函数,扫描信号在开始和结束时时,信号幅 度有一逐渐变化的部分称为过渡带或斜坡,T1称为斜坡长度。F!为扫描信号的起始频率,即 为震源开始扫描振动时的瞬时频率,k称为扫描信号频率变化率,简称为扫描速率,它表示 单位时间内扫描信号频率的变化,TD为扫描信号持续时间,TD为扫描振动持续时间,称为扫 描长度,式(1)中若取正号时,则扫描瞬时频率随时间的增长而升高,这种扫描称为升频扫 描,若取负号,则扫描瞬时频率随时间的增加而降低,称为降频扫描。图12线性升频和降频扫描信号(a)升频扫描信号；(b)降频扫描信号。3有关线性扫描信号物理量的几个定义:图13扫描信号的几个物理量扫描信号终了频率F2：它为扫描信号结束瞬间,即t=TD时扫描信号的瞬时频率,可表示为:F2=F1+kTD(3)扫描信号平均频率F0：它为1=TD/2时扫描信号瞬时频率,也称为扫描中心频率,可表示为:F0=(F1+F2)/2(4)扫描信号最低频率FL和最高频率FH：对于升频扫描:FL=F1,FH=F2;对于降频扫描:FL=F2,FH=F!绝对频带宽度A：绝对频带宽度定义为扫描信号最高频率FH与最低频率FL的差,表示为：A=FH-FL(5)对于升频扫描,A=F2-F1；(6)对于降频扫描,A=F1-F2；(7)相对频带宽度R：相对频带宽定义为扫描信号最高频率FH与最低频率FL之比,即:R=FH/FL(8)对于升频扫描信号,R=F2/F1(9)对于降频扫描信号,R=F1/F2(10)在实际应用中,通常用扫描信号最高频率FH与最低频率FL之比的倍频程ROCT表示 相对频带宽度,因此有:ROCT=I og2(FH/FL)(11)或可表示为:ROCT=(I g(FH/FL)/I g2(12)(6)扫描信号瞬时频率f(I)：扫描信号瞬时频率定义为在扫描期间,任意瞬时信号的频率,它可表示为:f(t)=F1i kt 0t 2时,倍频程相对频宽就可以得到 足够的相关子波清晰度了。2.分辨率相关子波分辨率定义为相关子波的主波峰穿越时移座标的两个交点的时间间隔R,如图 所示。图111 相关子波分辨率分辨率反映了扫描信号相关子波的分辨率,它与扫描信号的中心频率f0有关:R=1/2f 0(18)对于线性扫描信号的相关子波,只有在R三3-4或者ROCT NL 2-2有意义。分辨率可以 通过增加信号的高频成份来加以改善。3.相关子波的宽度相关子波的宽度指相关子波主体部分的长度,也称相关子波延续时间,如图1 12所示。10T（a）6赫（1016赫）,（b）12務（1628赫）（c）48赫（452赫）图112 相关子波宽度它定义为:相关子波宽度（T）=2/绝对频宽（A）（19）相关子波宽度也将影响震源相关记录的分辨能力,扫描信号绝对频宽A越宽,则相关子 波宽度越窄。评价相关子波优劣的三个原则:相关子波峰值振幅在零时间表的位置:它决定了参考信号与可控震源信号间的启动同步 精度。相关子波的正、负边叶幅值:在通常情况下相关子波正、负边应该对称,否则,则意味 参考信号与可控震源信号之间存在着相位误差。可控震源相关记录时间座标上正、负方向相关边叶水平:若相关边叶幅值较大,则意味 着可控震源信号中含有较强的谐波成分。四、相关子波边叶我们考查个相关子波特性,除了要分析相关子波清晰度、分辨率和有关指标以外,还 要分析相关子波中心部位信号能量与相关边叶噪声分布情况。在地震勘探中,希望信号的相 关子波能量尽可能地集中在相关子波中心部位,但是,由式（16）所导出的个线性扫描信 号的相关子波波形如图所示,这信号的自相关函数虽有脉冲压缩性能,但其旁瓣特性并不 理想,该信号相关子波的能量并不是集中在子波中心部位,在相关子波两侧还有能量曲线波 动,我们称之为相关边叶。如果这些边叶能量衰减很慢,那么,经相关后的地震记录中浅层 反射信号的相关子波边叶将对深层反射信号产生干扰,也就是说相关边叶将作为噪声背景存 在于可控震源相关记录之中。因为这种噪声不是由于物理因素（如高压线、风吹草动、车辆 或人员走动）产生的振动形成,而是由于相关处理运算本身所产生的,所以称这种噪声为相 11关噪声。由于相关噪声对地震资料有不良影响,因此,在实际工作中,选择扫描信号时,除了要 考虑该扫描信号相关子波的频宽、分辨率、清晰度和可控震源物理、技术可实现性等因素之 外,还需考虑的问题就是这个扫描信号有应尽可能小（或衰减迅速）的相关子波边叶,最大 限度地减少相关边叶对地震记录的影响。当扫描信号的包络函数接近矩形,也即过渡带很短时,由式（16）可以看出,相关子波 边叶大小可以近似用!/A T）估算。此时,扫描信号的绝对频宽A越大,也就是说,扫描信号绝对频带越宽,则相关边叶越弱;反之,则边叶越强。相关边叶产生的另外原因主 要是由于扫描信号的边界效应,即扫描信号的突然开始和终止而引起的,如果在扫描信号开 始和结束时,使信号振幅变化为个渐进过程,即在扫描信号两边加斜坡的方法,就会使信 号的相关子波边叶幅度大大减小。显然,过渡带越长,相关子波边叶越平静,对相关边叶压 制效果会更好些。止匕外,不同类型的过渡带对压制边叶效果也不尽相同。在常常可以选用不 同的过渡带类型中,较为多见的为线性包络,正弦包络和余弦包络。在这三种过渡带中以余 弦包络压制相关边叶效果最好。几兮过波带类型a一线性过渡帯,b一正弦过波带,c余弦过渡带图1 1 4 三种不同的扫描信号包络综上所述,影响相关子波边叶幅度大小的因素主要有三:线性扫描信号的绝对频宽A；线性扫描信号过渡带（或称扫描信号斜坡）的长度;过渡带类型（或形状）。在实际工作中,选用不同的扫描信号参数时,应综合考虑问题,如选择过渡带长度,既 要考虑过渡带长度对压制相关边叶的的作用,也要考虑震源激发信号的能量,应选择合适长 度的过渡带。另外在选择信号频率时,也要注意信号频率范围,所选用的信号频率应比预期 能接收到的频率范围要宽些,否则有些预期可以接收到的信号频率落入到过渡带中,将会 使信号振幅减弱,不利于提高地震资料频率特性。五、可控震源相关记录的几个特点在了解了相关概念和性质之后,对可控震源相关记录与炸药震源记录的它们之间的不同 就容易理解了。可控震源相关记录同炸药震源记录样,也可识别地层反射,也具有信号反 射强度、地层极性和频谱等与炸药震源记录相同的特征,但更重要的是了解可控震源相关记 录与炸药记录的一些不同点:1.在地震勘探中,若炸药震源所采集的地震记录长度为TR（也称为听时间）时,那么,当使用可控震源进行勘探时,可控震源原始记录长度为TD+TR,震源原始记录与参考信号进 行互相关后,所得到的长度为TR的可控震源相关记录与炸药震源记录相当。例如:sweep length sten8received signal on ,time,.,geophone!序匚（-TI I-I*I*/./epilot signal|-1 i（-1-+-1CO SR shift Cl Cn图1 15 原始记录与相关记录长度间关系2.可控震源相关记录基本上是由一系列零相位反射相关子波构成,但受到信号在大地 传输和采集过程中所引入的信号相移和衰减等非线性因素的影响,可控震源相关子波的形态 会有所改变,从而使可控震源相关子波呈现出某些非零相位子波的特性。3.在可控震源相关记录中,相关子波的主波峰值出现的时刻与地震波反射开始时间相 对应,它与炸药震源记录中反射波达到时刻,也即脉冲震源反射波初至时间相对应。波的到达时间图1 16 可控震源相关记录与炸药震源记录反射波到达时间比较134.在使用可控震源进行地震勘探时,若用速度检波器采集地震信号,那么,可控震源 相关记录上的波形不表示实际地面质点的运动速度,而是描述大地质点运动速度与参考信号 相关（或相似）程度的曲线,是相关处理数学运算的结果。相关记录上的时间座标也不表示 真实时间,而是相关函数自变量时移Z值。第三节可控震源野外施工方法可控震源野外工作方法与炸药震源野外工作方法基本一致,即主要包括观测系统、信号 激发和采集接收条件的选择。但是,由于可控震源施工时所考虑的参数和因素可能更复杂些,所以,在可控震源施工时还需考虑些特殊的问题。、可控震源能量累积方法与炸药震源这种高振幅信号激发源不同,可控震源属于低振幅信号激发源,它需要用时 间和增加震源台次等能量累积的方法,来获取足够的地震反射波能量。由前面对相关概念的 讨论,我们知道,相关本身就有对震源能量累积的作用:将持续时间为TD上分散的扫描信号 能量集中在相关子波主峰附近,且扫描时间越长,相关反射能量越强。但是,扫描长度受到 数据采集系统存储容量、易在信号采集时引入噪声以及施工效率等因素的限制,不可能无限 增加扫描长度,因此,除了延长扫描长度增加震源信号能量方法以外,还需引用其它累积可 控震源能量的方法。1.水平叠加一用数台可控震源同时激发地震信号这种方法可使震源信号互相叠加,反射信号能量增强,这种方法同使用炸药震源时,采 用组合爆炸方法来提高信号能量,克服干扰的方法的效果相当,对于获取深层反射信号十分 重要。因此,在条件允许的情况下,应使多台可控震源组合使用,但考虑到施工成本和费用,可控震源组合台数也不是多多益善,应视实际施工情况和具体地质勘探任务需要而定。2.直接叠加一用直接多次扫描振动叠加方法累积反射能量在进行地震勘探时,用数台可控震源多次同时激发扫描信号,由数据采集系统将每次激 发所产生的反射波信号记录下并叠加为张原始记录,这种方法称为直接叠加。一般来讲,震源振动次数叠加越多,相关记录信噪比越高,但不能无止境地增加振动次数而影响生产效 率,如果记录信噪比已经满意,继续增大扫描次数便会变得徒劳无益。需要指出的是,增加 叠加次数对于增大浅层反射波信号能量作用比较显著,但对增强深层信号能量,其效果则大 打折扣。在实际工作中,当然还可采用串联检波器的方法来增加反射信号能量,但这种方法已不 属于可控震源能量累积方法所要讨论的范畴。上述震源能量累积方法要求数台可控震源同时激发地震信号,并采用直接叠加的方法累 积反射信号能量,因此要求可控震源性能达到:（D 一起参加施工的各台可控震源信号相位误差控制精度应符合一定的标准,以免 震源信号能量累积时相互抵销。（2）可控震源每次产生的地震信号能够准确重复,即震源信号具有良好的可重复性。（3）各台可控震源可实现时间相当精确的启动同步。二、可控震源相关记录中的特殊干扰除了诸如面波、多次反射以及环境噪声等在炸药震源记录中所通常存在的干扰以外,在 可控震源相关记录中还存有由相关运算及可控震源信号与炸药震源信号特性不同等因素所引 入的些特殊干扰,出现些可控震源相关记录与炸药震源记录面貌不同的现象。1.初至之前出现同相轴在炸药震源记录中不可能出现同相轴,但是对可控震源相关记录则情况会有所不同。14由于可控震源相关记录由一系列具有边叶的相关子波构成,倘若在回放可控震源相关记录时,仪器回放增益大小选择不合适,将震源相关记录中的相关子波左侧边叶过分放大,则有可能 在可控震源相关记录中出现初至前的同相轴。若可控震源选用不同类型的扫描信号,由于不 同类型扫描信号的相关边叶特性不同,相关记录中初至前同相轴的表现形式也有可能不同。若出现这种情况,仪器操作员通过调试,选用合适的记录回放增益就可很容易使问题得到解 决。2.可控震源信号波形畸变产生的相关噪声干扰由于可控震源机械-液压系统和大地物理特性的非线性,可控震源所激发的信号和地震 数据采集系统所接收到的反射地震信号并不是如同式(1)所描述的、纯粹的正弦波信号,而 是个包含有多种频率成份的复杂信号。由通讯理论我们知道:任何个信号都可以用不同 的幅度和不同相位的各种频率的正弦波叠加而成。反之,也可将一个复杂信号用分解为各种 频率的正弦波来表示。若将实际的可控震源信号SE Q)分解开来它可表示为:SE(t)=SE1(t)+SE2(t)+SE3(t)+?+SEn(19)式中SE1表示震源基波信号,SE2表示二次谐波,SE3表示三次谐波,以此类推。若用 数学表达式可写为:SE1=A1Si n 2 Jit(F1j kt/2)(20)SE2=A2Si n4 nt(F1|kt/2)(21)?SEn=AnSi n2n nt(F1j kt/2)(22)它们也都是线性扫频信号。我们可以很容易地想到SE(与S Q)的互相关函数应等于SE1(、SE2(、SE3(t)等等分别与S(t)的互相关函数的和,它们在相关时移座标 的左右两侧所形成的相关曲线如图所示。图中,相关曲线1是震源基波信号与参考信号相关 后形成的相关子波,是震源相关记录所需要的信号。图中,相关函数时移轴左右两侧曲线2 和曲线3则分别表示SE2(t)和SE3(与S(的互相关子波。如图所示,对于升频扫 描信号,曲线2和曲线3出现在相关时移轴的左侧;对于降频扫描信号,曲线2和曲线3则 出现在相关时移轴的右侧。显然,曲线2和曲线3是震源基波信号以外的相关信号能量,是 可控震源相关记录所不需要的,因此,把这种由震源信号中谐波成分所形式的相关波形称为 相关噪声。对于可控震源信号中其它更高次的谐波,情况相似,只是这些谐波所形成的相关 噪声出现的时间和相关噪声幅值会有所不同。15图119 相关噪声实际上,究其可控震源信号中谐波产生原因来讲比较复杂,除了上面所提到的震源本身 和大地信号传输等因素外,与可控震源所选用的扫描信号类型、频率及震源所选用的驱动幅 度大小等都有关系,因此,在可控震源施工中,应根据谐波产生的原因采取综合措施来尽可 能减少谐波对地震记录的影响,如选用适当的扫描信号类型,频率,扫描长度和可控震源驱 动幅度等施工参数,采用可压制谐波影响的可控震源施工方法等措施。3.初至相关子波边叶对深层反射的影响在地震勘探中,当面波得到有效压制后,地震记录中最强的地震波就是初至波。由线性 扫描信号相关子波性质知道,扫描信号的绝对频宽A与相关子波边叶幅度成反比,当减 小时,相关子波边叶幅度增大,如果相关子波边叶幅度大到一定程度时,就有可能对深层地 震记录产生影响,降低记录的信噪比。因此,应在地震勘探施工前,做好必要的扫描信号参 数选择试验工作,优选出适用于本工区勘探施工的、可以减弱相关边叶影响的扫描信号绝对 频宽A以及其它参数来。4.可控震源原始记录中的脉冲所引起相关记录中出现反向扫描如图所示。在可控震源的原始记录中,在初至波到达后的某个时刻出现一个较强幅值的 尖脉冲。可控震源原始记录与参考信号相关后,会在相关记录中出现与原扫描信号频率变化 趋向反向的扫描信号:若原扫描信号为升频扫描信号,则反向扫描信号为降频扫描,反之亦 然。需加注意的是,在可控震源原始记录中尖脉冲一般都是在初至波之后出现的,但在相关 记录中,由尖脉冲信号在互相关后所引起产生的反向扫描干扰因所采用的扫描信号类型不同,在相关子波初至前后都有可能出现。在实际工作中,可控震源相关记录中所出现的特殊干扰绝不局限于上述几种,这就需要 我们在实践中对些我们还未认知的干扰现象多加留意,深入研究,不断总结这些干扰现象 在可控震源记录中出现的原因和出现的规律,从而找到解决问题的办法,使可控震源技术更 好地应用于地震勘探。16尖肽冲初不 f一 4VVXAAaAWAV-I反向扫报1 初至波T图1-20可控震源原始记录中出现的脉冲信号引起相关记录出现反向扫描的例证第四节可控震源系统构成一部完整的可控震源至少应有同步振动控制（或称可控震源电控系统）系统,电液伺服 控制振动器,可提供高、低液压油流的液压环路系统和运载底盘所构成。同步振动控制系统 主要用于产生可驱动可控震源振动的各种类型信号,实现震源信号特性反馈控制,以及完成 无线通讯及遥控启动控制等项功能。振动器是可控震源的功率输出装置,它可将由震源电控 系统所产生的信号转换为巨大推力地震信号并通过震源平板将震源信号作用于大地。液压系 统是可控震源的动力源,可为电液伺服振动器及振动器提升系统提供压稳定、清洁的油流。此外,由于可控震源应能在各种复杂地表施工,因此,要求可控震源运载底盘具备一定的越 野和自救能力,可以在复杂路面行驶。17一、可控震源振动器DSDMass LVDT-Mass accelerationBaseplate velocityValve LVDT 4-图1 21 可控震源振动器结构示意图11平板:可控震源平板面积一般约为2至U3平方米,其质量与大地等效振动的泥土质量相 比较轻,并且具有一定的刚性以抵御在震源振动过程中平板可能产生的形变。平板总成 由平板框架和平板组成。在可控震源工作时,平板与地面保持接触,由重锤所产生的反 作用带动平板以及平板以下的部分地面泥土振动,其间平板不能脱离地面。2I反作用重锤:反作用重锤为个金属块体,其典型重量为2吨至4吨以上。三级电液伺 服阀按照电控系统所产生的扫描信号变化规律,控制在重锤内部上、下液压油缸的液压 油流变化,在平板上产生一个传入大地的作用力,同时在重锤上产生一个大小相等、方 向的作用,并在平板和重锤上产生运动加速度。显然,反作用重锤的运动与扫描信号频率变化有关,如果信号频率f变化时,若重锤运 动时保持速度恒定,则重锤位移幅度与扫描信号频率f成反比变化,重锤运动加速度则与扫 描信号频率f成正比变化;若重锤运动时保持位移恒定,则重锤运动速度幅度与扫描信号频 率f成正比变化,而重锤运动加速度幅度与扫描信号频率f 2的平方成正比变化。我们知道,反作用重锤的在重锤框架中的运动行程是有限的,随着信号频率的降低,重锤运动位移增大,当达到定频率fD时,重锤运动行程达到极限时,则称fD为重锤位移极限频率。而扫描信 号频率增大时,重锤运动的速度和加速度也将受到限制,当信号频率增大到定的程度时,重锤运动速动速度幅度和加速度幅度都会随之下降,并存在着个最小极限,与此重锤运动 极限位置相对应的扫描信号频率称为高频极限频率。可控震源输出力信号的频率特性主要受 三级电液伺服阀的频率特性影响和制约,对于不同类型的可控震源,它们的极限频率大小不 18尽相同。对于现代地震勘探技术要求来讲,自然是可控震源极限频率带宽越宽越好。二、可控震源出力可控震源作用于大地的力可称为震源激振,也称为可控震源输出作用,有时简称为 地面力。若将可控震源一大地弹性/阻尼系统视为理想化,且震源平板与大地耦合良好,认为 可控震源平板与重锤在振动垂直方向各处运动加速度相等,不考虑震源液压系统压变化和 液压油泄漏等因素,可控震源地面可简单地表示为震源重锤加速度和平板加速度的值分别 与重锤和平板质量乘积的加权和:GF=MmAm+MBPABP(20)式中,GF为震源地面力,Mm：重锤质量,Am：重锤加速度,MBP：平板质量,ABP:平 板加速度。在这个表达式中,重锤质量Mm和平板质量MBP不变,式中变量为重锤与平板的加 速度,它们可由分别安装在重锤和平板上的加速度传感器测得,其加速度幅值变化大小取决 于流入重锤油缸内液压油流的变化。三、液压峰值(HPF)它表示在重锤液压油缸内最大液压油压P与重锤活塞面积S的乘积:HPS=Pi S(20)1I可控震源压重(HDW)：在上面曾提到,可控震源在扫描振动期间,震源平板应与地面保持接触,不能脱离地面,这个问题称为可控震源的耦合。我们知道,一般可控震源所产生的最大推力可达几十吨,而 由于可控震源本身所产生压在平板上的重量即反作用重锤和平板重量之和不过几吨,远比震 源产生的最大推力要小,这样在震源振动时,平板会脱离地面,这种现象称为脱耦,对可控 震源十分有害,这是因为:(当平板脱离地面时,震源振动能量不是传给地面,而是传给可控震源运载底盘,易于引起震源机械部件损坏。(2)当平板脱离地面后回到地面时会在震源信号中产生脉冲,当与参考信号相关后会 在震源相关记录中形成干扰。(3)当平板脱离地面后再回到地面时,可控震源信号的相位特性将会产生突变,震源 电控系统难于修正此刻所形成的相位误差,造成可控震源信号特性变差,降低地 震资料品质。为了防止震源平板脱离地面,可用通过隔振空气弹簧(或称空气皮囊)将震源运载低盘 部分重量加载到震源平板上。在静态时,即震源平板与重锤无加速度运动时,加在平板上的 方向向下的作用力称为压重,它的量值大小必须大于重锤液缸所产生的最大推力,可表示为:HDWNHPF可控震源的隔振空气弹簧是利用空气的可压缩性实现弹性作用的种非金属弹簧,其自 然频率远远低于扫描信号最低频率。当空气弹簧内部充满标准压气压时,其自然频率一般 为1i 3HZ,它可有效起到隔振的作用,因此,空气弹簧的充气压是个很重要的技术指标。19图 1-22除了增加可控震源压重来防止平板脱耦方法以外,还可采用控制可控震源信号振幅的方 法以来防止脱耦现象发生。2,定心空气弹簧和定心油缸Air-bags图12 3 重锤定心空气弹簧为了减小和补偿由于重锤质量引起的电液伺服阀产生的零位偏移,需要在重锤下端设置 重锤质量平衡装置,使它所产生的作用与重锤质量平衡。可控震源一般可采用定心空气弹 簧和定心油缸两种装置来补偿重锤质量影响,现在可控震源多使用定心空气弹簧,如图所示:对于定心空气弹簧而言,充气压大小对于定心空气弹簧能否起到补偿重锤质量作用十 分明显,在施工前需对充气压进行调整,使得重锤可以稳定在框架中心位置。20第三章 液压培训（中英文）HYDRAULICBASE液压基础JitTachCONCEPT OF PRESSI NG FORCE 压力的概念21Let us i magi ne a par al I el epi ped bl ock whose wei ght gener at es a f or ce F.我们来设想个平行六面体因重量产生一个FoLet us pose t hi s one on a sof t surf ace,ki nd sponges,so t hat i n 1 i t i s i n cont act wi t h great s1 surface,i n 2 i t i s at once on average surface s2 and i n3 i t i s upright on s ma I I s3 surf ace.我们将这个平行六面体摆放在块海棉上,如上图所示,图1是用最大的表面S1接触海 绵,图2是用中等大的表面S2,而在图3中,是将这个长方体竖起来用最小的表面S3接触 海绵。11 i s not ed t hat t he I oad produced a pr essi ng force F whi ch appl i es t o surf ace i n cont act wi t h sponge.The penet ration of t he solid i n t he sof t mat t er of sponge i s al I t he more si gni f i cant as surf ace i n cont act i s weak.很显然负载产生了一个力F,作用在与海绵接触的表面上。因为海棉是软的,所以与立 方体接触的表面会产生变形。I n t he t here case t he pr essi ng f or ce F are constant but sur f ace i n a hurry s1-s2-s3 are di f f erent.在这三种情况中下压F是不变的,只是接触面(S1、S2、S3)是不同的。We can concl ude t hat t he pressure p i s al I t he mor e I ar ge as surf aces i n a hurry are s ma I I.我们可以推断在接触面越小时,压强P越大。I f t he pr essi ng f or ce i s appl i ed per pendi cul ar t o surf ace i n a hur r y and t hat 11 act s uni f or ml y on al I surf aces,t he pressure has as a val ue:如果压垂直的作用表面,而且表面受均匀,则可以用下面的公式计算压强。P=F/SP-i n a PASCAL(pa)帕斯卡 F-i n Newt on(N)牛顿S-i n squar e met er(m2)平米MEASURE PRESSURE压强的单位1 Bar(bar)The me a s u r i ng unit of t he pressure i n t he i nt er nat i onal syst em i s i t pascal.(Pa)压强的公制单位是帕斯卡(Pa)。Pascal i s equi val ent t o t he uniform pressure act i ng on a pl ane surf ace of 1 m2 and communi cat i ng per pendi cul ar t o t hi s surf ace a t ot al f orce of 1 Newt on(N).1帕斯卡等于在1平方米的表面上垂直传 递1牛顿的力。Newt on I s f or ce who communi cat es t o a body havi ng one mass from 1 kilogram one accel eration from 1 m/s2.!牛顿是1千克的物体在1个加速度下所 传递的。Bei ng given t he I ow val ue of t he Pascal i n t he field of hydr ost at i c,one uses I i ke unit of pressure i t bar在流体静力学领域,帕斯卡的数值太小,我们常用的压强单位是巴Bar。The bar i s t he pressure whi ch of 1 daN exerts on a surface of 1 cm2.The si mpl est appar at us whi ch i s used t o r ead t he pr essur e i s t he pressure gauge!巴等于将1达因牛（daN）的力作用在1平方厘米上,常用的压表上可以读到这个单 位。1 bar=105 Pascal1 bar=1.02 Kg/cm2 ol d uni t1 bar=100 KPaRELATION PRESSURE/FORCE/SURFACE压强、压、面积的关系p。A23Rei at i on Pressure=For ce压强和压的关系As t he figure wi t h equal sect i ons shows i t opposi t e t he pressure i s proport i onal t o t he force.如图所示,截面积不变时,压强与所承受的成正比。Rei at i on Pr essure=Surf ace 压强和面积的关系Li ke t he wat ch t he figure opposi t e wi t h equal f or ce,t he pressure i s i nver sei y proport i onal t o surf ace.同样如图所示,所受的不变时,压强与截面积成反比。I n hydr aul i cs cert ai n s y s t e ms f unct i on up t o 500 bar.The pressure i s I i mi t ed t o t he