馮強強，吳衡，趙慶獻

(廣州海洋地質調查局 技術方法所，廣東 廣州　510760)

PPS-50kJ電火花脈沖震源應用試驗

馮強強，吳衡，趙慶獻

(廣州海洋地質調查局 技術方法所，廣東 廣州510760)

摘要：隨著海洋高分辨率地球物理調查的迅猛發(fā)展，高分辨地震勘探對震源的要求越來越高。本文介紹了一套新研制的PPS-50kJ大容量電火花脈沖震源，并結合野外測試對其進行了分析。該設備在野外實測過程中運行平穩(wěn)，充放電速率穩(wěn)定，維護方便，但實測資料發(fā)現(xiàn)設備激發(fā)信號能量相對比較分散，可能和電極設計有關系，還需要后續(xù)進行改進。

關鍵詞:高分辨率；電火花；脈沖震源；電極

1引言

海洋高分辨率地震勘探方法研究近幾年得到了迅猛發(fā)展，無論是在野外數(shù)據(jù)采集、室內數(shù)據(jù)處理等方面，都取得了很好的效果。野外數(shù)據(jù)采集方法是獲取高分辨地震數(shù)據(jù)的基礎，傳統(tǒng)的海洋地震勘探使用的是空氣槍震源，這種震源具有能量強、勘探深度大等優(yōu)點，但是其地震數(shù)據(jù)分辨率受到激發(fā)信號的頻帶限制。目前，海洋調查水域越來越深，為了獲取更高分辨率的地震數(shù)據(jù)[1]，廣州海洋地質調查局依托“天然氣水合物勘查技術研發(fā)”項目，聯(lián)合浙江大學與榮華電氣科技有限公司開展適合于我國南海水合物勘探和開發(fā)的超大能量等離子體震源技術研究，研制出一套50kJ超大能量等離子體震源。該震源硬件研發(fā)已經完成，在完成基本的湖試后進行了海上應用性實驗，對系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)、抗干擾能力及可靠性進行檢測。

2設備介紹

PPS-50kJ等離子體脈沖震源主要用于中深水域的地震勘探，其主要原理是利用脈沖電暈放電效應時電極尖端電流密度大，水汽化后形成氣泡，氣泡中產生等離子體放電，隨著氣泡脈動會產生一次和二次脈沖壓力波[2]。這種脈沖電暈放電型震源信號穩(wěn)定，相關性好，已經廣泛應用于淺水地震勘探中，能量范圍集中在500J～10kJ。國外主要有荷蘭GEO-MARINE公司和法國SIG公司的產品。我國在電火花震源研究方面已經達到國際領先水平，“十一五”期間，廣州海洋地質調查局聯(lián)合中國科學院電工所研發(fā)了20kJ的“海鰻”號電火花震源[3]。隨著我國海洋戰(zhàn)略向深水發(fā)展，為了獲得更高分辨率和更深穿透深度的地震剖面，對電火花震源能量的要求也越來越大。

PPS-50kJ等離子體脈沖震源主要由以下幾部分組成：方便吊裝的一體化集裝箱體、震源控制部分、低損耗強流脈沖傳輸電纜、全固體開關脈沖電源、電動絞車和多頭電極架(圖1)。

圖1　PPS-50kJ脈沖震源主要部件

與傳統(tǒng)的炸藥、空氣槍、水槍等海洋地震震源相比，等離子體脈沖震源是一種新型的脈沖地震波生成系統(tǒng)[4]，它具有運行穩(wěn)定、工作可靠、性能優(yōu)異和使用維護方便等優(yōu)點，可廣泛應用于海底地震勘探，服務于各種近海和海洋工程建設，如跨海大橋工程選址等。和早期的電火花震源相比，PPS-50kJ等離子體脈沖震源使用的是負極放電方式，這樣電極可以做到零損耗，不需要頻繁更換電極。

此外，該產品還具有下述特點：(1)可吊可鏟的集裝箱體，內部集成所有部件，減少了準備時間與差錯，方便了運輸；(2)供電可采用AC440V60Hz或AC380V50Hz雙制式；采用三相平衡供電，功率因數(shù)高，具有更高的電源效率(≥90%)；(3)通過在放電脈沖形成線兩端并聯(lián)續(xù)流二極管達到產生單脈沖，消除電流振蕩，減小電磁干擾；(4)采用全固體開關，工作穩(wěn)定，脈沖輸出的可重復性好，開關壽命≥108次；(5)具有良好的人機界面，控制器采用大屏幕背光顯示器，能清楚地顯示脈沖能量、充電曲線、觸發(fā)信號，通過鍵盤操作可實現(xiàn)各種功能，設定參數(shù)，用戶使用方便，設備使用安全。

3海上試驗

為了驗證PPS-50kJ等離子體脈沖震源的性能，我們對該設備進行了海試，試驗工區(qū)位于我國南海北部，海水深度1000～2000m之間。具體測線位置如圖3，測線長度約40km，具體采集參數(shù)和設備布設情況分別見表1和圖3。

表1　單道地震采集參數(shù)

本次地震數(shù)據(jù)接收設備使用了Geo Marine Survey Systems 公司生產的48檢波器單元的Geo-Sense Mini-Streamers單道地震接收電纜(圖4)，檢波器間距0.4m，型號為AQ-2000，性能參數(shù)如下：靈敏度(@100Hz)為-201dB ref 1v per +/-1.5dB，頻率響應為1Hz～10kHz(+/-2dB)[5]。

圖2　綜合海上試驗測線部署圖

圖3　野外設備布放示意圖

圖4　GEO型單道接收電纜

圖5　野外實測剖面(能量30kJ)

圖5為本次海試實測剖面，從圖上可以看到水深變化范圍從900～2500m，在使用30kJ能量的情況下，在本次調查區(qū)的普遍穿透在400m左右。在地震數(shù)據(jù)中選取一道計算振幅譜(圖6)，可以看出能量主要集中在0～600Hz，其中0～400Hz能量較強。另外，在800Hz左右信號能量較強，但是從振幅譜可以看出，該設備能量相對比較分散，沒有一個突出的優(yōu)勢頻帶，這可能與電極架的設計和電極的布設有關。

4結論

PPS-50kJ等離子體震源能量最大可以達到50kJ，能夠滿足中深水域的地震勘探。在本次海試過程中，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，工作可靠，充放電速率可以滿足常規(guī)地震調查，相對于目前已有的電火花震源，

圖6　某道地震數(shù)據(jù)的振幅譜

能量更強，穿透深度可以達到更深，在本次調查區(qū)普遍穿透達到300～500m。但是，從本次海試實測數(shù)據(jù)來看，該設備還存在一些問題，比如信號能量分散，這可能和電極以及電極架的設計有關，還需要后續(xù)進行分析改進。

參考文獻：

[1]萬芃,牟澤霖,馮強強.海洋單道地震勘探震源技術[J]. 中國科技信息,2015,(8):65-67.

[2]王揆洋,黃逸凡,連艷紅,等.海洋淺地層高分辨率多道地震探測技術及應用[M].北京:海洋出版社,2011.[3]呂國濤,溫明明,吳衡,等.海鰻20kJ電火花震源聲學特征分析[J].內江科技,2013,34(1):49-50.

[4]裴彥良,王揆洋,劉晨光,等.電火花震源系統(tǒng)充電技術研究[J].海洋技術學報,2007,26(3):73-76.

[5]馮強強,溫明明,吳衡,等.兩種單道地震接收電纜比較[J].南海地質研究,2013,(1):108-115.

收稿日期：2016-01-27

作者簡介：馮強強(1987-)，男，山西高平人，碩士，工程師，現(xiàn)于廣州海洋地質調查局從事海上探測技術方面的研究工作，Tel：15002001424，E-mail：jianfeizaixian@163.com。

中圖分類號:P631.437

文獻標識碼：A

文章編號：1009-282X(2016)03-0024-02