PPS-50kJ电火花脉冲震源应用试验

2016-07-04冯强强吴衡赵庆献

地质装备 2016年3期

关键词：电火花高分辨率电极

冯强强，吴衡，赵庆献

(广州海洋地质调查局技术方法所，广东广州　510760)

PPS-50kJ电火花脉冲震源应用试验

冯强强，吴衡，赵庆献

(广州海洋地质调查局技术方法所，广东广州510760)

摘要：随着海洋高分辨率地球物理调查的迅猛发展，高分辨地震勘探对震源的要求越来越高。本文介绍了一套新研制的PPS-50kJ大容量电火花脉冲震源，并结合野外测试对其进行了分析。该设备在野外实测过程中运行平稳，充放电速率稳定，维护方便，但实测资料发现设备激发信号能量相对比较分散，可能和电极设计有关系，还需要后续进行改进。

关键词:高分辨率；电火花；脉冲震源；电极

1引言

海洋高分辨率地震勘探方法研究近几年得到了迅猛发展，无论是在野外数据采集、室内数据处理等方面，都取得了很好的效果。野外数据采集方法是获取高分辨地震数据的基础，传统的海洋地震勘探使用的是空气枪震源，这种震源具有能量强、勘探深度大等优点，但是其地震数据分辨率受到激发信号的频带限制。目前，海洋调查水域越来越深，为了获取更高分辨率的地震数据[1]，广州海洋地质调查局依托“天然气水合物勘查技术研发”项目，联合浙江大学与荣华电气科技有限公司开展适合于我国南海水合物勘探和开发的超大能量等离子体震源技术研究，研制出一套50kJ超大能量等离子体震源。该震源硬件研发已经完成，在完成基本的湖试后进行了海上应用性实验，对系统各部分的运行状态、抗干扰能力及可靠性进行检测。

2设备介绍

PPS-50kJ等离子体脉冲震源主要用于中深水域的地震勘探，其主要原理是利用脉冲电晕放电效应时电极尖端电流密度大，水汽化后形成气泡，气泡中产生等离子体放电，随着气泡脉动会产生一次和二次脉冲压力波[2]。这种脉冲电晕放电型震源信号稳定，相关性好，已经广泛应用于浅水地震勘探中，能量范围集中在500J～10kJ。国外主要有荷兰GEO-MARINE公司和法国SIG公司的产品。我国在电火花震源研究方面已经达到国际领先水平，“十一五”期间，广州海洋地质调查局联合中国科学院电工所研发了20kJ的“海鳗”号电火花震源[3]。随着我国海洋战略向深水发展，为了获得更高分辨率和更深穿透深度的地震剖面，对电火花震源能量的要求也越来越大。

PPS-50kJ等离子体脉冲震源主要由以下几部分组成：方便吊装的一体化集装箱体、震源控制部分、低损耗强流脉冲传输电缆、全固体开关脉冲电源、电动绞车和多头电极架(图1)。

图1　PPS-50kJ脉冲震源主要部件

与传统的炸药、空气枪、水枪等海洋地震震源相比，等离子体脉冲震源是一种新型的脉冲地震波生成系统[4]，它具有运行稳定、工作可靠、性能优异和使用维护方便等优点，可广泛应用于海底地震勘探，服务于各种近海和海洋工程建设，如跨海大桥工程选址等。和早期的电火花震源相比，PPS-50kJ等离子体脉冲震源使用的是负极放电方式，这样电极可以做到零损耗，不需要频繁更换电极。

此外，该产品还具有下述特点：(1)可吊可铲的集装箱体，内部集成所有部件，减少了准备时间与差错，方便了运输；(2)供电可采用AC440V60Hz或AC380V50Hz双制式；采用三相平衡供电，功率因数高，具有更高的电源效率(≥90%)；(3)通过在放电脉冲形成线两端并联续流二极管达到产生单脉冲，消除电流振荡，减小电磁干扰；(4)采用全固体开关，工作稳定，脉冲输出的可重复性好，开关寿命≥108次；(5)具有良好的人机界面，控制器采用大屏幕背光显示器，能清楚地显示脉冲能量、充电曲线、触发信号，通过键盘操作可实现各种功能，设定参数，用户使用方便，设备使用安全。

3海上试验

为了验证PPS-50kJ等离子体脉冲震源的性能，我们对该设备进行了海试，试验工区位于我国南海北部，海水深度1000～2000m之间。具体测线位置如图3，测线长度约40km，具体采集参数和设备布设情况分别见表1和图3。

表1　单道地震采集参数

本次地震数据接收设备使用了Geo Marine Survey Systems 公司生产的48检波器单元的Geo-Sense Mini-Streamers单道地震接收电缆(图4)，检波器间距0.4m，型号为AQ-2000，性能参数如下：灵敏度(@100Hz)为-201dB ref 1v per +/-1.5dB，频率响应为1Hz～10kHz(+/-2dB)[5]。

图2　综合海上试验测线部署图

图3　野外设备布放示意图

图4　GEO型单道接收电缆

图5　野外实测剖面(能量30kJ)

图5为本次海试实测剖面，从图上可以看到水深变化范围从900～2500m，在使用30kJ能量的情况下，在本次调查区的普遍穿透在400m左右。在地震数据中选取一道计算振幅谱(图6)，可以看出能量主要集中在0～600Hz，其中0～400Hz能量较强。另外，在800Hz左右信号能量较强，但是从振幅谱可以看出，该设备能量相对比较分散，没有一个突出的优势频带，这可能与电极架的设计和电极的布设有关。

4结论

PPS-50kJ等离子体震源能量最大可以达到50kJ，能够满足中深水域的地震勘探。在本次海试过程中，系统运行稳定，工作可靠，充放电速率可以满足常规地震调查，相对于目前已有的电火花震源，