專利名稱：氣動機(jī)械聲波水域淺層地震勘探連續(xù)沖擊震源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣動機(jī)械聲波水域淺層地震勘探連續(xù)沖擊震源裝 置，它可產(chǎn)生氣動機(jī)械聲波水域高分辨率淺層地震勘探連續(xù)沖擊震源，該震 源屬于地球物理領(lǐng)域淺層水域地震勘探震源，用于水域淺層工程物探地震反 射波勘探。
背景技術(shù)：
巖土工程勘探的目的層深度一般在幾十到一百多米的深度范圍，最大一
般不超過200米。水域中要用地震方法得到良好的水下覆蓋層和基巖的分層 情況，必須要選擇合適的震源。由于震源的頻率成分不一樣，分辨率不一樣， 且對地層的穿透深度也不一樣；也就是說，震源激發(fā)的頻率越高，對地層的 分辨率越好，但穿透能力越差；震源激發(fā)的頻率越低，穿透能力越好，但對 淺部地層的分辨率會變差；理論上理想的地震震源是脈沖震源，其頻帶無限 寬，各頻率成分能量一致，但物理上無法實(shí)現(xiàn)。國外常見的水域地震震源有 電火花震源、水槍震源、氣槍震源、Boomer震源(布默震源)、Chirp震源(線 性調(diào)頻脈沖震源)、Pinger震源(聲脈沖發(fā)生器)等，這些種類的震源由于工 作原理不同，其震源特性有著較大區(qū)別。槍震源子波頻率低、穿透深度大， 主要用于深層地震勘探；電火花震源、Boomer震源、Chirp震源、Pinger震 源及剖面儀震源子波頻率漸高、穿透深度漸小，主要用于淺層高分辨率地震 勘探。當(dāng)探測目的深度明確時，可以針對性地選擇這些產(chǎn)品中的一個或以上 來達(dá)到探測目的，但是當(dāng)探測目的層的深度不明確時，對這些震源的選擇就 比較困難。 一般情況下， 一家勘察單位很難同時配置以上這些昂貴的進(jìn)口震 源設(shè)備；因此，國內(nèi)大部分巖土工程勘察時，在淺層水域進(jìn)行地震勘探使用 的震源系統(tǒng)是電火花震源和水域工程物探?jīng)_擊震源及其全自動裝置 (CN99117849，劉云禎；李哲生；林榕)，后者原理是通過機(jī)械動力帶動兩剛 性物體互相撞擊產(chǎn)生震動波，震動產(chǎn)生的應(yīng)力波在水中通過喇叭狀口定向傳 播，產(chǎn)生應(yīng)力波的物體周圍空間充填吸音材料和減震材料來消除余振。利用 該方法原理設(shè)計的全自動沖擊裝置是由電機(jī)、減速機(jī)、偏心渦輪、壓桿、受 拉彈簧、尼龍錘、錘墊和觸發(fā)開關(guān)等組成。該方法用機(jī)械方式控制錘頭的沖 擊時間間隔，能夠連續(xù)自動敲擊，但實(shí)現(xiàn)方式較復(fù)雜，維護(hù)不方便。前者電 火花震源則是利用電容中儲存的高壓電能通過在水中電極間隙進(jìn)行瞬時放電而激發(fā)地震波裝置，受電容容量的限制，小重量的點(diǎn)火花震源放電時間間隔 較長。此外，各類淺地層剖面儀用換能器或電磁脈沖聲源發(fā)射數(shù)千赫頻率的 寬帶聲脈沖，最大能穿透數(shù)十米的松散地層，分辨力數(shù)十厘米，而對粗砂、 礫石等硬地層很難穿透?；谏鲜鰞煞N震源存在的不足，尤其是電火花震源 對海洋生態(tài)環(huán)境有不利影響，使用時受到一定的局限。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為水域走航式地震反射波勘探提供一種簡單實(shí)用輕 便的震源發(fā)生裝置-氣動機(jī)械聲波水域淺層地震勘探連續(xù)沖擊震源裝置，它所 產(chǎn)生的氣動機(jī)械聲波水域高分辨率淺層地震勘探連續(xù)沖擊震源不僅頻帶寬、 頻帶特性好、余震衰減快、能量適中、脈沖特性好，而且對海洋生態(tài)及環(huán)境 保護(hù)有利，特別適合各類淺海和灘海過渡帶淺地層剖面探測。
本實(shí)用新型技術(shù)方案是這樣構(gòu)成的，其特征在于它包括能飄浮在水面 上的承載體及安裝于承載體的底板之上的空氣錘，所述空氣錘通過空氣輸送 管與空壓機(jī)連接；所述空氣錘包括外殼體和設(shè)于外殼體內(nèi)腔的錘頭，錘頭下 側(cè)連接有復(fù)位彈簧，錘頭上部固定裝有磁鐵，錘頭上方設(shè)有與空氣輸送管連 接的工作氣腔以及用來對磁鐵產(chǎn)生向上吸力的磁力基板；所述空氣輸送管上 串接有用來控制向空氣錘工作氣腔內(nèi)進(jìn)氣或使空氣錘工作氣腔內(nèi)的氣體向外 部排氣的三通電磁開關(guān)閥，所述三通電磁開關(guān)閥與用來控制三通電磁開關(guān)閥 動作的控制箱連接，所述承載體的底板至少在其用來安裝空氣錘的區(qū)域采用 金屬板材制成。
本實(shí)用新型利用空氣錘錘頭瞬間沖擊承載體底板，使沖擊能量轉(zhuǎn)換為承 載體底板的震動而產(chǎn)生應(yīng)力波，產(chǎn)生近似脈沖震源的水域連續(xù)沖擊震源，從 而作為地震反射波的震源。由于空氣錘錘頭內(nèi)部有一強(qiáng)力磁鐵，未沖擊前， 帶有磁性的錘頭緊貼在磁力基板上。當(dāng)三通電磁開關(guān)閥通電時，空壓機(jī)通過 空氣輸送管向空氣錘工作氣腔內(nèi)進(jìn)氣，當(dāng)進(jìn)氣壓力大于磁鐵吸力時，錘頭快 速脫離磁力基板，敲擊承載體底板；沖擊后，三通電磁開關(guān)閥斷電，空氣綞 內(nèi)氣體從三通電磁開關(guān)閥的排氣口排出，錘頭借助復(fù)位彈簧的作用恢復(fù)貼到 磁力基板位置，等待下一次沖擊。通過控制三通電磁開關(guān)閥的通、斷電即可 完成連續(xù)自動沖擊。三通電磁開關(guān)閥的通、斷電由控制箱操作。
較之已有技術(shù)而言，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)水域淺層地震勘探 震源要求頻帶寬、主頻在數(shù)百至數(shù)千赫茲范圍內(nèi)、震源余震小、余震衰減快， 能量合適、穿透深度在幾十到200米左右，這樣的震源可適用于各種目的的 水域巖土工程勘察，其低頻成分穿透能力強(qiáng)，可穿透較厚的覆蓋層，而高頻 成分能夠細(xì)致分辨覆蓋層中的小阻抗土層；本實(shí)用新型可產(chǎn)生主頻在120-2500赫茲左右的震源，其頻帶特性好、余震衰減快、能量適中，錘頭沖 量可達(dá)30kg.m/s,脈沖特性好，穿透深度大，且激發(fā)間隔短。(2)本實(shí)用新 型對海洋環(huán)境還特別有利，本實(shí)用新型所激發(fā)頻率可相當(dāng)于40in3氣槍或1000 焦耳電火花震源，它不受水深影響，對海洋生態(tài)及環(huán)境保護(hù)有利，特別適合 于各類淺海和灘海過渡帶淺地層剖面探測。(3)本實(shí)用新型重量輕(可小于 100kg)、方便攜帶，操作簡單。

圖1是本實(shí)用新型氣動機(jī)械聲波水域高分辨率淺層地震勘探連續(xù)沖擊震 源的一種實(shí)施例構(gòu)造示意圖。
圖2是圖1中的空氣錘錘頭向下工作狀態(tài)示意圖。
圖中標(biāo)號說明l-承載體，ll-承載體的底板，2-空氣錘，3-空氣輸送管， 4-空壓機(jī)，5-三通電磁開關(guān)閥，6-控制箱，7-架空層，8-緊固件，9-排氣口。
具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明。 如圖1-圖2所示，本實(shí)用新型氣動機(jī)械聲波水域高分辨率淺層地震勘探 連續(xù)沖擊震源的特征在于它包括能飄浮在水面上的承載體1及安裝于承載 體的底板11之上的空氣錘2，所述空氣錘2通過空氣輸送管3與空壓機(jī)4連 接；所述空氣錘2包括外殼體21和設(shè)于外殼體21內(nèi)腔的錘頭22，錘頭22下 側(cè)連接有復(fù)位彈簧23，錘頭上部固定裝有磁鐵24，錘頭22上方設(shè)有與空氣 輸送管3連接的工作氣腔25以及用來對磁鐵24產(chǎn)生向上吸力的磁力基板26; 所述空氣輸送管3上串接有用來控制向空氣錘2的工作氣腔25內(nèi)進(jìn)氣或使空 氣錘2工作氣腔25內(nèi)的氣體向外部排氣的三通電磁開關(guān)閥5，所述三通電磁 開關(guān)閥5與用來控制三通電磁開關(guān)閥動作的控制箱6連接，所述承載體1的 底板11至少在其用來安裝空氣錘2的區(qū)域采用金屬板材制成。所述
三通電磁開關(guān)閥5的通、斷電可由控制箱6操作，三通電磁開關(guān)閥5的 每次通電(使空壓機(jī)4和空氣錘2的工作氣腔25之間的通道連通，空壓機(jī)4 通過空氣輸送管3向工作氣腔25內(nèi)進(jìn)氣，空氣錘2下移)和斷電(三通電磁 開關(guān)閥5的排氣口打開，即三通電磁開關(guān)閥5與工作氣腔25的通道打開，三 通電磁開關(guān)閥5與空壓機(jī)4的通道關(guān)閉。此時，空氣錘2上移，工作氣腔25 通過空氣輸送管3向三通電磁開關(guān)閥5的排氣口排氣)的時間之和為空氣錘2 一次沖擊的時間?？墒謩踊蜃詣涌刂魄昂髢纱螞_擊的時間間隔在ls-20s之間， 最小的遞增可調(diào)時間間隔為O. ls (當(dāng)然也可以是O. ls的倍數(shù))，例如前后兩 次沖擊的時間間隔可根據(jù)需要調(diào)整為ls、 1. ls、 1.2s、 1.3s……20s。三通電 磁開關(guān)閥5供氣壓力可在3-9kg/cn^之間。為了進(jìn)一步縮短錘頭沖擊承載體的底板ll的時間，減少錘頭沖擊承載體
的底板11所產(chǎn)生的后續(xù)作用力，在空氣錘2的外殼體21與用來安裝空氣錘2 的底板11之間設(shè)有用來將空氣錘的外殼體21架高的架空層7，所述空氣錘2 的外殼體21、架空層7及承載體1的底板11通過緊固件8固定連接。所述緊 固件8可由螺栓組件構(gòu)成。當(dāng)然，也可采用焊接、鉚接等各種現(xiàn)有的固定方 式將空氣錘2的外殼體21、架空層7及承載體1的底板11固定連接在一起。 由于架空層7的作用，當(dāng)錘頭每次撞擊完承載體的底板ll之后，可在復(fù)位彈 簧23的作用下快速與承載體的底板11分離，從而避免對承載體的底板11產(chǎn) 生后續(xù)作用力。
為了提高承載體整體的強(qiáng)度，所述承載體1的底板11可全部由金屬板材 制成，或者所述承載體1整體由金屬板材制成。
為了避免漂浮在海面上工作的承載體因受到風(fēng)浪襲擊而進(jìn)水、甚至傾倒， 所述承載體1最好為一個空心封閉式容器。為了便于將空氣錘輸出的空氣排 出承載體外，容器的上部設(shè)有排氣口 9。排氣口 9最好高于承載體1的上表面 以防止進(jìn)水。
為了使承載體達(dá)到較好的飄浮效果，所述承載體1可制成一個球形空心 封閉式容器，或者所述承載體1也可制成一個外形類似船形的空心封閉式容 器。將所述承載體1制成一個外形類似船形的空心封閉式容器，有利于該承 載體被操作者乘坐的工作船較輕松地拖動而共同在海面上行進(jìn)。
為了達(dá)到較好的撞擊效果，所述錘頭22最好為尼龍錘頭(也可以用其它 材質(zhì)的錘頭，以激發(fā)不同主頻的震源)，所述承載體1的底板11最好由鋼板 制成，所述架空層7可由螺母或墊片構(gòu)成。
權(quán)利要求1. 一種氣動機(jī)械聲波水域淺層地震勘探連續(xù)沖擊震源裝置，其特征在于它包括能飄浮在水面上的承載體(1)及安裝于承載體的底板(11)之上的空氣錘(2)，所述空氣錘(2)通過空氣輸送管(3)與空壓機(jī)(4)連接；所述空氣錘(2)包括外殼體(21)和設(shè)于外殼體(21)內(nèi)腔的錘頭(22)，錘頭(22)下側(cè)連接有復(fù)位彈簧(23)，錘頭上部固定裝有磁鐵(24)，錘頭(22)上方設(shè)有與空氣輸送管(3)連接的工作氣腔(25)以及用來對磁鐵(24)產(chǎn)生向上吸力的磁力基板(26)；所述空氣輸送管(3)上串接有用來控制向空氣錘(2)工作氣腔(25)內(nèi)進(jìn)氣或使空氣錘(2)工作氣腔(25)內(nèi)的氣體向外部排氣的三通電磁開關(guān)閥(5)，所述三通電磁開關(guān)閥(5)與用來控制三通電磁開關(guān)閥動作的控制箱(6)連接，所述承載體(1)的底板(11)至少在其用來安裝空氣錘(2)的區(qū)域采用金屬板材制成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動機(jī)械聲波水域淺層地震勘探連續(xù)沖擊震源 裝置，其特征在于在空氣錘(2)的外殼體(21)與用來安裝空氣錘(2) 的底板(11)之間設(shè)有用來將空氣錘的外殼體(21)架高的架空層(7)，所 述空氣錘(2)的外殼體(21)、架空層(7)及承載體(1)的底板(11)通 過緊固件(8)固定連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣動機(jī)械聲波水域淺層地震勘探連續(xù)沖擊 震源裝置，其特征在于所述承載體(1)的底板(11)全部由金屬板材制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣動機(jī)械聲波水域淺層地震勘探連續(xù)沖擊震源 裝置，其特征在于所述承載體(1)整體由金屬板材制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣動機(jī)械聲波水域淺層地震勘探連續(xù)沖擊 震源裝置，其特征在于所述承載體(1)為一個空心封閉式容器，容器的上 部設(shè)有排氣口 (9)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣動機(jī)械聲波水域淺層地震勘探連續(xù)沖擊震源 裝置，其特征在于所述承載體(1)為一個球形空心封閉式容器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣動機(jī)械聲波水域淺層地震勘探連續(xù)沖擊震源 裝置，其特征在于所述承載體(1)為一個外形類似船形的空心封閉式容器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣動機(jī)械聲波水域淺層地震勘探連續(xù)沖擊 震源裝置，其特征在于所述錘頭(22)為尼龍錘頭，所述承載體(1)的底板(11)由鋼板制成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種氣動機(jī)械聲波水域淺層地震勘探連續(xù)沖擊震源裝置，它包括承載體及安裝于承載體的底板上的空氣錘，空氣錘通過空氣輸送管與空壓機(jī)連接；空氣錘包括外殼體和設(shè)于外殼體內(nèi)腔的錘頭，錘頭下側(cè)連接有復(fù)位彈簧，錘頭上部固定裝有磁鐵，錘頭上方設(shè)有與空氣輸送管連接的工作氣腔及用來對磁鐵產(chǎn)生向上吸力的磁力基板；空氣輸送管上串接有用來控制向空氣錘工作氣腔內(nèi)進(jìn)氣或使空氣錘工作氣腔內(nèi)的氣體向外部排氣的三通電磁開關(guān)閥，三通電磁開關(guān)閥與控制箱連接，承載體的底板至少在其用來安裝空氣錘的區(qū)域采用金屬板材制成。本實(shí)用新型所產(chǎn)生的震源不僅頻帶寬、頻帶特性好、余震衰減快、能量適中、脈沖特性好，而且對海洋生態(tài)及環(huán)境保護(hù)有利。
文檔編號G01V1/38GK201242594SQ20082010280
公開日2009年5月20日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者劉宏岳, 戴一鳴 申請人:福建省建筑設(shè)計研究院