CN112147672A - 横波震源振动器及用于激发横波的震动*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种横波震源振动器及用于激发横波的震动***，横波震源振动器包括：活塞、两柱塞、重锤以及四条导轨，四条导轨构成矩形环绕所述重锤，四条导轨的轴线均位于同一水平面；重锤具有一通孔以及两盲孔，两盲孔分别垂直设置于重锤的两对称侧面，通孔垂直贯穿重锤的另外两对称侧面，活塞的活塞腔设置于通孔内，活塞杆的两端分别连接于位于矩形的相对两边的两导轨，柱塞的柱塞腔设置于盲孔内，两柱塞杆的一端分别设置于一柱塞腔内，两柱塞杆的另一端分别连接于位于矩形的另外相对两边的两导轨。本发明可以水平面上沿着法向方向和垂直法线方向上同时激发产生全向的横波，减少激发次数，提高施工效率。

Description

横波震源振动器及用于激发横波的震动***
技术领域
本发明涉及地质勘探技术，特别是地质勘探技术中的勘探设备，具体的讲是一种横波震源振动器及用于激发横波的震动***。
背景技术
在油气工业领域，地球物理勘探技术通常用于寻找和评价地下油气贮藏。通过人工方法激发大地震动，产生一个传入地下的地震波，通常情况下，至少有部分的地震信号被地下地震反射层发射(例如，不同声阻抗的地层间的界面)。这些反射信号被放置在地表附近、水中或确定深度井中的地震检波器采集，同时利用地震仪器在地面上记录地震波在地下岩层中的传播情况。通过资料处理、分析解释，研究地下地质构造特征和地层岩性，从而达到勘探石油和天然气的目的。
地球物理勘探的一种方式是用一个脉冲能量源，例如***、海上***，产生一个地震勘探信号。用脉冲能量源，大量的能量在很短的时间内被传入地下，因此数据结果通常有相对很高的信噪比，这有利于后续数据处理操作。但是另一方面，用脉冲能量源造成一定的安全和环境问题。
目前，可控震源勘探采用陆地或海上可控震源作为能量源进行地震勘探。在陆地实施地震勘探时，可控震源产生一个长时间扫频信号以信号，将一个低密度能量传入地下。由可控震源产生的地震勘探信号是可控的，包含不同频率，可以传入地下、水中、井下的扫频信号。现有技术的可控震源，其在产生不同方向的横波的过程中，只能依次产生，并且实现不同方向的转换需要时间，施工效率低下。
发明内容
为提高勘探过程中的施工效率，本发明实施例提供一种横波震源振动器，包括：活塞、两柱塞、重锤以及四条导轨，所述的四条导轨构成矩形环绕所述重锤，所述的四条导轨的轴线均位于同一水平面；其中，
所述的重锤具有一通孔以及两盲孔，所述两盲孔分别垂直设置于重锤的两对称侧面，所述通孔垂直贯穿重锤的另外两对称侧面，所述活塞的活塞腔设置于所述通孔内，所述活塞杆的两端分别连接于位于矩形的相对两边的两导轨，所述柱塞的柱塞腔设置于盲孔内，两柱塞杆的一端分别设置于一柱塞腔内，所述两柱塞杆的另一端分别连接于位于矩形的另外相对两边的两导轨。
本发明一实施例中，所述通孔垂直贯穿重锤的中心处。
本发明一实施例中，所述两盲孔垂直设置于重锤的两对称侧面的中心处，所述通孔及两盲孔的轴线均位于同一水平面。
本发明一实施例中，所述的通孔、盲孔、柱塞腔以及活塞腔为圆柱形。
本发明一实施例中，所述的活塞杆、柱塞杆通过导套连接到导轨，所述的导套套装于导轨。
本发明一实施例中，所述的导套与导轨之间设有轴承。
本发明一实施例中，所述通孔内设有铜套，所述活塞杆设置于铜套内。
本发明一实施例中，所述铜套的两端设有限位部件，以对铜套限位。
本发明一实施例中，所述的横波震源振动器还包括：平板及支撑部件；其中，
所述的支撑部件设置于所述平板，所述导轨设置于所述支撑部件。
同时，本发明还提供一种用于激发横波的震动***，***包括：前述的横波震源振动器、两套液压伺服机构，两套伺服机构分别向所述柱塞腔、活塞腔注入并排出液压油，以控制所述柱塞、活塞。
本发明提供一种可以同时激发两个方向横波，用于地震勘探的横波震源振动器及震动***，解决了由于横波具有方向性，现有技术中的可控震源需要在水平面上沿着法向方向和垂直法线两个方向激发各激发一次，本发明不但可以水平面上沿着法向方向和垂直法线方向单独激发，而且可以水平面上沿着法向方向和垂直法线方向上同时激发产生全向的横波，减少激发次数，提高施工效率。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明实施例提供一种双向激发横波用于地震勘探的振动器的总体结构示意图；
图2本发明实施例中的重锤和平板的局部关系示意图；
图3本发明实施例中的滑套和导轨，活塞杆、柱塞和重锤结构示意图；
图4a-图4d为本发明实施例中的重锤在活塞腔和柱塞腔单独作用运动示意图；
图5a-图5d为本发明实施例中的重锤在活塞腔和柱塞腔共同作用运动示意图；
图6a-图6b为本发明实施例中的5hz等频信号振动的效果图；
图7a-图7d为本发明实施例中实际扫描信号振动的效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
在陆地上使用可控震源时，能量以扫频信号被传入地下，其特点是，传入地下的能量是由液压***驱动一个具有很大重量的重锤上下振动产生的。重锤通过和地面接触的平板，将振动传入地下。为了进行地震勘探，将产生能量的地震波导入地表，有两种基本形式，即压缩波(有时称为P波)和正交剪切波(有时称为S1和S2波)。简单地说，纵波通常是由沿垂直轴向地表振动，波的传播方向和振动方向相同，而横波通常是由沿水平方向平行于地表振动，波的传播方向同振动方向垂直。横波地震勘探还被应用于多波勘探中，以弥补纵波震源的不足，提高油气勘探的效率和精度。因此，横波震源作为一种横波地震勘探技术，具有广阔的发展前景。
目前，国内外横波震源多为夯击式、电磁式、旋转偏心轮式，摆锤式。在地震勘探应用比较广且输出能量比较大的横波震源常常液压驱动方式。
如图1所示，为本发明实施例提供的利用本发明的横波震源振动器向大地传输横波***的基本组成部分。本实施例的横波***包：框架1、车架2、重锤3、平板4、气囊5、提升缸6以及导柱7.
本实施例中，框架1通过导柱7和车架2可以相对运动。车架2是整个可控震源***的最大一个部件图1中并没有全部示出。本发明一实施方式中，利用提升缸6可以将重锤3和平板4放到地面，并将整个震源重量通过隔振气囊5压在平板4上。
图2所示为本发明实施例中，重锤和平板的局部示意图，主要描述重锤和平板的关系。导套8在导轨9上进行滑动，本实施例中导套与导轨的机构一共有4组，导套8a、8b、8c、8d分别对应导轨9a、9b、9c、9d。
活塞杆10两端分别和导套8b、8d相连，以连接与导轨9b、9d；柱塞11a同8a相连，柱塞11b同8c相连，活塞10和柱塞11共同支撑重锤3。支撑箱12同平板4相连为导轨9提供安装支座，4组导轨构成一个矩形，其中心线在一个平面内。
图3所示为本发明实施例的示意图，其揭示的是本实施例中的滑套和导轨，活塞杆、柱塞和重锤的关系。导套8a、8b、8c、8d是套在导轨9a、9b、9c、9d上，导套相对与导轨可以相对自由滑动，本实施例中，为了减少摩擦，导套与导轨之间装有轴承13。柱塞11a与重锤3的上的盲孔14a、柱塞11b与重锤3上的盲孔14b分别组成活塞腔。活塞杆10贯穿重锤3上通孔，通孔内设有铜套16，构成活塞腔15。铜套16两端有端盖17即限位部件以对铜套进行限位。本实施例中，通孔贯穿重锤中心位置，并与两盲孔14a、14b垂直，从而使产生更精准的横波。
本发明实施例中，活塞腔15和柱塞腔14分别由两套液压伺服机构控制注入和排出液压油，迫使重锤3产生水平面上沿着法线和垂直法线两个方向的运动。重锤3在水平面上沿着法线和垂直法线两个方向的运动可单方向分别进行，也可以两个方向上同时进行，依据两个方向信号相位的不同可以组合复杂的运动轨迹。
图4a-图4b描述重锤前后左右运动情况。图4a中表示当活塞腔15a在液压伺服机构(图中未标示)控制下充入液压油，活塞腔15b排出液压油，重锤3向方向A运动。图4b中表示当活塞腔15a在液压伺服机构(图中未标示)控制下排出液压油，活塞腔15b充入液压油，重锤3向方向B运动。图4c中表示当柱塞腔14a在液压伺服机构(图中未标示)控制下充入液压油，柱塞腔14b排出液压油，重锤3向方向D运动。图4d中表示当柱塞腔14a在液压伺服机构(没有给出)控制下排出液压油，柱塞腔14b充入液压油，重锤3向方向C运动。
图5a-图5b描述重锤在活塞腔和柱塞腔共同控制下的运动情况。图5a中表示当活塞腔15a在液压伺服机构控制下充入液压油，活塞腔15b排出液压油，柱塞腔14b充入液压油；柱塞腔14a在液压伺服机构控制下排出液压油，重锤3向方向A、方向C右运动。
重锤3前后运动过程中活塞腔15a和活塞腔15b产生压力差，产生和重锤3运动方向相反的作用力，该力通过活塞杆10传给滑套8，再传给导轨9，因为支撑箱12同导轨9和平板4相连，作用力传给了平板4，震源自身重量通过车架2和隔振气囊5压在平板4上，平板4底部有特殊齿型同地表面耦合，最终作用力传给地表面。
重锤3左右运动过程中柱塞腔14a和柱塞腔14b产生压力差，产生和重锤3运动方向相反的作用力，该力通过柱塞11传给滑套8，再传给导轨9，因为支撑箱12同导轨9和平板4相连，作用力传给了平板4，震源自身重量通过车架2和隔振气囊5压在平板4上，平板4底部有特殊齿型同地表面耦合，最终作用力传给地表面。
图5a中表示当活塞腔15a在液压伺服机构控制下充入液压油，活塞腔15b排出液压油，柱塞腔14b充入液压油；柱塞腔14a在液压伺服机构控制下排出液压油，重锤3向方向A、方向C运动。图5b中表示当活塞腔15a在液压伺服机构控制下排出液压油，活塞腔15b充入液压油，柱塞腔14b充入液压油；柱塞腔14a在液压伺服机构控制下排出液压油，重锤3向方向B、方向C运动。图5c中表示当活塞腔15a在液压伺服机构控制下充入液压油，活塞腔15b排出液压油，柱塞腔14a充入液压油；柱塞腔14b在液压伺服机构控制下排出液压油，重锤3向方向A、方向D运动。图5d中表示当活塞腔15a在液压伺服机构控制下排出液压油，活塞腔15b充入液压油，柱塞腔14a充入液压油；柱塞腔14b在液压伺服机构控制下排出液压油，重锤3向方向B、方向D左运动。
图5a-图5d描述的重锤运动是图4a-图4d描述的运动的组合，产生的作用力传递路径与图4a-图4d相同。
图6a-图6b所示为本发明5hz等频信号振动的效果。图6a的曲线18为参考信号，频率为5hz扫描长度10s，起始和终了斜坡为0.5s，两个方向信号相位差为90度；z轴为时间，x和y轴表示重锤在水平两个方向的位移。
图6b的曲线19是本发明在5hz等频信号下重锤的实际位移轨迹。与现有技术相比，本发明可以依次单独激发水平面上沿着法线方向横波和垂直法线方向横波，可以同时激发水平面上沿着法线方向横波和垂直法线方向横波，控制水平面上沿着法线方向横波和垂直法线方向横波的扫描信号可以相同，也可以单独设计。
本发明使用频率范围4-100hz，扫描长度16s，起始斜坡0.5s扫描信号实际输出效果。一、两个方向上横波信号相位差0度，重锤的位移轨迹曲线空间曲线是同原来两个信号各成45度的渐缩线。二、两个方向上横波信号相位差45度，重锤的位移轨迹曲线是空间圆形渐缩螺旋线。3两个方向上横波信号相位差90度，重锤的位移轨迹曲线空间曲线形状同二，只是相位旋转了180度。四、两个方向上横波信号相位差90度，重锤3的位移轨迹曲线重锤的位移轨迹曲线空间曲线形状同一，只是相位旋转了90度。
使用本发明的振动***激发一个扫描信号参数如下：
起始频率：4hz；终了频率：100hz；扫描长度：16s；起始斜坡：0.5s；终了斜坡：0.5s；出力大小：70％；两个横波信号相位：0度、45度、90度、180度。输出监视：重锤位移轨迹曲线。
见图7a-图7d，空间曲线20是两个方向上横波信号相位差0度重锤3的位移轨迹曲线。空间曲线21是两个方向上横波信号相位差45度重锤3的位移轨迹曲线。空间曲线22是两个方向上横波信号相位差90度重锤3的位移轨迹曲线。空间曲线23是两个方向上横波信号相位差180度重锤3的位移轨迹曲线。
本发明可以依次单独激发水平面上沿着法线方向横波和垂直法线方向横波，本发明可以同时激发水平面上沿着法线方向横波和垂直法线方向横波。控制水平面上沿着法线方向横波和垂直法线方向横波的扫描信号可以相同，也可以单独设计。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种横波震源振动器，其特征在于，所述的横波震源振动器包括：活塞、两柱塞、重锤以及四条导轨，所述的四条导轨构成矩形环绕所述重锤，所述的四条导轨的轴线均位于同一水平面；其中，
所述的重锤具有一通孔以及两盲孔，所述两盲孔分别垂直设置于重锤的两对称侧面，所述通孔垂直贯穿重锤的另外两对称侧面，所述活塞的活塞腔设置于所述通孔内，所述活塞杆的两端分别连接于位于矩形的相对两边的两导轨，所述柱塞的柱塞腔设置于盲孔内，两柱塞杆的一端分别设置于一柱塞腔内，所述两柱塞杆的另一端分别连接于位于矩形的另外相对两边的两导轨。
2.如权利要求1所述的横波震源振动器，其特征在于，所述通孔垂直贯穿重锤的中心处。
3.如权利要求2所述的横波震源振动器，其特征在于，所述两盲孔垂直设置于重锤的两对称侧面的中心处，所述通孔及两盲孔的轴线均位于同一水平面。
4.如权利要求1所述的横波震源振动器，其特征在于，所述的通孔、盲孔、柱塞腔以及活塞腔为圆柱形。
5.如权利要求1所述的横波震源振动器，其特征在于，所述的活塞杆、柱塞杆通过导套连接到导轨，所述的导套套装于导轨。
6.如权利要求5所述的横波震源振动器，其特征在于，所述的导套与导轨之间设有轴承。
7.如权利要求1所述的横波震源振动器，其特征在于，所述通孔内设有铜套，所述活塞杆设置于铜套内。
8.如权利要求7所述的横波震源振动器，其特征在于，所述铜套的两端设有限位部件，以对铜套限位。
9.如权利要求1所述的横波震源振动器，其特征在于，所述的横波震源振动器还包括：平板及支撑部件；其中，
所述的支撑部件设置于所述平板，所述导轨设置于所述支撑部件。
10.一种用于激发横波的震动***，其特征在于，所述的***包括：权利要求1-9任一项所述的横波震源振动器、两套液压伺服机构，所述两套伺服机构分别向所述柱塞腔、活塞腔注入并排出液压油，以控制所述柱塞、活塞。
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