相控电火花震源关键技术研究

At present metal ore seismic exploration technology is at the beginning stage both at home and abroad. Most of the metallogenic belt of metal ores are in the orogenic belt, the surface and subsurface geological conditions are very complicated, the conventional seismic exploration techniques (such as dynamite source, vibrator, airgun and the sparker etc.) can not meet the needs of the seismic exploration. The phased array technology can make the seismic wave focus in one direction, when the target stratum reflects, the reflection waves just point to the surface geophone array, so the signal-to-noise ratio can be increased, and then the high resolution seismic profile can be obtained. This project focused on the key technologies of the phased array sparker. Through this project, we can obtain multiplex pulsed power supply and high precision timing discharge technology, determine the optimal ground transducer structure through the experimental study of the discharge efficiency by changing the number of discharging electrodes, the discharging medium, the structure of the discharge chamber; also through theoretical analysis and experimental study, we can obtain the propagation characteristics of seismic waves under the synchronous discharge and timing discharge conditions with straight line arrangement and matrix arrangement,and find the relationship among the seismic wave propagation velocity, the source distance and discharge sequence. The results of this project can provide the basic parameters for the development of the metal ore seismic exploration system.

金属矿地震勘探技术在国内外均处于起步阶段，由于金属矿大部分成矿带均在造山带，地表和地下地质条件十分复杂，常规地震勘探技术（如炸药震源、可控震源、气枪震源和电火花震源等）已无法满足金属矿地震勘探的需要。采用相控阵技术，可使各震源形成的地震波集中指向某一方向，当遇到目标地层反射时，反射波束正好指向地面检波器阵列，检波器接收信号的信噪比提高，进而可以得到高分辨率的地震剖面图。本项目通过对相控电火花震源关键技术研究,获得多路脉冲电源高精度时序放电技术，通过研究放电电极的个数、放电介质、放电室结构对放电效率的影响，确定最优的地面换能器结构；通过理论分析与实验研究，获得在同步放电和时序放电条件下震源换能器直线排列和矩阵排列时的地震波传播特性，以及地震波传播速度、震源间距与放电时序间的对应关系。本项目的研究成果可以为我国的金属矿地震勘探系统的开发提供必要的基础参数。

金属矿地震勘探技术在国内外均处于起步阶段，由于金属矿大部分成矿带均在造山带，地表和地下地质条件十分复杂，常规地震勘探技术（如炸药震源、可控震源、气枪震源和电火花震源等）已无法满足金属矿地震勘探的需要。根据我国的地质特点，围绕金属矿地震勘探的需求，本项目开展电火花震源关键技术研究，为开发适用于山区金属矿勘测的相控电火花震源的设计提供基础参数。主要研究内容包括高储能密度脉冲电源技术、高精度相控和高效地面换能器及其阵列等关键技术。通过对典型放电电路的参数分析，确定了电弧放电采用二阶欠阻尼换流放电的方式、电晕放电采用一阶放电方式的震源设计方案。研制了一套具有自主知识产权的电晕放电的相控阵电火花震源系统，与电弧放电震源相比，无预击穿时间，可以进行精确的微秒级时序放电控制。建立了放电实验测量系统和地震波信号检测分析系统。进行了脉冲震源放电特性研究、换能器的材料及结构研究、换能效率研究及相控研究，获得放电电极的结构及放电介质对放电时延的影响规律，确定最优的地面换能器结构。通过野外试验研究，获得了单点集中放电的探测深度高于多点分散放电、多点分散时序放电可使地震波传播具有一定方向性的规律。密闭式换能器虽使放电效率有所降低，但对于无环境水源条件下的地震勘探仍然为一种可实施的解决方案。项目研究结果对我国山区金属矿地震勘探具有一定的指导意义。