一种深拖分置式脉冲等离子体震源系统技术方案

本发明专利技术公开了一种深拖分置式脉冲等离子体震源系统，包括直流充电单元、高压脉冲单元和发射阵。其通过将直流充电单元置于海面上，将高压脉冲单元和发射阵置于海底附近，利用拖曳传输线将直流充电单元与高压脉冲单元相连，可以明显提高震源系统深海勘探的分辨率，甚至达到超高分辨率，并大大减少脉冲传输损耗。因此，本发明专利技术在海洋地震勘探以及海底可燃冰等矿藏勘探开发中有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地震勘探开发
，具体涉及一种用于海洋地震勘探以及矿藏开发的深拖分置式脉冲等离子体震源系统。
技术介绍
电火花震源是最早应用于海洋地震勘探的非炸药震源之一。然而，由于传统电火花震源子波的重复性差，因此电火花震源正逐步被其他震源所替代。近年来，随着大功率半导体开关的问世以及多电极无电弧放电发射阵的应用，脉冲放电震源又重新应用于海洋工程地震勘探
，为了区别于传统的电火花震源，脉冲放电震源又称之为脉冲等离子体震源系统。脉冲等离子体震源系统主要包括脉冲电源(包括充电单元和脉冲单元)和发射阵。与传统电火花震源相比，脉冲等离子体震源系统具有震源子波重复性好、能量传输效率高、安全可靠、寿命长等优点。脉冲等离子体震源系统多用于海洋工程的地震勘探，根据水深、底质类型、所需地层穿透深度等要求的不同、震源的输出能量可以在几十到数千焦耳之间，穿透深度可达IOOm 250m，并能达到0. 3m Im的分辨率。常规的脉冲等离子体震源系统通过将发射阵拖曳置于海面，将脉冲电源放置于船上，用长度为50米至100米的脉冲传输线将两者相连，以进行海洋地震勘探。但由于水深的不同，其勘探分辨率也是不同的。对于深水区(大于500米)，由于传播距离远，第一菲涅耳区半径较大，其实际水平分辨率很难达到1米以下，因而制约了海洋地震勘探的精度。
技术实现思路
本专利技术提供了一种深拖分置式脉冲等离子体震源系统，其采用深拖分置技术，可以明显提高震源系统深海勘探的分辨率，甚至达到超高分辨率，并有效地克服了深拖所带来的脉冲传输损耗问题。一种深拖分置式脉冲等离子体震源系统包括直流充电单元、高压脉冲单元和发射阵。所述的直流充电单元用于将交流电转换为高压直流电，并对高压脉冲单元进行充电，其置于海面上；所述的高压脉冲单元用于将直流充电单元提供的高压直流电转换为高压脉冲，并向发射阵放电，其置于海底附近；所述的直流充电单元与所述的高压脉冲单元通过拖曳传输线相连接；所述的发射阵用于接收高压脉冲单元的高压脉冲放电，使发射电极附近的海水气化、电离形成高温高压脉冲热等离子体，并产生脉冲压力波，其置于海底附近。本专利技术的工作原理是通过拖曳传输线将直流充电单元与高压脉冲单元相连，通过高压脉冲传输线将高压脉冲单元与发射阵相连并置于深海海底附近，从而组合成深拖分置式脉冲等离子体震源系统。直流充电单元将单项或三相交流电转换为高压直流电，并通过拖曳传输线向高压脉冲单元内的储能电容进行充电，充电完成后，高压脉冲单元内的可控硅开关被触发导通，从而产生高压脉冲并加载到发射阵的电极上，使得发射阵的发射电极附近的海水气化、电离形成高温高压脉冲热等离子体，从而产生脉冲压力波。优选的技术方案中，所述的拖曳传输线为光电复合传输线，其由单股或多股的高压传输线和信号传输光缆组成，不仅能保证高压电流传输的可靠性，同时又能使所述的高压脉冲单元与外部信号处理设备进行通讯和数据传输，方便工作人员实时监测高压脉冲单元的相关数据信息。优选的技术方案中，所述的拖曳传输线绕制于电动绞车上，通过电动绞车工作，可方便控制所述的高压脉冲单元与所述的发射阵的拖曳深度，进而调节系统的勘探分辨率。优选的技术方案中，所述的高压脉冲单元存放于高压仓内，可使高压脉冲单元内部器件免受水压冲击而发生损坏。优选的技术方案中，所述的发射阵为线阵或方阵。优选的技术方案中，所述的直流充电单元采用开关电源电路。优选的技术方案中，所述的深拖分置式脉冲等离子体震源系统的工作频率范围为 500Hz 至 IOkHz。本专利技术的有益技术效果是(1)通过采用深拖技术，将发射阵置于海底附近，可以明显提高震源系统深海勘探的分辨率，甚至达到超高分辨率。(2)通过将直流充电单元与高压脉冲单元分置(即高压脉冲单元与发射阵合置)， 缩短了高压脉冲传输线的长度，从而大大减小了脉冲传输损耗。(3)通过将拖曳传输线绕制于电动绞车上，使电动绞车工作，可方便控制高压脉冲单元与发射阵的拖曳深度。(4)使高压脉冲单元通过信号传输光缆与外部信号处理设备进行通讯和数据传输，方便工作人员实时监测高压脉冲单元的相关数据信息。附图说明图1为本专利技术的系统结构示意图。图2为本专利技术的系统原理示意图。具体实施例方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案和相关原理进行详细说明。如图1所示，一种深拖分置式脉冲等离子体震源系统包括直流充电单元4、高压脉冲单元3、光电复合传输线2、发射阵1、高压仓6和电动绞车5。直流充电单元4采用开关电源电路，用于将单项或三相交流电转换为高压直流电 (2kV -6kV)，并对高压脉冲单元3内的储能电容进行充电，其置于船上，并通过光电复合传输线2与高压脉冲单元3相连。高压脉冲单元3由固态储能电容、可控硅开关、可控硅触发电路、续流二极管以及高压脉冲传输线组成，用于将直流充电单元4提供的高压直流电转换为高压脉冲，并向发射阵1放电，其置于海底附近，并通过高压脉冲传输线与发射阵1相连，为了使内部器件免受水压冲击而发生损坏，高压脉冲单元3存放于高压仓6内。发射阵1由发射电极、接线柱和支架组成，用于接收高压脉冲单元3的高压脉冲放电，使发射电极附近的海水气化、电离形成高温高压脉冲热等离子体，并产生脉冲压力波， 其置于海底附近，发射阵1可为线阵或方阵。光电复合传输线2由单股或多股的高压传输线和信号传输光缆组成，不仅能保证高压电流传输的可靠性，同时又能使高压脉冲单元3与外部信号处理设备进行通讯和数据传输，方便了工作人员实时监测高压脉冲单元3的相关数据信息。光电复合传输线2绕制于电动绞车5上，电动绞车5安置于船上，通过电动绞车5 工作，可方便控制高压脉冲单元3与发射阵1的拖曳深度。如图2所示，直流充电单元将单项或三相交流电转换为_2kV至_6kV的高压直流电，并通过光电复合传输线向高压脉冲单元内的固态储能电容进行充电，充电完成后，高压脉冲单元内的可控硅开关被触发导通。可控硅开关和续流二极管的应用可实现高压脉冲单元的单脉冲输出。高压脉冲单元的放电过程基本上可以分为两个阶段。第一阶段是电容放电阶段， 此时将高压脉冲加载到发射阵的电极上，电流流经固态储能电容、可控硅开关、高压脉冲传输线和发射电极，电容释放所有能量，释放能量的一部分用于使发射阵发射电极附近的海水气化、电离形成高温高压脉冲热等离子体，另一部分存储于放电回路的电感中；第二阶段是电感放电阶段，此时电容已经放电完毕，可控硅开关关闭，电流流经续流二极管、高压脉冲传输线和发射电极，从而消除电流震荡，实现单脉冲放电。深拖分置式脉冲等离子体震源系统通过采用深拖技术，将发射阵置于海底附近， 可以明显提高震源系统深海勘探的分辨率，甚至达到超高分辨率；通过将直流充电单元与高压脉冲单元分置(即高压脉冲单元与发射阵合置)，缩短了高压脉冲传输线的长度，使放电回路的电感和内阻大大降低，从而大大减小了传输损耗，使本专利技术在海洋地震勘探以及海底可燃冰等矿藏勘探开发中有很好的应用前景。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种深拖分置式脉冲等离子体震源系统，包括直流充电单元、高压脉冲单元和发射阵，其特征在于：所述的直流充电单元用于将交流电转换为高压直流电，并对高压脉冲单元进行充电，其置于海面上；所述的高压脉冲单元用于将直流充电单元提供的高压直流电转换为高压脉冲，并向发射阵放电，其置于海底附近；所述的直流充电单元与所述的高压脉冲单元通过拖曳传输线相连接；所述的发射阵用于接收高压脉冲单元的高压脉冲放电，使发射电极附近的海水气化、电离形成高温高压脉冲热等离子体，并产生脉冲压力波，其置于海底附近。

【技术特征摘要】
1.一种深拖分置式脉冲等离子体震源系统，包括直流充电单元、高压脉冲单元和发射阵，其特征在于所述的直流充电单元用于将交流电转换为高压直流电，并对高压脉冲单元进行充电， 其置于海面上；所述的高压脉冲单元用于将直流充电单元提供的高压直流电转换为高压脉冲，并向发射阵放电，其置于海底附近；所述的直流充电单元与所述的高压脉冲单元通过拖曳传输线相连接；所述的发射阵用于接收高压脉冲单元的高压脉冲放电，使发射电极附近的海水气化、 电离形成高温高压脉冲热等离子体，并产生脉冲压力波，其置于海底附近。2.根据权利要求1所述的深拖分置式脉冲等离子体震源系统，其特征在于所述的拖曳传输线...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄逸凡，闫克平，裴彦良，王揆洋，刘保华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86