一種地震波地質勘探中的新型同步觸發裝置

程 海 馮 宏 李 萍 王有杰

（中煤科工集團西安研究院物探儀器所，陜西西安 710074）

1 前言

地球物理勘探是一種利用地殼中巖石巖性或礦產物理性質的差異來研究地質構造、勘查地下礦產的方法和理論，根據探測原理的不同，地球物理勘探方法可以分為：地震波勘探、重力勘探、磁力勘探、電法勘探等幾類，其中地震波勘探法是最為普遍的一種地球物理勘探方法。地震波勘探是通過人工激發震源產生的地震波在彈性不同的地層內傳播，收集經過反射和衰減的地震信號，并進行分析和反演，勘探出地下的地質情況，在金屬、非金屬礦產資源，以及油、氣、煤能源和地震災害等勘測領域中都有著重要的應用[1-3]。

在地震觀測中，在數據采集中保證時間同步是一項非常重要的技術，其精度將直接影響到地震數據采集的質量，對后續的地震數據分析與地震反演工作有著重要的意義。現如今的地震勘探工程中，為了解決震源激發和數據采集的時間同步的問題，大部分都會使用同步觸發裝置，同步觸發裝置是將發爆器的高壓信號經過降壓轉變為安全的觸發信號來啟動地震數據采集設備工作，但是傳統的觸發裝置所采用的降壓電路在野外地震勘探工程中存在著元器件易損壞，觸發信號不穩定的缺點。例如，在放炮過程中同步觸發裝置的觸發信號沒有使采集設備工作，會造成廢炮；如果觸發時間不同步，相差不到一秒的時間內就會造成對震源定位的誤差達到幾千米甚至幾十千米的距離之多。對地震資料的后處理工作造成很大的誤差。因而保證數據同步采集在地震波勘探中有著重要的意義。

本文首先分析了地震波勘探過程中數據采集時間差產生的原因，其次利用電磁感應原理設計了一種新型同步觸發裝置。最后，為了測試該同步觸發裝置的精度及可靠性，本文對設計的同步觸發裝置進行了測試；

2 時差產生的原因

圖1為地震波勘探系統的裝置示意圖。當發爆器按下起爆開關后，會通過起爆線點燃炸藥，激發人工震源，從而產生地震波；同時，發爆器會即可向地震波數據采集設備發出觸發信號，即數據采集啟動命令，亦即儀器采集啟動開始時間是以人工震源激發的時間點為始端。因此，地震數據采集時差的產生來源主要是因為“等待驗證時斷信號TB（又叫爆炸信號）的時間”和“采集啟動命令到達數據采集設備的時間”之間的時間差[4]。因此，在地震勘探中，需要在在發爆器和采集站之間使用一種同步觸發裝置，將發爆器產生的高壓信號轉化成可以觸發數據采集設備的安全電壓信號，以達到炸藥爆炸（人工震源激發）和數據采集設備工作的時間同步[5]。

圖1 地震波勘探系統的裝置示意圖

3 同步觸發裝置設計

在地震勘探中使用的發爆器是用來產生高電壓來引爆埋藏于地下的炸藥，從而產生人工震源，而地震數據采集的觸發信號需要的是電壓在5V以下的低電壓脈沖信號，所以，同步觸發裝置需要將發爆器產生的高電壓脈沖轉換成低電壓脈沖信號。本文設計的同步觸發裝置是利用法拉第電磁感應定律的原理，通過磁感應線圈來產生可觸發采集設備的安全電壓信號，圖2為本文設計的同步觸發裝置的結構示意圖。

圖2 同步觸發裝置結構示意圖

在發爆同步觸發裝置殼體中間設置一小孔，將炮線中的任意一條線穿過該孔（脈沖互感器磁環內孔），當發爆器起爆時，產生的電流流過磁環以產生發爆同步感應脈沖，通過電橋的整流以及調幅電路作用，將產生的電動勢變成安全的低電壓觸發信號輸出給采集站，從而達到發爆器和采集站之間的同步觸發。圖3為同步觸發裝置的電路設計。

圖3 同步觸發裝置的電路設計

4 測試與結果分析

為了測試該同步觸發裝置的精度及可靠性，本文對設計的同步觸發裝置進行了測試，其實物連接圖如圖4所示：

圖4 觸發裝置與發爆器的連接實物圖

當發爆器起爆炸藥激發人工震源時，同步觸發裝置會產生低電壓觸發信號輸出給采集站，以保證地震數據采集站也將同時開始工作，示波器測試到的同步觸發信號如圖5所示。

圖5 觸發信號波形

從示波器得到的波形可以看出，電路產生的觸發信號幅度約為4V，滿足地震勘探中的數據采集設備1V～ 5V的觸發電壓范圍；此外，還可以通過波形看出該同步觸發裝置可以在1us的時間內快速觸發，且其觸發持續時間約為0.5ms，完全可以達到地震波勘探同步采集設備的要求。由于本文設計的同步觸發裝置可以將發爆機產生的高壓信號轉換成地震勘探中數據采集設備的可觸發安全信號，提高了裝置的穩定性和使用壽命，能有效的應用于地震勘探工作。并且該電路采用的是磁環線圈和放炮母線隔離的設計，避免的安全隱患，可以應用到井下煤礦的地震勘探工程中。

5 結論

本文首先分析了地震波勘探過程中數據采集時間差產生的原因，其次利用電磁感應原理設計了一種新型同步觸發裝置。最后，為了測試該同步觸發裝置的精度及可靠性，本文對設計的同步觸發裝置進行了測試；測試結果表明：該同步觸發裝置觸發信號幅度約為4V，響應時間為1us，觸發持續時間約為0.5ms，完全可以達到地震波勘探同步采集設備的要求。此外，相對于傳統的觸發裝置，本文設計的同步觸發裝置具有更高的可靠性和更長的使用壽命，能有效的應用于地震勘探工作。

[1]滕吉文.石油地球物理勘探的發展空間與自主創新.石油物探，2007，46(3):213-226

[2]李錄明，李正文.地震勘探原理、方法和解釋.北京：地質出版社.2007.1

[3]郭少斌.油氣綜合勘探方法.北京：中國地質大學出版社.2006.79-80

[4]陳友祥，廖聲剛，熊宗富。給地震儀輔助道增加數字驗證時斷信號。物探設備，2003,13（4）：252～253

[5]潘中印，黃健，張忠婭，馬啟曉。地震儀器數據采集同步技術。物探設備，2006,16（3）：165～167