海洋地震勘探“武器”——氣槍

什么，地震波也能被利用？！

地震波是由天然地震或通過人工地震而產生的彈性振動波，天然地震波是地殼運動產生的，人造地震波是人工地震產生的。天然地震波破壞力很強，會給人們造成巨大傷害。但其實地震波也有對人類有利的一面，天然地震波與人造地震波均可以為人類所用。

人工激發的地震波可以用來探尋地下“寶藏”，如石油、天然氣資源。地震波反射技術在石油勘探中是探測精度最高的，現已成為石油勘探中最有力的技術手段。地球物理學家通過地震波反射或折射技術，能夠分析地下的地質結構，發現油氣藏等資源信息。

那如何激發地震波呢？陸上地震勘探常用炸藥、可控震源、重錘等人工震源激發地震波，而海上、湖泊等水中勘探則是使用氣槍震源激發地震波（是目前水域勘探主要采用的人工震源類型之一）。想象一下，科學家們要在茫茫大海中“拍照”，但不是用普通相機，而是用聲波給海底“做CT”。這就是氣槍震源的絕活！這種特殊設備通過在水下制造可控的“氣泡爆炸”，產生強大的聲波信號，幫助我們看清海底的地質結構。但這個氣槍既不是奧運會射擊比賽用的氣槍，也不是我們在電視里經常看到的具有威脅性的武器，而是一種用于水中勘探的激發源。它之所以被冠上“槍”的名號，是因為它的威力不容小覷。地震學家也用氣槍在水庫里面通過反復“放炮”，試圖繪制出地下云圖！氣槍震源具有相對安全、環保、可重復釋放、能量可以精確控制等優勢，就像一個精確可控的、可以反復燃放的炮仗。

氣槍的發展歷史

20世紀初

1964年20世紀60年代末70年代初科學家發現單一氣槍能量有限，無法穿透深層地層。美國人齊奧科斯基等人建立了氣槍陣列的理論模型，提出了氣泡振蕩的衰減方式、振蕩周期、氣泡振蕩模型等理論，為建立氣槍陣列打下了理論基礎。海洋油氣勘探的興起催生了人們對海底地層成像技術的需求。早期科學家采用炸藥爆炸作為人工震源，通過爆破產生地震波，再通過檢波器接收反射信號。 然而這種方式安全性差，易 對周邊環境造成破壞。

1964年

美國人卡爾米思克發明地震勘探用的氣槍。初期的氣槍都是工作壓力約為5000psi的高壓槍，且基本上是單個大氣槍作業。

*1psi≈0.0703kgf/cm²（千克力每平方厘米）1psi表示每平方英寸承受1磅力的壓力，單位換算后，約等于0.0703千克力作用在每平方厘米面積上的壓力。

20世紀60年代末70年代初

科學家發現單一氣槍能量有限，無法穿透深層地層。美國人齊奧科斯基等人建立了氣槍陣列的理論模型，提出了氣泡振蕩的衰減方式、振蕩周期、氣泡振蕩模型等理論，為建立氣槍陣列打下了理論基礎。

小貼士

氣槍生產廠家和氣槍使用單位，根據這些模型設計了各種氣槍陣列，通過生產試驗和改進，對氣槍陣列進行了廣泛的應用。氣槍陣列的應用，大大提高了野外地震勘探的原始資料質量，為海底資源勘探提供了可靠的基礎數據。后來，隨著在海洋石油勘探中的應用，氣槍陣列也得到了迅速發展。

20世紀80年代初

美國西方地球物理公司根據多年使用氣槍的經驗，又設計出了LRS-6000高壓氣槍，它的主要特點就是具有更高的耐壓能力，同時還具有結構簡單、可靠性高、頻帶寬、能量強、穿透力強等優點。

20世紀80年代末

隨著氣槍陣列設計技術日趨成熟，高壓槍主脈沖輸出大的優勢逐漸減弱，而且安全性差，便逐漸被淘汰，取而代之的是工作壓力低于3000psi的低壓槍。

小貼士

1983年，美國西方地球物理公司又研制出了工作壓力為2000psi的套筒槍。套筒槍具有同步效果強、結構簡單、可靠性高（可實現25萬震次無大修）等特點，很快便風行世界，成為20世紀80年代的主流槍。

1991年

美國西方地球物理公司在Ⅰ型套筒槍的基礎上，進行了較大改進，生產出了Ⅱ型套筒槍，進一步提高了該槍的可靠性，達到了30萬震次無大修的要求。

現今

現代氣槍控制系統采用GPS時鐘同步技術，將激發時間誤差控制在微秒級。如中國自主研發的“海源”系統。

到底什么是氣槍？

實際上，氣槍是一種氣體聲源設備，目前主要用于海洋地層剖面成像、水下發聲和追蹤。它之所以被冠上“槍”的名號，是因為在水面下釋放高壓氣體時，有爆破現象。與氣槍常常配套的有水聽器、放大器、濾波器和熱敏記錄儀。

氣槍按工作壓力可分為兩類—高壓槍、低壓槍；按用途可分為深水工作槍、淺水工作槍、泥槍、陸地槍等；按結構可分為 BOLT槍、G槍、GI槍、套筒槍、LRS-6000高壓槍等。

那氣槍到底是什么，它又是如何工作的呢？

下圖為BOLT1500長命槍

組成部分

氣室、電磁閥、密封組件、傳感器等。

工作原理

①氣槍在收到槍控器的點火信號時會把聲能量的脈沖注入水中，此能量來自高壓氣。

②高壓氣自控壓機通過軟管連接到氣槍并被存儲到固定在槍體上的放炮氣室。

③氣槍頂部安裝了電磁閥，電磁閥通電后打開上氣室泄氣通道，存儲在放炮氣室內的高壓氣能量就會被釋放出來。

④電磁閥內有一傳感器感測氣槍上槍體內氣壓的變化，以此記錄確切的放炮時間。

氣槍工作圖

氣槍屬于高壓危險設備，要特別注意安全

①在氣槍放入水中前不要把點火電纜連接到槍控器。

②在把氣槍提出水面前永遠要將放炮電纜與槍控器斷開。

③永遠把任何未處理過的氣槍當作已充壓的氣槍。

從最初替代炸藥的笨重機械，到如今集流體力學、電子控制、環境科學于一體的精密系統，氣槍技術的發展史正是人類探索海洋的縮影。這項技術不僅助力發現了全球 90% 的海洋油氣資源勘探，更在火山監測、地質災害預警等領域持續拓展應用邊界 。未來，隨著綠色勘探理念的深化，氣槍將繼續書寫“以微振窺天地”的科技傳奇。

柴達木盆地鹽湖區物探綜合調查 編號：DD20230298