可控震源地震勘探发展历程和基本原理概述
4可控震源激发技术的发展简介
I/O公司的X-VIB震源
Y1200 震源
SM26 震源
NOMAD65 震源
AHV-IV 震源
KZ-28型可控震源
关于可控震源的一些概念
早期的可控震源通常都直接使用通用越野车作为振动器的 运载工具，它的好处之一就是简化了系统设计，但是随之 而来的问题也是振动器设计和安装方式受到约束，整体布 局也受到通用车辆设计布局的约束。通用车辆的设计/布 局总是要求给用户提供最大的使用空间，特别是后部空间 较大。而震源由于特殊的安装型式和压重的需要，往往要 尽量使重心设计在整车的中心位置，另外由于常规运输车 辆传动系统的设计，前后桥间都存在几乎贯通的传动轴， 这样就不可避免地带来一些总体布局上的矛盾。
关于可控震源的一些概念
可控震源振动器重锤质量：
可控震源的重锤质量（Mass of Mass）的设置将影响系 统控制的计算精度，错误的设置将通过系统对输出力和 相位的计算控制，影响可控震源的激发效果。 不同激发级别的可控震源，重锤的质量也有不同，如下 表所列的几种类型的可控震源的重锤质量： 震源的激发级别 重锤的质量（典型值）
3 万磅级的可控震源 4 万磅级的可控震源 5 万磅级的可控震源 6 万磅级的可控震源
1900kg（4200磅） 3000kg（6500磅） 3400kg（7500磅） 4350kg（9600磅）
关于可控震源的一些概念
可控震源振动器等效平板质量：
可控震源的等效平板质量（Equivalent Mass of Base Plate）的设置将影响系统控制的计算精度，错误的设置 将通过系统对输出力和相位的计算控制，影响可控震源的 激发效果。由于振动平板上还有一些附加结构，因此在计 算平板质量时，通常要考虑到这些附加部分的质量，所以 平板质量的规范称谓是等效平板质量。
地震勘探发展史
地震勘探发展史第一篇：地震勘探发展史地震勘探发展史利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法叫作地震勘探。
地震勘探是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段。
地震勘探起始于19世纪中叶1845年，R.马利特曾用人工激发的地震波来测量弹性波在地壳中的传播速度。
1913年前后R.费森登发明反射法地震勘探。
1921年，J.C.卡彻将反射法地震勘探投入实际应用。
1930年，通过反射法地震勘探工作,在该地区发现了3个油田。
从此，反射法进入了工业应用的阶段。
20世纪早期德国L.明特罗普发现折射法地震勘探。
20世纪30年代，苏联Г。
А。
甘布尔采夫等吸收了反射法的记录技术，对折射法作了相应的改进。
20世纪50～60年代，反射法的光点照相记录方式被模拟磁带记录方式所代替，从而可选用不同因素进行多次回放，提高了记录质量。
20世纪70年代，模拟磁带记录又为数字磁带记录所取代，形成了以高速数字计算机为基础的数字记录、多次覆盖技术、地震数据处理技术相互结合的完整技术系统，大大提高了记录精度和解决地质问题的能力。
从20世纪70年代初期开始，采用地震勘探方法研究岩性和岩石孔隙所含流体成分。
我国的地震勘探发展1955年，我国煤炭工业上开始采用地震勘探技术，并在华东组建了全国第一支地震勘探队伍。
1971年，由煤炭科学研究总院西安分院、渭南煤矿专用设备厂研制成功MD-1型半导体磁带记录地震仪，这是我国第一套自行设计制造的煤田地震勘探仪器，并在国内煤田地震队中推广应用。
1979年我国打破了西方国家的技术封锁，成功研制出MDS-1型数字地震仪，对数字地震勘探起到了很大的推动作用。
1984~1985年，随着对外改革开放政策的实施，我国煤田地震勘探队伍开始从国外引进21套以DFS-V和SN338为主的数字地震仪，同时引进了以IBM-4381为主机的地震数据处理系统。
1978年，中国煤田地质总局在伊敏河矿区开展煤田三维地震勘探技术前提性研究。
可控震源在塔里木盆地地震勘探中可行性应用及效果
可控震源在塔里木盆地地震勘探中可行性应用及效果可控震源技术是一种地震勘探中常用的高新技术，它能够通过调控地震波的发射方向、频率、能量和相位等参数，来达到更好的勘探效果。
可控震源技术在塔里木盆地地震勘探中的可行性应用和效果备受关注。
本文将从可控震源技术的基本原理、在塔里木盆地地震勘探中的优势及效果等方面展开阐述。
一、可控震源技术的基本原理可控震源技术是通过地震勘探仪器对地震波进行实时调控，以实现对地下结构的有效勘探。
在地震波发射方面，可控震源技术可以通过合理布设震源点，利用多点激发的方式来产生复杂的地震波场，使得地质构造的细节特征能够被更清晰地反映出来。
在地震波的频率和能量调控方面，可控震源技术可以根据具体的勘探需求，通过改变震源激发时的振幅、频率和波形等参数，进而实现对地下目标的多角度、多频段、多分辨率的扫描，从而提高地震数据的分辨率和勘探精度。
二、可控震源技术在塔里木盆地地震勘探中的优势1. 适应多样化地质条件塔里木盆地地质条件复杂，地下构造多变，传统的地震勘探技术对于地下结构的分辨率和精度存在一定的局限性。
可控震源技术可以通过灵活控制地震波，提高地震数据的分辨率和定位精度，能够适应复杂多变的地质条件，有效提高勘探效果。
2. 提高油气勘探效率塔里木盆地是中国最大的陆相盆地之一，地下含有丰富的油气资源。
采用可控震源技术进行地震勘探，可以精准定位油气藏的位置、形态和规模，有助于降低勘探风险，提高勘探效率，为盆地的油气资源开发提供可靠数据支撑。
3. 降低勘探成本与传统地震勘探相比，可控震源技术在实施勘探过程中可以通过优化数据采集方式、提高勘探效率等手段，降低勘探成本。
在塔里木盆地这样大规模的地质勘探中，可控震源技术有望为勘探工作带来可观的经济效益。
1. 提高地震数据的质量和分辨率在塔里木盆地的实际勘探中，使用可控震源技术获得的地震数据质量明显提高，地下结构的各种特征得到更为清晰的表现，勘探成果更加可靠。
可控震源原理及说明
可控震源工作原理张宏乐一．概论1．引言利用可控震源人工激发地震波，是进行地震勘探的一种重要方法。
这种勘探方法最早出现的时间可以上溯到上个世纪50年代，当时在美国的一些石油公司最初开始出现以连续振动为特征的非爆炸地面震源的可控震源雏形，由此开创了可控震源技术应用于地震勘探之先河。
随着国外可控震源技术的日趋成熟，到了上个世纪70年代中期，我国开始引进国外可控震源设备和技术以应用于国内地震勘探。
与此同时，在吸收消化国外先进技术的基础上，开始着手依靠国内技术力量和设备，自行开发研制KZ系列国产可控震源。
由于可控震源所产生的信号频谱和基本特性可以人为控制，可以在设计震源扫描信号时避开某些干扰频率，还能对地层对地震信号的吸收作用进行补偿，这是其它人工地面震源和炸药震源难于做到的，所以利用可控震源进行地震勘探可以得到反射能量足够，信噪比和信号分辨率能够满足地质勘探需要的资料，因此在过去的几十年中可控震源技术在国内外都得到了较快发展，无论从震源的机械液压系统和电控系统技术发展水平，还是震源野外施工方法和震源资料处理技术都已逐渐提高和日臻完善。
近些年来，为了提高地震资料的信噪比和分辨能力，国内和国外生产厂家竞相利用现代科学技术的一些最新研究成果应用于可控震源的研究，设计和开发，已生产出最大静态推力近30吨的﹑可以适应更加广泛地震勘探目的﹑可在多种地面道路行驶的宽频大吨位可控震源，出现了可以灵活控制震源传入大地地面力幅度和地面力控制方式﹑以数字自适应控制技术为基础的﹑可自动进行可控震源系统识别、安装，并能对震源实施实时的质量控制技术的电控系统，从而扩大了可控震源应用领域，促使可控震源技术得以广泛应用于国内外地震勘探施工，成为了一种重要的地震勘探设备。
2．可控震源与炸药震源信号特征的区别图1 可控震源信号与炸药震源信号特点比较炸药震源和一些用于地震勘探的地面震源，如落重震源、电火花震源和陆地气枪震源等非爆炸地面震源所产生的地震信号一样，都是作用时间很短，信号振幅能量高度集中的脉冲信号，它们都属于脉冲震源。
地震勘探可控震源原理
1 可控震源1.1 可控震源使用的信号地震勘探中的激发源能量既可以用振幅高度集中的信号（如：脉冲信号，在此通常指炸药），也可以用低振幅、长信号（如：可控震源）产生。
其实，可控震源重要是依赖长时间的振动激发，得到相对弱的地震信号。
可控震源另外一个重要特征就是激发源是有限带宽的信号。
另外，可控震源激发技术只产生需要频带内的信号，而脉冲震源，如：炸药，生产的一部分频率在数据采集过程中是不予记录的。
图1 时间域与频率域内的脉冲信号与有限带宽信号炸药爆炸的过程可以用 脉冲来表示，即：一个振幅高度集中的信号在非常短的瞬间生成（图1-a），它的频谱中包含了所有的频率成分（图1-b）。
对于有限带宽信号而言，它只表示在有限带宽内（图1-c）。
在所展示的一个平坦的振幅谱（在图1-d）中只有10~60Hz的频率成分。
在可控震源中使用的信号大多形如图1-d。
1.2 如何生成一个有限带宽的震源信号如前所示，大多数信号具有有限带宽的特征，通过傅立叶变换可以得到如图1-c所示的时域上的信号。
但是一般如图1-c所示的振幅，在时域上的信号不能应用于可控震源，可控震源在激发时要求采用均衡振幅、长时间的信号。
为了能够使如图1-c所示的信号用于震源的激发，必须将该信号转化为均衡振幅、长时间的有限带宽信号。
采用频率延迟算子，就可以将短脉冲信号转化为长扫描信号。
实际上，在应用过程中，采用将短延迟用于低频、将中等水平的延迟用于中间频率、将长延迟用于高频的处理方法，就会得到一个均匀振幅、视频率从低频逐渐扫到高频结束。
这个信号看起来有些类似于正弦波，在可控震源中就称之为扫描信号。
图2 由短脉冲生成长扫描信号在图3中显示了扫描信号的合成过程。
各种不同频率成分、具有相同相位的正弦信号迭加后成为图3-a 中的信号，经过不同的延迟算子迭加后，成为图3-b中的扫描信号。
将高振幅的短脉冲信号展开成低均匀振幅的长扫描信号后总能量保持不变，因此可控震源只是一个低振幅的激发源，而不是低能量的激发源。
可控震源工作原理
可控震源工作原理可控震源是指一种使用专门的设备和技术来产生地震的工具，其产生的能源通常用于地震探测、工程测量、地质勘探和研究地震动力学等领域的应用。
可控震源的工作原理基于一定的物理原理和理论模型，同时需要科学的数据采集和处理，整个过程经过多次反复测试和验证。
可控震源的工作原理是利用一定的能量源来刺激地下岩石，并观测其反应，从而推断地质结构和构造等特征。
可控震源的能量源可以是机械、电磁、火药、液压等各种形式，在刺激岩石时需要控制其强度、频率、方向等参数，以满足不同应用场合的需求。
在野外实际应用中，可控震源通常采用电磁激振器或气炮等设备，通过把能量传输到地下，观测地下反馈信号，从而推断地下构造特征、地层厚度、地下水储层等重要信息。
可控震源工作的前提是需要准确的地质资料和模型，这些模型往往是由专业地质学家、地震学家和地球物理学家利用岩石学、古地磁学、地形分析和探测数据等多种手段构建而成。
这些模型可以描绘地质背景、地层接触、构造界面等各种地质特征，为地震勘探提供数据支持和理论基础。
可控震源的工作流程一般包括以下几个步骤：1. 设计实验方案。
根据地质条件和应用需求，设计可控震源的参数和地震探测的范围和深度等基本要素。
此步骤需要结合实地勘探资料进行分析和优化，将可控震源产生的波能量最大化并使其在地下穿透深度最大化。
2. 安装设备。
将电磁激振器或气炮等设备安装在控制区域内，需要将设备牢固地固定在地面上，同时需要对设备进行电气和机械上的检测和测试。
3. 启动可控震源。
根据设计的参数和方案，对设备进行控制和调试，产生特定的能量波形，观测地下反馈信号，从而推断地下结构及其与地震活动的关系。
4. 数据处理和分析。
将收集到的数据进行处理、滤波、降噪、叠加等处理，生成图形化数据表现形式，辨识或解释所探地层或地下构造的特征。
5. 计算和评估。
根据测量结果，进行剖面重建、层析成像、三维模型重建等数据处理方法，进一步评估地下构造的特性，并根据实际应用需求判断其潜在价值和可行性。
可控震源地震勘探发展历程和基本原理概述
2020年4月26日星期日
提纲
一、可控震源地震勘探技术发展历程 二、可控震源工作基本原理 三、可控震源勘探技术现状及展望
一、可控震源地震勘探技术发展历程
在地震勘探中，通过人工方法来产生地震波就叫做地震波的 激发。地震勘探采用的激发方式有炸药震源、可控震源、气枪震 源及其它震源。
7
一、可控震源地震勘探技术发展历程
一、可控震源地震勘探技术发展历程
可控震源的优点:节能、环保，参数可调 可控震源的缺点：地表激发，有限频宽
一、可控震源地震勘探技术发展历程
不同可控震源高效采集的日均生产效率
日均炮数
常规技术
提纲
一、可控震源地震勘探技术发展历程 二、可控震源工作基本原理 三、可控震源勘探技术现状及展望
二、可控震源工作基本原理
3 记录生成
由短脉冲生成长扫描信号
二、可控震源工作基本原理
S（t）＝A（t）Sin2π[F1+(F2-F1) t/2T]t
0≤t≤ TD
[1+Cosπ（t/T1+1）]/2 ，
0≤t＜T1
A（t）＝ 1 ,
T1≤t＜TD-T2
[1+Cosπ（1+（TD-t）/T2]/2 ， TD-T2≤t≤TD
4
一、可控震源地震勘探技术发展历程
➢ 1921年，美国人J.C.卡彻首次将炸药震源用于地震采集。 ➢ 1951年,中国首次规模化应用炸药震源激发进行地震勘探。 ➢ 1953年，重锤等其他激发方式出现，在此之前，炸药激发是
地震勘探中唯一采用的激发方式。 ➢ 1960年，Conoco推出可控震源激发技术，并授权进行工业化
二、可控震源工作基本原理
可控震源工作原理
可控震源工作原理可控震源是一种人工地震机构，可以产生地震波来模拟地震的效果。
其工作原理主要包括能量释放和波传播两个方面。
一、能量释放二、波传播波传播是可控震源产生地震波的另一个重要环节。
一旦能量释放，地震波将以波的形式从震源处开始传播。
地震波通过固体、液体和气体的介质传播，包括大陆地壳、海洋和大气等。
传播介质对地震波的传播速度、传播路径和波形都有着重要的影响。
可控震源通过控制能量的释放和波的传播，可以实现地震波的可控性。
具体来说，可控震源的工作原理可以分为以下几个方面：1.能量调控：可控震源通过调节能源的释放量和释放方式来控制地震波的强度和频率。
例如，可以通过控制炸药的数量和引爆时间来控制能量释放的强度和时序；或者通过调节气体的压强和喷射速度来调节能量释放的大小。
2.波形调控：可控震源可以通过调节能量释放的方式和波传播的路径来产生不同的波形。
例如，通过改变爆炸装置的摆放位置和方向，可以改变地震波的传播方向和振动模式，从而产生不同类型和频率的地震波。
3.频率调控：可控震源可以通过调节能源释放的频率来产生连续波或脉冲波。
例如，可以连续引爆炸药或持续释放压缩气体来产生连续地震波；或者间隔性地引爆炸药或释放气体来产生脉冲地震波。
4.位置调控：可控震源具有较高的位置调控性能。
通过改变震源的位置、深度和方向等参数，可以控制地震波在地球内部的传播路径和能量分布情况，从而实现地震波的精确调控。
综上所述，可控震源是一种通过控制能量释放和波传播来产生地震波的人造地震机构。
它具有能量、波形、频率和位置等多重调控性能，可以模拟地震的效果，在地震研究、地震监测和地震防灾等领域具有重要的应用价值。
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amplitude
Frequency dependent delays
Generator
amplitude
Hz
10
60
Hz
10
60
由短脉冲生成长扫描信号
二、可控震源工作基本原理
S（t）＝A（t）Sin2π[F1+(F2-F1) t/2T]t
0≤t≤ TD
[1+Cosπ（t/T1+1）]/2 ，
0≤t＜T1
第一家被授权的公司是Seismograph Service Corporation（SSC）， 150美圆项技术，SSL（Seismograph Service Limited）发展了电磁“correlator”。
一、可控震源地震勘探技术发展历程
可控震源地震勘探发展历程和基本原理
主讲人：王井富 东方公司采集技术支持部
二○一七年六月
提纲
一、可控震源地震勘探技术发展历程 二、可控震源工作基本原理 三、可控震源勘探技术现状及展望
一、可控震源地震勘探技术发展历程
在地震勘探中，通过人工方法来产生地震波就叫做地震波的 激发。地震勘探采用的激发方式有炸药震源、可控震源、气枪震 源及其它震源。
3 记录生成
Subsurface
receiver line
二、可控震源工作基本原理
3 记录生成
S11
S 21
S 31 S 41
S M 1
S12
1993年，Shell公司首次使用可控震源交替扫描激发。 1996年，由阿曼石油公司提出可控震源滑动扫描激发。 2006年, BP公司发明多组震源同时随机施工技术（ISS),
并在2008年开始规模应用。 2009年，由PDO公司（阿曼石油开发公司）首次使用距离
分割同步激发技术（DSSS) 。
SU 1/6
A uxiliary line
2 野外施工
Auto correlation result
C ross correlation
result
R ad io
V E 432-D SD
T
Pilot
M ERTZ VIBRATOR
+
GF
可控震源野外地震采集系统示意图
二、可控震源工作基本原理
3 记录生成
7
一、可控震源地震勘探技术发展历程
一、可控震源地震勘探技术发展历程
可控震源的优点:节能、环保，参数可调 可控震源的缺点：地表激发，有限频宽
一、可控震源地震勘探技术发展历程
不同可控震源高效采集的日均生产效率
日均炮数
常规技术
提纲
一、可控震源地震勘探技术发展历程 二、可控震源工作基本原理 三、可控震源勘探技术现状及展望
线性降频扫描信号
二、可控震源工作基本原理
amplitude
(t)
t 炸药震源
3 记录生成
Hz
可控震源
10
Hz
60
可控震源信号与炸药震源信号特点比较
二、可控震源工作基本原理
可控震源相关记录形成示意图
3 记录生成
左边a为地质模型，右边第1道表示传入大地的可控震源信号，第2、3、4道分 别表示几个地层反射信号。这些反射信号在时间上相互重叠、干涉后形成第5 道可控震源原始记录, 第6道为相关后的记录。
二、可控震源工作基本原理
一套能正常工作的可控震源包括：
可控震源机械设备本身 可控震源箱体 无线数据通讯设备
现代施工的可控震源可能还要包括：
定位设备 导航设备 局域网设备 信号记录设备
1 硬件设备
二、可控震源工作基本原理
1 硬件设备
INOVA X-VIB
INOVA AHV-IV
Sercel NOMAD90
BGP KZ23
BGP KZ28
BGP KZ34
二、可控震源工作基本原理
现在主流的可控震源控制系统是： INOVA的VIBPRO SERCEL的VE464 SEISMIC SOURCE的FORCEII和FORCEIII
1 硬件设备
二、可控震源工作基本原理
R ad io
Pilot
APM
V E 432-D P G
二、可控震源工作基本原理
3 记录生成
井炮激发：11口×8米×3公斤
震源激发：4台×2次、8－72Hz、12秒扫描、70％出力
二、可控震源工作基本原理 高保真采集（HFVS)
4 sweep/VP 24 sec 6 – 96 hz
Vib4
Vib3
Vib2 Vib1
six geos bunched
240m
地震勘探中唯一采用的激发方式。 1960年，Conoco推出可控震源激发技术，并授权进行工业化
生产。
5
一、可控震源地震勘探技术发展历程
1952.8.2,Bill Doty, Continental Oil Company (Conoco)公司球物 理学家,提出用长信号代替脉冲信号作为地震勘探的载体,在最深目的层 的反射时间内信号不能重复； 1952.8.3,John Crawford, Conoco,提出用正弦曲线作为扫描信号， 震源施工理论的雏形。 1953.1 John Crawford、Bill Doty、Bill Miller形成专利。 1960，Conoco决定推出这项技术，并授权进行工业化生产。
A（t）＝ 1 ,
T1≤t＜TD-T2
[1+Cosπ（1+（TD-t）/T2]/2 ， TD-T2≤t≤TD
3 记录生成
式中，A（t）为扫描信号S（t）的振幅包络函数，T1、T2称为斜坡长度。F1为扫描 信号的起始频率， F2为扫描信号的终了频率，TD为扫描振动持续时间，称为扫描 长度。
线性升频扫描信号
t
炸药震源信号与频谱
Hz
可控震源信号与频谱 10
Hz
60
气枪子波示意图
炸药震源信号、可控震源信号和气枪特点比较
4
一、可控震源地震勘探技术发展历程
1921年，美国人J.C.卡彻首次将炸药震源用于地震采集。 1951年,中国首次规模化应用炸药震源激发进行地震勘探。 1953年，重锤等其他激发方式出现，在此之前，炸药激发是
激发源的特性影响了地震资料的分辨率和信噪比，因此选择 激发源是非常谨慎的，通常考虑以下五方面：
（1）满足最深目的层有足够的有效能量； （2）频宽满足地震资料对分辨率的要求； （3）满足资料信噪比的要求； （4）环境的的影响； （5）性价比。
3
一、可控震源地震勘探技术发展历程
amplitude
(t)