地震勘探仪

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什么是地震勘探

地震勘探是勘探地下资源的一种新技术,是勘探地下矿藏的最可靠方法。这种探测主要是用一种能够检拾、放大、选择和记录地震波的电子管放大仪器——地震勘探仪来完成的。

图1
图1 🔍原图 (1214×643)

地震勘探的基本原理地震勘探和雷达的探索目标,超音频探测器的探测海的深度,在原理上很相似,也是用目标的“反射波”来确定目标的距离的。

地震勘探所用的波,要能穿透几千公尺的地层,不能用电磁波,而是用一种“地震波”。

什么是地震波 地震波是由放置在浅井(5—30公尺)里或腾空架在地面上的炸药爆炸后,在地层里产生的弹性波动。地震波以地层为介质向各处传播(图1),靠地层表面传播的波,直接被放置在地面上的检拾器检取,叫做“直达波”或“初至波”。它的能量最强,也最先被检拾器接收到。深入地层的波,遇有两个性质不同的岩层分界面,由于介质性质的陡变,就引起反射和折射,部分回到地面上被检拾器检拾到,这叫做“反射波”。收到“反射波”的时间,根据反射层的深浅大约是在炸药刚爆炸后1—3秒钟。爆炸所产生的波动是很复杂的,里面有很多我们不需要的波动,叫做“干扰波”。

图2
图2 🔍原图 (915×919)

地震勘探的过程勘探前,把许多个检拾器按一定顺序和距离分布在地面上,准备接收地震波。检拾器分开的距离,有时可以达到几公里。检拾器能够把“拾”到的地震波变为电的波动,经过电缆送到放大器放大,再被滤波(选取反射波)后,就被记录器自动地记录在照像底片上,根据记录,可以计算波行的时间和反射层的深度。这样分析地层构造,可以帮助发掘地下的秘密和宝藏。

地震勘探仪的主要组成部分

地震勘探仪(图2),主要是由下列各部分组成。

图3
图3 🔍原图 (889×487)

检拾器 检拾器受地面或地下层反射来的地震波的激动,产生波动电流。它的工作原理和一般电唱头大体相同,不过比较大而坚固,它的尖端插入地下,因此能够“检拾”地层波(图3)。

图4
图4 🔍原图 (476×767)

放大器地震勘探仪的放大器(图4)。不但要把检拾器送来的信号放大,而且还要把干扰波滤去,相对的增加反射波信号的强度。

图5
图5 🔍原图 (900×626)
图6
图6 🔍原图 (492×392)

地震波是减幅波,初至波是先强后弱,逐渐消失。反射波一般是很弱的,因此,放大器要灵敏,能够滤波,还要有很好的自动增益。尽管输入的变动很大,而输出的电流幅度没有显著改变,保持记录的清晰。

检拾器来的信号由变压器T\(_{1}\)输入,经V1、V\(_{2}\)、V3和V\(_{4}\)放大后,从T2输出。在V\(_{2}\)和V3及V\(_{3}\)和V4 间的高通和低通滤波器,可以把干扰滤去。T\(_{2}\)的一个次级L2产生负回授电压,经过1N34晶体整流器和滤波器R\(_{4}\)、C3和C\(_{4}\)后,变成直流电压加到V5管的B、C点上。回授电压的极性和V\(_{5}\)管B、C点上原有的电压极性恰好相反,结果把原有电压全部或局部抵消。

V\(_{5}\)管是自动增益控制管,它的作用像一个可变电阻,和R3串联后组成一个分压线路。平时V\(_{5}\)不导电,放大器增益相当高,一有负回授电压时,V5就导电,这时,它的电阻可以低到1000欧,使V2管的栅级上只有很小的信号电压,输出也就降低了。R\(_{5}\)是控制增益的电位器。V1的抑制栅另受抑制器的控制。

抑制器 自动增益控制器在有信号输入时就起作用,起作用的时间,需要延迟到相当于滤波回路的时间常数(一般约0.25秒)那么长。勘探前因为没有信号输入,仪器过分灵敏,地面上有风吹草动,甚至也会被放大得非常显著,影响记录的正确性,而爆炸后的初至波又太强,会使放大器过负荷,损坏仪器。因此需要加用“抑制器”。抑制器的作用是在仪器等待接收地震波形号的时间,在V\(_{1}\)管的抑制栅极上加一个负电压,使地面自然波动在记录上不显著,而抑制电压又能在爆炸后按预定时间慢慢减低,使强大的初至波的作用也受到适当的抑制后被记录下来。

当图5中开关S闭合时,抑制电压就输入V\(_{1}\)管,随后将S断开(与放炮同时动作),C5可以放电继续供给抑制电压,逐渐在某一选定的时间里减弱。这样抑制器和自动增益控制的作用就前后衔接起来了。

图7
图7 🔍原图 (534×316)

混波器 在放大器和记录器中间的混波器,图6,它的作用是从一个放大器取一部分输出信号混入另一放大器中,如由A到B、B到C……等,使干扰波的信号相互削弱,反射波相互增强。因为干扰波多数是由爆炸点顺地面传递到检拾器,对两相邻检拾器作用的干扰波信号有一定长的时间差,在混波器中因相位不同就相互削弱。但反射波作用在两相邻检拾器的时间差很小,在混波器里不但不会相互削弱,反而相互加强。

图8
图8 🔍原图 (610×513)

记录器 记录器的工作原理和一般带有反射镜的电流表相似,混波器输出的信号电流使记录器动作,反射镜左右摆动,光线被焦聚到照像底片上,因此留下来波的痕迹。底片又是被恒速电动机带动的,可以有痕迹出现的地位就知道地震波到来的时间。这个电动机的速度是用音义控制的,所以速度稳定不变,记录的时间非常准确。(树)