一种地震波地质勘探中的新型同步触发装置

程 海 冯 宏 李 萍 王有杰

（中煤科工集团西安研究院物探仪器所，陕西西安 710074）

1 前言

地球物理勘探是一种利用地壳中岩石岩性或矿产物理性质的差异来研究地质构造、勘查地下矿产的方法和理论，根据探测原理的不同，地球物理勘探方法可以分为：地震波勘探、重力勘探、磁力勘探、电法勘探等几类，其中地震波勘探法是最为普遍的一种地球物理勘探方法。地震波勘探是通过人工激发震源产生的地震波在弹性不同的地层内传播，收集经过反射和衰减的地震信号，并进行分析和反演，勘探出地下的地质情况，在金属、非金属矿产资源，以及油、气、煤能源和地震灾害等勘测领域中都有着重要的应用[1-3]。

在地震观测中，在数据采集中保证时间同步是一项非常重要的技术，其精度将直接影响到地震数据采集的质量，对后续的地震数据分析与地震反演工作有着重要的意义。现如今的地震勘探工程中，为了解决震源激发和数据采集的时间同步的问题，大部分都会使用同步触发装置，同步触发装置是将发爆器的高压信号经过降压转变为安全的触发信号来启动地震数据采集设备工作，但是传统的触发装置所采用的降压电路在野外地震勘探工程中存在着元器件易损坏，触发信号不稳定的缺点。例如，在放炮过程中同步触发装置的触发信号没有使采集设备工作，会造成废炮；如果触发时间不同步，相差不到一秒的时间内就会造成对震源定位的误差达到几千米甚至几十千米的距离之多。对地震资料的后处理工作造成很大的误差。因而保证数据同步采集在地震波勘探中有着重要的意义。

本文首先分析了地震波勘探过程中数据采集时间差产生的原因，其次利用电磁感应原理设计了一种新型同步触发装置。最后，为了测试该同步触发装置的精度及可靠性，本文对设计的同步触发装置进行了测试；

2 时差产生的原因

图1为地震波勘探系统的装置示意图。当发爆器按下起爆开关后，会通过起爆线点燃炸药，激发人工震源，从而产生地震波；同时，发爆器会即可向地震波数据采集设备发出触发信号，即数据采集启动命令，亦即仪器采集启动开始时间是以人工震源激发的时间点为始端。因此，地震数据采集时差的产生来源主要是因为“等待验证时断信号TB（又叫爆炸信号）的时间”和“采集启动命令到达数据采集设备的时间”之间的时间差[4]。因此，在地震勘探中，需要在在发爆器和采集站之间使用一种同步触发装置，将发爆器产生的高压信号转化成可以触发数据采集设备的安全电压信号，以达到炸药爆炸（人工震源激发）和数据采集设备工作的时间同步[5]。

图1 地震波勘探系统的装置示意图

3 同步触发装置设计

在地震勘探中使用的发爆器是用来产生高电压来引爆埋藏于地下的炸药，从而产生人工震源，而地震数据采集的触发信号需要的是电压在5V以下的低电压脉冲信号，所以，同步触发装置需要将发爆器产生的高电压脉冲转换成低电压脉冲信号。本文设计的同步触发装置是利用法拉第电磁感应定律的原理，通过磁感应线圈来产生可触发采集设备的安全电压信号，图2为本文设计的同步触发装置的结构示意图。

图2 同步触发装置结构示意图

在发爆同步触发装置壳体中间设置一小孔，将炮线中的任意一条线穿过该孔（脉冲互感器磁环内孔），当发爆器起爆时，产生的电流流过磁环以产生发爆同步感应脉冲，通过电桥的整流以及调幅电路作用，将产生的电动势变成安全的低电压触发信号输出给采集站，从而达到发爆器和采集站之间的同步触发。图3为同步触发装置的电路设计。

图3 同步触发装置的电路设计

4 测试与结果分析

为了测试该同步触发装置的精度及可靠性，本文对设计的同步触发装置进行了测试，其实物连接图如图4所示：

图4 触发装置与发爆器的连接实物图

当发爆器起爆炸药激发人工震源时，同步触发装置会产生低电压触发信号输出给采集站，以保证地震数据采集站也将同时开始工作，示波器测试到的同步触发信号如图5所示。

图5 触发信号波形

从示波器得到的波形可以看出，电路产生的触发信号幅度约为4V，满足地震勘探中的数据采集设备1V～ 5V的触发电压范围；此外，还可以通过波形看出该同步触发装置可以在1us的时间内快速触发，且其触发持续时间约为0.5ms，完全可以达到地震波勘探同步采集设备的要求。由于本文设计的同步触发装置可以将发爆机产生的高压信号转换成地震勘探中数据采集设备的可触发安全信号，提高了装置的稳定性和使用寿命，能有效的应用于地震勘探工作。并且该电路采用的是磁环线圈和放炮母线隔离的设计，避免的安全隐患，可以应用到井下煤矿的地震勘探工程中。

5 结论

本文首先分析了地震波勘探过程中数据采集时间差产生的原因，其次利用电磁感应原理设计了一种新型同步触发装置。最后，为了测试该同步触发装置的精度及可靠性，本文对设计的同步触发装置进行了测试；测试结果表明：该同步触发装置触发信号幅度约为4V，响应时间为1us，触发持续时间约为0.5ms，完全可以达到地震波勘探同步采集设备的要求。此外，相对于传统的触发装置，本文设计的同步触发装置具有更高的可靠性和更长的使用寿命，能有效的应用于地震勘探工作。

[1]滕吉文.石油地球物理勘探的发展空间与自主创新.石油物探，2007，46(3):213-226

[2]李录明，李正文.地震勘探原理、方法和解释.北京：地质出版社.2007.1

[3]郭少斌.油气综合勘探方法.北京：中国地质大学出版社.2006.79-80

[4]陈友祥，廖声刚，熊宗富。给地震仪辅助道增加数字验证时断信号。物探设备，2003,13（4）：252～253

[5]潘中印，黄健，张忠娅，马启晓。地震仪器数据采集同步技术。物探设备，2006,16（3）：165～167