阅读说明：本技术 地震波法勘探震源检波器一体化装置及方法 (Seismic source geophone integrated device and method for seismic method exploration ) 是由 苏茂鑫 王鹏 薛翊国 邱道宏 刘轶民 刘洋 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种地震波法勘探震源检波器一体化装置及方法,包括支架、保护壳、模式转换器；保护壳安装在支架上,且通过模式转换器驱动其旋转；保护壳为中空的圆柱形结构；在保护壳的中轴线位置通过第一伸缩杆悬挂有一个震源锤；在所述的保护壳的母线方向安装有电磁加速器,所述的震源锤与所述的电磁加速器相连；在保护壳的上方通过第二伸缩杆连接钻头式无线传输检波或备用平底式检波器；在所述的第二伸缩杆内还设有驱动装置,驱动装置可驱动钻头式检波器旋转；在保护壳内部还安装有电源、电源与电流控制器及电路保护装置相连,所述的电流控制器分别与电磁加速器、钻头式检波器、驱动装置、模式转换器相连,实现整个装置的控制。(The invention discloses a seismic source detector integrated device and a seismic source detector integrated method for seismic wave method exploration, wherein the device comprises a bracket, a protective shell and a mode converter; the protective shell is arranged on the bracket and is driven to rotate by the mode converter; the protective shell is of a hollow cylindrical structure; a seismic source hammer is suspended at the central axis of the protective shell through a first telescopic rod; an electromagnetic accelerator is arranged in the direction of a bus of the protective shell, and the seismic source hammer is connected with the electromagnetic accelerator; a drill type wireless transmission detection or a standby flat-bottom detector is connected above the protective shell through a second telescopic rod; a driving device is also arranged in the second telescopic rod and can drive the drill type detector to rotate; and a power supply is also arranged in the protective shell, the power supply is connected with a current controller and a circuit protection device, and the current controller is respectively connected with the electromagnetic accelerator, the drill bit type detector, the driving device and the mode converter to realize the control of the whole device.)

地震波法勘探震源检波器一体化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种地震波法勘探震源检波器一体化装置及方法。

背景技术

地震波法是一种常用的探测方法。相较于电法等其他常用的物探方法，该方法受环境影响较小，且对地质构造的探测精度更高，因而在各类建设工程领域应用广泛。

发明人发现当前应用地震波法进行探测的主要方式是依据测线相关参数(测线走向、偏移距、道间距等)在探测区域布设一个或多个检波器，同时将触发器附在激发震源的装置上，并将上述装置与主机相连。探测过程中，常采用人工锤击的方式作为震源，难以保证每一道的数据质量和每次激发的能量一致；测点移动时，需要携带震源锤、主机及检波器(单道采集)进行移动，费时费力；如遇地面硬度较高的情况，检波器也难以***地面，致使耦合效果较差，进而影响数据采集质量。

发明内容

本发明的主要目的是解决上述问题，提高地震波法探测工作的效率和质量，提出了一种将震源装置和检波器合二为一的装置。作为震源装置使用时，可利用电磁效应进行可控式加速，保证震源质量；作为检波器使用时，可利用其搭载的钻头式检波器钻入地表，保证检波器与地层耦合的质量，同时保证装置可适用于地面硬度较高等不同情况的场地。两种模式的切换可通过无线控制的方式实现。本发明具有高效、便捷、省时省力的优点。

为实现上述目的，本发明采用如下方案：

本发明的第一方面提出了一种地震波法勘探震源检波器一体化装置，包括支架、保护壳、模式转换器；

所述的保护壳安装在支架上，且通过模式转换器驱动其上下旋转；

所述保护壳为中空的圆柱形结构，

在保护壳的中轴线位置通过第一伸缩杆悬挂有一个倒圆台形震源锤；在所述的保护壳的母线方向安装有电磁加速器，所述的倒圆台形震源锤与所述的电磁加速器相连；

在保护壳的上方通过第二伸缩杆连接钻头式无线传输检波或备用平底式检波器；在所述的第二伸缩杆内还设有驱动装置，驱动装置可驱动钻头式检波器旋转；

在保护壳内部还安装有电源、所述的电源与电流控制器及电路保护装置相连，所述的电流控制器分别与电磁加速器、钻头式检波器、驱动装置、电机相连，实现整个装置的控制。

进一步的，所述的电磁加速器设置多组，多组电磁加速器沿着保护壳的圆周方向均匀设置。

进一步的，每组电磁加速器主要由三个电磁体组成，其中有两个固定在保护壳内壁上，称为“加速器定子”；另一个安装在平行于保护壳母线的导轨上，只能上下竖直移动，称为“加速器动子”。每个电磁体都通过导线与电流控制器直接相连，且电流控制器连接到加速器动子的导线应设置一个涡卷式弹簧收放线装置，保证加速器动子移动时导线长度始终保持合适的长度。

进一步的，所述震源锤与加速器动子通过伸长臂连接，伸长臂与加速器动子连接处应做绝缘处理，防止多个电磁加速器相互干扰。

进一步的，所述震源锤通过第一伸缩杆与保护外壳相连，第一伸缩杆处可设置弹簧，当震源锤在电磁加速器的作用下提起时，弹簧处于压缩状态；当震源锤下落时，储存在弹簧中的弹性势能可增大震源锤的动量。

进一步的，所述钻头式检波器、备用平底式检波器与第二伸缩杆之间可拆卸式连接。

进一步的，所述电动支架设置两个，分别设置在壳体的两侧，每个电动支架包括底座和两个固定在底座上的伸缩杆，两个伸缩杆呈一定角度设置，与底座形成三角形，两个伸缩杆顶部通过连接架连接在一起，所述的模式转换器固定在连接架上；两个伸缩杆可进行自动伸缩以调节装置高度，其与所述模式转换器均具有锁止功能，保证装置工作时的稳定性。

进一步的，地震波法勘探震源检波器一体化装置还包括一个遥控装置，遥控器通过无线信号接收器接收及微型控制装置调节电流控制器。

第二方面，本发明基于上述地震波法勘探震源检波器一体化装置，提出了一种操作方法，包括以下步骤：

1.安装整个装置，即调整好工作模式后，电动支架及模式转换器转子应先进行锁止，以保证装置的稳定性。

2.作为震源装置使用时，将震源锤一端朝向地面，保护壳下沿与地面接触，通过遥控装置发出指令，控制电磁加速器使震源锤缓慢提起进入蓄能状态；

3.遥控装置发出锤击指令后，在电磁加速器的作用下震源锤迅速锤击地面，附着在震源锤上的无线式触发器可将震源信号传输到主机。重复此操作可实现数据叠加。

4.切换为检波器使用时，电子支架先升高到装置可实现旋转的高度，随后模式转换器转子取消锁止，待转子旋转180°后重新锁止，电子支架缓慢下降到合适的高度，检波器后方的伸缩杆调节到合适的长度，使检波器能与地面接触。检波器模式切换为震源模式的过程与此相同。

5.开启检波器内置电动机，并缓慢伸长伸缩杆，使钻头式检波器旋入地面，实现良好的耦合性。待震源产生后，检波器通过无线信号将测得的数据传输到主机。此外，对于经人工硬化的平整路面，可将钻头式检波器换为平底式检波器。

进一步的，在确定测线各震源位置及测点位置之后，可在每一个震源或测点处布设一个上述装置，通过遥控装置进行控制，调节各装置的模式及工作状态，完成单道或多道地震波探测工作。

与当前普遍采用的地震波法探测装置相比，本发明的有益效果为：

1.本发明可实现一次布设多次采集的目的，避免了传统方法在探测过程中需要不断移动震源或检波器的弊端，提高了工作效率。

2.本发明作为震源装置使用时，通过电磁加速器控制震源强度，在保证了震源信号质量的同时可实现震源强度的精确控制，根据地层条件及需要探测的深度合理控制能量输出。

3.本发明作为检波器使用时，一方面可通过钻孔的方式将检波器更好地与不同硬度的地面耦合，保证探测数据的质量；另一方面可通过反旋的方式将检波器拔出，避免了传统的直插式检波器在布设和回收时因地面过硬等因素受到的损坏。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明震源模式下的整体结构示意图；

图2为本发明切换为检波器模式的示意图；

图3为本发明的现场工作示意图；

其中，倒圆台形震源锤1、无线式触发器2、电磁加速器定子3、电动支架底座4、电动支架伸缩杆5、模式转换器6、检波器伸缩杆7、钻头式无线传输检波器8、备用平底式检波器9、可充电式锂电池10、电流控制器11、震源锤伸缩杆12、圆柱形外壳13、电磁加速器动子14、绝缘层15、震源锤伸长臂16。

具体实施方式

下面结合附图与实例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术部分所描述的，现有技术中发明人发现当前应用地震波法进行探测的主要方式是依据测线相关参数(测线走向、偏移距、道间距等)在探测区域布设一个或多个检波器，同时将触发器附在激发震源的装置上，并将上述装置与主机相连。探测过程中，常采用人工锤击的方式作为震源，难以保证每一道的数据质量和每次激发的能量一致；测点移动时，需要携带震源锤、主机及检波器(单道采集)进行移动，费时费力；如遇地面硬度较高的情况，检波器也难以***地面，致使耦合效果较差，进而影响数据采集质量。本发明为了解决上述问题，提高地震波法探测工作的效率和质量，提出了一种将震源装置和检波器合二为一的装置。作为震源装置使用时，可利用电磁效应进行可控式加速，保证震源质量；作为检波器使用时，可利用其搭载的钻头式检波器钻入地表，保证检波器与地层耦合的质量，同时保证装置可适用于地面硬度较高等不同情况的场地。两种模式的切换可通过无线控制的方式实现。本发明具有高效、便捷、省时省力的优点。

具体的，地震波法勘探震源检波器一体化装置，包括支架、保护壳、模式转换器；所述的保护壳安装在支架上，且通过模式转换器驱动其上下旋转；所述保护壳为中空的圆柱形结构，在保护壳的中轴线位置通过第一伸缩杆悬挂有一个倒圆台形震源锤；在所述的保护壳的母线方向安装有电磁加速器，所述的倒圆台形震源锤与所述的电磁加速器相连；在保护壳的上方通过第二伸缩杆连接钻头式无线传输检波或备用平底式检波器；在所述的第二伸缩杆内还设有驱动装置，驱动装置可驱动钻头式检波器旋转；在保护壳内部还安装有电源、所述的电源与电流控制器及电路保护装置相连，所述的电流控制器分别与电磁加速器、钻头式检波器、驱动装置、电机相连，实现整个装置的控制。

下面结合具体的附图，对本发明进行详细说明：

如图1所示，地震波法勘探震源检波器一体化装置系统，包括倒圆台形震源锤1、无线式触发器2、电磁加速器定子3、电动支架底座4、电动支架伸缩杆5、模式转换器6、检波器伸缩杆7、钻头式无线传输检波器8、备用平底式检波器9、可充电式锂电池10、电流控制器11、震源锤伸缩杆12、圆柱形外壳13、电磁加速器动子14、绝缘层15、震源锤伸长臂16。

上述圆柱形外壳13整体为一个顶部密封的圆柱形，其包括内层和外层，形成一个中空结构，内部用于安装电磁加速器、可充电式锂电池10、电流控制器11等。

上述无线式触发器2紧密固定于倒圆台形震源锤1上，以保证获取高质量的震源触发信号，无效式触发器采集的信号发送给主机。

圆柱形外壳13安装在两个电动支架上，两个电动支架相对于圆柱形外壳13左右对称，为保证系统整体的稳定性，每个电动支架包括一个电动支架底座4和两个电动支架伸缩杆5；两个电动支架伸缩杆5呈“人”字型安装；电动支架底座4采用角度可调设计，便于将装置稳定在不同坡度的现场。

模式转换器6为具备转子锁止功能的电动机，固定于电动支架的两个伸缩杆连接处，模式转换器6通过连接轴驱动整个圆柱形外壳上下旋转，如图2所示，为圆柱形外壳13翻转180°之后的示意图。

在圆柱形外壳13内设置多组电磁加速器，每组电磁加速器主要由三个电磁体组成，其中有两个固定在保护壳内壁上，称为“加速器定子”；另一个安装在平行于保护壳母线的导轨上，只能上下竖直移动，称为“加速器动子”。每个电磁体都通过导线与电流控制器直接相连，且电流控制器连接到加速器动子的导线应设置一个涡卷式弹簧收放线装置，保证加速器动子移动时导线长度始终保持合适的长度。

进一步的，所述的电磁加速器应设置两组及以上，并均匀排列，保证震源锤受到的加速效果质量。

进一步的，所述电流控制器一方面可改变输出到每一个加速器定子和动子中电流的方向，使其成为“上N下S”或“上S下N”的电磁体，控制“加速器动子”向上或向下移动；另一方面可改变电流强度，控制加速器动子的加速度。

具体的，如图1所示，电磁加速器定子3由一对固定在圆柱形外壳13上的电磁体组成，两个电磁加速器定子3和电磁加速器动子14共同组成一组电磁加速器装置。进一步的，为保证加速过程的平顺，电磁加速器装置应设置两组或两组以上，且各组绕圆柱形外壳13轴线均匀分布，从图1的视图看，左右各设置一组。

整个倒圆台形震源锤1通过震源锤伸缩杆12悬挂在圆柱形外壳13上；伸缩杆处可设置弹簧，当震源锤在电磁加速器的作用下提起时，弹簧处于压缩状态；当震源锤下落时，储存在弹簧中的弹性势能可增大震源锤的动量。

倒圆台形震源锤1通过震源锤伸长臂16连接到电磁加速器动子14上，连接处设有绝缘层15(亦可作其他形式的绝缘处理)。从而使倒圆台形震源锤1在电磁加速器的作用下获取必要的动能，同时防止不同电磁加速器之间相互干扰，保证整体的机械效率。具体见附图1所示，震源锤伸长臂16沿着倒圆台形震源锤1的侧面向外延伸形成；震源锤伸长臂16的设置个数与电磁加速器动子14的个数相同；

钻头式无线传输检波器8及平底式检波器9均为可拆卸设计，便于随时更换；钻头式无线传输检波器8及平底式检波器9可拆卸的安装在检波器伸缩杆7上，且在检波器伸缩杆7内置电动机，可使伸缩杆的内杆旋转，进而带动钻头式无线传输检波器8旋转，便于其安设、耦合及回收。

钻头式无线传输检波器8为便于拆卸的装置，一方面在钻头式检波器长期使用磨损严重后便于更换，另一方面在人工硬化的平整路面上进行探测时可将检波器换为平底式检波器。此外，作为辅助装置，该装置需配备适用于平整硬化地面的平底式检波器，使该装置能适应路面、野外及隧道等不同的工作环境。

电流控制器11内置信号接收及微型控制装置，与可充电式锂电池10直接连接，通过接受遥控指令调节输出到不同元件的电流，实现装置整体的模式切换、震源加速及检波器安置等工作。

上述的可充电式锂电池10也可以由其他电源代替。

该装置的主要功能均通过人工发出遥控指令，通过无线信号接收器接收及微型控制装置调节电流控制器实现。保证应用该装置进行探测工作时可实现自动化，提高工作效率。

需要指出的是，以上各部件均为可拆卸式，便于使用过程中的维护及修理工作。

上述装置及系统的操作方法，包括：

1.如图3所示沿测线方向，以偏移距、道间距等参数为依据，在测线所有测点上布设一个上述装置，将所有装置与主机及遥控装置通过无线传输的方式连接，并根据震源的初始位置、采集通道数等参数设定各个装置的工作状态和模式，调节电动支架使装置中轴线垂直于地面后，锁定支架和模式转换器；

2.使用遥控装置，命令当前处于检波器模式的装置伸长检波器伸缩杆并将检波器插头旋入地面以保证良好的耦合性(如图2所示)，对于人工硬化的路面，可替换为平底式检波器，并保证检波器底面与地面紧密接触；

3.待所有检波器准备就绪后，向震源模式的装置发出指令，使震源锤在电磁加速器的作用下以可控的力度锤击地面，产生地震波，触发器及当前作为采集通道的检波器通过无线传输的方式将数据发送到主机，对于需要在一个测点多次叠加的，可重复此步骤直至叠加次数满足要求；

4.采集完该测点的数据后，根据实际道间距和偏移距选择下一个需要改变为震源模式的装置，通过遥控装置发出指令，将其转换为震源模式，并将上一个作为震源使用的装置切换为检波器模式；

5.重复步骤3、4，直至当前测线或测段的数据采集工作完成；若需对其他测线进行探测，则重复上述步骤即可。

本发明作为震源装置使用时，通过电磁加速器控制震源强度，在保证了震源信号质量的同时可实现震源强度的精确控制，根据地层条件及需要探测的深度合理控制能量输出。

本发明作为检波器使用时，一方面可通过钻孔的方式将检波器更好地与不同硬度的地面耦合，保证探测数据的质量；另一方面可通过反旋的方式将检波器拔出，避免了传统的直插式检波器在布设和回收时因地面过硬等因素受到的损坏。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。