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地球深部动力学研究的可控振动源技术的新发展
2010-09-01 10:17 来源: 作者:

20世纪最后30年和21世纪之初,大功率振动源技术广泛应用于地震勘探和地球内部构造探测和地球动力学研究中。传统地震探测方法在测量精度和可靠性上落后于现代地震勘察方法,其中最主要的一个差别就是可控震动源的应用。在地震学中主要的波动源就是地震,它是自然震源,无论是初始作用时间上,还是地震发生的地点上,或是在能量上都是不可控制的。这种源的作用范围只局限于地震活动区。和广泛的无震地带相比,它的构造特征有明显的异常。应用大功率振动源技术可以避开天然地震的局限条件,具有以下明显的优势:

①准确测定振动源坐标和振动作用启动的时间;

②试验的重复性强,能多次再现对被研究介质一致性作用的过程;

③能够激发出预先给定波形和偏振的振动;

④能用计算机自动控制试验过程;

⑤具有应用此项技术的普遍性,包括在密集设台的和无震的地区;

⑥此项技术不破坏生态环境,保障了生态安全性,因为被记录的振动是微震。

大功率振动源设计成一组强劲的低频可控振动器即振子。设计要求是保证振子的透视深度应到达地壳的底部,约40—50公里深处。理论计算表明,振子的作用力在锁定频率2—15赫内达到100吨。在矿山试验测试了几种方案,其中最有效的是一种稳恒机电式失衡振子,有SDV-40,SDV-100和SDM-100三种型号,它们都能激发出垂直偏振激力100吨,频域为5—12赫,使用的是同步旋转失衡振子。另一种设计方案是辐射共振系统,在频域1—3赫内水平振动惯性系统,它的作用力可能300吨,这种振子是水平地震振动器HSV—100型,或是垂直或水平面内振动的液柱振子,其中包括两个型号,流体共振振动器HRV—200型,其频域为1—10赫,作用力为250吨,和HRV—50型,其频域为1—15赫,作用力达到50吨。这些可控振动源应用的范围比较广。例如,1998年和2004年俄罗斯西伯利亚和贝加尔湖地区地壳和上地幔深部构造和物质分布的探测研究,帕米尔—天山地震带可控振动源监测研究,中亚地区石油开采地层构造延伸的探测,西伯利亚地区和海参崴地区城市建筑物场地的地震安全性评定,俄罗斯新建地球物理观测台网场地选址探测与地震图的可控振动源计量与校正,导弹航天发射工程场地的可控震动源勘察,近北极圈地区地壳上地幔结构的再探测等。在国外,日本东海滨海区地壳深部20公里结构剖面的探测,土耳其伊斯坦布尔地区地震构造带探查研究等。

在这些监视、勘察和开发工程项目中,可控振源探测取得了很多有用的结果。贝加尔湖经济开发区的建设工程中,利用可控振源取得的地震资料,合理地确定了工程场址的地震安全性,成功编制了贝加尔地台区,巴布什金地区贝加尔湖南岸深部10公里地壳上部的构造和莫霍面的区域资料在新西伯利亚石油城的延伸储油地层的深度和广度的确定和俄罗斯新选航天发射场址综合评定的审定中,可控振动源技术起了相当大的作用。俄罗斯科学院在评定可控振动源技术的作用时说,为了地震学的长期发展,建立高技术探测系统有很大的前途,作用范围达几百公里,几千公里的可控振源技术都是需要的,现有型号的可控振源在解决了相敏测定编码输入信号技术基础上发展动力、通讯传输和储存的配套系统是主要的方向。和其他国家开发的可控振动源技术相比(如爆破地震、重锤冲击、海上汽枪、微核爆炸、压电陶磁、共振系统等),俄罗斯式人工可控振源(或称有源的、主动式的)有自己的特点。

                                               作者:崔秋文   陈应方

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