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地质勘探新型气爆人工震源系统

更新时间:2020-10-13 15:37:45

  探知地球内部最有效最常用的方法是地震勘探法,用人工震源产生地震波,不同的岩石层反射回的信号不同,就好像给地球做CT。但是传统的人工震源存在严重瓶颈,炸药震源污染化境、大型震源车环境适应性差,海上震源船核心技术受制于人,行业迫切需要一种高能环保易操作的人工震源。
   本项目将高压气相爆轰技术运用于地震勘探,研发出一种高效环保、安全可靠的气爆人工震源,并率先实现气爆人工震源的试验验证和工程应用,已进入产业化运营阶段,属国内首创、国际领先,有效解决了传统炸药震源环境污染严重、安全风险大等问题,将推进地震勘探行业产生重大技术变革(科学院院士评语)。
   一、技术原理
   通过可燃气体与助燃剂在一定压力下混合,在一定点火条件下发生化学反应并伴随大量的化学能量释放,产生数十倍于初始气体压力的增压,获得的高温高压气体与周边介质耦合产生弹性振动波,可替代传统炸药作为人工地震波发生器(人工震源),其能量大大提高并实现可控激发。
气相爆轰产生的物质仅是二氧化碳和水,对环境没有任何污染;同时通过腔体设计实现定向激发,能量利用率大幅提升的同时,对地面破坏非常小,对周围建筑物没有任何影响,是一种对环境友好的震源。
   二、研发路径
   中国工程物理研究院流体物理研究所是国内乃至国际上冲击波与爆轰波物理研究的顶尖研究机构之一,历时近十年发展了新型反应气体驱动的超高速炮技术(CLGG),并建立了国内首套CLGG驱动的气体炮,一级驱动弹丸发射速度就达高达10马赫,比传统火炮发射速度高1倍以上,通过军民融合,将该项技术转化应用于地震勘探领域,在国内外率先研发出一种高能环保的气爆人工震源。
   目前,已经实现了气相爆轰人工震源的野外试验验证和工程应用,形成系列产品,并先后与中国地震局和江西省地震局、中科院深海所、山西煤炭局、中石油、中石化等单位合作开展了江西景德镇探矿试验、马里亚纳海沟深海科考、晋中煤炭勘探试验、重庆石龙峡三维油气勘探项目、成都三岔湖和河北三河市城市地下空间勘探,试验探测效果得到多位院士专家和客户单位的高度认可。
   下一步,拟针对不同的地质条件,如滩涂、深海、沙漠等,研发相应的震源装备,同时还将拓展气爆震源技术在页岩气开发中的应用,形成具有我国特色的页岩气开采技术。
   三、技术优势
依托中国工程物理研究院雄厚的相关技术积累和完备的试验条件,先后攻克了高压气相爆破过程控制、精确可靠点火激发、系统结构安全设计、能量频谱参数调控等难题,形成了多项关键核心技术。
   主要技术优势:一是绿色环保:气爆震源激发产物仅为水和少量二氧化碳,不产生任何有害物质,且噪音低、地表震动小,对周边建筑无影响,属环境友好型震源二是可定向激发:气爆人工震源可实现能量的定向释放,在提高特定方向的地震波强度的同时,能量利用率也大大提高,是传统炸药震源5-10倍;三是状态可控:可通过调整气体配比、初始压强、设备结构、催化剂等控制反应过程,实现地震波能量、频谱等输出特性调控,还可以产生主要能量成分为横波的地震探测信号,更有利于地下空间精细结构的高分辨率成像;四是能量较高:在初始高压条件下,利用化学能,瞬间形成动态高压,气体释放压力可达初始注气压力的数十倍;五是环境适应性强:震源装置无机械运动部件,可靠性高,受恶劣环境影响小,且装置小巧便携、操作简单、安全可靠,在农田、城市等不便使用炸药的区域均可作业。
   四、产品开发
   目前,针对不同地质条件和探测需要,已形成系列化产品,动态压力10-300MPa,能量区间为0.05-8MJ甚至更高,探测深度覆盖0-8000米,激发时间小于1ms,激发主频与频宽可控。
序号 规格型号 典型探测深度
(m)
应用
1 WB-120-1000 4000-8000 油气、煤炭、矿藏勘探
2 WB-90-1500 4000-7000 油气、煤炭、矿藏勘探
3 WB-70-2000 4000-6000 油气、煤炭、矿藏勘探
4 WB-65-200 300-500 浅层勘探、地下城市空间探测