海洋地震勘探“武器”——?dú)鈽?/h1>
2025-10-02 00:00:00張家聲
百科探秘·海底世界 2025年9期
什么，地震波也能被利用？！
地震波是由天然地震或通過人工地震而產(chǎn)生的彈性振動波，天然地震波是地殼運(yùn)動產(chǎn)生的，人造地震波是人工地震產(chǎn)生的。天然地震波破壞力很強(qiáng)，會給人們造成巨大傷害。但其實(shí)地震波也有對人類有利的一面，天然地震波與人造地震波均可以為人類所用。
人工激發(fā)的地震波可以用來探尋地下“寶藏”，如石油、天然氣資源。地震波反射技術(shù)在石油勘探中是探測精度最高的，現(xiàn)已成為石油勘探中最有力的技術(shù)手段。地球物理學(xué)家通過地震波反射或折射技術(shù)，能夠分析地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)油氣藏等資源信息。
那如何激發(fā)地震波呢？陸上地震勘探常用炸藥、可控震源、重錘等人工震源激發(fā)地震波，而海上、湖泊等水中勘探則是使用氣槍震源激發(fā)地震波（是目前水域勘探主要采用的人工震源類型之一）。想象一下，科學(xué)家們要在茫茫大海中“拍照”，但不是用普通相機(jī)，而是用聲波給海底“做CT”。這就是氣槍震源的絕活！這種特殊設(shè)備通過在水下制造可控的“氣泡爆炸”，產(chǎn)生強(qiáng)大的聲波信號，幫助我們看清海底的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。但這個氣槍既不是奧運(yùn)會射擊比賽用的氣槍，也不是我們在電視里經(jīng)常看到的具有威脅性的武器，而是一種用于水中勘探的激發(fā)源。它之所以被冠上“槍”的名號，是因?yàn)樗耐Σ蝗菪∮U。地震學(xué)家也用氣槍在水庫里面通過反復(fù)“放炮”，試圖繪制出地下云圖！氣槍震源具有相對安全、環(huán)保、可重復(fù)釋放、能量可以精確控制等優(yōu)勢，就像一個精確可控的、可以反復(fù)燃放的炮仗。
“勝利705”氣槍震源船穩(wěn)穩(wěn)穿行渤海灣，船尾氣槍震源激發(fā)時，海面泛起大片白色浪花。 
氣槍的發(fā)展歷史
20世紀(jì)初
1964年20世紀(jì)60年代末70年代初科學(xué)家發(fā)現(xiàn)單一氣槍能量有限，無法穿透深層地層。美國人齊奧科斯基等人建立了氣槍陣列的理論模型，提出了氣泡振蕩的衰減方式、振蕩周期、氣泡振蕩模型等理論，為建立氣槍陣列打下了理論基礎(chǔ)。海洋油氣勘探的興起催生了人們對海底地層成像技術(shù)的需求。早期科學(xué)家采用炸藥爆炸作為人工震源，通過爆破產(chǎn)生地震波，再通過檢波器接收反射信號。 然而這種方式安全性差，易 對周邊環(huán)境造成破壞。
1964年
美國人卡爾米思克發(fā)明地震勘探用的氣槍。初期的氣槍都是工作壓力約為5000psi的高壓槍，且基本上是單個大氣槍作業(yè)。
*1psi≈0.0703kgf/cm2（千克力每平方厘米）1psi表示每平方英寸承受1磅力的壓力，單位換算后，約等于0.0703千克力作用在每平方厘米面積上的壓力。
20世紀(jì)60年代末70年代初
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)單一氣槍能量有限，無法穿透深層地層。美國人齊奧科斯基等人建立了氣槍陣列的理論模型，提出了氣泡振蕩的衰減方式、振蕩周期、氣泡振蕩模型等理論，為建立氣槍陣列打下了理論基礎(chǔ)。
小貼士
氣槍生產(chǎn)廠家和氣槍使用單位，根據(jù)這些模型設(shè)計(jì)了各種氣槍陣列，通過生產(chǎn)試驗(yàn)和改進(jìn)，對氣槍陣列進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用。氣槍陣列的應(yīng)用，大大提高了野外地震勘探的原始資料質(zhì)量，為海底資源勘探提供了可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。后來，隨著在海洋石油勘探中的應(yīng)用，氣槍陣列也得到了迅速發(fā)展。
20世紀(jì)80年代初
美國西方地球物理公司根據(jù)多年使用氣槍的經(jīng)驗(yàn)，又設(shè)計(jì)出了LRS-6000高壓氣槍，它的主要特點(diǎn)就是具有更高的耐壓能力，同時還具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、頻帶寬、能量強(qiáng)、穿透力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
20世紀(jì)80年代末
隨著氣槍陣列設(shè)計(jì)技術(shù)日趨成熟，高壓槍主脈沖輸出大的優(yōu)勢逐漸減弱，而且安全性差，便逐漸被淘汰，取而代之的是工作壓力低于3000psi的低壓槍。
小貼士
1983年，美國西方地球物理公司又研制出了工作壓力為2000psi的套筒槍。套筒槍具有同步效果強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高（可實(shí)現(xiàn)25萬震次無大修）等特點(diǎn)，很快便風(fēng)行世界，成為20世紀(jì)80年代的主流槍。
1991年
美國西方地球物理公司在Ⅰ型套筒槍的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了較大改進(jìn)，生產(chǎn)出了Ⅱ型套筒槍，進(jìn)一步提高了該槍的可靠性，達(dá)到了30萬震次無大修的要求。
“海源”系統(tǒng) 
海面氣槍 現(xiàn)今
現(xiàn)代氣槍控制系統(tǒng)采用GPS時鐘同步技術(shù)，將激發(fā)時間誤差控制在微秒級。如中國自主研發(fā)的“海源”系統(tǒng)。
到底什么是氣槍？
實(shí)際上，氣槍是一種氣體聲源設(shè)備，目前主要用于海洋地層剖面成像、水下發(fā)聲和追蹤。它之所以被冠上“槍”的名號，是因?yàn)樵谒嫦箩尫鸥邏簹怏w時，有爆破現(xiàn)象。與氣槍常常配套的有水聽器、放大器、濾波器和熱敏記錄儀。
氣槍按工作壓力可分為兩類—高壓槍、低壓槍；按用途可分為深水工作槍、淺水工作槍、泥槍、陸地槍等；按結(jié)構(gòu)可分為 BOLT槍、G槍、GI槍、套筒槍、LRS-6000高壓槍等。
那氣槍到底是什么，它又是如何工作的呢？
下圖為BOLT1500長命槍
組成部分
氣室、電磁閥、密封組件、傳感器等。
工作原理
①氣槍在收到槍控器的點(diǎn)火信號時會把聲能量的脈沖注入水中，此能量來自高壓氣。
②高壓氣自控壓機(jī)通過軟管連接到氣槍并被存儲到固定在槍體上的放炮氣室。
③氣槍頂部安裝了電磁閥，電磁閥通電后打開上氣室泄氣通道，存儲在放炮氣室內(nèi)的高壓氣能量就會被釋放出來。
④電磁閥內(nèi)有一傳感器感測氣槍上槍體內(nèi)氣壓的變化，以此記錄確切的放炮時間。
氣槍工作圖
氣槍工作圖 氣槍屬于高壓危險設(shè)備，要特別注意安全
①在氣槍放入水中前不要把點(diǎn)火電纜連接到槍控器。
②在把氣槍提出水面前永遠(yuǎn)要將放炮電纜與槍控器斷開。
③永遠(yuǎn)把任何未處理過的氣槍當(dāng)作已充壓的氣槍。
從最初替代炸藥的笨重機(jī)械，到如今集流體力學(xué)、電子控制、環(huán)境科學(xué)于一體的精密系統(tǒng)，氣槍技術(shù)的發(fā)展史正是人類探索海洋的縮影。這項(xiàng)技術(shù)不僅助力發(fā)現(xiàn)了全球 90% 的海洋油氣資源勘探，更在火山監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等領(lǐng)域持續(xù)拓展應(yīng)用邊界 。未來，隨著綠色勘探理念的深化，氣槍將繼續(xù)書寫“以微振窺天地”的科技傳奇。
柴達(dá)木盆地鹽湖區(qū)物探綜合調(diào)查 編號：DD20230298
什么，地震波也能被利用？！
地震波是由天然地震或通過人工地震而產(chǎn)生的彈性振動波，天然地震波是地殼運(yùn)動產(chǎn)生的，人造地震波是人工地震產(chǎn)生的。天然地震波破壞力很強(qiáng)，會給人們造成巨大傷害。但其實(shí)地震波也有對人類有利的一面，天然地震波與人造地震波均可以為人類所用。
人工激發(fā)的地震波可以用來探尋地下“寶藏”，如石油、天然氣資源。地震波反射技術(shù)在石油勘探中是探測精度最高的，現(xiàn)已成為石油勘探中最有力的技術(shù)手段。地球物理學(xué)家通過地震波反射或折射技術(shù)，能夠分析地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)油氣藏等資源信息。
那如何激發(fā)地震波呢？陸上地震勘探常用炸藥、可控震源、重錘等人工震源激發(fā)地震波，而海上、湖泊等水中勘探則是使用氣槍震源激發(fā)地震波（是目前水域勘探主要采用的人工震源類型之一）。想象一下，科學(xué)家們要在茫茫大海中“拍照”，但不是用普通相機(jī)，而是用聲波給海底“做CT”。這就是氣槍震源的絕活！這種特殊設(shè)備通過在水下制造可控的“氣泡爆炸”，產(chǎn)生強(qiáng)大的聲波信號，幫助我們看清海底的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。但這個氣槍既不是奧運(yùn)會射擊比賽用的氣槍，也不是我們在電視里經(jīng)常看到的具有威脅性的武器，而是一種用于水中勘探的激發(fā)源。它之所以被冠上“槍”的名號，是因?yàn)樗耐Σ蝗菪∮U。地震學(xué)家也用氣槍在水庫里面通過反復(fù)“放炮”，試圖繪制出地下云圖！氣槍震源具有相對安全、環(huán)保、可重復(fù)釋放、能量可以精確控制等優(yōu)勢，就像一個精確可控的、可以反復(fù)燃放的炮仗。
氣槍的發(fā)展歷史
20世紀(jì)初
1964年20世紀(jì)60年代末70年代初科學(xué)家發(fā)現(xiàn)單一氣槍能量有限，無法穿透深層地層。美國人齊奧科斯基等人建立了氣槍陣列的理論模型，提出了氣泡振蕩的衰減方式、振蕩周期、氣泡振蕩模型等理論，為建立氣槍陣列打下了理論基礎(chǔ)。海洋油氣勘探的興起催生了人們對海底地層成像技術(shù)的需求。早期科學(xué)家采用炸藥爆炸作為人工震源，通過爆破產(chǎn)生地震波，再通過檢波器接收反射信號。 然而這種方式安全性差，易 對周邊環(huán)境造成破壞。
1964年
美國人卡爾米思克發(fā)明地震勘探用的氣槍。初期的氣槍都是工作壓力約為5000psi的高壓槍，且基本上是單個大氣槍作業(yè)。
*1psi≈0.0703kgf/cm2（千克力每平方厘米）1psi表示每平方英寸承受1磅力的壓力，單位換算后，約等于0.0703千克力作用在每平方厘米面積上的壓力。
20世紀(jì)60年代末70年代初
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)單一氣槍能量有限，無法穿透深層地層。美國人齊奧科斯基等人建立了氣槍陣列的理論模型，提出了氣泡振蕩的衰減方式、振蕩周期、氣泡振蕩模型等理論，為建立氣槍陣列打下了理論基礎(chǔ)。
小貼士
氣槍生產(chǎn)廠家和氣槍使用單位，根據(jù)這些模型設(shè)計(jì)了各種氣槍陣列，通過生產(chǎn)試驗(yàn)和改進(jìn)，對氣槍陣列進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用。氣槍陣列的應(yīng)用，大大提高了野外地震勘探的原始資料質(zhì)量，為海底資源勘探提供了可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。后來，隨著在海洋石油勘探中的應(yīng)用，氣槍陣列也得到了迅速發(fā)展。
20世紀(jì)80年代初
美國西方地球物理公司根據(jù)多年使用氣槍的經(jīng)驗(yàn)，又設(shè)計(jì)出了LRS-6000高壓氣槍，它的主要特點(diǎn)就是具有更高的耐壓能力，同時還具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、頻帶寬、能量強(qiáng)、穿透力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
20世紀(jì)80年代末
隨著氣槍陣列設(shè)計(jì)技術(shù)日趨成熟，高壓槍主脈沖輸出大的優(yōu)勢逐漸減弱，而且安全性差，便逐漸被淘汰，取而代之的是工作壓力低于3000psi的低壓槍。
小貼士
1983年，美國西方地球物理公司又研制出了工作壓力為2000psi的套筒槍。套筒槍具有同步效果強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高（可實(shí)現(xiàn)25萬震次無大修）等特點(diǎn)，很快便風(fēng)行世界，成為20世紀(jì)80年代的主流槍。
1991年
美國西方地球物理公司在Ⅰ型套筒槍的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了較大改進(jìn)，生產(chǎn)出了Ⅱ型套筒槍，進(jìn)一步提高了該槍的可靠性，達(dá)到了30萬震次無大修的要求。
現(xiàn)今
現(xiàn)代氣槍控制系統(tǒng)采用GPS時鐘同步技術(shù)，將激發(fā)時間誤差控制在微秒級。如中國自主研發(fā)的“海源”系統(tǒng)。
到底什么是氣槍？
實(shí)際上，氣槍是一種氣體聲源設(shè)備，目前主要用于海洋地層剖面成像、水下發(fā)聲和追蹤。它之所以被冠上“槍”的名號，是因?yàn)樵谒嫦箩尫鸥邏簹怏w時，有爆破現(xiàn)象。與氣槍常常配套的有水聽器、放大器、濾波器和熱敏記錄儀。
氣槍按工作壓力可分為兩類—高壓槍、低壓槍；按用途可分為深水工作槍、淺水工作槍、泥槍、陸地槍等；按結(jié)構(gòu)可分為 BOLT槍、G槍、GI槍、套筒槍、LRS-6000高壓槍等。
那氣槍到底是什么，它又是如何工作的呢？
下圖為BOLT1500長命槍
組成部分
氣室、電磁閥、密封組件、傳感器等。
工作原理
①氣槍在收到槍控器的點(diǎn)火信號時會把聲能量的脈沖注入水中，此能量來自高壓氣。
②高壓氣自控壓機(jī)通過軟管連接到氣槍并被存儲到固定在槍體上的放炮氣室。
③氣槍頂部安裝了電磁閥，電磁閥通電后打開上氣室泄氣通道，存儲在放炮氣室內(nèi)的高壓氣能量就會被釋放出來。
④電磁閥內(nèi)有一傳感器感測氣槍上槍體內(nèi)氣壓的變化，以此記錄確切的放炮時間。
氣槍工作圖
氣槍屬于高壓危險設(shè)備，要特別注意安全
①在氣槍放入水中前不要把點(diǎn)火電纜連接到槍控器。
②在把氣槍提出水面前永遠(yuǎn)要將放炮電纜與槍控器斷開。
③永遠(yuǎn)把任何未處理過的氣槍當(dāng)作已充壓的氣槍。
從最初替代炸藥的笨重機(jī)械，到如今集流體力學(xué)、電子控制、環(huán)境科學(xué)于一體的精密系統(tǒng)，氣槍技術(shù)的發(fā)展史正是人類探索海洋的縮影。這項(xiàng)技術(shù)不僅助力發(fā)現(xiàn)了全球 90% 的海洋油氣資源勘探，更在火山監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等領(lǐng)域持續(xù)拓展應(yīng)用邊界 。未來，隨著綠色勘探理念的深化，氣槍將繼續(xù)書寫“以微振窺天地”的科技傳奇。
柴達(dá)木盆地鹽湖區(qū)物探綜合調(diào)查 編號：DD20230298
