Titan–可控震源的创新设计

AHV是一款铰接式液压震源车，最初由康菲石油公司（Conoco）开发，后来由西方奇科地球物理公司（Western Geophysical）和其他公司投入量产。当I/O公司在20世纪90年代购买AHV系列可控震源时，正值其高速发展时期。虽然AHV基本震源车的设计没有太大变化，但是可控震源系统的核心工程方法仍在改进， AHV-IV PLS-380和PLS-364分别于2006年和2009年交付。2010年，可控震源技术成为英洛瓦®系列产品的一部分，英洛瓦向市场交付了数百台AHV–IV可控震源装置。这些可控震源装置至今仍在使用。

英洛瓦在非常流行的UniVib及其前身UniVib2（一款最大重量为26,000磅和34,000磅的小型可控震源）和最新的大型可控震源AHV–V Titan（一款重达80,000磅的巨型可控震源）中引入了新的可控震源技术（图1）。UniVib2和Titan均是在50–60年来可控震源开发过程中积累的技术和经验的基础上创造的。UniVib2和Titan已经被设计应用于世界上几乎所有的地区和环境中。

可控震源系统的核心称为执行器。该系统由一个液压部件、阀组和一个连接至基板并与地面相连的配重组成。该系统由驱动阀门系统的电子设备控制，以精确地复制时域扫描。执行器的所有这些关键元件之间的相互作用将影响地面力信号的保真度。

早期的建模工作表明，基板是正确传递力的关键因素。结果表明，在野外执行扫描时，可控震源的基板会发生弯曲。这将导致辐射能量损失和信号失真。针对这个问题，AHV–IV 364基板的设计硬度约为比旧型号上使用的先前的基板的2.5倍。只有这样才能大大提高可控震源信号的保真度。同时发现的其他问题与液压系统的稳定性有关。旧型号可控震源显示，液压系统在扫描过程中会快速振动。这一问题在AHV–IV装置中也得到了改善，从而显著提高了高频力输出。稳定的液压系统降低了可控震源在较高频率下的信号失真情况。

最初构思时，Titan的设计方案主要集中在两个主要目标上。第一个目标是改善可控震源的低频力分布，第二个目标是保持和增强之前已经实现的任何基础性改进。

低频性能改进只能通过检查基础物理来实现。根据牛顿第二定律，力是质量和加速度的函数。对于重量已经很重的机动车来说，大幅增加质量是很困难的，但可以通过更长的质量–冲程来增加加速度。Titan的质量–冲程为17.78厘米，几乎是旧一代可控震源的两倍。Titan增加的冲程导致辐射力输出在1–7Hz范围内显著增加。（图2）

第二个目标是继续增强基板的硬度。这是通过进一步加强基板结构和在压缩结构上增加额外的隔离气囊来实现的。Titan可控震源有12个气囊，可将压紧重量均匀分布在基板表面，提高其抗弯能力。液压系统已得到增强，以增加液压流量并使液压系统对机械变化做出更快的响应。因此，利用长期的技术创新和改进历史，开发出一种低频力输出显著增强的新型可控震源。

可控震源工作时会辐射载荷噪声。旧一代可控震源可以辐射超过100分贝的噪声。这种噪声产生的地面运动记录在部署的传感器中，即使在传感器被掩埋的情况下。可控震源上的可听噪声主要来自调节液压油温度的冷却风扇。Titan上的冷却风扇设计用于减少可听噪声的辐射。野外实验（图3）表明，Titan的辐射噪声比旧一代可控震源低17分贝。这些结果将大大降低传感器中记录的噪声，并进一步改善地震队在使用Titan扫描时记录的结果。

图3显示了Titan和旧一代可控震源（AHV–IV 380 Renegade）之间的辐射噪声差异，该差异在野外测试期间记录在2D线上。此外，图3还显示了埋在10厘米处的检波器记录的RMS噪声。在该测试期间，可控震源未执行扫描。

开发Titan的过程中，英洛瓦开始设计自定义扫描，以增强可控震源的低频力输出。有时称为低驻留时间扫描，扫描的设计与单个可控震源的低频力分布相匹配，包括延长扫描的驻留时间（图4）。因此，这就产生了具有非线性部分和具有过渡时间的线性部分的复杂扫描。经证明，具有增强低频输出的自定义低驻留时间扫描可增加记录数据的低频内容，这在世界许多地区都很常见。

图4显示了低驻留时间扫描，5秒专注于低频力，5秒专注于扫描的线性部分。

《减少可控震源的谐波失真–加强基板硬度》，Z.Wei，EAGE 罗马，2008年

《硬地面和软地面的震源和检波器特征分析》，Z. Wei，前沿，2011年2月

《推动可控震源的发展：扩展低频和高频限制》，Z. Wei，第 26 卷，2008年3月

《推动可控震源的发展–我们能降到多低？》Z. Wei、Sallas和Tite，EAGE，伦敦，2007年