[0001] 本发明涉及地质勘测技术领域，具体为一种用于横波勘探的震源装置。

[0002] 人工激发地震波是获得地下地质信息，资源赋存形态的一种重要的方法，因而在物探作业中被广泛地应用。近年来，横波物探由于在判断地下岩性，裂缝，含油气性等方面固有的优点，而得到业内普遍的关注。如何高效率低成本地激发地震横波是一个亟待解决的重要问题。横波激发难以低成本解决的关键是水平方向的横波与重力不同，不能自然获取。

[0003] 目前多是利用大型震源车的自重并通过横向振动器的转换装置，使之转化为水平方向的横波分量。该方法成本较高，作业场地也受限。也有一些浅层的横波地震，是通过对一个深入地下的刚体，施加水平方向冲击力的方法，来获得横波信息。但这种方法或限于动能不足，或因为刚体在外力作用下与地下介质的耦合不良等问题，难以获得稳定的激发效果。目前只能应用于浅层勘探。

[0004] 在现有的地震勘探领域，通常使用震源药柱做纵波激发，为了在竖井井底形成向下的地震波，一般都要在药柱上方加以密实的泥浆土，以实现聚能向下的目的，震源药柱施工相较于车载震源或其他机械振动的方法，施工成本低，效率高，可作业于各种复杂的地形环境，现有技术的不足在于，尚无一种能将震源药柱爆炸时的瞬间爆能有效的转化成水平横波方向的装置，从而限制了横波勘探的发展。

[0039] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0040] 请参阅图1‑13，本发明提供一种技术方案：

[0041] 实施例：

[0042] 请参阅图1至图13，本发明提供一种技术方案：

[0043] 一种用于横波勘探的震源装置，包括至少一个震源药柱50及对其进行容纳的外围壳体10，其中：

[0044] 震源药柱50是用于产生爆炸能量的部分，通常由高能炸药制成，震源药柱50被放置在外围壳体10的内部，并且其外表面紧密贴合C型外壳11和V型聚能槽外壳13的内壁，这种紧密贴合的设计有助于确保炸药爆炸时产生的能量能够有效地通过外围壳体10和V型聚能槽12传递出去，从而产生所需的横波，确保了震源药柱50在爆炸时能够充分利用外围壳体10的结构特性，其中震源药柱50侧边还设置有V形开口的聚能空腔51，并将其整体装填在外围壳体10内部，来聚焦和定向爆炸能量，以产生更多有效的横波信号，用于地质勘探。

[0045] 震源药柱50内还安装有将其引爆的雷管60，雷管60的引线70从外围壳体10向外引出，在需要对炸药进行引爆时，只需通过引线70点燃雷管60即可完成震源药柱50的引爆。

[0046] 震源药柱50紧密装填在外围壳体10内部，震源药柱50的直径等于C型外壳11的内侧直径，震源药柱50侧面设置有纵向设置且贯穿震源药柱50的聚能空腔51，震源药柱50的外侧紧贴C型外壳11的内侧壁，聚能空腔51侧面紧贴V型聚能槽外壳13的内侧壁，震源药柱50的外侧紧贴C型外壳11和V型聚能槽外壳13的内侧壁。

[0047] 外围壳体10包括内部中空且呈直圆柱形的C型外壳11，C型外壳11的下端封闭，上端固定有连接筒14，C型外壳11的侧面设置有纵向设置且贯穿C型外壳11的V型聚能槽12，V型聚能槽12的截面形状为扇形，且V型聚能槽12的顶角朝向C型外壳11的中心轴，连接筒14内部中空，且和C型外壳11内部连通。

[0048] 外围壳体10的结构是为了利用门罗效应产生聚焦的冲击波，进而产生横波，门罗效应是一种爆炸物形状对爆炸效果的影响，其中爆炸物面向目标的部分有一个特定的凹形结构，能导致爆炸产生的冲击波在凹形部位聚焦，从而在目标上形成穿透效果，由于震源药柱50的外侧紧贴C型外壳11和V型聚能槽外壳13的内侧壁，因此震源药柱50在V型聚能槽外壳13的部分也会形成一个空腔，这个空腔决定了爆炸能量的定向释放，V型聚能槽外壳13的部分作为聚能方向，C型外壳11的部分作为非聚能方向，在进行使用时，利用门罗效应，当震源药柱50被引爆后，由于V型聚能槽外壳13的形状和位置，爆炸产物会在V型聚能槽外壳13的方向上先形成一股冲击波，这股冲击波能够最先从厚度较薄的V型聚能槽外壳13方向扩散出，形成定向的高压，爆炸能量被有效地定向和聚焦，形成一股横向的冲击波。

[0049] 本实施例中，V型聚能槽12的角度度数范围为40°‑70°，V型聚能槽12的锥角至C型外壳11的中心轴的距离为3/5*R，其中R为C型外壳11的内半径，震源药柱50的外侧紧贴C型外壳11和V型聚能槽外壳13的内侧壁，因此震源药柱50在V型聚能槽外壳13的部分也会形成V形的空腔，此空腔的深度为2/5*R，V型聚能槽12的角度标定为α、V型聚能槽12的锥角至C型外壳11的中心轴的距离标定为L，则α和L的范围分别为：40°≤α≤70°，L＝3/5*R。

[0050] 进一步地，V型聚能槽12的角度α优选为50°。

[0051] 在进行使用时，将填充有震源药柱50的整个外围壳体10放置在预先钻好的探测孔内，此时引爆震源药柱50后，由于C型外壳11的厚度大于V型聚能槽外壳13的厚度，加上C型外壳11采用弹性模量较大的材质构成，因此产生的能量会沿着V型聚能槽12的方向扩散，产生的冲击波的方向为横向，由于C型外壳11的部分较厚，而设置在V型聚能槽12处的V型聚能槽外壳13较薄，因此V型聚能槽外壳13的部分作为聚能方向，C型外壳11的部分作为非聚能方向，在进行使用时，震源药柱50的爆炸产生的冲击波能先从厚度较薄的V型聚能槽外壳13扩散出，形成定向的高压，进而产生横波，V型聚能槽外壳13设计厚度仅为1mm。

[0052] V型聚能槽12上设置有呈V形结构的V型聚能槽外壳13，V型聚能槽外壳13和C型外壳11相固定，C型外壳11的厚度大于V型聚能槽外壳13的厚度，C型外壳11下端外侧设置有连接外螺纹，连接筒14内侧设置有和连接外螺纹相匹配的连接内螺纹。

[0053] 本实施例中，C型外壳11和V型聚能槽外壳13均采用弹性模量较大的材质构成，包括但不限于钢、铝、钛等弹性模量较高的金属材料、硬性PVC材料等，C型外壳11的厚度范围为4mm‑7mm，V型聚能槽外壳13的厚度为1mm，这里需要说明的是：与工业岩石爆破不同，地质探测用横波不是单纯的制造近距离的横向破裂，而是得到岩层破碎和压裂区以外更多的弹性波能量，PVC材料因具有不可压缩性，因此，在常规定向预裂爆破工程中，V型聚能槽部分PVC外壳通常都要求有一定的厚度，以在V型聚能槽压垮过程中制造更多的射流，本实施例的V型聚能槽外壳13设计厚度仅为1mm，只起到密封，阻燃，抗静电，固定震源药柱50的作用，能够减小爆炸中射流部分在总爆能中的占比。

[0054] C型外壳11的厚度大于V型聚能槽外壳13的厚度，可以利用弹性模量较大的C型外壳11，增强对爆炸冲击波的约束作用，当爆炸冲击波从爆炸中心向外扩散到C型外壳11内壁时，将同时发生向内的反射和向外的透射两个物理过程，非聚能方向加厚的C型外壳11可以增强爆轰能量向内的反射，并减小爆轰能量在非聚能方向上向外的透射，从而在聚能方向上形成更多的爆能。

[0055] 在聚能的同时，加厚的C型外壳11等于增加了外围壳体10与井壁的间隔，起到了保护井壁，减少破裂区的缓冲作用，从而抑制了该方向爆炸冲击波的外溢，减小了爆炸破裂区体积和对爆能的耗损。有一定厚度的C型外壳11还可以稳定震源装置的爆轰过程，减少外界稀疏波对爆轰过程的破坏，提高爆速，增加爆轰压力。

[0056] 外围壳体10具有V型聚能槽12，该V型聚能槽12的截面为扇形，且顶角朝向C型外壳11的中心轴，当在外围壳体10这个结构内放置震源药柱50并引爆时，爆炸产生的能量会沿着V型聚能槽外壳13法线的方向扩散，扇形的V型聚能槽12使得爆炸时产生的能量沿其形状方向聚焦，因为C型外壳11厚度大于V型聚能槽外壳13的厚度，并且都是由弹性模量较大的材料制成，所以C型外壳11能够承受更多的爆炸压力，而V型聚能槽外壳13由于厚度较薄，能够在受到爆炸压力时更容易破裂。

[0057] 本实施例通过精确设计震源药柱50和外围壳体10的结构，利用门罗效应来定向和聚焦爆炸能量，从而产生有效的横向冲击波，用于地质勘探。

[0058] C型外壳11的厚度大于V型聚能槽外壳13的厚度，当聚焦后的爆炸能量沿V型聚能槽12传播时，会在到达V型聚能槽外壳13处产生一个高压区，因为V型聚能槽外壳13的厚度只有1mm，这个薄弱点使得冲击波能够在此处突破并向外扩散，C型外壳11其余部分的较大厚度和高弹性模量材质能有效地限制爆炸能量的无效散失，确保爆炸能量主要沿V型聚能槽方向扩散。

[0059] V型聚能槽12的V形结构设计有助于聚焦爆炸产生的能量，使得能量沿着V形的开口方向传递。这样就形成了一种定向高压的效果，爆炸能量通过较薄的V型聚能槽外壳13传递出去，而较厚的C型外壳11则起到了一定的限制作用，能量在非聚能方向上扩散，这样的定向高压会在材料或介质中产生横波，因为冲击波首先在聚能方向上打破材料，然后在周围介质中以横波的形式传播。

[0060] 进一步地，连接筒14侧面对称设置有两个挂耳孔15，挂耳孔15贯穿连接筒14的侧壁，挂耳孔15在连接筒14侧面上的设置，主要用于提供一种固定或悬挂机制，以便于在实际应用中安装、固定或操作外围壳体10。

[0061] 本实施例中，外围壳体10设置有至少两组，且多个外围壳体10通过C型外壳11外侧的连接外螺纹、连接筒14内侧的连接内螺纹纵向连接。

[0062] 由于C型外壳11下端外侧设置有连接外螺纹，连接筒14内侧设置有和连接外螺纹相匹配的连接内螺纹，多个外围壳体10进行连接时，只需要让上面的外围壳体10的C型外壳11下端通过螺纹安装在下面的外围壳体10的连接筒14内，且保证V型聚能槽外壳13均朝向一个方向即可，本实施例中，通过C型外壳11的外螺纹和连接筒14的内螺纹允许多个外围壳体10纵向连接，大幅增加了系统的灵活性和可扩展性，可以根据具体的探测需求轻松地增加或减少外围壳体10的数量，从而调整勘探时产生横波的功率和范围，使用螺纹连接方式使得多个外围壳体10的安装和拆解过程更为简便和快速，该设计支持标准化和模块化的应用，使得外围壳体10的生产、运输和存储都更为方便。

[0063] 连接座20包括下端开口的连接套筒21，连接套筒21的内部中空，且外侧也设置有连接内螺纹相匹配的连接外螺纹，连接套筒21通过连接外螺纹和连接筒14相连接，连接套筒21的顶部开口，且对称设置有至少两个卡扣座22，卡扣座22的外侧设置有卡位槽23，连接套筒21能够通过连接外螺纹和连接内螺纹的螺纹啮合与连接筒14相连接，当多个外围壳体10连接在一起时，只有最上方的外围壳体10上安装有连接座。

[0064] 锁紧机构30包括连接杆31，连接杆31的底部固定有限位块33，限位块33上方的连接杆31上固定有限位环32，限位环32和限位块33之间的连接杆31上套有可滑动的运动环34，运动环34可沿着连接杆31滑动，但是由于限位块33的阻挡，无法从连接杆31上滑出，连接杆31上套有弹簧38，弹簧38一端抵在运动环34上，另一端抵在限位环32上。

[0065] 连接杆31的外部对称设置有数目和卡扣座22一致的安装座35，安装座35的上端和第一连杆36铰接，下端和第二连杆37铰接，第一连杆36和第二连杆37的另一端分别和限位环32外侧、运动环34外侧铰接，安装座35上固定有C形的固定臂39，固定臂39的上端固定在安装座35的外侧，底部卡在卡扣座22的卡位槽23内。

[0066] 在将外围壳体10放置到预设置的钻孔内时，将固定臂39的底部卡在卡扣座22的卡位槽23内，在弹簧38的弹力作用下，运动环34始终处于固定的位置，此时外围壳体10通过连接座20固定在锁紧机构30上，通过一定长度的连接杆31放置到钻孔内，当外围壳体10到达钻孔底部时，下压连接杆31，此时，运动环34相对于限位块33向上运动，第一连杆36和第二连杆37内侧之间的角度变小，此时固定臂39向外侧运动，从卡位槽23内脱离，只需要转动连接杆31，即可防止固定臂39重新卡入到卡位槽23内，让外围壳体10和锁紧机构30脱离，锁紧机构30

[0067] 便于在钻孔内放置用于产生横波的外围壳体10，能够保证其放置在所需要的位置。

[0068] 本实施例中，震源装置还包括有延伸装置40，延伸装置40包括延伸杆41，延伸杆41的底部设置有连接空腔42，连接空腔42的内侧壁上设置有内螺纹，连接杆31的顶部和延伸杆41的顶部均设置有和连接空腔42的内侧壁的内螺纹相匹配的外螺纹。

[0069] 延伸杆41和连接杆31能够通过螺纹进行连接，多个延伸杆41也可连接在一起，能够适应不同深度的钻孔。

[0070] 进一步地，连接杆31的外侧和延伸杆41的外侧均设置沿着连接杆31的延伸方向布置的标记条43，在使用时，连接杆31和延伸杆41外侧的标记条43始终重合，且朝向V型聚能槽12的朝向，这样在放置外围壳体时，能够清楚地知晓V型聚能槽12的朝向。

[0071] 本实施例中，V型聚能槽外壳13的上下端均不封闭，在进行横波勘探时，外围壳体10的内部填充有震源药柱50，震源药柱50内设置有用于引爆震源药柱50的雷管60，若是使用单个外围壳体10，则雷管60的引线70直接通过顶部的连接套筒21的开口引出，若是有多个外围壳体10组合进行使用，如图13所示，相邻V型聚能槽外壳13之间留有缝隙，通过该缝隙引出引线70，引线70沿着V型聚能槽外壳13外部的空腔一直引导最上方的连接套筒21，从连接套筒21最上方的开口引出，为防止出现外围壳体10内部的震源药柱50发生拒爆，对于两个或多个含有震源药柱50的外围壳体10组合激发，每个外围壳体10内部可单独设有引爆的雷管60和引线70，雷管60的引线70从最上方的V型聚能槽外壳13处一起引出。

[0072] 本发明的使用原理：

[0073] 首先，将引爆雷管60正确地安装在震源药柱50中，并确保雷管60的引线70从V型聚能槽外壳13的顶部穿出，便于后续连接引爆装置；

[0074] 如果需要使用多个外围壳体10以增加爆炸力或调整爆炸范围，须将每个外围壳体的连接筒14和下一个外围壳体的C型外壳11下端外侧的连接外螺纹相螺合，确保所有V型聚能槽12朝向一致，以保持能量聚焦的方向一致，使用连接座20与最上面的外围壳体10相连接，通过连接套筒21的外螺纹和连接筒14的内螺纹连接；

[0075] 将装有炸药的外围壳体10通过锁紧机构30和连接杆31连接，使用延伸杆41来调整外围壳体10下放到钻孔的深度，根据需要连接多个延伸杆41，确保标记条43对齐，以此保证V型聚能槽12的方向正确，将外围壳体10缓慢下放到预先钻好的探测孔内，直至到达所需的深度，到达预定深度后，通过向下压动连接杆31使得运动环34上移，释放固定臂39，使外围壳体10设置在适当位置，撤出连接杆31；

[0076] 检查所有连接是否牢固且引线70正确接入引爆装置，确认无误后，从安全距离进行远程引爆。引爆时，震源药柱50的爆炸力沿V型聚能槽12扩散，形成高压冲击波并生成横波。

[0077] 通过上述详细的步骤，可以有效地使用此种震源装置进行横波勘探，精确控制爆炸方向和范围，从而获得高质量的地下结构数据。

[0078] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。