在油气勘探开发过程中,地震勘探需要高品质的地震信号激发源,可控震源是一种可以激发受控地震波信号的非爆炸震源。作为现代地震勘探行业的关键设备,可控震源具有激发信号可控、地震作业效率高、绿色环保等优点。目前,国内外对于纵波可控震源的研究已趋于成熟,而对于横波震源的研究还处于初步探索的阶段,相对于纵波可控震源,横波具有地下介质敏感性高、小目标识别能力强、分辨率更高、抗干扰能力更强等优点,所以在天然气勘探中,横波勘探发挥了良好作用。当前国家油气资源严峻的行业现状和环保形势,习近平总书记提出了“绿水青山就是金山银山”的新发展理念,加快天然气勘探开发是国家对油气装备最迫切的要求,横波可控震源这一重要的油气装备新兴领域进入人们的视线。横波可控震源的核心部件是振动器,振动器的平板齿作为振动器与大地之间传输信号的媒介、信息交互的窗口,平板齿的性能是决定横波可控震源勘探激发信号的关键因素。通过开展对横波可控震源振动器的有限元仿真研究,定性分析横波的传播原因和机理,并据此提出横波激发效果的评价指标,提出一种适合于横波可控震源且综合性能良好的平板齿型结构,增强横波的激发能量,从而为横波勘探的准确性及高效率奠定理论基础。具体的研究工作与成果如下:(1)本文通过横波可控震源振动器的结构及工作原理分析,据此构建了振动器动力学模型,开展了横波可控震源振动器工作状况分析,研究表明横波可控震源振动器在静态载荷与动态载荷的作用下做水平方向的往复运动,运动产生的液压力通过活塞杆传递给平板,从而将振动器产生的信号下传到大地之中,激发地震波信号。(2)建立振动器平板-大地耦合动力模型,开展了基于横波可控震源振动器激发的大地波场有限元仿真分析,掌握了横波在地表、地层剖面和三维空间的传播规律,揭示了横波的传播机理。研究表明横波的传递其实就是大地粒子之间的相互作用,波的运动实质就是粒子的运动,提升振动器的激振效果的关键在于提升大地粒子在Z方向上的有效运动,同时提高整体粒子传递能力的核心在于提高下传能量。从而在横波传播机理的基础上提出横波激发效果的评价指标:大地粒子在Z方向的运动强度以及下传能量,为构建横波激发效果评价体系提供依据。(3)在三角齿型平板结构的基础上,设计了圆锥齿与四面体齿两种不同的平板齿型结构,构建了以粒子在Z方向的运动强度和下传能量为评价指标的横波激发效果评价体系,开展了振动器激发横波的效果评价分析,综合结果分析得出四面体齿型平板激振的大地粒子Z方向运动强度最大,下传能量最高,四面体齿型平板具有更好的激发效果。(4)基于建立的横波激发效果评价体系,开展了全尺寸平板横波激发效果分析研究,根据仿真位移云图和图表数据,提出了平板和齿的结构优化方案。①最外侧齿的尺寸设计略小于中间的一排齿,使每颗齿的受力更加均匀,提高平板齿的使用寿命。②将四块板合成一整块平板进行布齿设计,这样有利于缓解原有平板间隔中涡场而导致的能量损失和谐波干扰。