CN101782659B - 海上四分量地震波检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上四分量地震波检测装置；该装置包括外壳、顶盖、压电检波器、上隔板、万向架、套筒、下隔板及三个磁电式检波器；所述外壳是由中间管路相连的上下两个圆筒状壳体构成外壳上、下部分；顶盖设于外壳上部顶端，且外壳上部内置压电检波器；外壳下部内间隔平行设有上、下隔板；万向架置于上、下隔板之间，包括调节盘、支撑环及内、外自动调节架；上、下隔板之间的外壳内壁对应设有外自动调节架，设有的支撑环外侧对应与外自动调节架转动配合；支撑环内平行设一调节盘，与支撑环上轴向垂直设有的内自动调节架转动配合；所述三个磁电式检波器分别嵌设于调节盘上表面设有的定位槽内，外壳下部底端套设套筒。其结构简单，性能可靠。

Description

海上四分量地震波检测装置

技术领域

本发明涉及一种地震波检测装置，特别涉及一种海上四分量地震波检测装置。

背景技术

目前，海上多波地震勘探，实际上主要是转换波勘探，即水中激发，海底接收获得纵波和转换波的记录。从学科发展来看，多波多分量地震勘探技术使地震勘探由观测标量(单个z分量)的标量地震发展为观测矢量(三分量)的矢量地震，由只利用P波的纵波勘探发展为同时利用P波、S波和转换波的多波勘探；由主要研究构造形态的构造地震发展为同时研究构造、地层、岩性和油气的岩性地震，使地震勘探发生质的飞跃。

在高分辨率地震勘探中，一个关键的问题是有效的压制高频环境噪声，提高高频信号的信噪比。如何满足这一点，能够取得高质量的原始地震数据，比常规方法采集的接收动态范围更大、频带更宽、失真度更低、信噪比更高的地震信号，提供一种操作简单、效果显著的海上四分量地震波检测装置，对于实际应用具有非常重要的意义，同时成为该领域技术人员急待着手解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种简单实用、效果显著的海上四分量地震波检测装置。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：一种海上四分量地震波检测装置；其特征在于该检测装置包括外壳、顶盖、压电检波器、上隔板、万向架、套筒、下隔板及三个磁电式检波器；所述外壳是由中间管路相连的上下两个圆筒状壳体构成外壳上、下部分，所述顶盖设于外壳上部顶端，且外壳上部内置压电检波器；所述外壳下部内间隔平行设有上、下隔板；所述万向架设置于外壳下部壳体内的上、下隔板之间，万向架包括调节盘、支撑环及内、外自动调节架；上隔板及下隔板之间平行设有支撑环，且外壳内壁对应设有外自动调节架，所述外自动调节架与支撑环外侧转动配合；支撑环内平行设一扁圆柱形的调节盘，且与支撑环上轴向垂直设有的内自动调节架转动配合；所述调节盘上表面设有定位槽，所述三个磁电式检波器分别嵌设于定位槽内；所述外壳下部底端套设套筒；所述三个磁电式检波器是在XYZ方向上呈正交，与笛卡尔坐标一致，即由一个垂直磁电式检波器和二个水平磁电式检波器组成；当三分量检波器的Z轴与地心方向不一致时，因重力作用，万向架会自由转动，而使其Z轴与地心方向一致；三分量磁电式检波器作为拾取海底地震信号的重要部件，将任意方向来的地震波分解为笛卡尔坐标的X、Y、Z三个分量，其中X坐标指向水平面上的大线走向；在上隔板和下隔板之间，所述三个磁电式检波器与外壳、万向架的间隙填充油体，以保证三分量检波器工作的稳定性；该检测装置的顶盖上设有用以引出压电检波器和三个磁电式检波器导线的引线孔。

所述套筒上设有导流孔。

所述上、下隔板与外壳连接处分别设有圆形橡胶密封圈。

本发明的有益效果是：本发明中的主要特点能取得高质量的原始地震数据，比常规方法采集的接收动态范围更大、频带更宽、失真度更低、信噪比更高的地震信号。海上四分量地震波检测装置的外壳采用了聚胺脂材料注塑，耐压、耐腐蚀，绝缘性好，密封性能好。万向架与上、下隔板空隙内填充油体，用以满足阻尼和耦合特性的要求，保证检波器拾取地震波传导海底引起的微弱振动。此外，采用上、下隔板及密封圈等多道密封结构，防止内外渗漏，确保检波器正常工作。本发明装置结构简单，设计合理，性能可靠，应用简便，效果非常显著。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明中万向架结构示意图；

图中：1顶盖；2压电检波器；3上隔板；4万向架，4-1调节盘，4-2外自动调节架，4-3支撑环，4-4内自动调节架，4-5通孔；5套筒；6导流孔； 7下隔板；8密封圈；9外壳；10油体；11磁电式检波器；12引线孔。 

具体实施方式

以下结合附图和较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下： 

参见图1、图2，一种海上四分量地震波检测装置；该检测装置包括外壳、顶盖1、压电检波器2、上隔板3、万向架4、套筒5、下隔板7及三个磁电式检波器11；所述外壳9是由中间管路相连的上下两个圆筒状壳体构成外壳9上、下部分；所述顶盖1设于外壳9上部顶端，且外壳9上部内置压电检波器2；所述外壳9下部内间隔平行设有上隔板3及下隔板7；所述万向架4设置于外壳9下部壳体内的上隔板3、下隔板7之间，万向架4包括调节盘4-1、支撑环4-3及内、外自动调节架4-4、4-2；上隔板3及下隔板7之间平行设有支撑环4-3，且外壳9内壁对应设有外自动调节架4-2，所述自动调节架4-2与支撑环4-3外侧转动配合；支撑环4-3内平行设一扁圆柱形的调节盘4-1，且与支撑环4-3上轴向垂直设有的内自动调节架4-4转动配合；所述不锈钢扁圆柱形的调节盘4-1上表面设有定位槽，所述三个磁电式检波器11嵌设于定位槽内；所述外壳9下部底端套设套筒5；所述三个磁电式检波器11是在XYZ方向上呈正交，与笛卡尔坐标一致，即由一个垂直磁电式检波器11和二个水平磁电式检波器11组成；当三分量检波器的Z轴与地心方向不一致时，因重力作用，万向架4会自由转动，而使其Z轴与地心方向一致；三分量磁电式检波器11作为拾取海底地震信号的重要部件，将任意方向来的地震波分解为笛卡尔坐标的X、Y、Z三个分量，其中X坐标指向水平面上的大线走向；所述三个磁电式检波器11与外壳9之间的间隙填充以适当阻尼各检波器转动的油体10；且外壳9的顶盖1上设有用以引出压电检波器2和三个磁电式检波器11的电信号导线的引线孔12。所述上隔板3、下隔板7与外壳9连接处分别设有圆形橡胶密封圈8。所述调节盘4-1上对称设有用于定位及平衡配重的内自动调节架的通孔4-5。

在形成的检波器包的下面，即外壳9下部底端加设一个套筒5，所述套筒5为下部设有导流孔6的钢圆筒；其目的是，结点型检波器系统在实际使用过程中存在着不稳定的情况，因此会产生寄生谐振，其不稳定性与海床情况和放入海床的状况有关。为解决这一问题，将一个专门的套筒5加设到圆柱体检波器包，即外壳9下部的基底上；同时，套筒5上的导流孔6便于海水流入，以保证地震检波器对地震信号的接收。本发明设计的万向架4为全方位自动旋转结构，使得检波器包中的三分量地震检波器可全方位自动旋转，保证正确接收横波和纵波。

海上四分量地震波检测装置的基本工作情况是，在海上人工激发地震波时，地震波经地面反射形成的横波和纵波，由三分量地震检波器接收，将机械振动转化为电信号。由于纵波在海水中传播，会引起水压变化，压电检波器的敏感元件感受水压变化，将压力信号转换为电信号。

本发明设计的海上四分量地震波检测装置系统为结点型检波器系统，即由一个压电检波器（称海底丰或水听器）和三个相互正交的磁电式检波器（一个垂直检波器和两个水平检波器）组成，这种系统能同时记录纵波（P波）和横波（S波）。四个检波器被安放在一个圆柱形检波器包中，由遥控车（ROV）垂直安放在海床上。

工作原理：M4C的四个分量是由一个压力检波器及相互正交的一个垂直磁电式检波器和两个水平磁电式检波器组成。增加一个压力检波器是为了利用压力检波器和磁电式检波器极性大致相反的性质压制多次反射。常规的海上拖缆是单分量系统，只用水听器，直接记录的只是P波。常规OBC(Ocean—Bottom Cable)系统使用水听器和垂直检波器(组成两分量系统，可以记录矢量波场的垂直分量)，主要是记录P波。对M4C技术增加投入的原因是为了记录通常不能直接记录的S波。当P波通过岩石传播时，它的行为受到岩石骨架(固体部分)和岩石孔隙空间(部分由流体和／或气体充填)两者的影响。作为一级近似，当S波通过岩石传播时，它的行为只受到岩石骨架的影响。S波的另外两个重要性质是：它们的传播速度大约是P波的一半并且不能存在于流体中，因此，检波器包必须放在海床上。记录两种波比只记录一种波能推断出更多关于岩石及岩石所含流体成分的信息。S波可以由P波投射到不同密度的两种岩石的边界上而生成，这也是M4C成功的基础。P波和S波之间相比较的一些差别：

(1)大部分石油工业的地震工作是利用P波，用的是单分量或双分量技术。

(2)P波比S波在深处大约快2倍，而到非常靠近海床处快8至10倍(有时更多)。

(3)S波可以由P波在岩性界面上转换产生。

(4)S波不能在流体中存在，而P波可以在流体中传播并且经常在流体中传播。

(5)作为一级近似，S波不受空隙中流体的影响，而P波要受影响。

(6)两种波比单独一种波可提供更多的储层信息。

总之，海上四分量地震波检测装置的基本工作原理是利用压电检波器和磁电式检波器极性大致相反的性质压制多次反射，达到压制干扰波，进而获得有效波。在地震勘探中，通过人工激发震源所产生的地震波（P波）经过海水向下传播，当纵波到达某一分界面时，发生波的转换，进而形成纵波（P波）和横波（S波）。四分量地震检波器接受地震信号的过程可分为两大部分：一部分是，当地震波经过海水传播时，地震波引起海水压力变化，压电检波器感受水压变化，将水压转换为电压信号；另一部分是正交型三分量检波器接受由岩层反射回来的地震波（P波和S波），将振动转换为电信号。海上四分量地震波检测装置采集到的地震信号传输到地震仪器，可得到海底更全面、更真实的地质构造图像。

海上四分量地震波检测装置中的三个相互正交的磁电式检波器与传统的地震检波器有本质不同，其结构设计要考虑以下因素：

1、在滩海、水网地带等，流动的水域会使检波器发生横向位动；

2、要保证检波器的各个物理接收点的检波器最佳耦合；

3、克服工频50Hz给检波器带来的干扰。

为了克服以上因素给检波器正常工作带来的干扰，因此需要设计一种带有万向架的三分量地震检波器结构。

本发明设计的三分量地震检波器采用的是XYZ正交型三分量检波器，它由一个垂直检波器和二个水平检波器组成。三分量检波器的轴向排列成XYZ正交型，与笛卡尔坐标一致。海底三分量地震检波器作为拾取海底地震信号的重要部件，将任意方向来的地震波分解为笛卡尔坐标的X、Y、Z三个分量，其中X坐标指向水平面上的大线走向。三个检波器的三个轴保持互相垂直，并且，为了使检波器能够自由转动，保持Z轴方向与地心方向一致，将检波器安放在万向架上。在实际中，海床是崎岖不平的，当检波器包被安放在海床上时，检波器包会发生倾斜，使用万向架的目的就是使其垂直，保证正确接收横波和纵波。带有万向架的三分量地震检波器，弥补了常规三分量地震检波器的不足。其结构耦合性好，将过去的点接受转换为面接受，提高了小信号的接受能力；抗干扰能力强，抗工频干扰地区的50Hz干扰；轻便，体积小，重量与目前的检波器串相当，携带方便，布线简单，便于野外提高施工效率；完全密封，可达50米水深不渗漏；检波器（可任意放置）芯体重心始终平行地心垂线。

本发明中的万向架结构是在只考虑由海底机器人将检波器包垂直安放于海床的情况下设计的。考虑当检波器包垂直插入海底时，由于海底的地形不平，会导致三分量地震检波器的z轴与垂线方向不一致。所以万向架的作用是保证三分量检波器始终保持垂直状态，使其接受到的地震信号更真实、更可靠。

上述参照实施例对该海上四分量地震波检测装置进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的；因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种海上四分量地震波检测装置；其特征在于该检测装置包括外壳、顶盖、压电检波器、上隔板、万向架、套筒、下隔板及三个磁电式检波器；所述外壳是由中间管路相连的上下两个圆筒状壳体构成外壳上、下部分，所述顶盖设于外壳上部顶端，且外壳上部内置压电检波器；所述外壳下部内间隔平行设有上、下隔板；所述万向架设置于外壳下部壳体内的上、下隔板之间，万向架包括调节盘、支撑环及内、外自动调节架；上隔板及下隔板之间平行设有支撑环，且外壳内壁对应设有外自动调节架，所述外自动调节架与支撑环外侧转动配合；支撑环内平行设一扁圆柱形的调节盘，且与支撑环上轴向垂直设有的内自动调节架转动配合；所述调节盘上表面设有定位槽，所述三个磁电式检波器分别嵌设于定位槽内；所述外壳下部底端套设套筒；所述三个磁电式检波器是在XYZ方向上呈正交，与笛卡尔坐标一致，即由一个垂直磁电式检波器和二个水平磁电式检波器组成；当三个磁电式检波器的Z轴与地心方向不一致时，因重力作用，万向架会自由转动，而使其Z轴与地心方向一致；三个磁电式检波器作为拾取海底地震信号的重要部件，将任意方向来的地震波分解为笛卡尔坐标的X、Y、Z三个分量，其中X坐标指向水平面上的大线走向；在上隔板和下隔板之间，所述三个磁电式检波器与外壳、万向架的间隙填充油体；所述顶盖上设有用以引出压电检波器和三个磁电式检波器导线的引线孔。

2.根据权利要求1所述的海上四分量地震波检测装置；其特征在于所述套筒上设有导流孔。

3.根据权利要求1所述的海上四分量地震波检测装置；其特征在于所述上、下隔板与外壳连接处分别设有密封圈。