CN102016494B - 用于地震探测的改善的干涉测量方法和干涉测量仪 - Google Patents

Abstract

用于研究物体表面的干涉测量仪，该干涉测量仪包括：产生相干光的物光束的光源；产生与物光束相干的参比光束的光源；以及一个探测器或设置成阵列的多个探测器；其中该干涉测量仪如此设置以致于物光束是发散或基本准直的；以及其中，在使用中：发散或基本准直的物光束被导向物体表面以便产生从物体表面反射的反射物光束；探测器聚焦到位于物体表面之下的一点上；以及反射物光束与参比光束结合并由探测器进行探测。还提供了用于对物体表面进行干涉测量的相应方法。物体表面可以是海床，以及该干涉测量仪可用于响应于地震事件来研究海床上的微粒运动。

Description

用于地震探测的改善的干涉测量方法和干涉测量仪

技术领域

本发明涉及干涉测量仪和相关方法。其具体可应用于但并不限于采用激光干涉测量仪进行地震探测。

背景技术

WO2004/003589描述了用于生成海底地质结构的地震调查报告的地震探测和成像系统。在这种调查中，将地震事件应用于海底。对海底岩石中地震事件的响应包括压缩波(P波)和剪切波(S波)。海床上的微粒响应于P波和S波运动，微粒的运动代表两种波。海底的检测设备用于监测和记录微粒的运动，从而使得能够测量和分析P波和S波。认为P波非常适合于对结构进行成像，而S波非常适合于确定岩石和液体特性。

WO2005/078479、WO2006/013358和WO2007/020396公开了适用于响应于P波和S波对海床上微粒的运动进行监测和记录的激光干涉测量技术。多个干涉测量仪可被托曳到水面舰船或潜艇后面的缆上，干涉测量仪设置在一条或多条拖缆(streamer)内。可选的，干涉测量仪可位于自推进的舰船或潜艇上。在其他应用中，干涉测量仪可由陆地车辆或航空器托曳或位于陆地车辆或航空器上。

传统的干涉测量系使用汇聚物光束，该物光束必须精确聚焦在被研究物体(例如，海床)的表面上或者聚焦到位于物体表面下方的一点上。这种聚焦是费时的并且可将干涉测量过程复杂化。还希望提高干涉测量系统的灵敏度，这样可获取良好的细节。还希望减少有时在传统干涉测量系统中存在的与反向散射有关的问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供用于研究物体表面的干涉测量仪，该干涉测量仪包括：产生相干光的物光束的光源；产生与物光束相干的参比光束的光源；以及一个探测器或设置成阵列的多个探测器；其中该干涉测量仪如此设置以致于物光束是发散或基本准直的；以及其中，在使用中：发散或基本准直的物光束被导向物体表面以便产生从物体表面反射回的反射物光束；探测器聚焦到位于物体表面之下的一点上；以及反射物光束与参比光束结合并由探测器进行探测。

这样，导向被研究表面的物光束是发散的或基本准直的，而不是如传统干涉测量系统的情况下汇聚的。有利的，由于具有该新系统，就不需要聚焦，因此极大地简化了干涉测量过程。此外，可以获得提高的灵敏度，以及可减少反向散射带来的问题。

这样，在一些实施例中，物光束是基本准直的。如在此使用的术语“基本准直”或纯粹地“准直”应该被广义解释为涵盖具有平行光线的光束而且还涵盖其光线基本平行使得光束基本不汇聚或发散的光束。预测使用准直成像可获得的增益因子是其他系统的增益因子的两倍。

反射物光束还可是基本准直的。

在第一实施例中，物光束和反射物光束具有相同的光路。这使得干涉测量仪能够具有紧凑和相对简单的设计，具有相对少的组件。

在第二实施例中，物光束和反射物光束具有不同的光路。在这种情况下，物光束的光源可来自探测器的外部。

在其他实施例中，物光束可是发散的。

在另外的实施例中，物光束的几何形状就相当于其是自位于物光束实源后面的点光源发射的，并且从物体表面到所述点光源的距离与从物体表面到位于物体表面下面的探测器的焦点的距离大致相同。

上述“点光源”是虚点，在此也称为“虚拟源”，并且引入其是为了限定自物光束实源发射的光束几何形状的目的。

对于所有实施例，灵敏方向优选从该探测器或该探测器阵列上的一个位置到另一位置而变化。特别优选的是，灵敏方向从该探测器或该探测器阵列的一侧到该探测器或该探测器阵列的另一侧以单调(monotonian)的方式变化。

优选的，干涉测量仪如此设置以致于到达该探测器或该探测器阵列上单点的所有光线具有相同的灵敏方向。这使得干涉测量仪中的信号质量提高。

优选的，该探测器或该探测器阵列对于到达该探测器或该探测器阵列上的每点的所有光波、对于到达物体表面的所有距离都具有相同的灵敏方向。这意味着该系统对于表面形貌不敏感。

优选的，该干涉测量仪配置成由该探测器或该探测器阵列的灵敏方向来确定物体表面上的微粒运动。

优选的，物光束和参比光束是相干激光光束。

优选的，物光束和参比光束源自同一激光源。

干涉测量仪可相对于被研究的物体表面移动。在这种情况下，优选对该干涉测量仪的移动速度、探测器的采样速率和由物光束照射的表面区域尺寸进行设定，这样被研究物体的连续区域重叠。

干涉测量仪可配置成由通过将反射物光束与参比光束结合形成的斑纹图案来测量干涉测量仪和表面之间的相对运动。

对于地质调查的应用而言，物体表面可以是海床，以及干涉测量仪可以用于响应于地震事件来研究海床上的微粒运动。因此，光束光源和探测器可位于拖缆内。

根据本发明的第二方面，提供用于对物体表面进行干涉测量研究的方法，该方法包括：设置光源以便产生相干光的发散或基本准直的物光束；设置光源以便产生与物光束相干的参比光束；以及设置一个探测器或将多个探测器设置成阵列；将发散或基本准直的物光束导向物体表面以便产生从物体表面反射的反射物光束；将探测器聚焦到物体表面之下的一点；以及将反射物光束与参比光束结合以及利用探测器对它们进行探测。

该方法还包括相对于物体表面移动探测器，并且优选还相对于物体表面移动物光束。特别优选的是，探测器和物光束相对于物体表面以相同的速度进行移动。优选对探测器的移动速度、探测器的采样速率和由物光束照射的表面区域尺寸进行设定，这样被研究物体的连续区域重叠。

该方法进一步包括由通过将反射物光束与参比光束结合形成的斑纹图案来测量干涉测量仪和表面之间的相对运动。

物体表面可以是海床，以及该方法可以用于响应于地震事件来研究海床上的微粒运动。

该方法还包括将地震事件应用于海床。

该方法还进一步包括对从探测器收集到的数据进行分析得到对海底岩石的表征。

此外该方法还可进一步包括将该表征汇编作为对该区域地质特征的描述。

附图说明

现在将仅仅通过实例的方式且参照附图来描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出干涉测量仪的主要元件；

图2示出干涉测量检测海床上微粒运动的原理；

图3示出利用发散物光束的干涉测量仪配置的实施例，其中成像系统聚焦到海床下面的一点；

图4示出利用准直照射的干涉测量仪配置的另一实施例；

图5示出同样利用准直照射的干涉测量仪配置的另一实施例；

图6示出用于提供准直照射和准直成像的干涉测量仪的设计；

图7是示出利用准直照射/成像的最大可能的地震波速相对于到海床距离的曲线图；

图8是示出利用准直照射/成像的所需探测器长度(加上光斑的宽度)相对于到海床距离的曲线图；

图9示出根据另一实施例的新“组合”的系统，具有准直或发散的照射，并且成像系统聚焦到海床下面的一点；

图10示出“组合”系统的几何参数；以及

图11是示出利用“组合”系统的最大可能的地震波速相对于到海床距离的曲线图；以及

图12示出干涉测量仪相对于照射方向和光的成像/反射方向的灵敏方向。

具体实施方式

本发明以申请人所知的将本发明付诸实践的最好的方式示出本发明的实施例。但是它们不是可实现本发明的仅有的几种方式。

虽然下面描述的实施例将与地震探测相关-具体用于响应于地震事件研究海床上的微粒运动-但是本领域的那些技术人员将会意识到在此所述的干涉测量原理可应用于感测其他表面，诸如机器部件、金属片材(例如，为了检测裂缝)或者易受振动(例如窗玻璃)的表面，只要可形成可由探测器设备合适地解释的干涉图案即可。

通过最初的介绍，图1示出了干涉测量仪10的基本原理。干涉测量仪10由下列元件构成：

·一个或多个相干光源，例如激光光源12，在此激光光源12分为一束或多束物光束14和一束参比光束16。

·物光束14穿过照明系统18以便在一点处或一区域上照射物体20的表面，该照明系统18由诸如透镜、反射镜、狭缝、光栅、衍射图案、全息摄影元件的光学元件等构成。

·物光束14自物体20反射，并且通过成像系统22，该成像系统22同样由诸如透镜、反射镜、狭缝、光栅、衍射图案或全息摄影元件的光学元件等构成。成像系统22也可与照明系统18相同或部分相同，意味着光可以两种方式通过或经由相同的光学元件通过。

·来自物体20的物光导向探测器线或探测器阵列24。合适探测器阵列的一个实例是在数字照相机中使用的CCD(电荷耦合器件)种类，其具有好几千传感器像素的阵列。实际上，数字照相机可用于提供探测器阵列。参比光束16也设置成照射相同的探测器线或探测器阵列24以便与物光相干涉。

·探测器线或探测器阵列24上的光学信号被数字化以便形成随后在计算机系统中被处理的信号。

·参比光束16和/或物光束14的相位可由相位调制器26控制。

·物光14的方向可在大范围(例如，大于10度)和较小范围(例如小到微米级)上受到控制。在干涉测量仪10内该方向控制可以是朝向物体表面的方向和朝向探测器阵列24的方向。例如，可通过可倾斜的反射镜来调节和控制方向。

·干涉测量仪10还可配置有加速度计或其他位移和倾斜测量装置以便测量干涉测量仪的位移，因此当计算物体位移时可考虑该位移。

·来自干涉测量仪的信号还可用于将相位调制器26在参比光束16或物光束14上进行方向转向，以便调节光斑位置以及补偿干涉测量仪10的运动。

·可使用在光路长度上具有已知差异的几个参比光束连同几个探测器阵列，以便能够计算和消除由于光源(激光源)中的频率不稳定造成的相位变化。

如图2所示，以如此的方式使用干涉测量仪以便确定与干涉测量仪和物体之间的总体相对运动垂直的一个方向或多个方向。这通过确定在物光光学相位中具有最小临时变化的光线方向而完成。当物光与参比光束结合时，通过交叉干扰项的强度水平的变化来给出物光的光学相位的变化。换言之，干涉测量仪通过分析穿过探测器阵列的信号确定具有最小临时强度变化的方向。

通过使用相对慢的探测器阵列(具有相对长的曝光时间)可完成上述，在此在强度上非常快的临时变化被平均掉，因为快的强度变化不能由慢的探测器阵列临时消除。因此，仅仅对于与物体和干涉测量仪之间的相对运动方向垂直的方向而言，斑纹图案中的差异(交叉干扰项)将是高的。还可使用可消除较快强度变化的快探测器阵列，以便使用穿过整个探测器阵列的数据来确定具有慢强度波动的区域。

在干涉测量仪以线性和恒定的速度移动的情况下，如果物体以位移分量朝向干涉测量仪移动或振动，那么干涉测量仪和物体之间的相对运动方向将变化。这些方向性的变化可由干涉测量仪探测到，并且因此可探测地震运动或其他物体运动并且可以将上述运动进行定量。

在图3中示出干涉测量仪的一个实施例，其中物光束是发散的，以及成像系统聚焦到海床下面的一点。

在理论上，应该可以使用新的光学构造来放大系统的灵敏度，因为需要找到这样的光学构造，使得在探测器阵列一个边缘处的入射光的灵敏方向与由探测器阵列另一个边缘入射的入射光的灵敏方向仅仅有非常小的差异。在利用该原理工作的情况下，我们发现两个重要的因素。该第一因素是如图3所示，优选将成像系统聚焦到海床下面的一点。第二因素是不需要线上照射和观察来获得对物体(海床)形貌的不敏感性。

因此，根据本发明的实施例，研发了利用准直照射和无限远成像的方案。在图4中示出第一实施例。该构造的优势是它具有的灵敏度是图3所示系统灵敏度的两倍，并且不需要聚焦。此外，还可减少反向散射带来的问题。在当前工作下，还存在一种称之为“组合”系统的新构造。

干涉测量仪的下述方面与本发明的实施例相关：

方面1：穿过探测器阵列的灵敏方向不同

当光线自物体反射并且返回到探测器阵列时，该光线将具有与物体位移相关的确定的灵敏方向。参照图12，灵敏方向92位于光线的照射方向93和反射方向94之间并平分两者位置的方向上。虚线91表示探测器线。具有与物体相对干涉测量仪运动方向垂直的灵敏方向的光线将在相位和强度上具有最小的临时变化。对于本发明，灵敏方向优选从探测器阵列上的一个位置到另一个位置而变化。特别优选的是，灵敏方向将从探测器阵列的一侧到探测器阵列的另一侧以单调的方式变化。

通常，满足这个要求的任意光学配置(在图1中的照明系统和成像系统)可用于本发明。

方面2：对于到达探测器上每一点的所有光束而言灵敏方向相同

到达探测器阵列上的单一位置的物光束将包括朝向物体和自物体反射回的具有不同光路的多个光波。对于探测器阵列上的所有点都是有效的。这些光波穿过孔的不同部分。为了获得在干涉测量仪中的良好信号，照明和成像系统应该优选如此设置以致于到达探测器阵列上单一点的所有光线具有相同的灵敏方向，即使它们沿着干涉测量仪和物体之间的不同路径传播也是如此。

方面3：对于物体(海床)和干涉测量仪之间的距离不敏感

参照上面的方面2，对于本发明还具有另外的优选功能。这就是对于到达探测器阵列上每一点的所有光波，对于到达物体的所有距离都具有相同的灵敏方向。这意味着系统对于表面形貌将是不敏感的。

方面4：灵敏度因素

为了获得非常灵敏的干涉测量仪，从探测器阵列一侧到探测器阵列另一侧的灵敏方向的差异应该是小的。通常，灵敏方向上的非常小的变化将赋予较宽的光斑，但是较大的光斑移动。光斑的宽度可由探测器阵列的曝光时间控制。

通过本发明的实施例，在具有与干涉测量仪和海床之间的线性移动方向垂直的灵敏方向的探测器上的各点处将会产生“光斑”。如果几条探测器线并排定位以便形成探测器阵列，每一探测器线将具有一个光斑，并且通过横贯几条线取平均，可以产生具有较高差异的单个光斑。换句话说，来自探测器阵列上各点的具有等同灵敏方向的信号可取平均以便获得更好的光斑差异。

下面列出可形成本发明实施例的光学构造的几个实例。

实例1

图4示出光学构造的一个实例，其中沿着探测器线的每一单个的探测器元件接收具有同等灵敏方向的多束光线。沿着探测器线的不同点具有不同的灵敏方向。透镜同时用于提供准直照明和成像。S 1和S2是对于不同光束的灵敏方向.

实例2

图5示出具有准直照明的另一实例。该构造类似于实例1(图4)的构造，但是从成像系统外部提供照明。

新的干涉测量仪设计

为了提供准直照明以及有效的准直成像，需要相比于早期构造不同的干涉测量仪设计。图6示出最新的设计。用单一的相干激光源来产生物光光束和参比光束。激光源位于部分反射的反射镜M2之后，并且设置成通过反射镜M2的小孔发射光束。物光束由透镜L1形成并且通过可调节的反射镜M1向外导向海床。参比光束由透镜L2及其所带的小孔形成，并且通过反射镜M3导向探测器阵列。反射的物光束作为向外射出的物光束沿着相同的光路返回并且当到达探测器阵列时与参比光束结合。

在该系统的探测器可在中心具有小的像素以及朝向边缘具有较大的像素。通过将另一小孔设置在该系统中，也可获得受控的光晕效果，以便获得相应于探测器阵列边缘附近的较大像素尺寸的斑纹尺寸。

在设计干涉测量仪时，重要的是要将干涉测量仪的密度、其支撑圆筒以及外部金属圆筒所有一起考虑在内。这是因为该系统的重量不应该超过相同体积水的重量。如果干涉测量仪和支撑圆筒变得过重，这可通过使得外部金属圆筒更长来进行补偿。

适于光束尺寸、探测器尺寸和动态范围的一些典型或估计的数据

如果使用1米的有效焦距以及25的光圈数，那么透镜L1的成像小孔为4cm。只要使用无限远成像(也就是，“准直”成像)，至少在光束垂直向下导向的情况下，海床上的成像区域也将是4cm。如果在X方向(见图6)上的光束直径为A，那么根据适于反射光角度的动态范围变为：

$\mathrm{Alpha}=\±\frac{(A-4\mathrm{cm})}{2L}$

其中L是到海床的距离。

如果Alpha超过上述的给定值，那么将具有较少的光线反射，因为成像区域到了照明区域的外部。由于灵敏方向在照明方向和成像方向之间中间的位置，根据灵敏方向的Beta动态范围变为：

$\mathrm{Beta}=\±\frac{(A-4\mathrm{cm})}{4L}$

如果图6中的干涉测量仪具有1米的有效焦距，那么探测器阵列上的光斑移动将具有下述的动态范围：

$\mathrm{dd}=\±\frac{(A-4\mathrm{cm})}{2L}$

换言之，光斑移动的距离为图3设置的光斑移动距离的两倍，或者可选的，获得双倍的灵敏度。由于使用10cm的照明光斑直径A，这使得对于30米的距离L，探测器阵列上的最大可能光斑移动为+/-1mm，以及对于2米的距离L，最大可能光斑移动为+/-15mm。换言之，新构造对于到达海床的长距离给出有限的最大光斑移动；对于L＝30米，在通过使用相位调制器或通过倾斜反射镜对光斑重新定位之前，最大光斑移动为+/-100像素到像素的距离(pp)。

另一方面，如果到达海床的距离为2米，最大的光斑移动为+/-1500pp。上述的所有考虑与作为照明几何形状结果的限制有关。其它限制，例如与噪声水平相关的限制可赋予其它和更小的动态范围值。

在图7中看到通过具有准直照明/成像的新设计的根据最大地震波速的动态范围(通过最大光斑移动直接给出)。可以看到，对于干涉测量仪和海床之间的小距离(小于10米)，可以具有大于+/-1500微米/秒的最大可能地震波速，而对于30米的距离，探测器上具有大约+/-500微米/秒的最大可能地震波速。

通过前期工作，可以推断对于低频率，能够探测相应于高达大于2800微米/秒的地震波速的光斑移动。这意味着使用具有准直照明和成像的新设计，当到达海床的距离大于约5米时将不会具有足够的动态范围。

使用准直的照明/成像，对于到达海床为30米的距离而言，探测器阵列长度将为+/-1mm＝2mm(加上光斑宽度)，而对于到达海床的较小距离应该使用较大的探测器阵列以便获得最大的动态范围。这在图8中示出。

通过早期研究，我们知道通常的光斑将为约20pp宽，并且我们的目标是能够探测小到小于0.1pp的光斑移动。总之，如果最大光斑移动限制到+/-1mm＝+/-100像素到像素的距离(pp)，对于光斑移动将需要更大的动态范围，尤其是当地震运动相对大且在记录开始时。问题在于，如果光斑移动到+/-100pp(L＝30米)的范围之外，那么光斑差异将减小并且其将完全消失。

新光学构造：组合系统

对于沿着探测器阵列的光斑移动具有限制的动态范围，解决该问题的一种方法是利用将在本说明书中早期描述的两种原理组合成的组合系统。在图9中示出组合系统的实例，其将使用准直或发散物光束与聚焦到海床下面一点的成像系统相组合。光束光源和探测器阵列位于拖缆内。图9中的原理与图4和图6中所示的原理实际上非常相近；仅需要在系统中对两个光学组件进行小的重新定位，以便从图6中的构造变到图9中的构造。

在图9中所示的实例中，照明光束扩展并且在朝向海床的路径上发散，这样其相当于源自位于干涉测量仪之后(之上)且距离B的位置的“虚拟”源。如果到达海床的距离为L，成像系统朝向位于海床下面的一点(B+L)聚焦。通过该方式，当干涉测量仪在运动时，我们获得在小孔中的恒定的相位速度。该原理在图9中示出。

现在我们将进行组合系统的分析。图10示出在组合系统中最重要的参数。参照图10，现在采用如下等式：

$\mathrm{Alpha}\_1=a\tan \left(\frac{(s+\frac{a}{2})}{(2L+B)}\right)---\left(1\right)$

$\mathrm{Alpha}\_2=a\tan \left(\frac{(s-\frac{a}{2})}{(2L+B)}\right)---\left(2\right)$

$\mathrm{Alpha}=a\tan \left(\frac{s}{2L+B}\right)---\left(3\right)$

$\mathrm{Beta}\_1=a\tan \left(\frac{\frac{s+a/2}{2L+B}\·L-a/2}{B+L}\right)---\left(4\right)$

$\mathrm{Beta}\_2=a\tan \left(\frac{\frac{s-a/2}{2L+B}\·L+a/2}{B+L}\right)---\left(5\right)$

对于穿过两个边缘附近的小孔a的两束光束而言，灵敏方向分别由Teta_1和Teta_2给出(在图10中未示出)：

Teta_1＝(Beta_1+Alpha_1)/2                (6)

Teta_2＝(Beta_2+Alpha_2)/2                (7)

Teta_1和Teta_2应该是相等的，以便获得穿过小孔a的恒定相位速度。这由Matlab进行测试和验证。

在开始丧失光有效性之前，可具有的最大角度观察是在图10中点P1到达点P2的时刻。当值s(到表面之下的焦点的距离)等于下述时会等于：

$s=(c-\frac{a}{2})\·\left(\frac{2L+B}{L}\right)+\frac{a}{2}---\left(8\right)$

当由等式(8)给出值s时，在探测器上的最大光斑移动现在可以下述等式给出：

$\mathrm{dd}=\mathrm{Alpha}\·1=\frac{s}{2L+B}---\left(9\right)$

与图3的系统相比，新光学构造就更灵敏了。如果限定与图3的系统相比的增益系数G，那么G变为：

$G=\frac{\mathrm{Alpha}}{\mathrm{Teta}\_1}---\left(10\right)$

这意味着如果光斑在探测器上移动给定的距离，那么相应的地震波速为采用早期系统速度的1/G倍。增益系数G取决于值B和L。如果设定B＝∞，那么得到早期描述的实例1的采用准直照明/成像的系统，并且G变为等于2(当绘制图7和图8中的曲线时，B设定等于10,000米，其事实上无穷大，以便得到有效准直照明，这便是其原因)。如果B朝0变化，那么增益系数G变为等于1，我们获得图3的系统。因此，采用准直成像(B＝∞)，我们得到的增益系数为图3系统的两倍。

现在参见当B＝15米得到发出发散光束的组合系统。图11示出可利用该系统获得与海床的不同距离L的最大地震波速。如所看到的那样，可以获得从L＝30米的3800微米/秒到对于更短距离的较高波速的动态范围。

这意味着在从准直系统得到组合系统时，增加了可具有的最大动态范围，但是同时稍微降低了灵敏度因子。

干涉测量仪可相对于被研究的物体表面处于固定位置。可选的，作为海床地震探测的通常情况，在干涉测量仪和被研究物体表面之间具有相对运动。对于相对于图7、图8和图10所述的干涉测量仪，照相机的速度可约为1米/秒。

干涉测量仪可构造成使用通过将反射物光束与参比光束组合形成的斑纹图案来测量干涉测量仪和物体表面之间的相对运动。用于获得上述的原理在WO2006/013358中有所描述，其相关内容结合于此作为参考。

结尾评论

本文提出了新的干涉测量仪(其可安置在拖缆内部)的设计以及新的光学构造。主要原理是“方向性干涉测量仪”，其意味着我们可以确定入射光的方向，其不包含除了斑纹解相关之外的相位速度。

与其它系统相比，本发明的“新”系统具有如下的优势：

·更容易设计的外形

·更高的灵敏度

·由于具有恒定的小孔相位速度而具有更好的信号

·反向散射带来的问题更少

·对于表面形貌具有相当小的灵敏度。

Claims (45)

1.一种用于研究物体表面的干涉测量仪，该干涉测量仪包括：

产生相干光的物光束的光源；

产生与物光束相干的参比光束的光源；以及

一个探测器或设置成阵列的多个探测器；

其中该干涉测量仪如此设置以致于物光束是发散或基本准直的；

以及其中，在使用中：

发散或基本准直的物光束被导向物体表面以便产生从物体表面反射的反射物光束；

探测器聚焦到位于物体表面之下的一点上；以及

反射物光束与参比光束结合并由探测器进行探测。

2.如权利要求1所述的干涉测量仪，其特征在于，物光束是基本准直的。

3.如权利要求2所述的干涉测量仪，其特征在于，反射物光束是基本准直的。

4.如权利要求2或3所述的干涉测量仪，其特征在于，物光束和反射物光束具有相同的光路。

5.如权利要求2或3所述的干涉测量仪，其特征在于，物光束和反射物光束具有不同的光路。

6.如权利要求5所述的干涉测量仪，其特征在于，物光束的光源位于探测器外部。

7.如权利要求1所述的干涉测量仪，其特征在于，物光束是发散的。

8.如权利要求7所述的干涉测量仪，其特征在于，物光束的几何形状就相当于其是自位于物光束实源后面的点光源发射的，以及其中从物体表面到所述点光源的距离与从物体表面到位于物体表面下面的探测器的焦点的距离相同。

9.如权利要求1至3、7、8中任一项所述的干涉测量仪，其特征在于，灵敏方向从该探测器或该探测器阵列上的一个位置到另一位置而变化。

10.如权利要求9所述的干涉测量仪，其特征在于，灵敏方向从该探测器或该探测器阵列的一侧到该探测器或该探测器阵列的另一侧以单调的方式变化。

11.如权利要求1至3、7、8中任一项所述的干涉测量仪，其特征在于，干涉测量仪如此设置以致于到达该探测器或该探测器阵列上单点的所有光线都具有相同的灵敏方向。

12.如权利要求1至3、7、8中任一项所述的干涉测量仪，其特征在于，该探测器或该探测器阵列对于到达该探测器或该探测器阵列上的每点的所有光波、对于到达物体表面的所有距离都具有相同的灵敏方向。

13.如权利要求1至3、7、8中任一项所述的干涉测量仪，其特征在于，该干涉测量仪配置成由该探测器或该探测器阵列的灵敏方向来确定物体表面上的微粒运动。

14.如权利要求1至3、7、8中任一项所述的干涉测量仪，其特征在于，物光束和参比光束是相干激光光束。

15.如权利要求14所述的干涉测量仪，其特征在于，物光束和参比光束源自同一激光源。

16.如权利要求1至3、7、8中任一项所述的干涉测量仪，其特征在于，干涉测量仪可相对于物体表面移动。

17.如权利要求16所述的干涉测量仪，其特征在于，该干涉测量仪的运动速度、探测器的采样速率和由物光束照射的表面区域尺寸如此设置以致于被研究物体的连续区域重叠。

18.如权利要求1至3、7、8中任一项所述的干涉测量仪，其特征在于，干涉测量仪配置成由通过将反射物光束与参比光束结合形成的斑纹图案来测量干涉测量仪和表面之间的相对运动。

19.如权利要求1至3、7、8中任一项所述的干涉测量仪，其特征在于，物体表面是海床，以及干涉测量仪用于响应于地震事件来研究海床上的微粒运动。

20.如权利要求19所述的干涉测量仪，其特征在于，光束光源和探测器位于拖缆内。

21.一种用于对物体表面进行干涉测量研究的方法，该方法包括：

设置光源以便产生相干光的发散或基本准直的物光束；

设置光源以便产生与物光束相干的参比光束；

设置一个探测器或设置成阵列的多个探测器；

将发散或基本准直的物光束导向物体表面以便产生从物体表面反射的反射物光束；

将探测器聚焦到物体表面之下的一点；以及

将反射物光束与参比光束结合以及利用探测器对反射物光束和参比光束进行探测。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，物光束是基本准直的。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，反射物光束是基本准直的。

24.如权利要求22或23所述的方法，其特征在于，物光束和反射物光束具有相同的光路。

25.如权利要求22或23所述的方法，其特征在于，物光束和反射物光束具有不同的光路。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，物光束的源位于探测器外部。

27.如权利要求21所述的方法，其特征在于，物光束是发散的。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，物光束的几何形状就相当于其是自位于物光束实源后面的点光源发射的，以及其中从物体表面到所述点光源的距离与从物体表面到位于物体表面下面的探测器的焦点的距离相同。

29.如权利要求21至23、27、28中任一项所述的方法，其特征在于，灵敏方向从该探测器或该探测器阵列上的一个位置到另一位置而变化。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，灵敏方向从该探测器或该探测器阵列的一侧到该探测器或该探测器阵列的另一侧以单调的方式变化。

31.如权利要求21至23、27、28中任一项所述的方法，其特征在于，到达该探测器或该探测器阵列上单点的所有光线都具有相同的灵敏方向。

32.如权利要求21至23、27、28中任一项所述的方法，其特征在于，其中该探测器或该探测器阵列对于到达该探测器或该探测器阵列上的每点的所有光波、对于到达物体表面的所有距离都具有相同的灵敏方向。

33.如权利要求21至23、27、28中任一项所述的方法，进一步包括由该探测器或该探测器阵列的灵敏方向来确定物体表面上的微粒运动。

34.如权利要求21至23、27、28中任一项所述的方法，其特征在于，物光束和参比光束是相干激光光束。

35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，物光束和参比光束源自同一激光源。

36.如权利要求21所述的方法，进一步包括相对于物体表面移动探测器。

37.如权利要求21所述的方法，其特征在于，进一步包括相对于物体表面移动物光束。

38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，进一步包括相对于物体表面移动探测器，探测器和物光束相对于物体表面以相同的速度移动。

39.如权利要求36至38中任一项所述的方法，其特征在于，探测器的运动速度、探测器的采样速率和由物光束照射的表面区域尺寸如此设置以致于被研究物体的连续区域重叠。

40.如权利要求21至23、27、28中任一项所述的方法，进一步包括由通过将反射物光束与参比光束结合形成的斑纹图案来测量干涉测量仪和表面之间的相对运动。

41.如权利要求21所述的方法，其特征在于，物体表面是海床，以及该方法用于响应于地震事件来研究海床上的微粒运动。

42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，光束光源和探测器位于拖缆内。

43.如权利要求41或42所述的方法，进一步包括将地震事件应用于海床。

44.如权利要求41或42所述的方法，进一步包括对从探测器收集到的数据进行分析以得到对海底岩石的表征。

45.如权利要求44所述的方法，进一步包括将表征汇编作为对该区域地质特征的描述。

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