CN107179554B - 一种海底地震探测装置及探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底地震探测装置及探测方法，将海底地震探测装置埋藏在海底沉积物中，可以保证设备与海底有效耦合，地震信号不会因耦合不良导致畸变；有效减少了海流冲涮引起的设备噪声，地震信号信噪比更高；而且有效应对渔业活动导致的设备丢失风险；设置有释放机构和气动弹出机构，能够实现海底地震探测装置的自动回收，省时省力；还设置有机械弹出机构，能够进一步促使地震探测仪快速脱离第一壳体，上浮到水面，实现回收。

Description

一种海底地震探测装置及探测方法

技术领域

本发明涉及地震探测技术领域，特别是涉及一种海底地震探测装置及探测方法。

背景技术

海底地震仪是近五十年来发展起来的高新海底探测技术。相比于常规的多道地震技术，海底地震仪不仅作业成本较低，而且阵列长度大，可接收宽角反射、宽角折射的P波和转换S波等丰富的信息，因此在海底构造科学研究、海底地震监测，以及海洋油气资源勘查领域等领域得到广泛应用。

海底地震仪既可以用于深远海，又可以用于近浅海。相对于深远海，近浅海海底地震仪探测有许多特殊性和难点：(1)被渔网打捞导致海底地震仪设备、数据丢失；(2)松软沉积物导致海底地震仪与海底耦合效果差，地震信号畸变；(3)强大的近海底湍流、涡流噪声和海表噪声，使得海底地震仪的本底噪声大，信噪比低。

因此，提供一种海底地震探测装置及探测方法，以解决现有技术所存在的上述缺点，成为现在亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种海底地震探测装置及探测方法，以解决上述现有技术存在的问题，海底地震探测装置与海底有效耦合，减少噪声，提高了探测效果；而且探测装置能自动回收，操作方便，省时省力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种海底地震探测装置，包括第一壳体和地震探测仪，所述第一壳体包括有筒体，所述筒体底部连接有钻头，用于带动所述第一壳体插入海底软泥中，所述筒体顶部设置有顶盖；所述地震探测仪位于所述筒体内底部，所述顶盖下部安装有第一弹出机构，所述第一弹出机构的底部与所述地震探测仪的顶端连接，用于带动所述地震探测仪弹出；所述地震探测仪还与调查船甲板机系统信号连接。

优选的，所述第一弹出机构与所述地震探测仪之间设置释放机构，用于释放所述第一弹出机构。

优选的，所述地震探测仪为OBS地震探测仪，包括第二壳体，所述第二壳体为密封壳体；所述第二壳体内设置有地震检波器和采集存储器，所述地震检波器与所述采集存储器信号连接，所述采集存储器还与所述调查船甲板机系统、所述释放机构信号连接。

优选的，所述第二壳体的外壁上还设置有声学换能器，所述声学换能器与所述采集存储器和所述调查船甲板机系统信号连接。

优选的，所述第一弹出机构为气动弹出机构，包括气囊和用于为所述气囊充气的微型高压气瓶，所述微型高压气瓶的开口与所述气囊连接，所述微型高压气瓶的开口处还设置有快速充气阀。

优选的，所述释放机构为熔丝型释放机构或机械型释放机构，所述释放机构控制所述快速充气阀打开。

优选的，所述地震探测仪的底部还设置有第二弹出机构，所述第二弹出机构为机械弹出机构，包括弹簧，所述弹簧呈压紧状态设置在所述地震探测器和所述筒体的底部之间。

优选的，所述第一壳体为非完全密封壳体，用于使所述第一壳体与所述第二壳体之间充水。

优选的，所述地震检波器的倾角容忍度不小于15°，并且能输出X、Y、Z三个分量的地震模拟信号。

一种海底地震探测装置的海底地震探测方法，包括如下步骤：

(1)将海底地震探测装置组装完毕；确保第二壳体密封完好，耐压不低于1MPa；第一壳体不完全密封，第一壳体与第二壳体之间充水；

(2)设置探测参数，测试设备处于正常工作状态；

(3)将海底地震探测装置插入海底软泥中，插入深度约沉积物下20cm；

(4)海底地震探测装置设备开始正常工作，接收天然地震地震波或人工地震地震波；地震波由地震检波器拾取并发送给采集存储器，采集存储器将模拟地震信号数字化并存储；

(5)海底地震探测装置工作完毕，调查船甲板机系统发送声学释放命令；

(6)声学换能器拾取声学释放命令信号并发送给采集存储器，采集存储器将声学释放命令信号数字化并解码后，与内置的声学释放码相比较，确定接收到的信号为声学释放命令后，发送释放指令给释放机构；

(7)释放机构在接到采集存储器发出的释放指令后，导致第一弹出机构的快速充气阀打开，微型高压气瓶给气囊充气，气囊膨胀，顶开上盖及表层沉积物，气囊带着除了第一壳体之外的部件上浮至水面；

(8)第二弹出机构工作，弹簧弹起，促使地震探测仪快速脱离外壳，并上浮到水面；

(9)回收海底地震探测装置，并读取数据，设备维护、保养，更换新的第一壳体，以便再次投入使用。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、海底地震探测装置埋藏在海底沉积物中，可以保证设备与海底有效耦合，地震信号不会因耦合不良导致畸变；有效减少了海流冲涮引起的设备噪声，地震信号信噪比更高；而且有效应对渔业活动导致的设备丢失风险；

2、设置有释放机构和气动弹出机构，能够实现海底地震探测装置的自动回收，省时省力；

3、还设置有机械弹出机构，能够进一步促使地震探测仪快速脱离第一壳体，上浮到水面，实现回收。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明海底地震探测装置的结构示意图；

图2为本发明海底地震探测装置示意图；

图3为本发明海底地震探测装置模块框图；

图4为释放机构的结构示意图；

其中，1为第一壳体，11为筒体，12为钻头，13为顶盖；2为地震探测仪，21为第二壳体，3为第一弹出机构，31为微型高压气瓶，4为释放机构，41为连杆，42为熔丝，43为机械联锁装置，44为电机，45为释放弹簧，5为第二弹出机构，51为弹簧。

具体实施方式

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。

本发明的目的是提供一种海底地震探测装置及探测方法，以解决现有技术存在的问题，海底地震探测装置与海底有效耦合，减少噪声，提高了探测效果；而且探测装置能自动回收，操作方便，省时省力。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种海底地震探测装置，为埋藏式海底地震探测装置，如图1所示，包括第一壳体1和地震探测仪2，第一壳体1包括有筒体11，筒体11底部连接有钻头12，钻头12为锥形螺旋钻头12，带有螺纹，用于更好地带动第一壳体1插入海底软泥中，筒体11顶部设置有顶盖13；地震探测仪2位于筒体11内底部，顶盖13下部安装有第一弹出机构3，第一弹出机构3的底部与地震探测仪2的顶端连接，用于带动地震探测仪2弹出第一壳体1，浮上水面，便于回收；地震探测仪2还与调查船甲板机系统信号连接。第一弹出机构3与地震探测仪2之间设置有释放机构4，用于释放第一弹出机构3。

地震探测仪2为OBS海底地震探测仪2，包括第二壳体21，第二壳体21为密封壳体；如图2所示，第二壳体21内设置有地震检波器和采集存储器，地震检波器与采集存储器信号连接，采集存储器还与调查船甲板机系统、释放机构4信号连接。地震检波器可以检测地震波信号，并能输出X、Y、Z三个分量的地震模拟信号，输出的地震模拟信号由采集存储器接收。地震检波器倾角容忍度不小于15°，埋藏式海底地震探测装置倾斜不大于15°，地震检波器可以正常工作。第二壳体21内还设置有电池组，用于为整个海底地震探测装置供电。

第二壳体21的外壁上还设置有声学换能器，声学换能器与采集存储器和调查船甲板机系统信号连接。声学换能器用于接收调查船甲板机系统发送的声学释放命令，当调查船甲板机系统发出声学释放命令后，声学换能器接收声学释放命令信号，并将声学信号转化为电信号发送给采集存储器。采集存储器将模拟信号数字化，声学换能器信号数字化后进行判断和解码，如果解码后为释放命令，则控制释放机构4动作。

第二壳体21的外壁上还设置有一个或多个外围传感器，外围传感器可以是水听器、压力传感器或温度传感器等，来检测海底地震探测装置周围的工作环境。

第一弹出机构3为气动弹出机构，包括气囊和用于为气囊充气的微型高压气瓶，微型高压气瓶的开口与气囊连接，微型高压气瓶的开口处还设置有快速充气阀。释放机构4为熔丝型释放机构4或机械型释放机构4，释放机构4控制快速充气阀打开。熔丝型释放机构4，如图4-a所示，包括熔丝42，熔丝42通过连杆41与微型高压气瓶31开口处的快速充气阀连接，在接到采集存储器命令后，给熔丝42加电，熔丝42电腐蚀熔断，控制连杆41带动快速充气阀打开，导致第一弹出机构3动作。机械型释放机构4,如图4-b所示，包括电机44，电机44通过连杆41与微型高压气瓶31开口处的快速充气阀连接，在接到采集存储器命令后，电机44转动，控制连杆41带动快速充气阀打开，导致第一弹出机构3动作；其中连杆41上还连接有释放弹簧45，以便于带动连杆41运动。

快速充气阀打开后，微型高压气瓶给气囊填充氮气，气囊膨胀，顶开上盖及表层沉积物，气囊带着地震地震探测仪2、第一弹出机构3、释放机构4等除了外壳之外的部件上浮至水面，由调查船回收。地震探测仪2的底部还设置有第二弹出机构5，第二弹出机构5为机械弹出机构，包括弹簧51，弹簧51呈压紧状态设置在地震探测器和筒体11的底部之间，当释放机构4动作时，控制机械联锁装置43动作，带动弹簧51弹起，能够进一步促使地震探测仪2等设备快速脱离第一壳体1，上浮到水面，实现回收。第二壳体21为密封壳体，第一壳体1为非完全密封壳体，用于使第一壳体1与第二壳体21之间充水，从而保证第一壳体1内外压力平衡，方便地震探测仪2以及与地震探测仪2相连的第一弹出机构3、释放机构4、第二弹出机构5等设备冲开顶盖13上浮到水面。声学换能器还用于发出编码声音信号，在接到采集存储器命令后，发出编码声音信号，便于设备回收期间海面测距和寻找。

一种海底地震探测装置的海底地震探测方法，包括如下步骤：

(1)将海底地震探测装置组装完毕；确保第二壳体21密封完好，耐压不低于1MPa；第一壳体1不完全密封，第一壳体1与第二壳体21之间充水；

(2)设置采样率、增益等探测参数，测试设备处于正常工作状态；

(3)将海底地震探测装置插入海底软泥中，插入深度约沉积物下20cm；由专用埋藏装置将埋藏式海底地震探测装置插入海底软泥中；也可以由潜水员将埋藏式海底地震探测装置插入海底软泥中；

(4)海底地震探测装置设备开始正常工作，接收天然地震地震波或人工地震地震波；地震波由地震检波器拾取并发送给采集存储器，采集存储器将模拟地震信号数字化并存储，存储器可以是SD卡或其它器件；设备留底工作时间一般大于1周，最长不超过1年；

(5)海底地震探测装置工作完毕，调查船甲板机系统发送声学释放命令；

(6)声学换能器拾取声学释放命令信号并发送给采集存储器，采集存储器将声学释放命令信号数字化并解码后，与内置的声学释放码相比较，确定接收到的信号为声学释放命令后，发送释放指令给释放机构4；

(7)释放机构4在接到采集存储器发出的释放指令后，导致第一弹出机构3的快速充气阀打开，微型高压气瓶给气囊充气，气囊膨胀，顶开上盖及表层沉积物，气囊带着除了第一壳体1之外的部件上浮至水面；释放机构4动作正常后，返回状态信息给采集存储器，采集存储器收到状态信息后将状态信息经过声学换能器通过声学信号告知调查船甲板机系统。

(8)第二弹出机构5工作，弹簧51弹起，促使地震探测仪2快速脱离外壳，并上浮到水面；

(9)通过调查船回收海底地震探测装置，并读取数据，设备维护、保养，更换新的第一壳体1，以便再次投入使用。

本发明海底地震探测装置埋藏在海底沉积物中，可以保证设备与海底有效耦合，地震信号不会因耦合不良导致畸变；有效减少了海流冲涮引起的设备噪声，地震信号信噪比更高；而且有效应对渔业活动导致的设备丢失风险；设置有释放机构4和气动弹出机构，能够实现海底地震探测装置的自动回收，省时省力；还设置有机械弹出机构，能够进一步促使地震探测仪2快速脱离第一壳体1，上浮到水面，实现回收。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种海底地震探测装置，其特征在于：包括第一壳体和地震探测仪，所述第一壳体包括有筒体，所述筒体底部连接有钻头，所述钻头为锥形螺旋钻头，用于带动所述第一壳体插入海底软泥中，以使所述海底地震探测装置埋藏在海底沉积物中，所述筒体顶部设置有顶盖；所述地震探测仪位于所述筒体内底部，所述顶盖下部安装有第一弹出机构，所述第一弹出机构的底部与所述地震探测仪的顶端连接，用于带动所述地震探测仪弹出所述第一壳体；所述地震探测仪的底部还设置有第二弹出机构，所述第二弹出机构为机械弹出机构，包括弹簧，所述弹簧呈压紧状态设置在所述地震探测仪和所述筒体的底部之间；所述地震探测仪还与调查船甲板机系统信号连接。

2.根据权利要求1所述的海底地震探测装置，其特征在于：所述第一弹出机构与所述地震探测仪之间设置有释放机构，用于释放所述第一弹出机构。

3.根据权利要求2所述的海底地震探测装置，其特征在于：所述地震探测仪为OBS地震探测仪，包括第二壳体，所述第二壳体为密封壳体；所述第二壳体内设置有地震检波器和采集存储器，所述地震检波器与所述采集存储器信号连接，所述采集存储器还与所述调查船甲板机系统、所述释放机构信号连接。

4.根据权利要求3所述的海底地震探测装置，其特征在于：所述第二壳体的外壁上还设置有声学换能器，所述声学换能器与所述采集存储器和所述调查船甲板机系统信号连接。

5.根据权利要求2所述的海底地震探测装置，其特征在于：所述第一弹出机构为气动弹出机构，包括气囊和用于为所述气囊充气的微型高压气瓶，所述微型高压气瓶的开口与所述气囊连接，所述微型高压气瓶的开口处还设置有快速充气阀。

6.根据权利要求5所述的海底地震探测装置，其特征在于：所述释放机构为熔丝型释放机构或机械型释放机构，所述释放机构控制所述快速充气阀打开。

7.根据权利要求3所述的海底地震探测装置，其特征在于：所述第一壳体为非完全密封壳体，用于使所述第一壳体与所述第二壳体之间充水。

8.根据权利要求3所述的海底地震探测装置，其特征在于：所述地震检波器的倾角容忍度不小于15º，并且能输出X、Y、Z三个分量的地震模拟信号。

9.一种海底地震探测装置的海底地震探测方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将海底地震探测装置组装完毕；确保第二壳体密封完好，耐压不低于1MPa；第一壳体不完全密封，第一壳体与第二壳体之间充水；

（2）设置探测参数，测试设备处于正常工作状态；

（3）将海底地震探测装置插入海底软泥中，插入深度约沉积物下20cm；

（4）海底地震探测装置设备开始正常工作，接收天然地震地震波或人工地震地震波；地震波由地震检波器拾取并发送给采集存储器，采集存储器将模拟地震信号数字化并存储；

（5）海底地震探测装置工作完毕，调查船甲板机系统发送声学释放命令；

（6）声学换能器拾取声学释放命令信号并发送给采集存储器，采集存储器将声学释放命令信号数字化并解码后，与内置的声学释放码相比较，确定接收到的信号为声学释放命令后，发送释放指令给释放机构；

（7）释放机构在接到采集存储器发出的释放指令后，导致第一弹出机构的快速充气阀打开，微型高压气瓶给气囊充气，气囊膨胀，顶开上盖及表层沉积物，气囊带着除了第一壳体之外的部件上浮至水面；

（8）第二弹出机构工作，弹簧弹起，促使地震探测仪快速脱离外壳，并上浮到水面；

（9）回收海底地震探测装置，并读取数据，设备维护、保养，更换新的第一壳体，以便再次投入使用。