CN108020864A - 一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋地震勘探技术领域，尤其是涉及一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统及应用。相比于传统的海洋表面水平测线观测方式，本发明所提供的竖直测线系统及应用能够较好的实现与水平面大角度相交的异常体的成像，同时，由于其测线主要在深度方向延展，在水平方向仅占用很小的区域，不影响海上的船只运行，受到往来船只的干扰也小；气枪震源采用了多个不同方向气枪组成，震源激发后，地震波能向多个方向传播，因此能较好的获得侧方及下方界面所返回的地质信息。在此基础上，震源的触发采用测量电缆通过无线模式进行激震，有效的确保了系统的防水性，同时也能较大程度的减少海水对震源的侵蚀。

Description

一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统及应用

技术领域

本发明属于海洋地震勘探技术领域，尤其是涉及一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统及应用。

背景技术

近海是人类开发利用海洋活动最早、最频繁的地带。当前，如何有效保护、合理利用和开发海洋是世界各国研究的热点。我国是一个海洋大国，海洋资源丰富，合理开发和利用海洋资源有利于我国经济的快速发展。近年来，随着海洋资源开发水平的提高，我国海洋工程建设的规模愈来愈大，结构愈来愈复杂，对于工程建设的要求也愈加严格，尤其是港口、滨海发电厂、跨海桥梁隧道、海上石油平台工程等建设项目，对基岩面的起伏形态和暗礁、风化深槽、海底断层、海底滑坡等特殊地质现象往往有较高的勘探要求，对地层穿透深度的要求也越来越高。进行近海海底断层探测和海底滑坡探测，能够为近海工程建设（港口、滨海发电厂、跨海桥梁隧道工程等）提供强有力的前期勘察保障。提前查明探测区域内的断层分布情况、滑坡范围与滑移面深度和形态等地质参数提供支撑与指导，为工程建设的选址、建设期工程地质问题的应对与处置措施提高依据。

地震波勘查技术方法是海域浅层地质与构造探测中最常用方法之一。为优化海洋观测方式及研究海底地质成像特征，采取有效的海洋地震勘探装置及方法是非常有必要的。目前的探测装置有以下几个问题。

① 测线布置范围大，影响航运。海洋地震勘探往往采用多条测线的观测方式，在这种观测方式下，若要对海下地质获得较准确的探测，则需要大面积的布置测线。在近海位置航运较多，大范围测线的布置既影响了航运，采集的数据也受到了航运的影响，降低了探测的准确度。同时，近海处地质条件复杂，界面倾角变化较大，若采用小范围的观测方式，则难以达到多种地质界面的详细探测。因此，急需提出一种水平占用范围小且能够实现多种倾角界面准确探测的观测方式。

② 震源与检波器位置不易固定。常规的测线中，常常将震源和检波器分别布置，这种观测方式仅能在海洋表面实现较好的设定，但在海洋深较处（10~100m），受到海流等的影响，采用拖缆难以将震源与检波器之间的相互位置进行固定，容易对震源及检波器点的坐标测量和计算造成较大的困难，影响结果解释。因此，急需提出一种使检波器与震源能够较好固定且完成多点激震的装置和方法。

③ 检波器所采集的波场受限。常规的海洋探测往往只需要对测线正下方的地质信息进行数据采集，因此，采用单分量检波器即可满足要求。但当检波器沉入水中后，所采集的信息既包含了下方的反射信息，也需要侧向传播来的地震信息；同时，由于海中竖直测线为直线观测方式，采用单分量检波器的数据进行处理，往往会形成镜像假异常。因此，急需提出一种能够满足竖向测量的三分量检波器采集装置来获得较全面的波场信息并压制假异常。

④ 防水及控制系统。由于在深水中布置测线，因此，对仪器设备的防水及防压有较高的要求，现有的仪器设备难以满足该要求。因此，急需提出一种防水及防压效果好且能实现非接触式的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统，所述海上浅层地震勘探的竖直测线系统包括：移动式气枪震源装置、固定式三分量检波器和中央控制系统，所述移动式气枪震源装置和固定式三分量检波器沿着竖直方向设置在测量电缆上，所述测量电缆内设置震源激震控制电缆和地震波信息传输电缆；所述中央控制系统设置在勘探船船体上且与测量电缆相连接；所述移动式气枪震源装置在测量电缆上沿着竖直方向上下滑动，所述移动式气枪震源装置包括气枪载体，所述气枪载体上设置多个水平气枪、多个竖直气枪和气枪组合控制器，多个水平气枪设置在气枪载体的侧壁上且均匀分割气枪载体四周的空间，多个竖直气枪设置在气枪载体的下部且均匀分割气枪载体下部的空间，所述气枪组合控制器用于控制水平气枪和竖直气枪进行多种组合激震；所述固定式三分量检波器为多个且间隔地沿着竖直方向设置在测量电缆上，所述固定式三分量检波器包括X-分量检波器、Y-分量检波器、Z-分量检波器和震源无线发射器；所述中央控制系统通过设置在测量电缆内的震源激震控制电缆传输控制信号至震源无线发射器并通过震源无线发射器发射控制信号给移动式气枪震源装置进行震源激发，同时固定式三分量检波器进行地震波信息的数据采集并通过地震波信息传输电缆传输回中央控制系统。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

优选地，所述移动式气枪震源装置上方设置吊环，所述吊环经吊绳连接至勘探船船体上设置的吊绳线圈上。

优选地，所述移动式气枪震源装置内侧设置小型永久性磁铁；所述固定式三分量检波器内设置电磁铁，所述测量电缆内还设置有电磁铁控制电缆，所述电磁铁控制电缆与中央控制系统相连接，所述电磁铁控制电缆与固定式三分量检波器内设置的电磁铁相连接并用于控制其通断，所述电磁铁在通断的条件下与小型永久性磁铁相配合用于固定或松开移动式气枪震源装置。

优选地，所述测量电缆的尾部沿着竖直方向由上至下依次设置托板和铁坠，所述托板用于限位移动式气枪震源装置以防止其下落，所述铁坠用于为竖直测线系统提供向下的驱动力。

优选地，所述竖直测线系统还包括设置在勘探船船体上的固定架、设置在固定架上的测量电缆定滑轮，所述测量电缆定滑轮用于穿过测量电缆并用于测量电缆在其表面滑动。

优选地，所述竖直测线系统还包括设置在勘探船船体上的固定架、设置在固定架上的吊绳定滑轮，所述吊绳定滑轮用于穿过吊绳并用于吊绳在其表面滑动。

优选地，所述竖直测线系统还包括测量电缆线圈，所述测量电缆线圈连接至中央控制系统并由其控制转动用于收、放测量电缆。

优选地，所述竖直测线系统还包括吊绳线圈，所述吊绳线圈分别连接至中央控制系统并由其控制转动用于收、放测量吊绳。

本发明的另外一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统的应用。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统的应用，所述海上浅层地震勘探的竖直测线系统的应用包括：应用前面所述的海上浅层地震勘探的竖直测线系统于海上地震勘探。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

优选地，所述海上浅层地震勘探的竖直测线系统的应用包括：

（1）对近海工程现场进行调研，根据需要，选取合适的探测地点，并停止勘探船；

（2）将移动式气枪震源装置安装在测量电缆的尾部，并使其靠在设置在移动式气枪震源装置下方的托板上；

（3）打开电磁铁开关，使得移动式气枪震源装置吸附在托板上，并使得两者之间保持固定；

（4）中央控制系统控制测量电缆线圈和吊绳线圈释放测量电缆和吊绳，通过定滑轮将测量电缆垂直放入至水中，通过设置在测量电缆线圈上的转速传感器计算测量电缆的释放长度，当设置在托板下方的铁坠下放到测量电缆线下放的最深位置处，停止测量电缆和吊绳的释放；

（5）关闭固定式三分量检波器内的电磁铁，并转动吊绳线圈，将吊绳沿着竖直方向向上提升1/2最小检波器间距，然后打开固定式三分量检波器内的电磁铁；

（6）继续转动吊绳线圈，提升移动式气枪震源装置，当移动式气枪震源装置到达其上方最接近固定式三分量检波器所在位置处时，移动式气枪震源装置会立刻和固定式三分量检波器中的电磁铁相互吸引，并固定移动式气枪震源装置；

（7）中央控制系统输出激发地震波的命令，地震波的命令通过设置在固定式三分量检波器上的无线收发器传输至移动式气枪震源装置，并控制其进行激震；

（8）移动式气枪震源装置激震的同时，会返回一个已激震的信号给每个固定式三分量检波器，使得每个固定式三分量检波器开始进行地震波信息的数据采集，并通过地震波信息传输电缆传输回中央控制系统；

（9）当前位置的激震及数据采集操作完成后，重复步骤（5）至（8），直至完成所有震源点的激震和数据采集；

（10）仪器回收；

（11）数据处理，计算各个固定式三分量检波器之间的间距及不同震源位置与各检波器之间的相互距离，结合海水的波速，计算各采集数据的延迟时间，引入到地震数据的处理中。

本发明的有益效果为：

（1）相比于传统的海洋表面水平测线观测方式，本发明所提供的一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统及观测方式能够较好的实现与水平面大角度相交的异常体的成像，尤其在近海的沟谷、大陆架、暗礁发育等地质复杂处，能够较好的实现地质界面的成像，同时，由于其测线主要在深度方向延展，在水平方向仅占用很小的区域，不影响海上的船只运行，受到往来船只的干扰也小。

（2）本发明提供一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统及应用，气枪震源采用了多个不同方向气枪组成，震源激发后，地震波能向多个方向传播，因此能较好的获得侧方及下方界面所返回的地质信息；同时，该震源套置在测量电缆上，保证了震源与测量电缆之间的相互位置，有助于后期获得较精确的震源及检波器位置。在此基础上，震源的触发采用测量电缆通过无线模式进行激震，有效的确保了系统的防水性，同时也能较大程度的减少海水对震源的侵蚀。

（3）本发明提供一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统及应用，测量电缆将固定式三分量检波器按照一定间距固定在电缆线上，能够获得较全面的波场信息，有助于现场地质界面的定位，同时在检波器内部含有电磁铁，配合定位震源。

（4）本发明所提供的海上浅层地震勘探的竖直测线系统及应用可研究近海地质体成像特征及优化观测方式，能较好的指导现场勘探工作，提前查明探测区域内的断层分布情况、滑坡范围与滑移面深度和形态等地质参数提供支撑与指导，为工程建设的选址、建设期工程地质问题的应对与处置措施提高依据。

附图说明

图1为本发明所提供的一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统的示意图；

图2a为本发明所提供的移动式气枪震源装置的主视图；

图2b为本发明所提供的移动式气枪震源装置的俯视图；

图3a为本发明所提供的固定式三分量检波器的外形图；

图3b为图3a中A-A处的剖面视图；

图中：100-勘探船船体；101-固定架；200-移动式气枪震源装置；201-气枪载体；202-水平气枪；203-竖直气枪；204-小型永久性磁铁；205-气枪组合控制器；206-吊环；300-固定式三分量检波器；301-X-分量检波器；302-Y-分量检波器；303-Z-分量检波器；304-震源无线发射器；305-电磁铁；401-测量电缆；402-测量电缆定滑轮；403-测量电缆线圈；404-震源激震控制电缆；405-地震波信息传输电缆；406-电磁铁控制电缆；5-中央控制系统；601-吊绳；602-吊绳定滑轮；603-吊绳线圈；7-托板；8-铁坠。

具体实施方式

参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。

实施例1

一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统，包括：移动式气枪震源装置200、固定式三分量检波器300和中央控制系统5，移动式气枪震源装置200和固定式三分量检波器300沿着竖直方向设置在测量电缆401上，测量电缆401内设置震源激震控制电缆404和地震波信息传输电缆405；中央控制系统5设置在勘探船船体100上且与测量电缆401相连接；移动式气枪震源装置200在测量电缆401上沿着竖直方向上下滑动，移动式气枪震源装置200包括气枪载体201，气枪载体201上设置多个水平气枪202、多个竖直气枪203和气枪组合控制器205，多个水平气枪202设置在气枪载体201的侧壁上且均匀分割气枪载体201四周的空间，多个竖直气枪203设置在气枪载体201的下部且均匀分割气枪载体201下部的空间，气枪组合控制器205用于控制水平气枪202和竖直气枪203进行多种组合激震；固定式三分量检波器300为多个且间隔地沿着竖直方向设置在测量电缆401上，固定式三分量检波器300包括X-分量检波器301、Y-分量检波器302、Z-分量检波器303和震源无线发射器304；中央控制系统5通过设置在测量电缆401内的震源激震控制电缆404传输控制信号至震源无线发射器304并通过震源无线发射器304发射控制信号给移动式气枪震源装置200进行震源激发，同时固定式三分量检波器300进行地震波信息的数据采集并通过地震波信息传输电缆405传输回中央控制系统5。

移动式气枪震源200装置上方设置吊环206，吊环206经吊绳601连接至勘探船船体100上设置的吊绳线圈603上。

移动式气枪震源装置200内侧设置小型永久性磁铁204；固定式三分量检波器300内设置电磁铁305，测量电缆401内还设置有电磁铁控制电缆406，电磁铁控制电缆406与中央控制系统5相连接，电磁铁控制电缆406与固定式三分量检波器300内设置的电磁铁305相连接并用于控制其通断，电磁铁305在通断的条件下与小型永久性磁铁204相配合用于固定或松开移动式气枪震源装置200。

测量电缆404的尾部沿着竖直方向由上至下依次设置托板7和铁坠8，托板7用于限位移动式气枪震源装置200以防止其下落，铁坠8用于为竖直测线系统提供向下的驱动力。

竖直测线系统还包括设置在勘探船船体100上的固定架101、设置在固定架101上的测量电缆定滑轮402和吊绳定滑轮602，测量电缆定滑轮402用于穿过测量电缆401并用于测量电缆401在其表面滑动，吊绳定滑轮602用于穿过吊绳601并用于吊绳601在其表面滑动。

竖直测线系统还包括测量电缆线圈403和吊绳线圈603，测量电缆线圈403和吊绳线圈603分别连接至中央控制系统5并由其控制分别转动用于收、放测量电缆401和吊绳601。

实施例2

一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统的应用，包括：

（1）对近海工程现场进行调研，根据需要，选取合适的探测地点，并停止勘探船；

（2）将移动式气枪震源装置安装在测量电缆的尾部，并使其靠在设置在移动式气枪震源装置下方的托板上；

（3）打开电磁铁开关，使得移动式气枪震源装置吸附在托板上，并使得两者之间保持固定；

（4）中央控制系统控制测量电缆线圈和吊绳线圈释放测量电缆和吊绳，通过定滑轮将测量电缆垂直放入至水中，通过设置在测量电缆线圈上的转速传感器计算测量电缆的释放长度，当设置在托板下方的铁坠下放到测量电缆线下放的最深位置处，停止测量电缆和吊绳的释放；

（5）关闭固定式三分量检波器内的电磁铁，并转动吊绳线圈，将吊绳沿着竖直方向向上提升1/2最小检波器间距，然后打开固定式三分量检波器内的电磁铁；

（6）继续转动吊绳线圈，提升移动式气枪震源装置，当移动式气枪震源装置到达其上方最接近固定式三分量检波器所在位置处时，移动式气枪震源装置会立刻和固定式三分量检波器中的电磁铁相互吸引，并固定移动式气枪震源装置；

（7）中央控制系统输出激发地震波的命令，地震波的命令通过设置在固定式三分量检波器上的无线收发器传输至移动式气枪震源装置，并控制其进行激震；

（8）移动式气枪震源装置激震的同时，会返回一个已激震的信号给每个固定式三分量检波器，使得每个固定式三分量检波器开始进行地震波信息的数据采集，并通过地震波信息传输电缆传输回中央控制系统；

（9）当前位置的激震及数据采集操作完成后，重复步骤（5）至（8），直至完成所有震源点的激震和数据采集；

（10）仪器回收；

（11）数据处理，计算各个固定式三分量检波器之间的间距及不同震源位置与各检波器之间的相互距离，结合海水的波速，计算各采集数据的延迟时间，引入到地震数据的处理中。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统，其特征在于，所述海上浅层地震勘探的竖直测线系统包括：移动式气枪震源装置、固定式三分量检波器和中央控制系统，所述移动式气枪震源装置和固定式三分量检波器沿着竖直方向设置在测量电缆上，所述测量电缆内设置震源激震控制电缆和地震波信息传输电缆；所述中央控制系统设置在勘探船船体上且与测量电缆相连接；所述移动式气枪震源装置在测量电缆上沿着竖直方向上下滑动，所述移动式气枪震源装置包括气枪载体，所述气枪载体上设置多个水平气枪、多个竖直气枪和气枪组合控制器，多个水平气枪设置在气枪载体的侧壁上且均匀分割气枪载体四周的空间，多个竖直气枪设置在气枪载体的下部且均匀分割气枪载体下部的空间，所述气枪组合控制器用于控制水平气枪和竖直气枪进行多种组合激震；所述固定式三分量检波器为多个且间隔地沿着竖直方向设置在测量电缆上，所述固定式三分量检波器包括X-分量检波器、Y-分量检波器、Z-分量检波器和震源无线发射器；所述中央控制系统通过设置在测量电缆内的震源激震控制电缆传输控制信号至震源无线发射器并通过震源无线发射器发射控制信号给移动式气枪震源装置进行震源激发，同时固定式三分量检波器进行地震波信息的数据采集并通过地震波信息传输电缆传输回中央控制系统。

2.根据权利要求1所述的海上浅层地震勘探的竖直测线系统，其特征在于，所述移动式气枪震源装置上方设置吊环，所述吊环经吊绳连接至勘探船船体上设置的吊绳线圈上。

3.根据权利要求1所述的海上浅层地震勘探的竖直测线系统，其特征在于，所述移动式气枪震源装置内侧设置小型永久性磁铁；所述固定式三分量检波器内设置电磁铁，所述测量电缆内还设置有电磁铁控制电缆，所述电磁铁控制电缆与中央控制系统相连接，所述电磁铁控制电缆与固定式三分量检波器内设置的电磁铁相连接并用于控制其通断，所述电磁铁在通断的条件下与小型永久性磁铁相配合用于固定或松开移动式气枪震源装置。

4.根据权利要求1所述的海上浅层地震勘探的竖直测线系统，其特征在于，所述测量电缆的尾部沿着竖直方向由上至下依次设置托板和铁坠，所述托板用于限位移动式气枪震源装置以防止其下落，所述铁坠用于为竖直测线系统提供向下的驱动力。

5.根据权利要求1所述的海上浅层地震勘探的竖直测线系统，其特征在于，所述竖直测线系统还包括设置在勘探船船体上的固定架、设置在固定架上的测量电缆定滑轮，所述测量电缆定滑轮用于穿过测量电缆并用于测量电缆在其表面滑动。

6.根据权利要求1所述的海上浅层地震勘探的竖直测线系统，其特征在于，所述竖直测线系统还包括设置在勘探船船体上的固定架、设置在固定架上的吊绳定滑轮，所述吊绳定滑轮用于穿过吊绳并用于吊绳在其表面滑动。

7.根据权利要求5或6所述的海上浅层地震勘探的竖直测线系统，其特征在于，所述竖直测线系统还包括测量电缆线圈，所述测量电缆线圈连接至中央控制系统并由其控制转动用于收、放测量电缆。

8.根据权利要求5或6所述的海上浅层地震勘探的竖直测线系统，其特征在于，所述竖直测线系统还包括吊绳线圈，所述吊绳线圈分别连接至中央控制系统并由其控制转动用于收、放测量吊绳。

9.一种海上浅层地震勘探的竖直测线系统的应用，其特征在于，所述海上浅层地震勘探的竖直测线系统的应用包括：应用权利要求1-6中任意一项所述的海上浅层地震勘探的竖直测线系统于海上地震勘探。

10.根据权利要求9所述的海上浅层地震勘探的竖直测线系统的应用，其特征在于，所述海上浅层地震勘探的竖直测线系统的应用包括：

（1）对近海工程现场进行调研，根据需要，选取合适的探测地点，并停止勘探船；

（2）将移动式气枪震源装置安装在测量电缆的尾部，并使其靠在设置在移动式气枪震源装置下方的托板上；

（3）打开电磁铁开关，使得移动式气枪震源装置吸附在托板上，并使得两者之间保持固定；

（4）中央控制系统控制测量电缆线圈和吊绳线圈释放测量电缆和吊绳，通过定滑轮将测量电缆垂直放入至水中，通过设置在测量电缆线圈上的转速传感器计算测量电缆的释放长度，当设置在托板下方的铁坠下放到测量电缆线下放的最深位置处，停止测量电缆和吊绳的释放；

（5）关闭固定式三分量检波器内的电磁铁，并转动吊绳线圈，将吊绳沿着竖直方向向上提升1/2最小检波器间距，然后打开固定式三分量检波器内的电磁铁；

（6）继续转动吊绳线圈，提升移动式气枪震源装置，当移动式气枪震源装置到达其上方最接近固定式三分量检波器所在位置处时，移动式气枪震源装置会立刻和固定式三分量检波器中的电磁铁相互吸引，并固定移动式气枪震源装置；

（7）中央控制系统输出激发地震波的命令，地震波的命令通过设置在固定式三分量检波器上的无线收发器传输至移动式气枪震源装置，并控制其进行激震；

（8）移动式气枪震源装置激震的同时，会返回一个已激震的信号给每个固定式三分量检波器，使得每个固定式三分量检波器开始进行地震波信息的数据采集，并通过地震波信息传输电缆传输回中央控制系统；

（9）当前位置的激震及数据采集操作完成后，重复步骤（5）至（8），直至完成所有震源点的激震和数据采集；

（10）仪器回收；

（11）数据处理，计算各个固定式三分量检波器之间的间距及不同震源位置与各检波器之间的相互距离，结合海水的波速，计算各采集数据的延迟时间，引入到地震数据的处理中。