CN111580167A

CN111580167A - 一种高可靠深井地震计

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Publication number: CN111580167A
Application number: CN202010320440.0A
Authority: CN
Inventors: 王洪体; 叶鹏; 王宏远; 薛兵; 李丽娟; 林湛; 庄灿涛
Original assignee: Beijing Gangzhen Science And Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Gangzhen Science And Technology Co ltd
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2040-04-22
Also published as: CN111580167B

Abstract

本说明书一个或多个实施例提供一种高可靠深井地震计，包括：U分向摆体对、V分向摆体对、W分向摆体对及数据处理单元；所述U分向摆体对包括两个位置相对的U分向摆体，所述V分向摆体对包括两个位置相对的V分向摆体，所述W分向摆体对包括两个位置相对的W分向摆体；所述数据处理单元，用于根据六个摆体中的至少三个摆体的输出信号，确定地震计的输出信号。本实施例的高可靠深井地震计，可靠性高，适于深井下使用，能够保证长期稳定的正常工作。

Description

一种高可靠深井地震计

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及地震观测技术领域，尤其涉及一种高可靠深井地震计。

背景技术

深井地震观测能够利用深井低噪声的特性，取得观测震级下限更低的微小地震事件，对于掌握地下动态、地震预测研究具有十分重要的意义。

为实现深井地震观测，于深井下安装深井地震计，深井地震计一般是一次性安装固定(例如，利用水泥将深井地震计固定安装于井壁)，而且要求能够保证长期稳定运行，一般要求能够正常稳定地运行10年以上，这就要求深井地震计需具备极高的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种高可靠深井地震计，具有高可靠性，能够满足深井地震观测要求。

基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种高可靠深井地震计，包括：U分向摆体对、V分向摆体对、W分向摆体对及数据处理单元；

所述U分向摆体对包括两个位置相对的U分向摆体，所述V分向摆体对包括两个位置相对的V分向摆体，所述W分向摆体对包括两个位置相对的W分向摆体；

所述数据处理单元，用于根据六个摆体中的至少三个摆体的输出信号，确定地震计的输出信号。

可选的，所述数据处理单元确定地震计的输出信号为：

U_xyz＝s_stdV＝s_stdP^-1S^-1U

其中，s_std为标准地震计的电压灵敏度矩阵，P为投影系数矩阵，S为高可靠深井地震计的电压灵敏度矩阵，U为高可靠深井地震计的任意三个摆体的输出电压信号矩阵。

可选的，所述六个摆体中的至少三个摆体的输出信号，共有20种组合形式的输出信号。

可选的，所述地震计还包括：

用于密封安装所述U分向摆体对的第一密封筒，用于密封安装所述V分向摆体对的第二密封筒，用于密封安装所述W分向摆体对的第三密封筒，用于密封安装所述数据处理单元的第四密封筒，所述第一密封筒、第二密封筒、第三密封筒按照安装方位要求可拆卸式连接。

可选的，从水平面看，所述六个摆体均匀安装，所述六个摆体所在轴在水平面上的投影轴，相邻两个投影轴的夹角为60度。

可选的，每个摆体对相对安装于支架上，每个摆体的敏感方向与垂直方向的夹角为54.7度。

可选的，所述摆体包括摆体支架和摆锤，所述摆体支架底部通过十字簧片与所述摆锤相连接。

从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的高可靠深井地震计，包括U分向摆体对、V分向摆体对、W分向摆体对及数据处理单元；U分向摆体对包括两个位置相对的U分向摆体，V分向摆体对包括两个位置相对的V分向摆体，W分向摆体对包括两个位置相对的W分向摆体；数据处理单元，用于根据六个摆体中的至少三个摆体的输出信号，确定地震计的输出信号。本实施例的高可靠深井地震计，相较于现有地震计，可靠性可提升20倍，适于深井下使用，能够保证长期稳定的正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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说明书一个或多个实施例，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为本说明书一个或多个实施例的地震计的外形示意图；

图2为图1所示地震计的分解结构示意图；

图3为本说明书一个或多个实施例的一对摆体的结构示意图；

图4为本说明书一个或多个实施例的六个摆体的敏感方向分布示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本说明书一个或多个实施例提供的高可靠深井地震计，包括：U分向摆体对、V分向摆体对、W分向摆体对及数据处理单元；

U分向摆体对包括两个位置相对的U分向摆体，V分向摆体对包括两个位置相对的V分向摆体，W分向摆体对包括两个位置相对的W分向摆体；

数据处理单元，用于根据六个摆体中的至少三个摆体的输出信号，确定地震计的输出信号。

本实施例中，基于包括U分向摆体、V分向摆体和W分向摆体的倾斜悬挂型地震计，采用冗余设计，设置包括两个U分向摆体的U分向摆体对、包括两个V分向摆体的V分向摆体和两个W分向摆体的W分向摆体对，六个摆体的信号输出端均与数据处理单元的信号输入端相连接，深井下工作过程中，只要有任意三个摆体有正常的输出信号，数据处理单元即可根据三个摆体的输出信号，处理后得到地震计的三分向输出信号，即得到正常的地震计输出信号，大幅提升深井地震计的可靠性。

一些实施例中，传统地震计包括东西向摆体、南北向摆体和垂直向摆体，东西向摆体、南北向摆体和垂直向摆体分别感测东西向(X分向)、南北向(Y分向)和垂直向(Z分向)的振动信号。倾斜悬挂型地震计的U分向摆体、V分向摆体和W分向摆体分别感测U分向、V分向和W分向的振动信号，U轴、V轴和W轴三轴正交，每个轴在XOY平面内的投影轴，两两投影轴之间的夹角为120度，倾斜悬挂型地震计的U分向摆体、V分向摆体和W分向摆体的输出信号经过坐标变换处理后，能够得到X分向、Y分向和Z分向的三分向输出信号。

结合图1、2、4所示，本实施例中，高可靠深井地震计包括第一密封筒10及其内的两个位置相对的U分向摆体U1、U2，第二密封筒11及其内的两个位置相对的V分向摆体V1、V2，第三密封筒12及其内的两个位置相对的W分向摆体W1、W2，第四密封筒13及其中的数据处理单元，每个摆体对相对安装于支架上，每个摆体的敏感方向与垂直方向的夹角为54.7度，该角度的正切值近似为

便于将U分向、V分向、W分向三分向摆体的输出信号进行坐标变换运算后得到X分向、Y分向、Z分向的三分向输出信号，而且，这样的布局方式，能够减小地震计的体积，适于井下安装。其中，U分向摆体U1、V分向摆体V1和W分向摆体W1三个摆体可构成一个倾斜悬挂型地震计，U分向摆体U2、V分向摆体V2和W分向摆体U3可构成一个倾斜悬挂型地震计，从XOY平面(水平面)看，六个摆体U1、V2、W1、U2、V1、W2均匀安装，六个摆体所在轴在XOY平面上的投影轴U1`、V2`、W1`、U2`、V1`、W2`，相邻两个投影轴的夹角为60度。

如图3所示，本实施例中，U分向、V分向、W分向中任意一个分向的摆体对包括两个位置相对安装的摆体，两个摆体的结构相同，两个摆体安装于U分向上则为U分向摆体对，安装于V分向上则为V分向摆体对，安装于W分向上则为W分向摆体对。

结合图1、2所示，第一密封筒10及其内的U分向摆体对，第二密封筒11及其内的V分向摆体对，第三密封筒12及其内的W分向摆体对按照安装方位要求可拆卸式连接，便于井下安装。

一些实施方式中，摆体包括摆体支架20和摆锤21，摆体支架20底部通过十字簧片22与摆锤21相连接，地震计通过摆锤21绕十字簧片22的自由运动感知地面运动。

本实施例中，数据处理单元可根据任意三个摆体的输出信号，经处理得到地震计的三分向输出信号，具体的说：

六个摆体的输出电压信号可以表示为：

其中，u_u1表示U分向摆体对的摆体U1的输出电压信号，u_u2表示U分向摆体对的摆体U2的输出电压信号，u_v1表示V分向摆体对的摆体V1的输出电压信号，u_v2表示V分向摆体对的摆体V2的输出电压信号,u_w1表示W分向摆体对的摆体W1的输出电压信号，u_w2表示W分向摆体对的摆体W2的输出电压信号；s_u1表示摆体U1的电压灵敏度，s_u2表示摆体U2的电压灵敏度，s_v1表示摆体V1的电压灵敏度，s_v2表示摆体V2的电压灵敏度，s_w1表示摆体W1的电压灵敏度，s_w2表示摆体W2的电压灵敏度；v_x、v_y、v_z分别表示地震计工作地点振动速度的x、y、z分量。

将振动速度的x、y、z分量的系数用投影系数符号表示为：

其中，p_u1x表示摆体U1在X分向上的投影系数，p_u1y表示摆体U1在Y分向上的投影系数，p_u1z表示摆体U1在Z分向上的投影系数；p_u2x表示摆体U2在X分向上的投影系数，p_u2y表示摆体U2在Y分向上的投影系数，p_u2z表示摆体U2在Z分向上的投影系数；p_v1x表示摆体V1在X分向上的投影系数，p_v1y表示摆体V1在Y分向上的投影系数，p_v1z表示摆体V1在Z分向上的投影系数；p_v2x表示摆体V2在X分向上的投影系数，p_v2y表示摆体V2在Y分向上的投影系数，p_v2z表示摆体V2在Z分向上的投影系数；p_w1x表示摆体W1在X分向上的投影系数，p_w1y表示摆体W1在Y分向上的投影系数，p_w1z表示摆体W1在Z分向上的投影系数；p_w2x表示摆体W2在X分向上的投影系数，p_w2y表示摆体W2在Y分向上的投影系数，p_w2z表示摆体W2在Z分向上的投影系数。

则，任意三个摆体的输出电压信号可以表示为：

i₁、i₂、i₃的取值可以是u、v、w中的一个，表示U分向、V分向、W分向，j₁、j₂、j₃的取值可以是1或2，利用i₁j₁、i₂j₂、i₃j₃表示任意三个不同的摆体，例如，i₁、i₂为u，j₁为1，j₂为2，i₃为v，j₃为2，则u_u1、u_u2、u_v2分别为摆体U1、U2、V2的输出电压信号。

式(3)表示成矩阵形式为：

矩阵符号表示为：

U＝SPV (5)

地震计工作地点的振动速度表示为：

V＝P^-1S^-1U (6)

根据标准地震计的电压灵敏度，将U分向、V分向、W分向的输出电压信号，转换为X分向、Y分向、Z分向的输出电压信号，表示为：

U_xyz＝s_stdV＝s_stdP^-1S^-1U (7)

这样，在标准地震计的电压灵敏度s_std、高可靠深井地震计的电压灵敏度S已知、投影系数P已知的条件下，根据任意三个摆体的输出信号，可得到地震计的X分向、Y分向、Z分向的三分向输出信号。

本实施例中，六个摆体U1、U2、V1、V2、W1、W2中的任意三个摆体，可以有20种组合，包括两种标准的三分向摆体U1、V1、W1与U2、V2、W2，六种交叉式的三分向摆体U1、V1、W2，U1、V2、W1，U1、V2、W2，U2、V1、W2，U2、V2、W1，U2、V2、W2，以及十二种任意摆体对外加一个摆体，U1、U2、V1，U1、U2、V2，U1、U2、W1，U1、U2、W2，U1、V1、V2，U2、V1、V2，V1、V2、W1，V1、V2、W2，U1、W1、W2，W1、W2、U2，V1、W1、W2，V2、W1、W2。

根据公式(3)-(6)，根据任意三个摆体的输出信号，可计算得到地震计工作地点的x、y、z分量的振动速度，再根据公式(7)，即可得到地震计的X分向、Y分向、Z分向的三分向输出信号。

这样，相较于传统地震计只有当X分向、Y分向、Z分向三分向摆体均有输出信号时，地震计可获得正常的输出信号，以及倾斜悬挂型地震计只有当U分向、V分向、W分向三分向摆体均有输出信号时，地震计可获得正常的输出信号；本实施例的高可靠深井地震计，设置U分向、V分向、W分向三个摆体对，共六个摆体，只要其中任意三个摆体有输出信号，利用数据处理单元对三个摆体的输出信号进行处理，即可获得地震计正常的输出信号，使得地震计的可靠性大幅提升20倍，能够满足深井地震计的可靠性要求。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种高可靠深井地震计，其特征在于，包括：U分向摆体对、V分向摆体对、W分向摆体对及数据处理单元；

2.根据权利要求1所述的地震计，其特征在于，所述数据处理单元确定地震计的输出信号为：

U_xyz＝s_stdV＝s_stdP^-1S^-1U

3.根据权利要求1所述的地震计，其特征在于，所述六个摆体中的至少三个摆体的输出信号，共有20种组合形式的输出信号。

4.根据权利要求1所述的地震计，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求1所述的地震计，其特征在于，从水平面看，所述六个摆体均匀安装，所述六个摆体所在轴在水平面上的投影轴，相邻两个投影轴的夹角为60度。

6.根据权利要求1所述的地震计，其特征在于，每个摆体对相对安装于支架上，每个摆体的敏感方向与垂直方向的夹角为54.7度。

7.根据权利要求1所述的地震计，其特征在于，所述摆体包括摆体支架和摆锤，所述摆体支架底部通过十字簧片与所述摆锤相连接。