CN1176388C - 一种在水面上作水底地质勘查装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于地质勘查设备的一种在水面作水底地质勘查装置。由发射声波的发射源、作拾震器元件的水听器和宽频带数字接收器连接组成。它使用了可调发射强度的声波发射源，对信号有放大功能的水听器及宽频带数字化接收器，在水面可对水底地层的地质概况进行勘查，在全频段内接收全部反射信号，其灵敏度基本一致，可在几m到几十m深的水面上实测得到剖面图，再经过计算处理后，可以看到波已穿透了淤泥层和江底抛石层，将它们辨认出来，可分辨出仅厚1m的层。将不同频段的处理资料对比，作出水底地质图。
Description
技术领域
本发明属于水声法地质勘查技术，特别涉及可以在江河湖海对地底下的泥、砂、砾石、卵石层、抛片石层作高分辨率的厚度、深度探查，也可对深水底下的地层进行高分辨率探查的一种在水面上作水底地质勘查装置。
技术背景
目前国内外的水声法探查仪器或称作“浅地层剖面仪”，其弱点是无法穿透粗砂、卵石、片石层，对水底岩层的穿透能力亦极弱；或穿透力虽强但其分辨率不高，因为无论其发射源发射频率是分段发射或扫频发射，其接收装置均为窄频，它们的水听器在工作频率范围内会因固有频率而放大了某些频率信号，压制其它信号，产生余振，降低分辨率；若采用声学发射源，发射及接收的频率高，分辨率高，但发射能量弱，穿透力弱；若采用电火花发射源，发射能量强，但使用频率较低，分辨率低。而且这些水听器均有一定的余振，使得它们在接收到反射波之后还有2-3个周期的余振，降低了它们的分辨率。对于水底的薄层来说，淤泥层、砂层，是容易被声波穿透的，而卵石层、片石层等则是强反射、散射面，频率高的声波被反射或散射回来，不能向下穿透；较低频的弹性波则穿透力较强，但分辨率不够。而且还会因不同的反射面及介质，对不同频段声波的反射和穿透性能不同。这就使得现有的水声勘探仪器或浅地层剖面仪穿不透粗砂、卵石、片石层，而分辨率不够。例如在“工程物探”1998年10月的第三期上发表的使用美国Edgetech公司生产的X-STAR剖面仪采用4组相匹配的发射阵列和接受阵列，可穿透砂层和泥层，在黄河上可测出淤泥层及其下覆的水底片石层的顶界，但不能穿透片石层，以及美国MEP305系列浅地层剖面仪，采用电火花震源，放电功率达800J，接受的反射波频率为300～400Hz，显然频率偏低且频宽太窄。及中国产的GPY水域浅地层剖面探测系统等，都未考虑超宽频带高保真的接收和分段带通滤波的数据处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种在水面作水底地质勘查装置，由发射声波的发射源、作拾震器元件的水听器和宽频带数字接收器组成，其特征在于：所述发射声波的发射源为发射能量达800J的可调电火花发生器，用于向水底发射声波；该发射声波的发射源还可为气枪或机械敲击钢桶；可以单独作发射源，也可以和宽频带数字接收器连接，由宽频带数字接收器控制进行定向发射。
所述水听器为采用压电材料作的拾震器元件，其输出和宽频带数字接收器连接，是接收频段为100～4000Hz的加速度传感器，投入水中，定向无畸变地接收水底的全频段反射信号，放大后传送给宽频带数字接收器。
所述宽频带数字接收器至少包含一个DSP数字信号处理的信息流阵列协处理器，或以便携式微机作接收机主件，将水听器接收到的全部反射信号存贮于仪器中，并实时对现场采集的信息进行资料处理，根据被测对象的反射信号作分频段处理，提取不同频段的信息来分别反映某一或某几个反射面的情况，且相互对比进行资料解释。
本发明的有益效果是采用发射能量可调节的声波发射源，水听器及宽带数字接收器组合成勘查装置。可在几m到几十m深的水面上实测得到剖面图，再经过计算处理后，可以看到波已穿透了淤泥层和江底抛石层，并可根据淤泥面反射波的频率(约1500～2500Hz)、抛石表面散射(反射)波的频率(约3000～4000Hz)和江底的反射波的频率(约1500Hz)的不同将它们辨认出来，可分辨出仅厚1m的层。将不同频段的处理资料对比，作出水底地质图。
附图说明
图1为在一次实测中接收到的信号的频谱；
图2为现场所测的剖面图。
具体实施方式
本发明为一种在水面上作水底地质勘查装置，由发射声波的发射源、作拾震器元件的水听器和宽频带数字接收器组成。本发明使用的发射声波的发射源为发射能量达800J的可调电火花发生器，用于向水底发射声波；该发射声波的发射源还可为气枪或机械敲击钢桶；在发射能量小时，发射高频波使分辨率提高，在发射能量大时，发射中低频波，由普通常识可知，中低频波穿透能力比高频波强，但分辨率降低。可以单独作发射源，也可以和宽频带数字接收器连接，由宽频带数字接收器控制进行定向发射。
上述水听器为采用压电材料作的拾震器元件，输出和宽频带数字接收器连接，是接收频段为100～4000Hz的加速度传感器，投入水中，定向无畸变地接收水底的全频段反射信号，放大后传送给宽频带数字接收器，在低频和高频段的接收发射信号的频谱比较干净、完整(如图1所示)。
上述宽频带数字接收器至少包含一个DSP数字信号处理的信息流阵列协处理器，或以便携式微机作接收机主件，将水听器接收到的全部反射信号存贮于仪器中，并实时对现场采集的信息进行资料处理，根据被测对象的反射信号作分频段处理，提取不同频段的信息来分别反映某一或某几个反射面的情况，且相互对比进行资料解释。图2所示为现场所测剖面，图中所示A为淤泥层，B为抛石层，C为江底。
Claims (2)
1.一种在水面作水底地质勘查装置，由发射声波的发射源、作拾震器元件的水听器和宽频带数字接收器组成，其特征在于：所述发射声波的发射源为发射能量达800J的可调电火花发生器，用于向水底发射声波，可以单独作发射源，也可以和宽频带数字接收器连接，由宽频带数字接收器控制进行定向发射；所述水听器为采用压电材料作的拾震器元件，输出和宽频带数字接收器连接，是接收频段为100～4000Hz的加速度传感器，投入水中，定向无畸变地接收水底的全频段反射信号，放大后传送给宽频带数字接收器；所述宽频带数字接收器至少包含一个DSP数字信号处理的信息流阵列协处理器，或以便携式微机作接收机主件，将水听器接收到的全部反射信号存贮于仪器中，并实时对现场采集的信息进行资料处理，根据被测对象的反射信号作分频段处理，提取不同频段的信息来分别反映某一或某几个反射面的情况，且相互对比进行资料解释。
2.根据权利要求1所述在水面上作水底地质勘查装置，其特征在于：所述发射声波的发射源为电火花发生器、气枪或机械敲击钢桶。
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