JP7273429B2 - 浅水条件下でのプラズマ震源ウェーブレット高精度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、海洋地震探査における地震ウェーブレット三次元測定装置に関するものである。特に、浅水条件下でのプラズマ震源ウェーブレット高精度測定装置に関するものである。

プラズマ震源の基本的な動作原理は、水中でのパルス放電によって高エネルギーのプラズマチャネルを生成し、強圧力パルスを形成することである。プラズマ震源は、ウェーブレットの高い基本周波数、広い周波数帯域、高速の充電と放電、高解像度、強い反射エネルギー及び良好な同相軸の連続性等のメリットを有している。

プラズマ震源の遠方界ウェーブレットは、震源の性能を測定するための重要な指標であるだけでなく、地震データ処理における重要な入力データでもある。プラズマ震源の遠方界ウェーブレットは、信号の特性を比較的に簡単に取得でき、可視化と理解が容易であるため、プラズマ震源の性能を測定する重要な基準である。

浅水条件下で、複雑な多重波、ガイド波、潮汐、うねり等の特殊な干渉波と水体構造は、プラズマ震源ウェーブレットの安定性に深刻な影響を及ぼす。従来の複数チャンネルの水平ケーブルは、海面に近いため、観測システムは動的プロセス下にあり、獲得されたデータの精度が低く、解像度は中深層或いは浅層工程の地震探査の要件を満たすことしかできなく、高精度の地震探査の要件を満たすことはできない。

従って、従来技術の局限性と浅水条件の特殊性を考慮して、現在は未だ浅水条件でのプラズマ震源ウェーブレット測定装置はないが、そのような装置を設計することは非常に必要である。

本発明の目的は、従来技術の欠点を克服するために、浅水条件下でのプラズマ震源ウェーブレット高精度測定装置を提供することである。

デジタルパックに接続されている２本の海底ケーブルと１本の垂直ケーブル及びフロートボールと水中コンパスを備え、デジタルパックは、海底に配置され、２本の海底ケーブルは、それぞれｘ方向とｙ方向に沿って敷設され、垂直ケーブルは、その頂端部にフロートボールが接続され、その底端部がデジタルパックに接続され、垂直ケーブルは、ｚ方向に沿って敷設されかつその長さが水の深さより小さく、水中コンパスは、垂直ケーブル上に固定され、
前記海底ケーブルには、等間隔に複数チャンネルのセンサセットが配置され、各チャンネルのセンサセットは、一つの振動センサと一つの圧力センサとを備え、両者は独立して波形を記録し、それぞれデジタルパックに伝送して保存し、センサセット同士のチャネル間隔は０．５メートルであり、チャネル数は８～１６であり、前記垂直ケーブルには、等間隔に複数チャンネルのセンサセットが配置され、各チャンネルのセンサセットは、並列の２つの圧力センサから構成され、チャネル間隔は０．５メートルであり、音圧センサのチャネル数は、８～１６であり、前記圧力センサと振動センサは、それぞれ海底位置のスカラ情報とベクトル情報を測定し、
前記デジタルパックは、ベースとベースの上方にある中空の球状ハウジングとを備え、ハウジング上には、圧力センサ、温度センサ及びＧＰＳが配置され、その中、ＧＰＳは装置全体の時報サービスに使用され、圧力センサと温度センサは、後段階で海水の深さや温度がウェーブレットに対する影響を排除するために、デジタルパックが位置する深さや温度パラメータをフルタイムに連続記録し、
ハウジングの内腔の下部には、大容量リチウム電池を内蔵する電池室が配置され、上部には４層のデジタルプレートが配置され、その中、１層のデジタルプレートは、マスター制御プレート、ＧＰＳ・チルト角データ収集プレート、温度・圧力データ収集プレート、データバッファメモリプレートＡ及びデータバッファメモリプレートＢを備え、他の３層のデジタルプレートは、それぞれｘ、ｙ及びｚ方向のケーブルのデータを収集し、各層は、いずれも地震データ収集プレート及び当該方向のケーブルのチャンネル数と等しい数のアナログ－デジタル変換プレートを備え、
前記ＧＰＳ・チルト角データ収集プレートは、ＧＰＳに接続され、ＧＰＳ内のデータを収集し、収集されたデータをデータバッファメモリプレートＡに伝送して保存し、
温度・圧力データ収集プレートは、温度センサと圧力センサ内のデータを収集し、データをデータバッファメモリプレートＡに出力して保存し、
データバッファメモリプレートＢは、海底ケーブル及び垂直ケーブルによって収集されたデータを保存する、ことを特徴とする浅水条件下でのプラズマ震源ウェーブレット高精度測定装置を提供する。

前記海底ケーブルは、外部保護スリーブ、圧力センサ、振動センサ及びワイヤを備える。前記圧力センサと振動センサは、いずれも外部保護スリーブ内に位置され、外部保護スリーブ内に位置されている複数セットのワイヤを介してデジタルパックに接続され、外部保護スリーブの内側と圧力センサ及び振動センサとの間には、ポリウレタン固体材料が充填されている。前記海底ケーブルの外部保護スリーブは、高強度のポリアミド材料を使用して製作され、ポリアミド材料の中には、ケブラー繊維が混合されている。

前記垂直ケーブルは、外部保護スリーブ、圧力センス及びワイヤを備える。前記圧力センサは、外部保護スリーブ内に位置され、外部保護スリーブ内に位置されている複数セットのワイヤを介してデジタルパックに接続され、外部保護スリーブの内側と音圧センサとの間には、ポリウレタン固体材料が充填されている。前記垂直ケーブルの外部保護スリーブは、高強度のポリアミド材料を使用して製作され、ポリアミド材料の中には、ケブラー繊維が混合されている。

デジタルパックに接続されている前記垂直ケーブル或いは海底ケーブルの一端には、接続端子が配置され、接続端子には、高強度のチタン合金金属から製作されている保護スリーブが配置され、前記保護スリーブの直径は、垂直ケーブルの末端からデジタルパックへの方向に沿って段階的に増加されている。前記デジタルパックの頂部には、１９ピンの水密コネクタが配置され、当該１９ピンの水密コネクタを介して垂直ケーブルの接続端子に接続されている。前記海底ケーブルは、それぞれデジタルパックの側面に位置されている１９ピンの水密コネクタを介してデジタルパックに接続されている。

前記デジタルパックのマスター制御プレート内は、ＡＲＭ９をメインコントローラとして使用してデジタルパック全体の作業を制御する。ＣＳ５３７２／５３７６コンポーネントを使用して３２ビットのアナログ－デジタルコンバーターを構成する。ＡＣＴＥＬ、ＡＧＬ２５０Ｖ５及びＦＰＧＡを使用してアドレスラッチ、ゲート、データシリアル－パラレルフォーマット変換、カウント、周波数分割及びロジック制御を行う。ＦＩＦＯバッファ及びフラッシュ電子ディスクを使用して記録されたデータの正確性と信頼性を確保する。

前記電池室内には、リチウム電池と回路ユニットが配置されている。その中、リチウム電池は、デジタルパックの頂部に位置されている１９ピンの水密コネクタを介して充電し、デバイス全体の各部品に電力を供給する役割を果たし、回路ユニットは、電池電圧をデジタルシステム電源、アナログシステム電源、Ａ／Ｄコンバータの高精度基準電圧等の収集システムに必要なさまざまな電源に変換する役割を果たす。

本発明は、海底ケーブルと垂直ケーブルを使用して、浅水条件下でのプラズマ震源ウェーブレットを測定する。従来の測定装置と比較して、浅水という特定の環境に適しており、プラズマ震源高周波ウェーブレットのための測定装置である。本発明の測定装置は、以下の顕著なメリットを持つ。

ａ、０．５ｍの小さなチャネル間隔を採用し整列し、三次元ステレオ観測を実現することができる。従来の地震で６．２５ｍチャネル間隔、或いは、１２．５ｍチャネル間隔を収集する場合より、サンプリング点の密度を増加され、浅水条件下での震源ウェーブレットの測定精度を向上するとともに、デジタル－アナログ変換を実現する。

ｂ、海底ケーブルと垂直ケーブルを組み合わせた測定方法を使用しているため、水平方向と垂直方向ですべてプラズマ震源ウェーブレットの変化規則を監視できる。

ｃ、海底に投入され、ストリーマケーブルに比べて、垂直ケーブル及び海底ケーブはいずれも海面から遠く離れ、波やうねりノイズの影響がなく、静的な状態でデータを収集するため、ノイズの干渉を大幅に減少することができる。

ｄ、水中コンパスは垂直ケーブル上に固定されているため、垂直ケーブルの姿勢を記録でき、測定誤差を減らす。

ｅ、温度と圧力の情報を取得できる温度、圧力センサが配置されているため、震源ウェーブレットの進化過程を正確に反転できる。

ｆ、ＧＰＳを搭載しているため、装置の投入や回収の後、クロックオフセットを補正してクロックドリフトの影響を排除する。

ｇ、収集ケーブルの外部保護スリーブの中にケブラー繊維が設けられているため、引張能力が向上され、抗張力は１トン以上になる。

ｈ、段付き接続端子を採用しているため、コネクタ接続の安定性を確保しながら、一定の範囲で曲げることができ、回収や投入が便利になる。

ｉ、ＣＳ５３７２／５３７６コンポーネントを使用して３２ビットのアナログ－デジタルコンバーターを構成しているため、ダイナミックレンジは１２８ｄＢに達し、時間サンプリングレートは１／６４ｍｓに達することができるとともに、１／６４ｍｓ、１／３２ｍｓ、１／１６ｍｓ、１／８ｍｓ、１／４ｍｓ、１／２ｍｓのさまざまなサンプリングレートを選択できる。

本発明の全体構造の概略図である。 本発明のデジタルパックの内部構造の概略図である。 本発明のデジタルパックの水密コネクタの分解図である。 水密コネクタの正面図である。 水密コネクタの正面図である。 水密コネクタの斜視図である。 本発明の垂直ケーブルと海底ケーブルの接続端子の分解図である（保護スリーブなし）。 接続端子の断面図である。 接続端子の斜視図である。 本発明の水密コネクタの組み立て図である。

図１に示すように、本発明は、２本の海底ケーブル１、１本の垂直ケーブル２、デジタルパック３、フロートボール４及び水中コンパス５を含む。その中、デジタルパック３は海底に配置され、２本の海底ケーブル１は、それぞれｘ方向とｙ方向に沿って敷設される。垂直ケーブル２は、ｚ方向に沿って敷設されかつその長さが水の深さより小さく、その頂端部にフロートボール４が接続されかつ底端部にデジタルパック３に接続される。水中コンパス５は、垂直ケーブル２上に固定され、フロートボール４は、垂直ケーブル２を垂直状態に保つ。ベースは大きい重量を持つため、装置全体を海底に固定させることができる。３本のケーブルはペアワイズ垂直であり、三次元空間の観察方式を形成する。上記の海底ケーブル１には、等間隔に複数チャンネルの振動センサと圧力センサが配置され、同じチャネルの圧力センサと振動センサは海底ケーブル１の同じ位置に配置され、それぞれ海底位置のスカラー情報とベクトル情報を測定し、前記垂直ケーブル２には、等間隔に複数チャンネルの圧力センサが配置されている。

図２に示すように、本発明のデジタルパック３は、ベース３１３とベース３１３の上方にある中空の球状ハウジング３０１とを備え、ハウジングには、圧力センサ３０２、温度センサ３０４及びＧＰＳ３０３が配置されている。ハウジングの内腔の下部には、大容量リチウム電池を内蔵する電池室３１２が配置されている。上部には４層のデジタルプレートが配置され、その中の、１層のデジタルプレートは、マスター制御プレート３０５、ＧＰＳ・チルト角データ収集プレート３０６、温度・圧力データ収集プレート３０７、データバッファメモリプレートＡ３０８及びデータバッファメモリプレートＢ３０９を備える。その他の３層のデジタルプレートは、それぞれｘ、ｙ及びｚ方向のケーブルのデータを収集し、各層は、いずれも地震データ収集プレート３１０及び当該方向のケーブルのチャンネル数と等しい数のアナログ－デジタル変換プレート３１１を備える。前記ＧＰＳ・チルト角データ収集プレート３０６は、ＧＰＳ３０３に接続され、ＧＰＳ３０３内のデータを収集し、収集されたデータをデータバッファメモリプレートＡ３０８に伝送して保存する。温度・圧力データ収集プレート３０７は、温度センサ３０４と圧力センサ３０２内のデータを収集し、データをデータバッファメモリプレートＡ３０８に出力して保存する。データバッファメモリプレートＢ３０９は、海底ケーブル１及び垂直ケーブル２によって収集されたデータを保存する。

前記デジタルパック３のマスター制御プレート３０５内は、ＡＲＭ９をメインコントローラとして使用してデジタルパック３全体の作業を制御する。ＣＳ５３７２／５３７６コンポーネントを使用して３２ビットのアナログ－デジタルコンバーターを構成する。ＡＣＴＥＬ、ＡＧＬ２５０Ｖ５及びＦＰＧＡを使用してアドレスラッチ、ゲート、データシリアル－パラレルフォーマット変換、カウント、周波数分割及びロジック制御を行う。ＦＩＦＯバッファ及びフラッシュ電子ディスクを使用して記録されたデータの正確性と信頼性を確保する。

前記海底ケーブル１は、外部保護スリーブ、圧力センサ、振動センサ及びワイヤを備える。前記圧力センサと振動センサは、いずれも外部保護スリーブ内に位置され、外部保護スリーブ内に位置されている複数セットのワイヤを介してデジタルパック３に接続され、外部保護スリーブの内側と圧力センサ及び振動センサとの間には、ポリウレタン固体材料が充填されている。前記海底ケーブル１の外部保護スリーブは、高強度のポリアミド材料を使用して製作され、ポリアミド材料の中には、ケブラー繊維が混合されている。前記海底ケーブル１において、圧力センサと振動センサは並列に組合せしており、チャネル間隔は０．５メートルで、チャネル数は８～１６である。

前記垂直ケーブル２は、外部保護スリーブ、圧力センス及びワイヤを備える。前記圧力センサは、外部保護スリーブ内に位置され、外部保護スリーブ内に位置されている複数セットのワイヤを介してデジタルパック３に接続され、外部保護スリーブの内側と音圧センサとの間には、ポリウレタン固体材料が充填されている。前記垂直ケーブル２の外部保護スリーブは、高強度のポリアミド材料を使用して製作され、ポリアミド材料の中には、ケブラー繊維が混合されている。前記垂直ケーブル２において、各チャンネルは２つの圧力センサを使用して並列に組合せしており、チャネル間隔は０．５メートルで、チャネル数は８～１６である。

図３～１０に示すように、本発明のデジタルパック３に接続されている前記垂直ケーブル２或いは海底ケーブル１の一端には、接続端子が配置され、接続端子には、高強度のチタン合金金属から製作されている保護スリーブが配置され、前記保護スリーブの直径は、垂直ケーブル２の末端からデジタルパック３への方向に沿って段階的に増加されている。前記デジタルパックの頂部には、１９ピンの水密コネクタが配置され、当該１９ピンの水密コネクタを介して垂直ケーブル２の接続端子に接続されている。前記海底ケーブル１は、それぞれデジタルパック３の側面に位置されている１９ピンのケーブル水密コネクタを介してデジタルパック３に接続されている。水密コネクタはオスとメスに分かれ、デジタルパック３上の水密コネクタはメスコネクタで、ケーブル上の水密コネクタはオスコネクタである。水密コネクタは、複数部品による階層的なネスト組み合わせで構成され、内部の１９ピンインターフェースは不動のままで、外部の回転可能なネジで接続して固定されている。水密コネクタ及びケーブルとの接続部分には、高強度のチタン合金金属から製作されている保護スリーブが配置され、保護スリーブの直径は、ケーブルから水密コネクタへの方向に沿って段階的に増加され、各段階の保護スリーブ間に一定のギャップがあるため、保護スリーブは一定の範囲内で曲げることができる。

前記電池室３１２内には、リチウム電池と回路ユニットが配置されている。その中、リチウム電池は、デジタルパック３の頂部に位置されている１９ピンの水密コネクタを介して充電し、デバイス全体の各部品に電力を供給する役割を果たし、回路ユニットは、電池電圧をデジタルシステム電源、アナログシステム電源、Ａ／Ｄコンバータの高精度基準電圧等の収集システムに必要なさまざまな電源に変換する役割を果たす。

本発明を使用する場合、まず、海底ケーブル１と垂直ケーブル２をテストし、デジタルパックとケーブルの水密コネクタを接続して密封し、各部位のインターフェースを注意深くチェックし、緩み現象がないことを確認し、電池の電圧と電量をテストし、装置全体の各部品の組み立てを完成させる。ＧＰＳ測位を行い、設備が収集状態に入るように時報サービスを行い。作業船が所定位置に到達したら、まず、フロートボールと垂直ケーブルをゆっくりと水中に置き、その後、デジタルパックを下へ投入し、２本の海底ケーブルを引っ張ってゆっくりと降ろし、海底ケーブルの末端をケブラーロープで接続し、デジタルパックを海底に沈んだ後、ボートを使用して１本の海底ケーブルを事前に設計された指定位置にドラッグし、ロープを引いて海底ケーブルをゆっくりと海底に置き、最後に、もう１本の海底ケーブルを同様な方法で指定位置に配置する。

ケーブルの配置が完了した後、プラズマ震源を励起してデータ収集作業を行う。作業が完了すると、装置全体を回収し、データを読み取る。作業時、装置が受信した震源ウェーブレット信号は、アナログ信号からデジタル信号に変換され、デジタルパック内の保存記録ユニットに伝送され、収集及び記録されると同時に、デジタルパック上方の温度センサ、圧力センサは装置の環境情報を記録し、水中コンパスは垂直ケーブルの姿勢情報を記録する。

１…海底ケーブル、２…垂直ケーブル、３…デジタルパック、４…フロートボール、５…水中コンパス、３０１…デジタルパック水密コネクタ、３０２…圧力センサ、３０３…ＧＰＳ、３０４…温度センサ、３０５…マスター制御プレート、３０６…ＧＰＳ・チルト角データ収集プレート、３０７…温度及び圧力収集プレート、３０８…データバッファメモリプレートＡ、３０９…データバッファメモリプレートＢ、３１０…地震データ収集プレート、３１１…アナログ－デジタル変換プレート、３１２…電池室、３１３…ベース。

Claims (5)

1. デジタルパック（３）に接続されている２本の海底ケーブル（１）と１本の垂直ケーブ
   ル（２）及びフロートボール（４）と水中コンパス（５）を備え、デジタルパック（３）
   は、海底に配置され、２本の海底ケーブル（１）は、それぞれｘ方向とｙ方向に沿って敷
   設され、垂直ケーブル（２）は、その頂端部にフロートボール（４）が接続され、その底
   端部がデジタルパック（３）に接続され、垂直ケーブル（２）は、ｚ方向に沿って敷設さ
   れかつその長さが水の深さより小さく、水中コンパス（５）は、垂直ケーブル（２）上に
   固定され、
   前記海底ケーブル（１）には、等間隔に複数チャンネルのセンサセットが配置され、各
   チャンネルのセンサセットは、一つの振動センサと一つの圧力センサとを備え、両者は独
   立して波形を記録し、それぞれデジタルパックに伝送して保存し、センサセット同士のチ
   ャネル間隔は０．５メートルであり、チャネル数は８～１６であり、前記垂直ケーブル（
   ２）には、等間隔に複数チャンネルのセンサセットが配置され、各チャンネルのセンサセ
   ットは、並列の２つの圧力センサから構成され、チャネル間隔は０．５メートルであり、
   圧力センサのチャネル数は、８～１６であり、前記圧力センサと振動センサは、それぞれ
   海底位置のスカラ―量情報とベクトル量情報を測定し、
   前記デジタルパック（３）は、ベース（３１３）とベース（３１３）の上方にある中空
   の球状ハウジング（３０１）とを備え、ハウジング上（３０１）には、圧力センサ（３０
   ２）、温度センサ（３０４）及びＧＰＳ（３０３）が配置され、その中、ＧＰＳ（３０３
   ）は装置全体の時報サービスに使用され、圧力センサ（３０２）と温度センサ（３０４）
   は、デジタルパック（３）が位置する深さや温度パラメータをフルタイムに連続記録し、
   ハウジング（３０１）の内腔の下部には、大容量リチウム電池を内蔵する電池室（３１
   ２）が配置され、上部には４層のデジタルプレートが配置され、その中、１層のデジタル
   プレートは、マスター制御プレート（３０５）、ＧＰＳ・チルト角データ収集プレート（
   ３０６）、温度・圧力データ収集プレート（３０７）、データバッファメモリプレートＡ
   （３０８）及びデータバッファメモリプレートＢ（３０９）を備え、他の３層のデジタル
   プレートは、それぞれｘ、ｙ及びｚ方向のケーブルのデータを収集し、各層は、いずれも
   地震データ収集プレート（３１０）及び当該方向のケーブルのチャンネル数と等しい数の
   アナログ－デジタル変換プレート（３１１）を備え、
   前記ＧＰＳ・チルト角データ収集プレート（３０６）は、ＧＰＳ（３０３）に接続され
   、ＧＰＳ（３０３）内のデータを収集し、収集されたデータをデータバッファメモリプレ
   ートＡ（３０８）に伝送して保存し、
   温度・圧力データ収集プレート（３０７）は、温度センサ（３０４）と圧力センサ（３
   ０２）内のデータを収集し、データをデータバッファメモリプレートＡ（３０８）に出力
   して保存し、
   データバッファメモリプレートＢ（３０９）は、海底ケーブル（１）及び垂直ケーブル
   （２）によって収集されたデータを保存する、
   ことを特徴とする浅水条件下でのプラズマ震源ウェーブレット高精度測定装置。
2. 前記海底ケーブル（１）は、外部保護スリーブ、圧力センサ、振動センサ及びワイヤを
   さらに備え、前記圧力センサと振動センサは、いずれも外部保護スリーブ内に位置され、
   外部保護スリーブ内に位置されている複数セットのワイヤを介してデジタルパック（３）
   に接続され、外部保護スリーブの内側と圧力センサ及び振動センサとの間には、ポリウレ
   タン固体材料が充填されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の浅水条件下でのプラズマ震源ウェーブレット高精度測
   定装置。
3. 前記垂直ケーブル（２）は、外部保護スリーブ、圧力センス及びワイヤを備え、前記圧
   力センサは、外部保護スリーブ内に位置され、外部保護スリーブ内に位置されている複数
   セットのワイヤを介してデジタルパック（３）に接続され、外部保護スリーブの内側と圧
   力センサとの間には、ポリウレタン固体材料が充填されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の浅水条件下でのプラズマ震源ウェーブレット高精度測
   定装置。
4. デジタルパック（３）に接続されている前記垂直ケーブル（２）或いは海底ケーブル（
   １）の一端には、接続端子が配置され、接続端子には、高強度のチタン合金金属から製作
   されている保護スリーブが配置され、前記保護スリーブの直径は、垂直ケーブル（２）の
   末端からデジタルパック（３）への方向に沿って段階的に増加され、前記デジタルパック
   の頂部には、１９ピンの水密コネクタが配置され、当該１９ピンの水密コネクタを介して
   垂直ケーブル（２）の接続端子に接続され、前記海底ケーブル（１）は、それぞれデジタ
   ルパック（３）の側面に位置されている１９ピンの水密コネクタを介してデジタルパック
   （３）に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の浅水条件下でのプラズマ震源ウェーブレット高精度測
   定装置。
5. 圧力センサが音圧センサであることを特徴とする請求項１～４のいずれかの一つに記載の浅水条件下でのプラズマ震源ウェーブレット高精度測定装置。

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