光纤地震感测线缆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于陆地地震或者海底地质构造测绘的光纤线缆。
【背景技术】
[0002]用于地下地质构造的地震测绘的先进技术使用遍布被测量区域的部署成大型x_y阵列的多个地震传感器箱。该传感器箱通常是运动传感器，例如加速度传感器。在现有技术的方法和系统中，该传感器箱通过将检测到的运动转换成光学信号来记录地震活动。来自地震传感器箱的光学信号被传输到基站，来自传感器箱阵列的数据在该基站被收集和处理。每个地震传感器箱通过其专用的光纤与基站通信。
[0003]在通常的地震传感器箱阵列中，长度为数米的主光纤地震感测线缆跨正被测绘的陆地或者海底区域的一部分部署。许多线缆(通常以平行阵列布置)可用来覆盖被测绘的区域。对于海底测绘，该多线缆阵列可以通过海轮跨海底牵引。
[0004]地震感测光纤线缆的相对独有的特性是它们在线缆的服役年限期间会被多次部署和重新部署。这与被安装在一个位置并且在线缆的服役年限保持静止的大部分光纤线缆相反。因此本说明书指地震感测线缆的部署而不是安装。
[0005]在通常的地震感测线缆中，许多地震传感器箱通过单独的光纤与数据采集单元连接。在沿着地震感测线缆的合适的间隔，地震传感器箱与光纤线缆中的光纤的一个拼接。安装有传感器箱的光纤线缆，通常缠绕在线缆卷筒上，并且通过跨正在被测绘的区域展开光纤线缆而部署。在测绘完一个区域之后，光纤线缆在卷筒上被重绕并且在另一位置重复该部署过程。因此通常的光纤线缆在线缆的服役年限期间被多次缠绕和重绕。应当理解的是，对于这一应用，地震感测线缆的特殊特征是最重要的。这些特征包括尺寸、重量和柔韧性。
[0006]地震感测线缆和地震感测线缆部署的改进代表了地震技术的重要进步。
【发明内容】
[0007]我们已经开发了一种改进的光纤线缆，其特别适合于在地震感测中使用。与标准的地震光纤线缆相比，这一改进的线缆减小了尺寸、更轻并且更加柔韧。这些特征使地震感测线缆对于可重复使用的应用更耐用。由于线缆中的光纤设计的修改，地震感测线缆的尺寸和重量被显著地减少。其允许地震感测线缆的长度以及地震传感器箱在给定尺寸的卷筒上更高效地卷绕，并且使地震感测线缆的部署更快速、更方便并且更加廉价。用于达到这些目的的优选的线缆设计包括特殊设计的，被封装在丙烯酸酯树脂的双层光纤缓冲封装件内的多个光纤。该缓冲封装件包括柔性的丙烯酸酯内层，其保护光纤并且将向光纤的应力传送最小化，以及提供抗压碎性的硬的、坚固的丙烯酸酯外层。一个或多个双层光纤缓冲封装件可以用加强层覆盖并且封装在外部保护性护套中。
【附图说明】
[0008]图1是光纤地震感测线缆的表示，示出了附连到光纤网络的地震传感器箱；
[0009]图2是特别适合于地震光纤线缆的光纤的示意性表示；
[0010]图3是光纤地震感测线缆的子单元的示意图，示出了双层光纤缓冲封装件；并且
[0011]图4是本发明的大光纤数的地震感测线缆的示意图，其中多个双层光纤缓冲封装件被捆绑在一起。
【具体实施方式】
[0012]图1以概括的方式示出了本发明的用于减小了尺寸的光纤线缆的优选应用。图1示出了光纤地震感测线缆11、12、13和14的阵列，每根光纤线缆携带多个地震传感器箱17。附图不是按比例的。用于感测地震数据的传感器箱通常是加速度计或者其他形式的运动传感器。传感器箱沿着光纤线缆的间隔通常是2至30米，更通常是5至15米。该光纤感测线缆可以附连到牵引线(用16表示)并且牵引线附连到牵引车(在图1中用18表示)。来自多个地震传感器的光学数据被传输到通常位于牵引车上的数据存储装置。附图标记19示意地表示出光学连接。
[0013]该数据存储装置通常是计算机，其检测光学信号并且储存代表该光学数据的数据。数据被数据处理器处理以产生期望的地震图。数据存储装置可以包括光学接收器或者光学收发机。
[0014]在光纤地震感测线缆中使用的光纤是为这一应用特别设计的光纤。其在这里指地震线缆光纤(SCOF)。其在图2中被示意地示出，其中21代表玻璃光纤的纤芯，并且22代表包层。光纤涂覆层被显示为23。纤芯21是单模光纤纤芯，其直径通常在4-10微米的范围内。纤芯优选是掺锗二氧化硅(silica)，并且优选地具有折射率差(delta)以减少曲折损耗。包层22具有75至85微米的直径。小的包层直径有利于本发明的目的。涂覆层可以是单层涂覆层，或者双层涂覆层，但直径为170微米或者更少，优选为155-170微米。
[0015]参照图3，12根光纤的光纤缓冲封装件的实施例被显示为具有12根光纤31，该12根光纤31被封装并且嵌入在软的丙烯酸酯基体32内。同样，图中的元件不是按比例绘制。围绕并且封装软的丙烯酸酯基体的是相对硬的丙烯酸酯封装层33。光纤、丙烯酸酯基体以及丙烯酸酯封装层一起组成了圆形的双层光纤缓冲封装件。该光纤缓冲封装件是光纤地震感测线缆的子单元。在该实施例中，光纤缓冲封装件包括12根光纤，但其可以包括2-24根光纤。具有4至12根光纤的光纤缓冲封装件在商业实践中预计是最通用的。
[0016]具有软的内层和硬的外层的光纤缓冲封装件的双层丙烯酸酯结构具有最小化传递至光纤的弯曲和挤压力的功能，从而最小化信号衰减。可选择地，光纤缓冲封装件可具有椭圆截面。
[0017]术语基体意在表示具有基体材料截面的主体，其他主体(光纤)被嵌入在其中。封装件意在表示既围绕又接触另一主体或者层的层。
[0018]软的丙烯酸酯基体和硬的丙烯酸酯封装件优选是可紫外线固化的丙烯酸酯。其他聚合物可以作为替代物。可紫外线固化的树脂可以包括阻燃剂以提高线缆的总体耐火性。
[0019]在双层丙烯酸酯缓冲封装件中使用可紫外线固化的丙烯酸酯的优点是用于施加可紫外线固化的涂覆层的成缆操作快速并且经济合算。以下描述以高成缆速度生产双层丙烯酸酯缓冲封装件。所使用的方法是将涂覆层材料应用为预聚合物，并且使用紫外线固化该预聚合物。双层丙烯酸酯涂覆层被顺次或者同时施加(使用双隔室双模具敷料器)。在顺次进行的方法中，第一涂覆层被涂敷，并且被固化，并且第二涂覆层被涂敷在固化的第一层之上，并且被固化。在同时进行的双涂覆层布置中，两个涂覆层在预聚合物状态被涂敷并且同时被固化。该可紫外线固化的聚丙烯酸酯预聚合物对于紫外线固化辐射(即波长通常在200-400纳米的范围内)是足够透明的，以允许以高的牵引速度充分固化。其他透明涂覆层材料，诸如烷基取代硅酮和倍半硅氧烷、脂肪族聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和乙稀醚，同样可以被用作紫外线固化的涂覆层。参见例如s.A.Shama, E.S.Poklacki,J.M.Zimmerman 的美国专利 N0.4, 956, 198(1990)的“Ultrav1let-curable cat1nicvinyl ether polyurethane coating composit1ns，，；S.C.Lapin, A.C.Levy 的美国专利N0.5,139, 872(1992)的“Vinyl ether based optical fiber coatings” ；P.J.Shustack白勺美国专利 N0.5, 352, 712(1994)的“Ultrav1let radiat1n-curable coatings foroptical fibers”。使用可紫外线固化的材料的涂覆层技术已经得到了良好发展。也可以使用采用可见光(即在400-600纳米范围内的光)来固化涂覆层。优选的涂覆层材料是增添有紫外线光敏引发剂的丙烯酸酯或者氨基甲酸乙酯-丙烯酸酯。
[0020]适用于用在本发明线缆的光纤缓冲封装件中的涂覆层材料的例子是:
[0021]内层外层
[0022]例I DSM Desotech DU-1002DSM Desotech 850-975
[0023]例2 DSM Desotech DU-0001DSM Desotech 850-975
[0024]例3 DSM Desotech DU-1003DSM Desotech 850-975
[0025]内层和外层材料可以以多种方式表征。从以上的一般说明，很明显的是内层的模量应该小于外层的模量。使用ASTM D882标准测量方法，推荐的内层的拉伸模量在0.1至50MPa的范围内，优选为0.5至lOMPa。用于外层的合适范围是10MPa至2000MPa，优选为200MPa 至 lOOOMPa。
[0026]层材料也可以使用玻璃化转变温度来表征。推荐的是内层的Tg小于20摄氏度，并且外层的Tg大于40摄氏度。为了这里说明的目的，玻璃化转变温度(Tg)是损耗正切值曲线(tan delta curve)的峰值点。
[0027]用于芳族聚酰胺层的合适的芳族聚酰胺纱可以从Teijin Twaron BV获得，被标识为1610 dTex型2200 Twaron纱。该纱可以是直线的或者具有扭曲。
[0028]SCOF线缆的尺寸不是传统的。如上所述的12根光纤的缓冲封装件的通常直径是0.9毫米。在大多数的实施例中，2至12根光纤的缓冲封装件的直径将会小于I毫米。加强纱层以及外护层通常会将线缆直径增加1.5至2.5_。例如，外护层可以为0.5至2毫米。整个线缆直径优选为小于6毫米。