专利名称：天然气水合物勘探用海底地震仪的制作方法
技术领域：
本发明天然气水合物勘探用海底地震仪涉及海洋地震观测技术领域。
背景技术：
2000年开始，在863高技术计划支持下，中国科学院地质与地球物理 研究所自主研制了高频海底数字地震仪并在南海成功试验，记录到大容量 气枪震源信号，反演出深达莫霍面的研究区地壳结构，成为863 "深水油 气勘探技术"项目中的一个亮点。随着油气勘探向深水和海洋残留盆地 发展的进程以及对天然气水合物的勘探研究需求，对海底数字地震仪性能 指标的要求也越来越高，比如要适应大于3000m的水深、提高分辨率和连 续工作时间等。
发明内容
本发明的目的是公开一种天然气水合物勘探用海底地震仪，是在已有 高频海底地震仪的基础上，通过对国外产品技术的消化吸收改进而成，其 提高了性能指标，可以满足海洋科学研究与海洋油气探测的需要。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是
一种天然气水合物勘探用海底地震仪，包括塑料仪器舱、玻璃仪器 舱球、脱钩机构、沉耦架；玻璃仪器舱球固装于塑料仪器舱内，脱钩机构 位于塑料仪器舱顶端，沉耦架位于塑料仪器舱底端；在脱钩机构与沉耦架 之间以拉紧钢丝固接，将塑料仪器舱固定于沉耦架中；其玻璃仪器舱球内 设有常平装置，常平装置包括直流电机、配重铜板、调节重心用螺纹孔、 检波器座、铝制卡环；配重铜板、检波器座皆为中心有通孔的圆板，尺寸 相同； 一金属导线管，其外径与中心通孔的内径相适配，并顺序穿过配重 铜板、检波器座的中心通孔与配重铜板、检波器座正交固接，配重铜板、 检波器座相互之间有一间隙；三分量高频检波器包括一垂直向检波器、两水平向检波器，检波器座上表面设有垂直向检波器，检波器座侧面有两个 凹槽分别装有两个正交的水平向检波器，铝制卡环套在检波器座外面通过 螺钉固接，铝制卡环与检波器座水平设置，相互有一间隙；
铝制卡环下表面呈弧面，与玻璃仪器舱球内壁相适配；
电池组分左右相对固设于o型圈的上表面，在电池组顶端电池盒盖上
水平设有电子电路板，电子电路板上方水平设有天线支架，支架上表面固
装有GPS天线，电子电路板下方水平设有一电机架，电机架上有直流电机、
钢丝缠绕轮，钢丝缠绕轮位于电机架中心，直流电机的输出轴与钢丝的一 端固接，钢丝的另一端绕过钢丝缠绕轮垂向下方，并穿过导线管中心通道， 与配重铜板内壁固接，将配重铜板、检波器座和三分量高频检波器悬挂。
所述的天然气水合物勘探用海底地震仪，其所述配重铜板厚度》8mm， 其.i.:均匀分布有螺纹孔，以用螺钉调节三分量高频检波器的重心。
所述的天然气水合物勘探用海底地震仪，其所述常平装置，其工作过
程为开启直流电机，经缠绕钢丝提起配重铜板、检波器座和三分量高频
检波器，使检波器座离开玻璃舱球底部，此时三分量高频检波器与配重铜
板、检波器座可自由旋转，旋转角度《30度，根据配重铜板、检波器座和 三分量高频检波器组合体的自重调整平衡，调整完，再利用直流电机释放 钢丝把检波器座放回玻璃舱球底部。
所述的天然气水合物勘探用海底地震仪，其所述三分量高频检波器还 包括姿态传感器，姿态传感器采用固态merns器件，固接在配重铜板上， 分别与直流电机控制电路、三分量高频检波器电连接，能读出三分量高频 检波器任意时刻的姿态，当检波器的倾斜角度超过工作允许范围时，控制 电路指令直流电机在整点时刻对检波器进行调整。
所述的天然气水合物勘探用海底地震仪，其电子电路、采集器系统、 水声通讯模块固定在电池盒盖的上方，使玻璃舱球内部的电池组，检波器 组合体成为一个整体，在玻璃仪器舱球外进行组装、调试，然后将测试完 成的仪器放进玻璃舱球内，通过玻璃舱球挤压0型圈来固定内部装置；
三分量高频检波器、水声压力传感器，这两种不同工作频带的仪器由 数字采集器，对仪器记录的数据进行采集，使仪器能够记录人工震源信号。
5所述的天然气水合物勘探用海底地震仪，其所述三分量高频检波器频
率为10-250Hz。
所述的天然气水合物勘探用海底地震仪，其海底流动地震观测方式 海底地震仪接收人工震源信号进行主动观测，做二维观测，用高频率 的检波器，获得的数据能够反演海底较为精细的地质结构，观测的地质结 构深度浅。
本发明的天然气水合物勘探用海底地震仪，内部结构一体化，在制造 时间和工作量上有了大幅度的缩减，操作简单、方便，且减少了附加振颤。 并且采用无线蓝牙技术进行现场检测，能够在海上连续多次进行地震观测 作业，打破了国外对高频海底地震仪的垄断。
图1为本发明的天然气水合物勘探用海底地震仪检波器组合体的结 构图和拆分图2为本发明的天然气水合物勘探用海底地震仪脱钩机构示意图； 图3为本发明的天然气水合物勘探用海底地震仪脱钩机构的熔断钢 丝绕线示意图4为本发明的天然气水合物勘探用海底地震仪外观立体结构图； 图5为本发明的天然气水合物勘探用海底地震仪总结构示意图。
具体实施例方式
请参阅图1 图5所示，为本发明的天然气水合物勘探用海底地震仪 结构示意图。其中，配重铜板l、调节重心用螺纹孔2、检波器座3、铝制 卡环4、导线管5、垂直向检波器6、水平向检波器7、正极8、锁紧螺母 9、压丝垫片10、不锈钢镙柱11、镙杆支撑板12、脱钩滑块13、绕丝钉 14、不锈钢吊钩15、绕丝固定板16、负极17、负极保护套18、熔断钢丝 19、熔断钢丝熔断点(两处)20、脱钩机构21、塑料仪器舱22、拉紧钢 丝23、沉耦架24、钢丝缠绕轮25、锁紧镙栓26、水声压力传感器27、真 空气嘴28、 GPS天线29、电子电路板30、电池组31、直径2mm的钢丝32、检波器组合体33、 0型圈34、玻璃仪器舱球35。
本发明的天然气水合物勘探用海底地震仪由塑料仪器舱22、脱钩机构 21、沉耦架24三部分组成。
一、塑料仪器舱
塑料仪器舱22是海底地震仪可回收部分，它是内部玻璃仪器舱球的
保护罩，玻璃仪器舱球内部采用单球一体化结构，主要包括
(1) 水声通讯模块(请参阅"七通道多功能海底地震仪"申请号为
200810117385.4)
水声通讯模块是电子电路板上面负责水声通讯的部分，采用8位元FSK 数字编码。FSK编码的解调电路包括了振幅检测、相位检测、压控振荡器、 比较输出器等几个部分。其基本原理是根据输入信号和本振信号的相位 差，控制压控振荡器在一个相对较窄带宽内( 400Hz)调节本振频率， 如果输入信号频率和本振频率一致，相位差为零，本振频率锁定，则编码 解调电路输出为低电平，反之为高电平。两个编码解调电路本振频率分别 为10KHz和12, 5KHz，用以检测信号中是否含有对应的频率信号。
水声传输的交混回响问题，采用首波提取的方式加以解决。原理是甲 板机每100毫秒发送一个编码频率，持续时间约10毫秒。在接收端水声 通讯模块在接收到的第一个编码频率信号后10毫秒内关闭信号通道。以 后每隔100毫秒打开信号通道进行信号解调，持续时间为IO毫秒，然后 再关闭信号通道，直至该码字节结束。
为了防止放大器饱和，设计了带通频率10-12. 5KHz的单T网络选频 放大器，使信号频带之外的信号能被有效的压制。
水声发射与换能器的匹配设计，主要是从阻抗匹配和调谐匹配两个环 节考虑，并采取措施对推挽功放管进行保护。
(2) 常平装置
包括直流电机、配重铜板1、调节重心用螺纹孔2、检波器座3、铝 制卡环4等。配重铜板l、检波器座3皆为中心有通孔的圆板，尺寸相同。一金属导线管5，其外径与中心通孔的内径相适配，并顺序穿过配重铜板 1、检波器座3的中心通孔与配重铜板1、检波器座3正交固接，配重铜板
1、检波器座3相互之间有一间隙。检波器座3上表面设有垂直向检波器6， 检波器座3下表面有一凸台，凸台侧面径向设有两个正交的水平向检波器 7，凸台侧面与铝制卡环4固接，铝制卡环4与检波器座3水平设置，相 互有一间隙。铝制卡环4下表面呈弧面，与玻璃仪器舱球35内壁相适配。 电池组31分左右相对固设于0型圈34的上表面，在两电池组31顶 端电池盒盖上水平设有电子电路板30，电子电路板30上方水平设有天线 支架，支架上表面固装有GPS天线29,电子电路板30下方水平设有一电机 架，电机架上有直流电机、钢丝缠绕轮25，钢丝缠绕轮25位于电机架中 心，直流电机的输出轴与直径2mm钢丝32的一端固接，钢丝32的另-端 绕过钢丝缠绕轮25垂向下方，并穿过导线管5中心通道，与配重铜板1 内壁固接，将三分量高频检波器33。
设计了利用直流电机缠绕钢丝将三分量高频检波器33 (检波器组合 体)提起，并通过检波器组合体33的自重调整平衡的原理进行姿态调整 的改进方案，通过改进常平装置的结构原理，使得内部检波器组合体33 的常平动作的保持不需要灌注硅油，不需要呈密封结构，且体积重量均能 大大地降低，更为重要的改善是，姿控调整的范围能有较大的提高，扩展 为30度左右。将使海底地震仪在更为复杂的海底地形下正常的工作。最 大工作倾斜角度达到了国外同类宽带海底地震仪的水平。
三分量高频检波器还包括姿态传感器，姿态传感器采用固态mems器 件，粘接在配重铜板l上，分别与直流电机控制电路、三分量高频检波器 电连接，能读出三分量高频检波器任意时刻的姿态，当检波器的倾斜角度 超过工作允许范围时，控制电路指令直流电机在整点时刻对检波器进行调 整。
其工作方式如下检波器组合体33通过单股直径为2mm的钢丝悬挂， 厚度为8mm的配重铜板1与检波器座3通过四组螺钉连接，依靠铜板均匀 分布的螺纹孔拧上螺钉调节检波器的重心，通过电池盒盖上的电机架固接 的直流电机缠绕钢丝32提起检波器组合体33离开玻璃仪器舱球35底部，
8根据检波器组合体33的自重调整平衡，调整完再利用直流电机释放钢丝
32把检波器组合体33放回玻璃仪器舱球35底部。玻璃仪器舱球35至检 波器组合体33为刚性连接，由此保证地动信号的低失真传递。当海底地 震仪在海底着地后，姿态传感器感知到海底姿态调平时，可以读出地震计 任意时刻的姿态，当地震计的倾斜角度超过工作允许范围时，直流电机会 在整点时刻对地震计进行调整。
玻璃舱球35内电池盒将电池组31、电子电路30和高频检波器33 联结成了一个整体，形成了内部结构的一体化。仪器组装、调试工作都可 以在耐压玻璃舱球35外完成。玻璃舱球35可看成仅是个机壳，将测试好 的海底地震仪放入玻璃舱球35中，由0型圈34压缩固定，完成组装。这 种结构也降低了仪器的附加振颤。
(3)电子电路板上面的采集系统
a) 前放电路采用厂家推荐的放大电路形式，在信号输入端加配一阶无 源ZC低通抗混叠滤波器，采用极低噪音精密双运算放大器构成仪器放大 电路，增益为30dB，放大电路噪音折合到输入端为0.4uV (峰一峰值)。 具有很高的抗干扰能力。
b) 仪器采用温补晶振构成的振荡电路作为内部时钟，在0°C至4°C温度 范围内其精度优于5x10-8 。影响石英晶体振荡频率精度的主要是温度因 素，而海底的温度相对恒定，在2000米深的海底，温度的年变化仅在O. 5 度，所以时钟精度能有效地保证。为减小线路板的噪音，系统所需的所有 不同频率的时钟(主要是模数转换时钟和单片机时钟)采用对同一时钟分 频获得。
c) 数据存储采用数码相机和播放机上广泛采用的SD (Secure Digital)卡，具有统一接口，容量可从16G扩展到32G或更高。
d) 在电路设计中坚持微功耗设计原则；为了系统功耗微功耗的目的，数 据采集器的硬件电路设计遵从了以下的原则(l)采用CMOS型器件，(2) 采用1.8V、 3V和5V单电源低电压供电；(3)数字电路尽量采用较低频率 的工作时钟；(4)尽量降低系统的无功功耗,整体功耗〈0.3W。
e) 采集器的A/D转换采用4阶S - A型ADS1251增量调制器，AD时钟由单片机LPC2103分频输出，数字滤波的功能采用软件编程完成。AD每完 成一次转换，触发单片机产生一次中断，单片机的中断程序将AD数据读 入内存。这种方式不仅可以在降低功耗和縮小体积的基础上得到足够的动 态范围(〉120dB)，还能根据实际的不同需要，动态调整其频率-相位特性。 控制模块采用ARM7内核高性能单片机(NXP公司LPC2103)。工作电压 3. 3/1.8V， 60M主频，在完成A/D转换数字滤波的同时控制存储、通讯等 其它模块工作。单片机工作在空闲模式(idle mode)，中断驱动模式。
f)控制器连接了 7通道完全相同的AD模块(第1-3通道连接宽带地 震计，第4-6通道连接高频检波器、第7通道连接水听计通道)，通过多 路开关(MAX4052)进行切换，利用单片机的GPIO脚作为地址线选通读入 1-7通道的AD数据。
(5) 地震仪电源
海底地震仪电池采用IOAH锂电池，每套仪器安装10枚。每个锂电池 单独带保护器，的电池按环状固定在玻璃舱球的下部，地震仪通过单片机 对每个电池的充放电状态和电压进行检测，并能通过交互界面显示。充电 通过舱球上的插座进行，用户可以了解每个电池的充电电量、充电时间等 信息。通过专用的充电器用户可以在数十小时内完成对海底地震仪的充电 工作。每次充电操作用户都能掌握充电前后电池电压状态，充电电量等信 息，能及时发现电池失效或性能降低的情况。从而对失效电池及时进行更 换，或根据电池性能降低的情况縮短仪器在海底工作的时间。 内置的电源管理模块能实时地监督电池的电能储量，当能量低于某一预定 值，地震仪会关闭除了水声通信之外的所有耗电设备，使地震仪在海底滞 留一年以上的时间仍能正常回收。
(6) 数据提取方式
为了保证海上的多次作业顺利进行，数据提取模块必须操作方便并且 需要较快的传输速度。0BS中内嵌了 DSB接口模块与PC机进行高速数据交 换，能在不打开舱球的前提下，以较高的速度(2M字节/秒)实现0BS的数据 提取。(7) 无线数传模块
无线数传模块采用0EM产品。其发射功率为1 5W，有效距离约5-10Km 左右。定位精度可达数十米以内。考虑到无线数传模块内置于玻璃舱球内 空间的限制采用50欧450MHz鞭装胶套天线与发射机配套，接收系统几乎 不受空间的限制所以采用50欧12dB高增益天线与接收机配套。无线数传 模块调制方式采用FSK (频移键控)方式，抗干扰能力强。为进一步提高 抗设备干扰能力，通讯速度采用较低的1200bps。通讯协议为RS232格式 1位起始位，8位数据位，偶校验，l位停止位。
传输距离对发射机的天线高度非常敏感。由于发射机天线内置于球 内，安装高度受到极大限制。为此采取以下措施(a)减轻回收重量(b) 天线贴近球壁安装(c)通过配重使回收时天线位于球的顶部。
采用交织编码技术能够有效减少突发性干扰引起的误码，其原理为将 待发数码按列排成矩阵，再按行的顺序发送，如信道中因突发性干扰发生 连续误码，解交织的误码被分散到不同码字能被BCH有效纠错。
采用同步机制减少前导同步码，有效的减少发射的时间，提高发射效 率；避免电池连续大电流放电引起"极化现象"。具体地说，每次发送和 接收的起始时间都由GPS输出PPS的沿确定。
(8) 电子电路板上面的频闪灯
频闪灯安装在电子电路板上，当仪器上浮时，频闪灯在黑夜里能有效 的指示仪器所在方位方便回收。
频闪灯被置于高压舱球的上部利用水压开关进行控制，当仪器上浮， 水压减小，频闪灯工作，光源采用发光效率高，穿透性较好的高亮度发光 二极管。可以连续工作12小时以上。
二、脱钩机构(请参阅"七通道多功能海底地震仪"申请号为 200810117385.4):
脱钩机构21为双层结构，包括不锈钢镙柱11、镙杆支撑板12、绕丝 固定板16，其中，片状环绕丝固定板16和片状环镙杆支撑板12平行设置，以多数个不锈钢镙柱11将两者固接，其中两个位于直径上的镙柱11上端 伸出固定板16的上表面相互连接，构成吊钩15;镙杆支撑板12内孔直径 与塑料仪器舱22顶部外圆直径相适配。
片状环绕丝固定板16上表面设有正极13、脱钩滑块13、绕丝钉14、 负极17，正极8、负极17位于固定板16内孔直径方向的相对两侧，正极 8上套接压丝垫片10后螺接锁紧螺母9，负极17上套接负极保护套18; 在与正极8、负极17构成的直径方向相垂直的直径方向上两端，于固定板 16周缘上设有向圆心的凹槽，两凹槽内各设有一脱钩滑块13， L状脱钩滑 块13与凹槽相适配，其向上突起的固定壁中间有一固接口，固接口供拉 紧钢丝23缠绕连接，其底座上设有多个绕丝钉14和一禁锢镙栓；在固定 板16上表面还设有多个绕丝钉14，绕丝钉14均匀分布，分布的位置与正 极8、负极17的位置构成圆环形。
一熔断钢丝19经正极8和顺序经所有的绕丝钉14绕成环，并以锁紧 螺母9和绕丝钉14固紧定位，将脱钩滑块13固于固定板16上，熔断钢 丝19与两负极17触接；两负极17即是两熔断点20。
将塑料仪器舱22置于沉耦架24中，脱钩机构21置于塑料仪器舱22 顶端，镙杆支撑板12内孔与塑料仪器舱22顶端相接，以多根拉紧钢丝23 缠绕于脱钩滑块13的固接口 132后，用多个锁紧螺栓26拉紧多根拉紧钢 丝23，以固定塑料仪器舱22。
在固定塑料仪器舱22后，卸掉脱钩滑块13上的禁锢镙栓212，再利 用锁紧螺栓26来拉紧钢丝23调整仪器舱22的紧固程度；在仪器回收时 利用海水特性，在两熔断点20处进行电腐蚀烙断钢丝19，脱钩滑块13 被拉紧钢丝23拉脱开，仪器舱22即利用海水浮力上浮，以便回收。
(1) 绕丝固定板16采用具有高机械强度、高刚性、.韧性强的工程塑 料尼龙加工而成，在水中不易变形，不易被腐蚀。
(2) 绕丝钉14是脱钩机构中较为关键的部分，所以我们采用316L 特殊不锈钢制成，这种材料对于海水及各种腐蚀介质的抗腐蚀性能均优于 普通不锈钢。
(3) 熔断钢丝19是整个脱钩机构的核心部件，我们选用的316耐腐 蚀钢丝，由7束49股细钢丝经过特殊工艺加工而成，易曲而柔软。在弯曲时不象单股钢丝那样显得太硬，拉紧时会紧贴绕丝钉。
脱钩机构21作为仪器回收过程的重要组成部件，机构的组装、调试 工作都可在室内进行试验通过，才可安装使用。测试好的脱钩机构通过8
组不锈钢镙钉固定在仪器舱22的上部，能够很方便地完成组装。机构中 的零件加工工艺和选材均可以保证长时间工作在海水里，同时能够实现在 接到指令后，钢丝在5分钟内即被熔断。直到仪器回收整个过程不超过10 分钟。
三、沉耦架(请参阅"七通道多功能海底地震仪"申请号为 200810117385. 4):
沉耦架24，采用表面附着防锈漆的钢铁材料制成，在井字形上表面 中部固设一固定圆盘，固定圆盘中心部有一圆环状突起，该圆环状突起的 直径与塑料仪器舱22底部外圆相适配，固定圆盘周缘处均匀分布着固接 的多数个向上正交的支撑杆，支撑杆上端固接有顶环，顶环上均匀分布有 锁紧螺栓26，顶环的内孔直径大于塑料仪器舱22的球直径；
锁紧螺栓26与拉紧钢丝23下端可拆卸的固接，通过耐腐蚀拉紧钢丝 23与脱钩机构21紧密相连，其重量和体积适合于在下沉过程中控制下沉 速度和下沉姿态，以及当仪器沉入海底时能够保持正确姿态并进入工作状 态，并为地震仪在海底工作提供稳定可靠的基座，提高仪器记录数据的真 实性。仪器上浮后，沉耦架丢弃在海水中。
通过耐腐蚀拉紧钢丝23把仪器紧固在沉耦架24上，用锁紧螺栓26 将带塑料保护皮的耐腐蚀拉紧钢丝23拉紧，由8股紧固，分两组，每组 4股拉紧一脱钩机构21的脱钩滑块13，降低了单股钢丝的受力程度，可 以使仪器很稳定的固定在基座上。
沉耦架24属于不回收部分，考虑到它的工作性质，我们选择标准角 铁作为主要的加工原料，不但满足了其作为工作基座的刚性和硬度，且大 大降低了加工成本。使用动态过程
选择好投放地点和方位，把海底地震仪投放到海底，仪器着地后，立 即用声纳系统进行准确定位。内部由姿态传感器7感知到海底姿态不平时，
由位于电池盒盖上面的直流电机上拉检波器，使之脱离开玻璃舱球35，根 据自重作用调至水平并重新放回玻璃舱球35底部，此后内部地震计和数 字采集器同时进入工作状态，连续记录海底干扰和地震信号，并存储在内 部存储器中。
当需要回收仪器时，在该仪器所在的位置附近海域通过声纳系统发出 回收信号，仪器接到信号后，开始熔断钢丝，约5分钟仪器舱与沉耦架24 脱离，自动上浮至水面，浮出海面后通过GPS天线29发送其所在的位置 信息，根据该信息或目测方式确定仪器方位，进行打捞上船。然后提取所 记录的数据供分析和研究。
U)内部一体化
仪器内部采用电池组31、电子电路30、三分量高频检波器33--体化的结构设计，将电池组通过O型圈34放置在玻璃舱球上，电路板安 装在电池盒盖的上面，使之成为一个整体，可以在玻璃仪器舱球外进行组 装、调试，然后将测试完成的海底地震仪放进玻璃舱球内，通过玻璃舱球 挤压0型圈来固定内部装置。比起以往的海底地震仪需要在球内组装和调 试，内部结构一体化的设计在时间和工作量上有了大幅度的縮减，操作简 单、方便且减少了附加振颤。
以往的海底地震仪(比如我们前期研制的三分量高频海底地震仪)通 常将电池、地震计、记录器、水声模块等部件都是零散的通过环氧树脂粘 接的方式固定在上下两半舱球，极易造成耐压玻璃舱球的损坏，同时电路 布线复杂，难以组装和调试，容易产生附加振颤噪声影响仪器对地动信号 的记录。
该项一体化结构是我们创新性发明，这使海底地震仪实现批量生产的 复杂程度大大降低，同时该项工艺也可运用到采用此类舱球的其它设备 中。(2)脱钩装置(请参阅"七通道多功能海底地震仪"申请号为
200810117385.4):
脱钩机构21采用顶部脱钩滑块13钢缆系固连接，利用锁紧螺栓26 拉紧钢丝调整仪器舱的紧固程度，整个过程便于安装操作；仪器回收时，
水声压力传感器接收到水面发出的释放指令，海底地震仪的脱钩机构上的 正极开始加电利用海水特性进行电腐蚀熔断钢丝19，脱钩滑块13被拉紧 钢丝23拉脱开，仪器舱22利用海水浮力上浮。海底地震仪的回收过程时
间短且可靠性强。
权利要求
1、一种天然气水合物勘探用海底地震仪，包括塑料仪器舱、玻璃仪器舱球、脱钩机构、沉耦架；玻璃仪器舱球固装于塑料仪器舱内，脱钩机构位于塑料仪器舱顶端，沉耦架位于塑料仪器舱底端；在脱钩机构与沉耦架之间以拉紧钢丝固接，将塑料仪器舱固定于沉耦架中；其特征在于玻璃仪器舱球内设有常平装置，常平装置包括直流电机、配重铜板、调节重心用螺纹孔、检波器座、铝制卡环；配重铜板、检波器座皆为中心有通孔的圆板，尺寸相同；一金属导线管，其外径与中心通孔的内径相适配，并顺序穿过配重铜板、检波器座的中心通孔与配重铜板、检波器座正交固接，配重铜板、检波器座相互之间有一间隙；三分量高频检波器包括一垂直向检波器、两水平向检波器，检波器座上表面设有垂直向检波器，检波器座侧面有两个凹槽分别装有两个正交的水平向检波器，铝制卡环套在检波器座外面通过螺钉固接，铝制卡环与检波器座水平设置，相互有一间隙；铝制卡环下表面呈弧面，与玻璃仪器舱球内壁相适配；电池组分左右相对固设于O型圈的上表面，在两电池组顶端电池盒盖上水平设有电子电路板，电子电路板上方水平设有天线支架，支架上表面固装有GPS天线，电子电路板下方水平设有一电机架，电机架上有直流电机、钢丝缠绕轮，钢丝缠绕轮位于电机架中心，直流电机的输出轴与钢丝的一端固接，钢丝的另一端绕过钢丝缠绕轮垂向下方，并穿过导线管中心通道，与配重铜板内壁固接，将配重铜板、检波器座和三分量高频检波器悬挂。
2、 如权利要求1所述的天然气水合物勘探用海底地震仪，其特征在 于所述配重铜板厚度^8mm，其上均匀分布有螺纹孔，以用螺钉调节三 分量高频检波器的重心。
3、 如权利要求1所述的天然气水合物勘探用海底地震仪，其特征在 于所述常平装置，其工作过程为开启直流电机，经缠绕钢丝提起配重 铜板、检波器座和三分量高频检波器，使检波器座离开玻璃舱球底部，此 时三分量高频检波器与配重铜板、检波器座可自由旋转，旋转角度《30 度，根据配重铜板、检波器座和三分量高频检波器组合体的自重调整平衡，调整完，再利用直流电机释放钢丝把检波器座放回玻璃舱球底部。
4、如权利要求1所述的天然气水合物勘探用海底地震仪，其特征在于所述三分量高频检波器还包括姿态传感器，姿态传感器采用固态mems器件，固接在配重铜板上，分别与直流电机控制电路、三分量高频检波器 电连接，能读出三分量高频检波器任意时刻的姿态，当检波器的倾斜角度 超过工作允许范围时，控制电路指令直流电机在整点时刻对检波器进行调整。
5、 如权利要求1所述的天然气水合物勘探用海底地震仪，其特征在于电子电路、釆集器系统、水声通讯模块固定在电池盒盖的上方，使玻璃舱球内部的电池组，检波器组合体成为一个整体，在玻璃仪器舱球外进 行组装、调试，然后将测试完成的仪器放进玻璃舱球内，通过玻璃舱球挤压0型圈来固定内部装置；三分量高频检波器、水声压力传感器，这两种不同工作频带的仪器由 数字采集器，对仪器记录的数据进行采集，使仪器能够记录人工震源信号。
6、 如权利要求1所述的天然气水合物勘探用海底地震仪，其特征在 于所述三分量高频检波器频率为10-250Hz。
7、 如权利要求1所述的天然气水合物勘探用海底地震仪，其特征在于其海底流动地震观测方式海底地震仪接收人工震源信号进行主动观测，做二维观测，用高频率 的检波器，获得的数据能够反演海底较为精细的地质结构，观测的地质结 构深度浅。
全文摘要
本发明公开了一种天然气水合物勘探用海底地震仪，涉及地震技术，用于海底地震观测、天然气水合物勘探和地质调查。包括塑料仪器舱、脱钩机构和沉耦架，塑料仪器舱内的玻璃舱球顶部装有水声压力传感器，内部装有高频检波器、水声通讯模块、无线信标机、GPS、电子罗盘和组合电源。脱钩机构固定在塑料仪器舱球的上部与沉耦架通过耐腐蚀拉紧钢丝连接，仪器回收时，通过电腐蚀原理熔断钢丝后，塑料仪器舱自然上浮回收。沉耦架为海底地震仪工作时提供稳定的基座。本发明集成了用于人工气枪震源观测的三分量高频检波器和水声压力传感器，可实现多用途的海底地震探测。
文档编号G01V1/18GK101441274SQ20081024094
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者游庆瑜, 赵春蕾, 郝天珧 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所