一种海洋电磁数据采集装置的制作方法

本发明涉及海洋天然场源勘探技术领域，尤其涉及一种海洋电磁数据采集装置。

背景技术：

目前的海洋电磁数据采集方式主要有三种：第一种方式为独立采集站自行负重沉底、激发源拖移，第二种方式为采集缆与激发缆同步在海水中拖移，第二种方式为采集缆沉底布设、激发源拖移。

第一种方式所采用的设备如emgs公司等国际上普遍使用的海底电磁采集站和大功率拖移可控电磁场源，这种方式可以预先布设好采集站，然后在采集站上方拖移可控电磁场源激发，可以同时完成可控源电磁数据和大地电磁数据采集。如专利号为zl201210449479.8的专利中公布的三分量磁场和三分量电场的海洋电磁数据采集站，该数据采集站即为沉底式独立的海洋电磁数据采集站。

第二种方式可以采用如pgs公司推出的“一种拖曳式海洋可控源电场数据采集系统”。该系统只采集一个沿电缆方向的电场分量，不采集任何磁场分量数据。没有任何磁场分量的海洋电磁场数据是不完整的，不利于对海底地质结构和储层的电性特征进行详细的了解和分析。另外，该系统中沿电缆方向分布的电极也不是均匀分布的，靠近采集船附近的电缆上的电极密度较大，而远离采集船处的电缆上的电极分布相对稀疏。此外，该数据采集系统仅能分别对时间域或固定频率的频率域的电场数据进行采集。

第三种方式如申请号为cn102472829a的专利中公开的“一种海底电磁电缆数据采集系统”，其工作方式是由放缆船事先将电磁电缆投放铺设到海底，然后由发射源船拖曳着水下可控偶极电流源在距海底一定的距离上前行并向海水中供电(发射可控源电磁波)，再由事先投放铺设到海底的电磁电缆采集海底可控源电磁数据和海洋大地电磁数据。数据采集结束后，放缆船回收海底电磁电缆，投放铺设到新的测量工区，然后重复海底可控源电磁信号和海洋大地电磁信号的数据采集作业。

cn102472829a还公开了一种具有可折叠传感器臂组件的海底电磁电缆，主要作用是采集垂直于沿缆方向的正交电场信号(ey和ez)和沿缆方向的电场信号为ex。这种方法作业繁琐，效率低。此外，由于海水是高导电介质，海水中相距较小的两点间的电压差是极小的，相距较近的两个电极组成的电极对是很难测量到海水中的电场分量，可折叠传感器臂组件的海底电磁电缆是无法在海底拖行移动的。

cn102472829a公开的海洋电磁数据采集系统方面目前还处于研究试验阶段，另外，这种具有可折叠传感器臂组件的海底电磁电缆，其可折叠传感器臂组件的长度是非常有限的。由于所测电场分量的信号强度(两个测量电极之间的电压值)与测量电极对的极间距成正比，极距长度有限的电极对不利于测量海水中的电场分量。

cn201310292356.2公开了一种拖曳式海洋可控源电磁和地震数据采集系统，由安置在三条或三条以上拖缆中均匀或不均匀分布的电场传感器(不极化电极)、三分量感应线圈式或三分量磁通门式磁场传感器和由水听器或加速度计构成的声波传感器组成，用以测量海洋三分量磁场分量、沿电缆方向和垂直缆方向分布的海洋电场分量ex和ey以及四分量海洋地震数据。

可控源电磁法应用较多，已有方法都是频率域或时间域方法。即或是逐个频点地激发并测量，如可控源声频大地电磁法(csamt)；或是激发一个脉冲(方波)测量其断电后随时间衰减曲线，如长偏移距瞬变电磁法(lotem)。另外，已有方法的测量参数仅限于一个电场、一个磁场分量，如csamt法；或只测一个垂直磁场，如lotem法。其研究的物性参数单一，仅限于电阻率参数。因此，这些方法在解决地质问题的能力和精度等方面与实际要求存在差距，难以完满解决存在的地质问题。

目前所有正在使用的和公布的沉底式海洋电磁数据采集系统都是采用配重水泥块将海洋电磁数据采集站带到海底，数据采集结束以后，由甲板上的声学控制模块向海底的电磁数据采集站发送控制信号，启动电磁数据采集站的声学或机械释放装置，使电磁数据采集站与配重水泥块分离，依靠电磁数据采集站上部的玻璃浮球将采集站带到海面上后进行回收。这种沉底式采集站体积大、成本高、重量重，无法大量的在海底布设高密度的二维海洋电磁数据采集测线或三维测网。另外采集站投放时是自由下沉，没有定点投放精度控制，回收时是靠玻璃浮球将海洋电磁采集站带到海面上，施工效率低，还有因声学或机械释放装置失灵造成采集站与配重水泥块无法分离，导致采集站回收失败而丢失。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种海洋电磁数据采集装置，可以大幅度的降低海洋电磁数据采集站的生产制造成本，而且便于在海上生产的使用和维护。

为了实现上述目的，本发明提供了一种海洋电磁数据采集装置，所述装置具体是这样实现的：

一种海洋电磁数据采集装置，所述装置包括控制模块、动力驱动模块、磁场数据采集模块以及电场数据采集模块，其中，

所述控制模块分别与所述动力驱动模块、所述磁场数据采集模块、所述电场数据采集模块电性连接，用于控制所述动力驱动模块将所述海洋电磁数据采集装置驱动至预设测点位置处，以及，用于启动所述磁场数据采集模块和/或所述电场数据采集模块进行数据采集；

所述磁场采集模块包括磁场传感器，用于测量时间域和频率域的可控源磁场数据；

所述电场采集模块包括至少一对相互正交的电场传感器，用于测量时间域和频率域的可控源正交电场数据。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述装置还包括：

姿态参数测量模块，用于测量所述磁场传感器、所述电场传感器的姿态参数，利用所述姿态参数能够对所述可控源磁场数据、所述可控源正交电场数据进行旋转处理。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述姿态参数测量模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴电子罗盘中的至少一种传感器，以及数据校准模块、参数生成模块，其中，

所述传感器用于测量所述磁场传感器、所述电场传感器的姿态传感数据，

所述数据校准模块与所述传感器电性连接，用于对所述姿态传感数据进行校准处理；

所述参数生成模块与所述数据校准模块电性连接，用于依据预设算法对校准处理后的姿态传感数据进行处理，生成姿态参数。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述装置还包括：

至少一个伸缩部件，所述伸缩部件的伸缩端用于安装所述电场传感器，所述伸缩部件能够伸缩以将所述电场传感器伸出或者收缩至预设位置处；

所述控制模块与至少一个所述伸缩部件电性连接，所述控制模块还用于控制所述伸缩部件的伸缩。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述电场采集模块中包括第一数据处理模块，所述磁场采集模块中包括第二数据处理模块，其中，

所述第一数据处理模块用于将时间域的可控源正交电场数据转换成频率域的可控源正交电场数据；

所述第二数据处理模块用于将时间域的可控源磁场数据转换成频率域的可控源磁场数据。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述电场采集模块还用于测量所述海洋大地电磁场的电场数据，所述磁场采集模块还用于测量海洋大地电磁场的磁场数据。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述电场传感器包括不极化电极，所述不极化电极包括下述中的一种：硫酸铜电极、硝酸银电极、铂金电极。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述控制所述动力驱动模块将所述海洋电磁数据采集装置驱动至预设测点位置处包括：

接收来自于定位系统的定位控制信号；

响应于所述定位控制信号，调整所述动力驱动模块的驱动方向和/或驱动速度，直至所述海洋电磁数据采集装置到达预设测点位置。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述定位控制信号包括下述的至少一种：声波控制信号、无线控制信号。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述定位系统包括超短基线定位系统。

本申请提供的海洋电磁数据采集装置可以简化海洋电磁数据采集站的设计和制造，大幅度的降低海洋电磁数据采集站的生产制造成本，而且便于在海上生产的使用和维护。此外，相对于现有技术中只获取时间域或者频率域电磁场数据的方法，本申请可以同时采集时间域和频率域的海洋电磁数据，能够数倍提高单次施工海洋电磁场数据的采集量，提高探测精度，能够有效实现利用海洋可控源时频电磁场数据和海洋地震勘探技术进行海洋矿产、油气资源、甲烷水合物等勘探项目的联合勘探与综合评价。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的海洋电磁数据采集装置的一种实施例的模块结构示意图；

图2是本申请提供的海洋电磁数据采集装置的另一种实施例的模块结构示意图；

图3是本申请提供的电场传感器杆的一种实施例的模块结构示意图；

图4是本申请提供的电场传感器杆的一种实施例的模块结构示意图；

图5是本申请提供的海洋电磁数据采集装置的一种应用示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

下面结合图1具体说明本申请提供的技术方案，图1是本申请提供的海洋电磁数据采集装置的一种实施例的模块结构示意图，如图1所示，所述装置可以包括控制模块、动力驱动模块、磁场数据采集模块以及电场数据采集模块，其中，

所述控制模块分别与所述动力驱动模块、所述磁场数据采集模块、所述电场数据采集模块电性连接，用于控制所述动力驱动模块将所述海洋电磁数据采集装置驱动至预设测点位置处，以及，用于启动所述磁场数据采集模块和/或所述电场数据采集模块进行数据采集。

所述磁场采集模块包括磁场传感器，用于测量时间域和频率域的可控源磁场数据。

所述电场采集模块包括至少一对相互正交的电场传感器，用于测量时间域和频率域的可控源正交电场数据。

本实施例中，所述控制模块与所述动力驱动模块电性连接，所述控制模块可以控制所述动力驱动模块将所述海洋电磁数据采集装置驱动至预设测点位置处。在一个实施例中，所述控制模块可以接收来自定位系统的定位控制信号，具体地，所述控制所述动力驱动模块将所述海洋电磁数据采集装置驱动至预设测点位置处可以包括：

ss1：接收来自于定位系统的定位控制信号；

ss2：响应于所述定位控制信号，调整所述动力驱动模块的驱动方向和/或驱动速度，直至所述海洋电磁数据采集装置到达预设测点位置。

本实施例中，所述定位系统可以设置有所述海洋电磁数据采集装置的预设测点位置，将所述海洋电磁数据采集装置放入海水之后，所述定位系统可以定位到所述海洋电磁数据采集装置的位置，从而确定所述海洋电磁数据采集装置与所述预设测点位置之间的位置关系。在确定所述位置关系之后，所述定位系统可以将包含所述位置关系的定位控制信号发送至所述控制模块。所述控制模块在接收到所述定位控制信号之后，可以响应于所述定位控制信号，调整所述动力驱动模块的驱动方向和/或驱动速度。例如，当所述海洋电磁数据采集装置与所述预设测点位置之间的距离相差较远时，可以提高所述动力驱动模块的驱动速度。当所述海洋电磁数据采集装置的运动方向偏离所述预设测点位置时，可以调整所述动力驱动模块的驱动方向。调整所述动力驱动模块，直至所述海洋电磁数据采集装置到达所述预设测点位置。

当然，所述定位系统可以安装于所述海洋电磁数据采集装置上，也可以安装于海面上的勘探船只上，本申请在此不做限制。

当所述海洋电磁数据采集装置被驱动至预设测点位置处，所述控制模块可以启动所述磁场数据采集模块和/或所述电场数据采集模块进行数据采集。其中，所述磁场采集模块可以包括磁场传感器，用于测量时间域和频率域的可控源磁场数据。所述磁场传感器可以用于测量磁场数据，例如可以包括三分量感应线圈式、磁通门式磁场传感器等。本实施例中的所述磁场采集模块可以采集时间域和频率域的可控源磁场数据。所述电场采集模块可以包括至少一对相互正交的电场传感器，用于测量时间域和频率域的可控源正交电场数据。同样地，本实施例中可以实时获取时间域、频率域双域电场数据，提高采集数据的多样性。

需要说明的是，本实施例中的所述可控源磁场数据和所述可控源正交电场数据的发射源可以包括距离海底一定高度上拖曳移动的可控偶极电流源。

相对于现有技术中只获取时间域或者频率域电磁场数据的方法，本申请可以同时采集时间域和频率域的海洋电磁数据，能够数倍提高单次施工海洋电磁场数据的采集量，提高探测精度，能够有效实现利用海洋可控源时频电磁场数据和海洋地震勘探技术进行海洋矿产、油气资源、甲烷水合物等勘探项目的联合勘探与综合评价。

图2是本申请提供的海洋电磁数据采集装置的另一种实施例的结构示意图。如图2所示，所述采集装置1上安装至少一个伸缩部件4，所述伸缩部件4的伸缩端用于安装电场传感器2，所述伸缩部件4能够伸缩以将所述电场传感器2伸出或者收缩至预设位置处。在一个具体的实施例中，所述伸缩部件4可以包括伸缩杆等，所述伸缩杆的截面形状可以如图2所示的方形，也可以是圆形、椭圆形等任何形状，本申请在此不做限制。本实施例中，如图3所示，所述采集装置1至少包括两对伸缩部件4，以测量海底的相互正交的两个水平电场分量数据ex和ey。所述电场传感器2可以包括不极化电极，所述不极化电极可以包括下述中的一种：硫酸铜电极、硝酸银电极、铂金电极等。

所述电场传感器2与电场数据采集模块5电性连接，例如如图3所示的可以通过贯穿于所述伸缩部件4中的导线相连接，以将所述电场传感器2测量得到的传感器数据传递至所述电场数据采集模块5中。本实施例中，所述电场采集模块5中可以包括第一数据处理模块，所述第一数据处理模块可以用于将可控源正交电场数据转换成频率域的可控源正交电场数据。在一个实施例中，所述第一数据处理模块可以包括模数转换器，例如16位模数转换器、32位模数转换器、64位模数转换器等。在成对的所述电场传感器2之间连接模数转换器，所述模数转换器可以将测量到的电场模拟信号转化为电场数字信号，即将时间域的可控源正交电场数据转换成频率域的可控源正交电场数据。在其他实施例中，所述模数转换器之前还可以与前置放大器电性连接，所述前置放大器可以对所述电场模拟信号进行放大处理。在其他实施例中，所述电场数据采集模块5还可以包括存储器，用于存储所述时间域和频率域的可控源正交电场数据。

如图2所示，所述采集装置1还可以包括磁场传感器6，所述磁场传感器6例如可以包括三分量感应线圈式、磁通门式磁场传感器等。如图2所示，所述磁场传感器6可以与磁场数据采集模块7电性连接。在一个实施例中，所述磁场采集模块中包括第二数据处理模块，所述第二数据处理模块用于将时间域的可控源磁场数据转换成频率域的可控源磁场数据。在一个实施例中，所述第一数据处理模块可以包括模数转换器，例如16位模数转换器、32位模数转换器、64位模数转换器等。所述磁场传感器6的输出端分别连接有模数转换器，可以将测量到的磁场模拟信号转化为磁场数字信号，即将时间域的可控源磁场数据转换成频率域的可控源磁场数据。在其他实施例中，所述模数转换器之前还可以与前置放大器电性连接，所述前置放大器可以对所述磁场模拟信号进行放大处理。在其他实施例中，所述磁场数据采集模块7还可以包括存储器，用于存储所述时间域和频率域的可控源磁场数据。

在本申请的另一个实施例中，所述电场采集模块还用于测量所述海洋大地电磁场的电场数据，所述磁场采集模块还用于测量海洋大地电磁场的磁场数据。

本实施例中，所述电场采集模块、所述磁场采集模块不仅可以获取可控源的电磁场数据，还可以获取大地电磁场的数据，通过对两种数据的分析，可以获取得到更多的有关海洋的地质信息、油气储藏信息。

如图2所示，所述采集装置1还可以包括姿态参数测量模块8，所述姿态参数测量模块8用于测量所述电场传感器2、所述磁场传感器6的姿态参数，利用所述姿态参数能够对所述可控源正交电场数据、所述可控源磁场数据进行旋转处理。所述姿态参数例如可以包括倾角、方位角和倾向等。在一个具体的实施例中，所述姿态参数测量模块可以包括三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴电子罗盘中的至少一种传感器，以及数据校准模块、参数生成模块，其中，

所述传感器用于测量所述磁场传感器、所述电场传感器的姿态传感数据，

所述数据校准模块与所述传感器电性连接，用于对所述姿态传感数据进行校准处理；

所述参数生成模块与所述数据校准模块电性连接，用于依据预设算法对校准处理后的姿态传感数据进行处理，生成姿态参数。

本实施例中，在获取得到所述传感器测量得到的姿态传感数据之后，可以通过arm处理器等数据校准模块对角速度，加速度，磁数据等姿态传感数据进行校准处理。然后，所述参数生成模块可以通过基于四元数等传感器数据算法对校准处理后的姿态传感数据进行实时处理，生成以四元数、欧拉角等表示形式的零漂移姿态参数。

在本实施例中，所述采集装置1还可以包括控制模块9，所述控制模块9分别与动力驱动模块3、所述磁场数据采集模块7、所述电场数据采集模块5电性连接，用于控制所述动力驱动模块3将所述海洋电磁数据采集采集装置1驱动至预设测点位置处，以及，用于启动所述磁场数据采集模块7和/或所述电场数据采集模块5进行数据采集。

本实施例中，所述动力驱动模块3可以包括螺旋桨，所述螺旋桨的旋转方向、旋转速度可以被调整控制。如图4所示，为了方便所述采集装置1可以更加灵活地调整运动方向，可以在所述采集装置1中安装至少四个螺旋桨。在另一个实施例中，为了能够给所述动力驱动模块3提供充足的动力，如图2所示，所述采集装置1还可以包括电池设备11，所述电池设备例如可以包括高能可充电电池等。

下面结合附图5通过一个具体的应用场景说明本申请提供的海洋电磁数据采集装置的工作方式。

如图5所示，海洋电磁勘探船12在水下数十米深度处安装有收集框15，所述收集框15中可以存放多个采集装置1。在进行海洋电磁数据采集施工之前，可以将预设目标测点的位置数据设置于所述采集装置1的控制模块9中。在将所述采集装置1下放至海水中后，所述控制模块9可以根据预设目标测点的位置数据控制螺旋桨3驱动所述采集装置1下降移动至预设测点位置处。本场景中，海洋电磁勘探船12以及辅助船只13的底部可以安装有超短基线(usbl)定位系统14，对应地，如图2所示，所述采集装置1还可以包括usbl应答器10，所述usbl定位系统14可以向所述usbl应答器10发射控制信号(如声波控制信号、无线控制信号等)，实时控制并操纵水下采集装置1下降移动到所述预设测点位置处。

所述采集装置1在海底着陆定位后，所述控制模块9可以按照预先设定好的程序，沿水平方向拉伸四个伸缩部件4以将两对相互正交的电场传感器2伸出采集装置1。布设好电场传感器2之后，采集装置1可以采集海洋大地电、磁数据以及时频双域可控源电、磁数据。数据采集工作结束后，安装在海洋电磁勘探船12以及辅助船只13底部的usbl定位系统14向采集装置1发射声波控制信号，采集装置1首先收回沿水平方向推出的四个伸缩部件4，然后根据usbl定位系统14发射的声波控制操作指令，启动螺旋桨3，根据所述控制模块9中预先设置好的海洋电磁勘探船12的坐标位置，控制采集装置1自行上升并向海洋电磁勘探船12位置移动。与此同时，所述收集框15可以向逐渐靠近的采集装置1发出声控信号，引导采集装置1平稳的进入收集框15。待所有采集装置统一回收到收集框15之后，可以将所述收集框15回收至海洋电磁勘探船12上。

待将收集框15回收到海洋电磁勘探船12上后，可以在对采集装置1进行清洗之后，通过安装在采集装置1中搭载有近场传输技术的无线高速数据下载功能模块，近距离非接触地高速下载采集到的海洋电磁数据。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。