一种地震探测装置及方法与流程

本发明涉及物理探测领域，特别是涉及一种地震探测装置及方法。

背景技术：

常规海洋地震探测通常是将震源与采集缆同时拖曳于海面，以震源发射头激发地震波，通过采集缆接收经海底反射的地震波的声学性质数据，进一步通过对所获取数据进行计算、成图来分析判断海底地质情况。这种常规地震探测方式适用于绝大部分海域地震探测，但在极地浮冰区这种拖曳式探测装置无法使用：浮冰可以轻易地撞坏甚至是割断震源炮缆和采集缆，浮冰撞击震源发射头也会导致设备损坏，导致地震探测无法正常进行。因此浮冰区被喻为海洋勘探的禁区，目前没有适用于极地浮冰区的地震探测装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种地震探测装置及方法，能够在极地浮冰区进行地震探测，并保证装置完好无损，提高极地浮冰区地震探测的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种地震探测装置，所述装置包括：震源控制器、发射头、炮缆、主机、信号传输缆、信号采集拖缆、防护装置；

所述震源控制器通过所述炮缆与所述发射头连接，所述震源控制器位于船室内，所述发射头位于浮冰区下方的水中；

所述主机通过所述信号传输缆连接所述信号采集拖缆，所述主机位于所述船室内，所述信号采集拖缆位于所述浮冰区下方的水中；

所述主机用于生成所述震源控制器的控制参数；

所述炮缆和所述信号传输缆均穿过所述防护装置内部，所述防护装置位于船尾，所述防护装置上端位于浮冰区上方的空气中，所述防护装置下端位于所述浮冰区下方的水中。

可选的，所述防护装置具体包括：防护管、分缆槽、导缆绳；

所述分缆槽和所述导缆绳位于所述防护管内部；

所述分缆槽有n个通孔，每一个通孔穿过一根所述炮缆或一根所述信号传输缆；

所述导缆绳有n根缆绳，所述分缆槽的每一个通孔对应穿过一条所述缆绳；所述缆绳用于将所述炮缆或所述信号传输缆牵引至对应于所述缆绳的通孔中。

可选的，所述导缆绳的长度大于所述防护管高度的2倍，所述导缆绳的一端穿过所述分缆槽的通孔，从所述防护管外部绕出，与所述导缆绳的另一端连接。

可选的，所述发射头位于所述船的中垂面上；所述中垂面为平行于所述船长度方向的平面。

可选的，所述信号采集拖缆的数量大于1，且所述信号采集拖缆之间相互平行；所述信号采集拖缆在船长度方向上平行于所述船，在船宽度方向上位于所述发射头的两侧。

可选的，所述装置还包括浮球，所述浮球通过凯夫拉绳与所述发射头连接。

可选的，所述发射头的入水深度为20米，所述发射头与所述船的水平距离大于30米；所述信号采集拖缆入水深度为20米，所述信号采集拖缆的起始端与所述船的水平距离大于30米，所述信号采集拖缆的起始端为与所述信号传输缆连接的一端。

一种地震探测方法，所述探测方法包括：

将地震探测装置中炮缆的头端与地震控制器连接；所述地震探测装置包括：震源控制器、发射头、炮缆、主机、信号传输缆、信号采集拖缆、防护装置；所述震源控制器位于船室内，所述主机位于所述船室内，所述主机用于控制所述震源控制器的控制参数；所述防护装置位于船尾，所述防护装置上端位于浮冰区上方的空气中，所述防护装置下端位于所述浮冰区下方的水中；所述防护装置具体包括：防护管、分缆槽、导缆绳；所述分缆槽和所述导缆绳位于所述防护管内部；所述分缆槽有n个通孔，每一个通孔穿过一根所述炮缆或一根所述信号传输缆；所述导缆绳有n根缆绳，所述分缆槽的每一个通孔对应穿过一条所述缆绳；所述缆绳用于将所述炮缆或所述信号传输缆牵引至对应于所述缆绳的通孔中；

将所述炮缆的尾端与缆绳的头端连接，通过牵引所述缆绳的尾端，将所述炮缆牵引至所述防护管内直至尾端穿出所述防护管；所述缆绳的头端为暴露在所述防护管上方的一端，所述缆绳的尾端为暴露在所述防护管下方的一端；

将所述炮缆的尾端牵引至甲板上，断开所述炮缆的尾端与所述缆绳的连接，将所述炮缆的尾端与所述发射头连接；

将所述船的速度控制在第一设定速度范围内，将所述发射头放入船尾后方的水中；

将所述船的速度提升至第二设定速度范围内，使所述发射头处于设定深度范围内；所述第二设定速度范围内的速度大于所述第一设定速度范围内的速度；

将所述信号传输缆的头端与所述主机连接，将所述信号传输缆的尾端与所述信号采集拖缆的头端连接，信号采集拖缆的尾端与另一缆绳的头端连接，通过牵引所述缆绳的尾端，将所述信号采集拖缆牵引至所述防护管内直至尾端穿出所述防护管；

将所述的信号采集拖缆牵引至甲板上，断开所述信号采集拖缆的尾端与所述缆绳的连接；

将所述信号采集拖缆放入船尾后方的水中，使所述信号采集拖缆位于所述设定的深度；

所述主机控制所述震源控制器的发射间隔，并接收所述信号传输缆传输的地震测量数据。

可选的，将所述发射头放入船尾后方的水中之前，还包括：

用凯夫拉绳将浮球与所述发射头连接，并调节所述凯夫拉绳的长度，用于控制所述发射头入水后的深度。

可选的，所述的所述主机控制所述震源控制器的发射间隔，并接收所述信号传输缆传输的地震测量数据之后，还包括：

牵引所述炮缆的头端，将所述发射头牵引至距离船尾设定距离范围内；

通过所述凯夫拉绳将所述发射头牵引至甲板；

断开所述炮缆与所述发射头的连接

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过防护装置防护炮缆和信号传输缆，避免浮冰对炮缆和信号传输缆的损毁，大大降低了浮冰对地震探测设备安全的威胁，降低设备丢失和损毁的风险。采用本发明的探测装置和方法，实现了极地浮冰区的地震探测，并且提高了地震探测的准确性和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明地震探测装置实施例1结构图；

图2为本发明地震探测装置实施例2立体结构图；

图3为本发明地震探测装置实施例2俯视图；

图4为本发明地震探测装置实施例2中防护管示意图

图5为本发明地震探测装置中防护装置实施方式1立体结构图；

图6为本发明地震探测装置中防护装置实施方式2立体结构图；

图7为本发明地震探测装置中防护装置实施方式3立体结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明地震探测装置实施例1结构图。如图1所示，所述装置包括：

主机101、信号传输缆102、信号采集拖缆103、震源控制器104、炮缆105、发射头106、防护装置107；

所述主机101通过信号传输缆102连接所述信号采集拖缆103，所述主机101位于船室内，信号采集拖缆103位于浮冰区下方的水中；震源控制器104通过所述炮缆105与发射头106连接，所述震源控制器104位于船室内，所述发射头106位于浮冰区下方的水中；发射头106为水下发射头；主机101还与震源控制器104连接，用于生成所述震源控制器104的控制参数；所述炮缆105和所述信号传输缆102均穿过防护装置107内部，所述防护装置107位于船尾，所述防护装置107上端位于浮冰区上方的空气中，下端位于所述浮冰区下方的水中。防护装置107具体包括：防护管、分缆槽、导缆绳；分缆槽和所述导缆绳位于所述防护管内部；分缆槽有n个通孔，每一个通孔穿过一根所述炮缆或一根所述信号传输缆；导缆绳有n根缆绳，所述分缆槽的每一个通孔对应穿过一条所述缆绳；所述缆绳用于将所述炮缆或所述信号传输缆牵引至对应于所述缆绳的通孔中。所述导缆绳的长度大于所述防护管高度的2倍，所述导缆绳的一端穿过所述分缆槽的通孔，从所述防护管外部绕出，与所述导缆绳的另一端连接。

图2为本发明地震探测装置实施例2立体结构图(此图为带有一定俯视角度的斜视图)。本发明装置实施例2的俯视图参见图3.

如图2所示，所述装置包括三部分：地震控制部分、震源发射部分、防护部分。

地震控制部分包括：主机201、信号传输缆204、信号采集缆205；主机201位于调查船实验室，通过信号传输缆204与水下的信号采集拖缆205连接。主机201用于控制震源控制器202的发射间隔，并实时接收、监视并存储地震数据；信号传输缆204的干端位于调查船，与主机201连接，湿端位于水下，与信号采集拖缆205连接，用于将主机201的命令传输至信号采集拖缆205，并将信号采集拖缆205的地震数据传输给主机201；所述信号采集拖缆205采集震源发射部分激发的地震波和地层反射的地震波。

震源发射部分包括：震源控制器202、炮缆206，水下发射头207；震源控制器202位于调查船实验室，通过炮缆206与水下发射头207连接；炮缆206将震源控制器202的信号传输至水下发射头207，所述水下发射头207位于水下，用于激发地震波；炮缆206的干端位于调查船，用于连接震源控制器202，湿端位于水下，用于连接水下发射头207。水下发射头207由震源控制器202采用负高压供电，震源控制器202由电压220v、频率50hz的交流电供电，内部有控制模块、储能电容器组、充电模块、放电模块、人机接口模块等部分组成。水下发射头207的发射针为负高压电极，金属框架为地电极。

防护部分即为防护装置203，具体的防护装置203包括：防护管、导缆绳、分缆槽等，具体结构参见图4-7。

信号采集拖缆205的数量大于1，本图中以2根信号采集拖缆205为例，信号采集拖缆205之间相互平行，且在船长度方向上平行于船，在船宽度方向上位于水下发射头207的两侧，炮缆206与信号采集缆205之间相互平行且间距越大越好，避免相互缠绕。信号采集拖缆205近船端与水下发射头207在船宽度方向尽量水平对齐。

信号传输缆204、信号采集拖缆205、炮缆206均由滑轮、导缆绳穿过防护管送至船尾底部入水，有效避免浮冰的干扰。信号传输缆204与信号采集拖缆205、炮缆206与水下发射头207的连接均用承重头连接。

本发明的炮缆206与信号传输缆204均穿过防护装置203，在冰层之下牵引水下发射头207和信号采集拖缆205，有效避免冰区作业时的损坏。地震探测时，炮缆206与炮缆206牵引的水下发射头207，穿过船尾的防护管拖曳于船尾海水中，入水深度20m左右，水下发射头207与船尾水平距离不小于30m，有效避开浮冰的干扰及船上噪音源的干扰；信号传输缆204与其牵引的信号采集拖缆205，穿过船尾的防护管拖曳于船尾海水中，信号采集拖缆205的起始端与船尾的水平距离不小于30米，并与水下发射头207对齐，入水深度20米左右，有效避免浮冰的干扰。

装置还包括浮球208，浮球208通过凯夫拉绳与水下发射头207连接。浮球208的作用在于：(1)通过控制凯夫拉绳的长度，进而控制水下发射头207的深度；(2)回收水下发射头207时，直接通过拉引炮缆206使水下发射头207移动至船尾螺旋桨下方防护管出口处，导致无法回收发射头207。使用浮球208可以在将炮缆206拉引至一定长度时，通过拉引浮球208上的凯夫拉绳将水下发射头207拉至甲板上，实现对水下发射头207的回收。

图4为本发明地震探测装置中防护装置示意图。如图4所示，防护装置位于船尾，高度大致为船的甲板处至螺旋桨处的高度，防护装置包括：防护管401、导缆绳402和分缆槽(图中未显示)。分缆槽和所述导缆绳402位于防护管401内部；分缆槽有n个通孔，每一个通孔穿过一根炮缆或一根信号传输缆；导缆绳402有n根缆绳，分缆槽的每一个通孔对应穿过一条缆绳；缆绳用于将炮缆或信号传输缆牵引至对应于该缆绳的通孔中。

防护装置的具体结构图参见图5-7，图5为本发明地震探测装置中防护装置实施方式1立体结构图；图6为本发明地震探测装置中防护装置实施方式2立体结构图；图7为本发明地震探测装置中防护装置实施方式3立体结构图。

如图5-7所示，防护装置包括：防护管501、导缆绳502、分缆槽503。分缆槽503有n个通孔，每一个通孔对应穿过一条导缆绳502，导缆绳502用于将炮缆或信号传输缆牵引至通孔中，每一个通孔穿过一根炮缆或一根信号传输缆，避免炮缆和信号传输缆、信号传输缆与信号传输缆之间相互缠绕，互相干扰。

导缆绳502的长度大于防护管501高度的2倍，导缆绳502的一端穿过分缆槽503的通孔，从防护管501外部绕出，与导缆绳502的另一端连接，使导缆绳502形成环状，避免在使用过程中丢失，实现重复利用。使用时，炮缆或信号传输缆的一端连接至暴露在防护管501上方的导缆绳502部分，通过牵引暴露在防护管501下方的导缆绳502部分，使炮缆或信号传输线从防护管501上端进入，穿过防护管501，从下端穿出，然后与对应装置相连。

分缆槽503和防护管501可以制为一体的，也可以制为分开的，图5和图7中两者为一体的，图6中两者为分开的。分缆槽503的高度也是可以根据实际需求进行调整；图5中分缆槽503高度与防护管501高度相同，相当于实心圆柱体防护管501中沿轴线防线设置通孔，即可作为分缆槽503。图6中分缆槽503高度远远小于防护管501高度，相当于在空心圆柱体防护管501中套接薄片分缆槽503。图7中分缆槽503的高度大约为防护管501高度的三分之一。

采用上述装置，地震探测方法实施例1，包括以下步骤：

将炮缆的头端与地震控制器连接；

将炮缆的尾端与缆绳的头端连接，通过牵引缆绳的尾端，将所述炮缆牵引至所述防护管内直至尾端穿出所述防护管；所述缆绳的头端为暴露在所述防护管上方的一端，所述缆绳的尾端为暴露在所述防护管下方的一端；

将所述炮缆的尾端牵引至甲板上，断开所述炮缆的尾端与所述缆绳的连接，将所述炮缆的尾端与所述发射头连接；

将所述船的速度控制在第一设定速度范围内，将所述发射头放入船尾后方的水中；

将所述船的速度提升至第二设定速度范围内，使所述发射头处于设定深度范围内；所述第二设定速度范围内的速度大于所述第一设定速度范围内的速度；

将所述信号传输缆的头端与所述主机连接，将所述信号传输缆的尾端与另一缆绳的头端连接，通过牵引所述缆绳的尾端，将所述信号传输缆牵引至所述防护管内直至尾端穿出所述防护管；

断开所述信号传输缆的尾端与所述线缆的连接，将所述信号传输缆的尾端与所述信号采集拖缆的头端连接；

将所述信号采集拖缆放入船尾后方的水中，使所述信号采集拖缆位于所述设定的深度；

所述主机控制所述震源控制器的发射间隔，并接收所述信号传输缆传输的地震测量数据。

采用上述装置，地震探测方法实施例2，包括如下步骤：

炮缆的一端与震源控制器连接，另一端与导缆绳一端连接后通过导缆绳的牵引穿过防护管并回到船尾甲板上，再与水下发射头(例如可以为电火花震源)连接，用凯夫拉绳将浮球与水下发射头连接，并调节所述凯夫拉绳的长度，用于控制发射头入水后的深度；

测量船在极地浮冰区保持1～2kn左右航行，将水下发射头与浮球放入船尾海水中；

将船速增加到3kn航行，炮缆足够长使水下发射头入水深度20米左右，距船尾的水平距离不小于30米，避开浮冰与船上噪音源的影响；

将信号采集拖缆与主机通过信号传输缆连接；

信号采集拖缆的一端与导缆绳的一端连接并通过导缆绳的牵引穿过防护管进入浮冰海水中；

将信号采集拖缆逐渐放入船尾的海水中，使信号采集拖缆入水深度20米左右，与船尾的水平距离不小于30米，信号采集拖缆近船端与水下发射头尽量水平对齐；

震源控制器控制水下发射头激发地震波；

信号采集拖缆接收地震信号，并通过信号传输缆发送给主机；

主机实时接收、监视并存储地震数据，并控制震源的发射间隔；

测量完成后，回收信号传输缆和信号采集拖缆，保留导缆绳位于防护管内，便于下次使用。

之后牵引炮缆的头端，将水下发射头牵引至近船尾(距离船尾设定距离范围内)时，再通过水下发射头上的凯夫拉绳和船上a架将水下发射头回收至后甲板。

断开炮缆湿端与水下发射头的连接，将炮缆湿端密封保护后，抽出防护管，保留导缆绳位于防护管内，便于下次使用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。