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CN118884563A - 一种高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统及方法 - Google Patents

一种高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统及方法 Download PDF

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CN118884563A
CN118884563A CN202411349655.XA CN202411349655A CN118884563A CN 118884563 A CN118884563 A CN 118884563A CN 202411349655 A CN202411349655 A CN 202411349655A CN 118884563 A CN118884563 A CN 118884563A
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CN
China
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data
submarine
electromagnetic
interference
seafloor
Prior art date
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Pending
Application number
CN202411349655.XA
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English (en)
Inventor
邢磊
朱晓川
李倩倩
张洪茂
王旭
温恒利
张进
王林飞
尹燕欣
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Ocean University of China
Original Assignee
Ocean University of China
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
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Abstract

一种高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统及方法,属于海底勘探技术领域。系统包括OBS、OBEM、电流计、垂直缆、浮标、设备安装架、锚碇底座,设备安装架底部与锚碇底座之间设有分离释放装置,还可配置罗经与CTD。方法包括投放,数据采集,系统回收,将采集的数据进行综合分析,从而获得同一工区在同一时间内产生的各种数据。该系统将本来分别使用OBEM和OBS接收机的运作联合起来,大大减少海洋数据采集成本过高的问题,可用于精确定位海底断层、地震活动区和地质构造,检测海底矿藏、油气资源等的电磁信号,以及研究海洋环境变化和生态保护,为地质研究提供数据支持,为资源开采提供依据。

Description

一种高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统及方法
技术领域
本发明涉及一种高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统及方法,属于海底勘探技术领域。
背景技术
海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer, 简称 OBS)是与海底直接接触的地震观测设备,既可以用于观测天然地震,也可以进行人工地震探测。天然地震观测通常使用宽频带地震仪(60s-200Hz),而人工地震探测则使用短周期地震仪(1Hz-200Hz)或同样的宽频带地震仪。与传统的海洋多道地震系统相比,OBS具有三大特点:一是它直接与海底接触,不仅能记录P波,还能记录S波(由于震源在水面,S波为地层转换波),因此OBS多设计为三分量记录系统,并配备一个水听器。二是除了用于小偏移距的反射地震调查外,OBS主要用于大偏移距的广角反射/折射调查和天然地震观测,适合探测地壳深部和地幔结构。三是OBS的观测环境噪声低、精度高、信号分辨率高。
海底电磁场仪(Ocean Bottom Electromagnetic Meter 简称OBEM)是用于接收和记录海底电磁场信号的一种海洋地球物理观测与勘探设备,根据搭载传感器可分为海底电场仪(OBE)、海底地磁场日变仪(OBM)、OBEM标准宽频带电磁场一体机(OBEM)等型号。该设备是近年来发展起来的一种海洋地震探测高新技术产品,已广泛应用于大洋调查、海洋资源勘查、海底构造研究与防灾减灾等方面,成为海洋地球物理探测的关键设备之一,是海洋地球物理仪器与探测技术中的一个新亮点、新增长点。
在20世纪60年代,国外开始开展海洋电磁法研究。QUASAR公司于2016 设计了QmaxEM3电磁接收机,实现了紧凑、低成本电磁接收系统。Qmax EM3 电极距约为1m,电场本底噪声水平为 1nV/m/√Hz@1Hz,Qmax EM3 体积小、操作简单、海上作业效率高。Kasaya在2009年研发了小型OBEM和OBE系统,使用磁通门传感器用于收集磁场信号。OBE主要致力于海洋MT信号采集,不包括CSEM。OBEM配置磁通门传感器用于磁场观测,OBEM用于海洋MT、CSEM信号采集。
目前,海洋电磁和地震勘探通常分别使用OBEM和OBS接收机,但这两种设备是独立运作的。如果进行海洋电磁与地震联合勘探,会面临两个主要问题:第一,海洋数据采集的成本过高,包括硬件设备、作业船只和人力资源等方面的费用;第二,海洋可控源电磁数据和地震数据的质量依赖于发射机与接收机位置方向的精确导航信息,而不同设备的导航定位信息可能存在误差。
发明内容
本发明目的是提供一种高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统与方法,以克服现有技术的不足。
一种高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统,其特征是该系统包海底地震仪OBS、海底电磁仪OBEM、电流计和垂直缆,所述海底地震仪OBS、海底电磁仪OBEM、电流计安装于设备安装架,所述设备安装架固定于锚碇底座,所述垂直缆顶部设有浮标、底部与所述设备安装架连接,所述备安装架底部与所述锚碇底座之间设有分离释放装置。
所述海底电磁震联合勘探系统还包括CTD,所述CTD设置于设备安装架侧面。
所述海底电磁震联合勘探系统还包括多个罗经,所述多个罗经等间距设置在所述垂直缆上。
所述设备安装架顶部对称设有四个浮球。
所述海底地震仪OBS设置于其中一个浮球内。
所述海底电磁仪OBEM配备四个深海电场传感器和一个深海磁场传感器,所述深海电场传感器通过水平设置的四个延长杆固定于所述设备安装架的四周,所述深海磁场传感器设置于设备安装架侧面。
所述设备安装架顶部还设有信标。
所述分离释放装置包括水声定位应答装置,所述水声定位应答装置设置于设备安装架侧面。
利用包含海底地震仪OBS、海底电磁仪OBEM和电流计的海底电磁震联合勘探系统进行海底勘探的方法,其特征是包括以下步骤:
1)投放步骤:
使用起重机将联合勘探系统浮标以下部分缓慢放入海中;当垂直缆2投放至设定长度后,安装浮标以保持缆线垂直。
2)数据采集步骤:
待系统稳定坐底后,海底地震仪OBS、海底电磁仪OBEM和电流计开始同步采集地震数据,电、磁场数据和电流数据。
3)系统回收步骤:
待数据采集完成后,向分离释放装置发送释放指令,分离释放装置启动分离,使除底座以外的水下部分通过浮球上浮至海面;并使用起重机回收至甲板。
4)将采集的数据进行综合分析:
从而获得同一工区在同一时间内产生的地震数据,电、磁场数据,和电流数据。
可以生成详细的海底地质和资源勘探报告,报告包括地震活动分布、电磁场变化、电流变化等多方面的信息,为后续的科学研究和资源开发提供可靠的数据支持。
数据采集完成后需先对数据进行预处理。中央处理单元对来自海底地震仪OBS、海底电磁仪OBEM和电流计的数据进行时间同步,确保各数据源的时间戳一致,便于后续的数据融合和处理;使用基本的低通、高通、带通或带阻滤波器对各传感器数据进行初步滤波,去除明显的高频或低频噪声。
所述的海底勘探方法,还包括对海底电磁仪OBEM采集的电磁场数据进行去噪的步骤,去噪处理时,首先进行背景电流场去除,通过使海底电磁仪所采集的数据与电流计所采集的数据进行相减完成背景电流场的去除,其数学物理原理表示为:
即电场数据的两个分量分别减去背景电流场的分量
利用地震、电磁和电流数据之间的关联性,进行联合分析和去噪,提高整体数据的精度和可靠性。将去噪后的地震、磁场、电场和电流数据进行融合处理。通过数据关联分析和综合加权算法,提取有用信息,进一步去除残余噪声。
利用包含海底地震仪OBS、海底电磁仪OBEM、电流计和CTD的海底电磁震联合勘探系统进行海底勘探的方法,其特征是包括以下步骤:
1)投放步骤:
使用起重机将联合勘探系统浮标以下部分缓慢放入海中;当垂直缆2投放至设定长度后,安装浮标以保持缆线垂直。
2)数据采集步骤:
待系统稳定坐底后,海底地震仪OBS、海底电磁仪OBEM、电流计和CTD开始同步采集地震数据,电、磁场数据,电流数据和温盐深数据。
3)系统回收步骤:
待数据采集完成后,向分离释放装置发送释放指令,分离释放装置启动分离,使除底座以外的水下部分通过浮球上浮至海面;并使用起重机回收至甲板。
4)将采集的数据进行综合分析:
从而获得同一工区在同一时间内产生的地震数据,电、磁场数据,电流数据和温盐深数据。
5)进一步如果CTD数据判定存在潮汐,海底地震仪OBS和海底电磁仪OBEM数据在潮汐周期内可能出现与潮汐变化同步的干扰信号,则利用潮汐存在的周期性,分析OBS数据和OBEM数据,判断是否受到潮汐引起的噪声或干扰;如果CTD数据判定不存在潮汐,则OBS和OBEM数据不应出现与潮汐周期相关的干扰信号,若仍存在异常信号,需要进一步分析其他可能的干扰源。
利用包含海底地震仪OBS、海底电磁仪OBEM、电流计和罗经,或包含海底地震仪OBS、海底电磁仪OBEM、电流计、CTD和罗经的海底电磁震联合勘探系统进行海底勘探的方法,其特征是包括以下步骤:
1)投放步骤:
使用起重机将联合勘探系统浮标以下部分缓慢放入海中;当垂直缆投放至设定长度后,安装浮标1以保持缆线垂直。
2)数据采集步骤:
待系统稳定坐底后,海底地震仪OBS、海底电磁仪OBEM、电流计和罗经开始同步采集地震数据,电、磁场数据,电流数据和方位角数据或者海底地震仪OBS、海底电磁仪OBEM、电流计和CTD开始同步采集地震数据,电、磁场数据,电流数据和温盐深数据。
3)系统回收步骤:
待数据采集完成后,向分离释放装置发送释放指令,分离释放装置启动分离,使除底座以外的水下部分通过浮球上浮至海面;并使用起重机回收至甲板。
4)将采集的数据进行综合分析:
从而获得同一工区在同一时间内产生的地震数据,电、磁场数据,电流数据,和方位角数据,或同一工区在同一时间内产生的地震数据,电、磁场数据,电流数据和温盐深数据。
5)由于在垂直缆上安装了多个罗经,可以分别采集不同位置的方位角数据其中i表示不同罗经的位置;根据方位角数据,判断垂直缆的弯曲方向和程度,使用多个罗经的方位角数据拟合垂直缆的姿态曲线,计算垂直缆的整体姿态时,应用曲线拟合算法(如多项式拟合或样条插值),获得垂直缆在不同深度的姿态。
6)根据拟合的垂直缆姿态曲线,调整海底地震仪OBS、海底电磁仪OBEM和电流计,或海底地震仪OBS、海底电磁仪OBEM、CTD和电流计的数据采集角度和方向,校正因垂直缆弯曲导致的数据偏差,采用矢量旋转算法,将原始数据转换到校正后的坐标系中;设为原始数据向量,为姿态校正角度,则校正后的数据向量为:
其中,为旋转矩阵,表示根据姿态角度进行的坐标系旋转。
本发明的联合勘探系统有以下特点:首先是精度较高。通过集成OBS和OBEM,系统能够同时获取海底地震和电磁数据,实现对海底环境的全面探测。电流计的引入使得系统能够监测海底电流变化,提供了更丰富和精确的环境数据。其次是抗干扰能力较强。电流计的嵌入式处理器采用先进的抗干扰算法,能够有效过滤环境噪声,提高数据的准确性。OBS和OBEM的信号采集和处理模块经过优化,最大限度地减少环境噪声对数据质量的影响。最后是数据传输稳定:采用多芯电缆实现设备间的数据和电力传输,确保数据传输的稳定性和可靠性。多芯电缆不仅传输多路信号,还具有良好的屏蔽性能,进一步增强了系统的抗干扰能力。
该系统将本来分别使用OBEM和OBS接收机的运作联合起来,在进行海洋电磁与地震联合勘探时,优点如下:第一,能够大大减少海洋数据采集成本过高的问题,减少人力资源、作业船只及硬件设备等方面的支出;第二,将OBS和OBEM设备统一,共用同一套导航定位信息可有效提高海洋可控源电磁数据和地震数据的质量;第三,电流计同步采集背景电流场数据,为后续进行去噪处理提供数据基础;第四,垂直缆上配备的罗经所提供的方位角数据为后续垂直缆数据进行姿态校正提供数据基础。
系统可用于精确定位海底断层、地震活动区和地质构造,为地质研究提供数据支持。系统能够检测海底矿藏、油气资源等的电磁信号,为资源开采提供依据。系统对海底电流、磁场的长期监测,可用于研究海洋环境变化和生态保护。
通过以上描述可知,本发明在高精度、抗干扰海底电磁震联合勘探中的独特创新点和技术优势,提供了可靠的技术基础和广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的主体结构示意图。
图3是本发明的方法流程图(系统包含OBS、OBEM和电流计)。
图4是本发明的方法流程图(系统包含OBS、OBEM、电流计和CTD)。
图5是本发明的方法流程图(系统包含OBS、OBEM、电流计和罗经,或包含OBS、OBEM、电流计、CTD和罗经)。
其中,1、浮标,2、垂直缆,3、罗经,4、CTD,5、电流计,6、水声定位应答装置,7、海底地震仪,8、信标,9、浮球,10、深海磁场传感器,11、海底电磁仪,12、延长杆,13、锚碇底座,14、深海电场传感器。
具体实施方式
如图1、2所示,一种高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统,其特征是该系统包括海底地震仪7(OBS)、海底电磁仪11(OBEM)、电流计5和垂直缆2,所述海底地震仪7(OBS)、海底电磁仪11(OBEM)、电流计5安装于设备安装架,所述设备安装架固定于锚碇底座13,所述垂直缆2顶部设有浮标1、底部与所述设备安装架连接,所述备安装架底部与所述锚碇底座13之间设有分离释放装置。
所述海底地震仪7(OBS):
结构及功能:OBS是用于监测和记录海底地震活动的设备,核心组件包括高精度加速度传感器和数据记录装置。加速度传感器能够检测微小的地震波动,通过高采样率记录下海底地壳的动态变化。数据记录装置用于存储地震数据,这些数据对于分析海底地质构造和地震活动具有重要意义。封装与保护:OBS通常封装在耐压、防水的外壳中,确保在深海高压环境中的正常运行。外壳材质选用高强度合金或复合材料,能够抵御海底极端条件的侵蚀和机械损伤。
所述海底电磁仪11(OBEM):
结构及功能:OBEM用于测量海底环境中的电磁场变化,主要包括高灵敏度的磁场传感器和电场传感器。磁场传感器能够检测到海底磁场的微小变化,这对于探测地下矿藏和资源分布具有重要参考价值。电场传感器用于记录海底电场的变化,帮助分析电磁环境的特征。封装与保护:OBEM同样封装在抗压、防水的外壳中,确保其在恶劣的海底环境中能够长期稳定工作。外壳材质和设计与OBS类似,以提供同样的保护和耐用性。
所述电流计5:
结构及功能:电流计5是本发明中区别于现有技术的关键组件,用于测量海底环境中的电流变化。配备高精度传感器,能够实时测量海底电流,并通过嵌入式处理器进行数据处理和传输。嵌入式处理器对电流数据进行滤波、放大和数字化处理,确保数据的高精度和低干扰。封装与保护:电流计5同样采用耐压、防水设计,确保在深海环境中正常运行。嵌入式处理器封装在高强度外壳中,保护其免受物理损伤和环境影响。
所述的用于海底勘探的高精度、抗干扰系统,还包括CTD 4(电导率、温度、深度仪),用于测量海底环境的电导率、温度和深度数据。CTD 4的主要结构包括用于测量海水的电导率的电导率传感器、用于测量海水温度的温度传感器和用于测量水深的深度传感器。本发明要求设备具有实时监测海水环境的垂直变化的能力,故CTD 4可以作为独立部件,同OBS和OBEM一同集成在系统中。
垂直缆2:用于连接海底设备与海面浮标或船只的缆线,具有高强度和耐腐蚀性能,能够承受深海高压和恶劣环境。该设备不仅用于传输数据和电力,还提供固定和支撑作用,确保设备在水中的稳定性,通常由高强度合成纤维或金属材料制成,外层包覆有防护层,以提高抗压和防腐能力。
顶部的浮标1或浮球:安装于垂直缆2的顶端,提供系统在水中的浮力和稳定性,配备GPS和无线通信模块,用于定位和数据传输。
底部浮球9:安装于垂直缆的底端,提供系统的额外浮力,设备安装于其中,保护设备免受海底环境的影响,内部具有设备安装架,用于固定和支持海底地震仪7(OBS)、海底电磁仪11(OBEM)、CTD 4(电导率、温度、深度仪)、罗经3和电流计5,配备深海锚或重物,用于稳定系统在海底的位置。
锚碇底座13:安装于海底,提供系统的稳定支持,用于固定垂直缆和底部浮球,确保设备在海底的稳定性和精确定位。
设备组件:海底地震仪7(OBS):监测和记录海底地震活动;海底电磁仪11(OBEM):测量海底环境中的电磁场变化;CTD 4(电导率、温度、深度仪):实时测量海底环境的电导率、温度和深度;罗经3:提供方位信息,帮助校准和调整设备的位置和方向;电流计5:测量海底环境中的电流变化。配有常规的中央处理单元,集成于底部浮球或单独部署;接收、处理、存储来自OBS、OBEM、CTD 4、罗经3和电流计5的数据;提供综合的数据分析和传输功能。
本发明的测量方法包括以下方面:
本方法通过海底地震仪7(OBS)、海底电磁仪11(OBEM)和电流计5采集数据,利用电流计5测得的背景电流场数据,去除电磁数据中的背景干扰,从而获取真实的、不被背景电场干扰的电磁数据。
1)海底地震仪7(OBS)采集地震波动数据,具有三维向量,是一种时间序列数据,数学公式表示为:
其中为三个正交方向上的地震加速度分量。
2)海底电磁仪11(OBEM)采集电磁场数据,具有二维向量(电场)和三维向量(磁场),是一种时间序列数据,数学公式表示为:
其中为两个正交方向上的电场分量,为三个正交方向的磁场分量。
3)电流计5采集背景电流场数据,具有二维向量,是一种时间序列数据,数学公式表示为:
其中两个正交方向上的背景电流场分量。
数据采集完成后需先对数据进行预处理。中央处理单元对来自OBS、OBEM和电流计5的数据进行时间同步,确保各数据源的时间戳一致,便于后续的数据融合和处理;使用基本的低通、高通、带通或带阻滤波器对各传感器数据进行初步滤波,去除明显的高频或低频噪声。
4)去噪处理时,首先进行背景电流场去除。通过使海底电磁仪所采集的数据与电流计所采集的数据进行相减完成背景电流场的去除,其数学物理原理表示为:
即电场数据的两个分量分别减去背景电流场的分量
同时,对海底地震仪所采集的地震数据进行去噪处理。在时域上,应用滑动平均滤波、自适应滤波或小波去噪等算法,对各数据源的时间序列数据进行处理,去除突发性噪声和随机噪声;在频域上,通过傅里叶变换将数据转换至频域,识别并滤除特定频率范围内的噪声成分。对于已知的干扰频率,采用带阻滤波器进行专门处理。利用地震、电磁和电流数据之间的关联性,进行联合分析和去噪,提高整体数据的精度和可靠性。
5)CTD4采集海水的电导率、温度和深度数据,根据CTD4采集的海水深度数据,分析其随时间的变化情况。因潮汐的典型特征是深度数据具有周期性变化,且符合潮汐周期,所以潮汐的判定方法为对深度数据进行频谱分析,识别是否存在显著的周期性分量,如果频谱中存在明显的周期性分量,且周期符合潮汐周期(如12小时或24小时),则判定存在潮汐。如果CTD4数据判定存在潮汐,则分析OBS数据和OBEM数据,判断是否受到潮汐引起的噪声或干扰,OBS和OBEM数据在潮汐周期内可能出现与潮汐变化同步的干扰信号;如果CTD数据判定不存在潮汐,则OBS和OBEM数据不应出现与潮汐周期相关的干扰信号,若仍存在异常信号,需要进一步分析其他可能的干扰源。
6)罗经3安装在垂直缆2上,具备高精度的方向传感器,用于提供海底设备的精确方位信息,帮助校准和调整设备的位置和方向。罗经可以固定在垂直缆的不同位置,具体安装位置根据需要选择,以确保信号的稳定传输和测量的准确性。
由于在垂直缆2上安装了多个罗经3,可以分别采集不同位置的方位角数据,其中i表示不同罗经3的位置。根据方位角数据,判断垂直缆的弯曲方向和程度。使用多个罗经3的方位角数据拟合垂直缆的姿态曲线,计算垂直缆2的整体姿态时,应用曲线拟合算法(如多项式拟合或样条插值),获得垂直缆在不同深度的姿态。根据拟合的垂直缆姿态曲线,调整OBS、OBEM、CTD4和电流计5的数据采集角度和方向,校正因垂直缆弯曲导致的数据偏差。采用矢量旋转算法,将原始数据转换到校正后的坐标系中。设为原始数据向量,为姿态校正角度,则校正后的数据向量为:
其中,为旋转矩阵,表示根据姿态角度进行的坐标系旋转。
7)将CTD4、罗经3集成起来:CTD4作为独立的部件,与其他设备如海底地震仪7(OBS)和海底电磁仪11(OBEM)共同集成在系统中,实时监测和记录海底环境参数,特别是电导率、温度和深度。这些数据被传送到中央处理单元,作为环境背景数据,帮助分析海底的真实地震和电磁数据,CTD4采集的数据在中央处理单元中与OBS和OBEM采集的数据进行时间同步和融合,提供综合的环境背景信息,校正因环境变化引起的数据偏差。
罗经3安装在垂直缆2的不同位置,用于测量设备的方向和姿态信息。根据需要,它可以在不同深度的位置安装,以提供设备在水中的精确方位数据,实时提供系统的方位角数据,帮助校准和调整OBS、OBEM、CTD4和电流计5的数据采集方向。罗经3测得的方位信息用于校正设备的姿态,确保数据的准确性,多个罗经3的数据用于拟合垂直缆的姿态曲线,计算垂直缆的整体姿态,并调整其他传感器的数据采集角度和方向,通过矢量旋转算法将原始数据转换到校正后的坐标系中。
OBS、OBEM、CTD4、罗经3和电流计安装在底部浮球9的设备安装架上,并通过垂直缆2连接至中央处理单元;数据传输:通过多芯电缆进行数据和电力的传输,确保各设备之间的数据传输稳定;顶部浮标1和锚碇底座13的组合提供系统在海底的稳定性,并通过罗经3校正设备的姿态和方向;数据处理:中央处理单元接收并处理各设备的数据,通过时间同步和融合算法确保数据的高精度,输出综合的海底环境信息。
8)其他细节:
系统中设有两种浮球:顶部浮标或浮球,以及底部浮球。顶部浮球:单个,安装在垂直缆2的顶端。底部浮球:两个或以上,安装在垂直缆的底端。顶部浮球的功能及特征:提供系统在水中的浮力,确保系统的稳定性。装配了GPS模块,用于系统的定位。具有无线通信功能,用于数据的实时传输和接收。配有适应恶劣海洋环境的抗压外壳,以确保在高压环境下的浮力和稳定性。底部浮球9的功能及特征:提供额外的浮力,保证底部设备的稳定性。内部集成了设备安装架,用于固定和保护海底探测设备(OBS、OBEM、CTD4、电流计5等)。设计有抗压和防水特性,以在深海环境中保持设备的安全和功能。配备了深海锚碇底座13或其他重物,增加系统在海底的稳定性,防止设备受海流影响而移动。系统浮力调节:浮球的布置和数量设计旨在平衡系统整体的浮力和稳定性,避免浮力过大或过小。在布置上,通过顶部浮球和底部浮球的协调作用,维持系统的垂直姿态。底部浮球的额外浮力和底座的锚定功能共同确保系统在恶劣海况下依然能够保持稳定。分布方式:顶部浮球:通过垂直缆与海面连接,使其漂浮在水面或接近水面位置,保持系统的顶部稳定。底部浮球:紧邻底座,通过垂直缆固定,与底座和设备安装架集成,确保底部设备的稳固和对海底环境的监测。
系统的浮球设计和分布方式是为满足在深海环境下的稳定性和数据传输需求,顶部浮球和底部浮球共同作用,通过垂直缆连接,确保设备的正常运行和数据的可靠传输。顶部浮球负责系统的总体浮力和数据传输,而底部浮球则通过额外浮力和设备保护来保证底部设备的稳定和有效工作。这些细节化特征确保了系统在海洋勘探中的高效和稳定运行。
声学释放器:功能:用于底座与其上部分(包括垂直缆、设备安装架、底部浮球等)之间的分离控制。声学释放器接收特定频率的声学信号,从而触发机械装置实现分离。结构:由声学信号接收模块和机械释放机构组成。声学信号接收模块能够准确接收和解码水下发送的声学指令,机械释放机构则在接收到指令后执行分离动作。安装位置:通常安装在底座和垂直缆的连接处,确保在需要分离时可以快速、有效地实现分离动作。
分离机制:操作流程:在需要将设备从底座上释放时,通过水面发送特定频率的声学信号。声学释放器接收信号后,启动内部机械装置,解除底座与其上部分之间的连接。
维护与检修:防护措施:声学释放器和底座都经过防水、防腐蚀处理,确保在长期深海环境中能够可靠工作。定期检查:定期对声学释放器进行功能测试,确保其能够正常接收信号和执行分离动作;底座结构也需定期检查,确保没有因腐蚀或其他因素导致的损坏。
系统恢复:过程:在设备完成海底任务后,通过声学信号触发释放,系统的上部分(包括垂直缆和安装于底部浮球中的设备)上浮到水面进行回收。定位:顶部浮球的GPS模块提供精确的定位信息,确保在海面上可以快速找到上浮的设备。
底座与其上部分通过声学释放器的设计保证了系统在复杂海底环境中的灵活性和安全性,能够在需要时迅速分离并回收设备,为系统的长期稳定工作和数据的可靠获取提供了重要保障。

Claims (10)

1.一种高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统,其特征是该系统包括海底地震仪(7)、海底电磁仪(11)、电流计(5)和垂直缆(2),所述海底地震仪(7)、海底电磁仪(11)、电流计(5)安装于设备安装架,所述设备安装架固定于锚碇底座(13),所述垂直缆(2)顶部设有浮标(1)、底部与所述设备安装架连接,所述备安装架底部与所述锚碇底座(13)之间设有分离释放装置。
2.如权利要求1所述的高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统,其特征是所述海底电磁震联合勘探系统还包括CTD(4),所述CTD(4)设置于设备安装架侧面。
3.如权利要求1或2所述的高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统,其特征是所述海底电磁震联合勘探系统还包括多个罗经(3),所述多个罗经(3)等间距设置在所述垂直缆(2)上。
4.如权利要求1所述的高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统,其特征是所述设备安装架顶部对称设有四个浮球(9),所述海底地震仪(7)设置于其中一个浮球(9)内。
5.如权利要求1所述的高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统,其特征是所述海底电磁仪(11)配备四个深海电场传感器(14)和一个深海磁场传感器(10),所述深海电场传感器(14)通过水平设置的四个延长杆(12)固定于所述设备安装架的四周,所述深海磁场传感器(10)设置于设备安装架侧面。
6.如权利要求1所述的高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统,其特征是所述设备安装架顶部还设有信标(8)和水声定位应答装置(6),所述水声定位应答装置(6)设置于设备安装架侧面。
7.一种利用权利要求1所述的高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统进行海底勘探的方法,其特征是包括以下步骤:
1)投放步骤:
使用起重机将联合勘探系统浮标以下部分缓慢放入海中;当垂直缆(2)投放至设定长度后,安装浮标(1)以保持缆线垂直;
2)数据采集步骤:
待系统稳定坐底后,海底地震仪(7)、海底电磁仪(11)和电流计(5)开始同步采集地震数据,电、磁场数据和电流数据;
3)系统回收步骤:
待数据采集完成后,向分离释放装置发送释放指令,分离释放装置启动分离,使除锚碇底座(13)以外的水下部分通过浮球(9)上浮至海面;并使用起重机回收至甲板;
4)将采集的数据进行综合分析:
从而获得同一工区在同一时间内产生的地震数据,电、磁场数据,和电流数据。
8.如权利要求7所述的方法,其特征是还包括对海底电磁仪采集的电磁场数据进行去噪的步骤,
去噪处理时,首先进行背景电流场去除,通过使海底电磁仪所采集的数据与电流计所采集的数据进行相减完成背景电流场的去除,其数学物理原理表示为:
即电场数据的两个分量分别减去背景电流场的分量
9.一种利用权利要求2所述的高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统进行海底勘探的方法,其特征是包括以下步骤:
1)投放步骤:
使用起重机将联合勘探系统浮标以下部分缓慢放入海中;当垂直缆(2)投放至设定长度后,安装浮标(1)以保持缆线垂直;
2)数据采集步骤:
待系统稳定坐底后,海底地震仪(7)、海底电磁仪(11)、电流计(5)和CTD(4)开始同步采集地震数据,电、磁场数据,电流数据和温盐深数据;
3)系统回收步骤:
待数据采集完成后,向分离释放装置发送释放指令,分离释放装置启动分离,使除锚碇底座(13)以外的水下部分通过浮球(9)上浮至海面;并使用起重机回收至甲板;
4)将采集的数据进行综合分析:
从而获得同一工区在同一时间内产生的地震数据,电、磁场数据,电流数据和温盐深数据;
5)进一步如果CTD(4)数据判定存在潮汐,海底地震仪(7)和海底电磁仪(11)数据在潮汐周期内可能出现与潮汐变化同步的干扰信号,则利用潮汐存在的周期性,分析海底地震仪(7)数据和海底电磁仪(11)数据,判断是否受到潮汐引起的噪声或干扰;如果CTD(4)数据判定不存在潮汐,则海底地震仪(7)和海底电磁仪(11)数据不应出现与潮汐周期相关的干扰信号,若仍存在异常信号,需要进一步分析其他可能的干扰源。
10.一种利用权利要求3所述的高精度、抗干扰的海底电磁震联合勘探系统进行海底勘探的方法,其特征是包括以下步骤:
1)投放步骤:
使用起重机将联合勘探系统浮标以下部分缓慢放入海中;当垂直缆(2)投放至设定长度后,安装浮标(1)以保持缆线垂直;
2)数据采集步骤:
待系统稳定坐底后,海底地震仪(7)、海底电磁仪(11)、电流计(5)和罗经(3)开始同步采集地震数据,电、磁场数据,电流数据和方位角数据;或者海底地震仪(7)、海底电磁仪(11)、电流计(5)和CTD(4)开始同步采集地震数据,电、磁场数据,电流数据和温盐深数据;
3)系统回收步骤:
待数据采集完成后,向分离释放装置发送释放指令,分离释放装置启动分离,使除锚碇底座(13)以外的水下部分通过浮球(9)上浮至海面;并使用起重机回收至甲板;
4)将采集的数据进行综合分析:
从而获得同一工区在同一时间内产生的地震数据,电、磁场数据,电流数据,和方位角数据;或同一工区在同一时间内产生的地震数据,电、磁场数据,电流数据和温盐深数据;
5)由于在垂直缆上安装了多个罗经,可以分别采集不同位置的方位角数据,其中i表示不同罗经的位置;根据方位角数据,判断垂直缆的弯曲方向和程度,使用多个罗经的方位角数据拟合垂直缆的姿态曲线,计算垂直缆的整体姿态时,应用曲线拟合算法,获得垂直缆在不同深度的姿态;
6)根据拟合的垂直缆姿态曲线,调整海底地震仪(7)、海底电磁仪(11)和电流计(5),或海底地震仪(7)、海底电磁仪(11)、CTD(4)和电流计(5)的数据采集角度和方向,校正因垂直缆弯曲导致的数据偏差,采用矢量旋转算法,将原始数据转换到校正后的坐标系中;设为原始数据向量,为姿态校正角度,则校正后的数据向量为:
其中,为旋转矩阵,表示根据姿态角度进行的坐标系旋转。
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