[发明专利]单舱球组合式宽频带海底地震仪

说明书

技术领域

本发明单舱球组合式海底地震仪涉及海底天然地震观测技术领域。

背景技术

中国科学院地质与地球物理研究所是我国研制海底地震仪的主要单位，承担了国内绝大多数的海底地震仪研制任务。十一五”期间在财政部支持的国家重大科研装备研制专项中，中国科学院地质与地球物理研究所自主研制的七通道多功能宽带海底地震仪打破了国外对我国海底宽频带地震仪的垄断，并在南海、黄海、渤海进行了成功地应用，取得了大量的宝贵的科学数据。2009年4月，利用我们自主研制的宽带海底地震仪，我国首次在深水海区(4300米)记录到天然地震数据。

目前以美国为代表的发达国家已经普遍在进行海底天然地震观测，对海底数字地震仪性能指标的要求也越来越高。经国外的长期研究发现，工作在海水环境中的海底地震仪与在地面上工作时存在较大的差异。天然地震信号的频率在0.01-10Hz之间，海底地震仪与海床的耦合情况对地震观测的数据质量有非常明显的影响，同时海水的涌动对仪器工作时记录的水平信号产生很大影响。主要表现在两个方面：

(1)海底地震仪对海床的压强越小，耦合的情况越好，换言之，仪器的密度与海水密度越接近，记录效果越好。

(2)由于海床的振动与海水的运动不一致，海底地震仪在记录信号时会受到由此产生的附加力矩的影响，仪器的高度越高等效的附加力臂越长，影响越显著。

我们前期发明的海底地震仪将地震计置于玻璃舱球内部，玻璃舱球通过塑料外罩与沉耦架耦合，沉耦架与地面耦合。通过层层耦合，海水的影响被舱壳、沉耦架等相关部件放大。很难保证足够的耦合强度，会对天然地震记录带来很大的不利影响。实际应用证实该结构具有显著的缺陷。

美国的Woods Hole Oceanogaphic Institution(WHOI)和Scripps Institution of Oceanography(SIO)(对大陆禁运)其姿控宽带地震计设计采用悬臂梁外挂地震计的方式，使得地震计直接工作在海床上(见图6)。为了远离锚体和浮球，悬臂梁需要一定的长度，避免外在条件对其产生扭矩影响，地震计放在一个独立的舱球中。为了提供足够的浮力必须采用多球结构(4至8个舱球)，使得其重量达到了数百公斤以上，制作成本也大大增加，单台的价格接近100万元。同时其海上投放回收的施工的难度也有所增加。

综上所述，目前国内我们前期研制的海底地震仪采用地震计安装在玻璃舱球内的一体化结构，不能很好的抵御海水流动对其的冲击，记录信号失真严重。而国外的宽带海底地震仪的结构由于重量与成本的原因，并不适合于我国目前的经济条件与观测条件。

本发明针对目前国内所使用的海底地震仪的设计缺陷进行了改进与创新，设计了地震计密封舱挂接于海底地震仪底部的连接方式，在完善仪器的性能指标方面有很大提高。我国领海中四大海区中除南海以外，渤海、黄海、东海的平均水深都小于100米，在这种浅海海底环境下进行天然地震观测尽量消除海水流动带来的不利影响是观测的最为关键的关键技术。本申请就是针对此项关键技术研制的海底地震观测装备，在我国的广阔领海具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是公开一种单舱球组合式宽频带海底地震仪，是在前期研制的宽带海底地震仪的基础上，对地震计的安装方式进行了创新与改进，地震计可以独立地与海底耦合，在完善仪器的性能指标方面有很大的提高。并且扩展了仪器的通用性和组装的互配性。工作量上有了大幅度的缩减，测试和应用的操作更加简单方便，可以满足海洋科学研究与深水油气探测的需要。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种单舱球组合式宽频带海底地震仪，包括功能舱、地震计舱、脱钩机构、沉耦架；其沉耦架为框状，中心设有刚性圆环，圆环以四根钢梁呈十字状与边框固接，钢梁和边框固接处设有导流筒；导流筒为两端开口的通筒，固接于边框上；边框上表面设有多个钢爪，每个钢爪有一拉紧螺栓；

地震计舱包括保护罩、地震计密封舱，地震计密封舱内有常平机构和地震计，钟状保护罩，开口向下，开口边缘与刚性圆环上表面连接；

功能舱下端与保护罩顶端外表面固接；地震计密封舱上端以多根线缆悬吊于保护罩顶端内表面，地震计密封舱下端掉出保护罩开口，与导流筒底端平齐；

保护罩开口直径与沉耦架中心刚性圆环直径相适配；

脱钩机构位于功能舱上端，以可熔断拉紧钢丝与沉耦架边框固接，将功能舱、保护罩定位于沉耦架中心刚性圆环上表面；

功能舱与地震计之间，以水密电缆电连接，水密电缆分别穿过功能舱、保护罩、地震计密封舱侧壁。