[发明专利]一种用于海底地震波法探测的模型试验系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于海底地震波法探测的模型试验系统及方法。

背景技术

近海是人类开发利用海洋活动最早、最频繁的地带。当前，如何有效保护、合理利用和开发海洋是世界各国研究的热点。我国是一个海洋大国，海洋资源丰富，合理开发和利用海洋资源有利于我国经济的快速发展。近年来，随着海洋资源开发水平的提高，我国海洋工程建设的规模愈来愈大，结构愈来愈复杂，对于工程建设的要求也愈加严格，尤其是港口、滨海发电厂、跨海桥梁隧道、海上石油平台工程等建设项目，对基岩面的起伏形态和暗礁、风化深槽、海底断层、海底滑坡等特殊地质现象往往有较高的勘探要求，对地层穿透深度的要求也越来越高。进行近海海底断层探测和海底滑坡探测，能够为近海工程建设（港口、滨海发电厂、跨海桥梁隧道工程等）提供强有力的前期勘察保障。提前查明探测区域内的断层分布情况、滑坡范围与滑移面深度和形态等地质参数提供支撑与指导，为工程建设的选址、建设期工程地质问题的应对与处置措施提高依据。

地震波勘查技术方法是海域浅层地质与构造探测中最常用方法之一。为优化海洋观测方式及研究海底地质成像特征，采取有效的数值模拟及物理模拟试验是非常有必要的。相对于数值试验，物理模型试验跟接近现场的真实复杂环境，其模拟结果能够有效的指导实际探测解译及技术改进。然而现有研究人员多在数值模拟方面做了大量的研究，然而鲜有专家进行室内的物理模型试验。现有的物理模型试验存在以下几个问题：

①物理模型试验系统过大或过小。物理模型试验系统若过大，则其填充相似材料要求过多，完成一种地质探测模拟后，需要耗费大量的人力物理更换地质形态，费时费工；若物理模型试验系统过小，则其相似比较大，其模拟结果与现场真实环境探测结果存在较大的误差，其研究结果并不能直接指导现场探测。急需提出一种相似比适中，能真实模拟现场地质环境的物理模型试验系统。

②模拟地质工况单一性。现有的地质模型试验系统多针对于一种工况进行物理模拟研究，其中地质体无法跟换，不能够根据现场环境快速修改地质形态。由于模拟地质的单一性，造成模型试验系统不能重复利用，极大的浪费了资源。急需提出一种能够进行多种工况模拟，可根据地质环境改变地质形态，能够重复利用的模型试验系统。

③缺少海浪影响分析。现有试验系统多在稳定的水体上进行试验，其水面稳定，但在真实的现场环境中，海浪对地震波传播具有一定影响。当存在海浪时，海平面为起伏自由表面，地震波在该界面的反射较为复杂，同时由于海上多采用拖缆方式布置震源及观测方式，海浪较大时，会使拖缆在海水中的深度发生变换，影响采集的地震波数据。

④观测系统布置受限。受模型试验系统限制，地震勘探系统观测方式多为固定安装，不能根据要求实现不同观测方式的快速组合，大大降低了不同观测方式的研究，因此亟待提出一种可以实现观测系统快速组合的自动化控制系统，提高物理模型试验效率。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是提供一种用于海底地震波法探测的模型试验系统，可研究近海地质体成像特征及优化观测方式，能较好的指导现场勘探工作，提前查明探测区域内的断层分布情况、滑坡范围与滑移面深度和形态等地质参数提供支撑与指导，为工程建设的选址、建设期工程地质问题的应对与处置措施提高依据。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于海底地震波法探测的模型试验系统，其特征是：包括中央控制单元、海浪制造装置、模型试验单元、观测系统和水源提供单元，其中：

所述模型试验单元包括模拟海底的试验台，试验台内设置有模拟基岩与地质的模块，所述水源提供单元为试验台内提供模拟海水，所述海浪制造装置被配置为以不同速度和力度作用于模拟海水上，生成不同大小的海浪；

所述试验台的上端设置有观测系统，具体包括用于水下不同深度的地震波激发的震源控制单元及覆盖于试验台上端、对不同方向的波进行全空间采集的检波器控制单元；

所述中央控制单元控制海浪制造装置、水源提供单元和观测系统的工作状态。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

所述模型试验单元包括试验台，所述试验台内设置有海水检测单元，所述试验台内部配置有固定基岩模块（2）和可拆卸地质模块（3），所述固定基岩模块（2）包括两个，分别固定于试验台的两端，可拆卸地质模块（3）通过开设在试验台底面上的地质模块滑槽（9）可滑动地设置在试验台内部。