[发明专利]一种拖曳式的水底地质电法探测系统和方法

权利要求书

1.一种拖曳式的水底地质电法探测系统，其特征在于，包括：水下电缆线、简易式水下电极、水压测量传感单元、电缆浮沉单元、水下GPS定位系统、充气机、电法数据采集存储模块和数据处理模块；

所述水下电缆线与所述电缆浮沉单元固定，所述电缆浮沉单元与所述充气机相连；所述水下电缆线依次连接所述电法数据采集存储模块和所述数据处理模块；

所述水下电缆线上固定有多个所述简易式水下电极和多个水压测量传感单元；且所述水压测量传感单元和所述简易式水下电极对应设置；

所述水下GPS定位系统包括：应答器、船载换能器和GPS；所述应答器分别固定在所述水下电缆线上的前、中、尾部简易式水下电极处；所述应答器与所述船载换能器无线连接；所述GPS固定在拖船上。

2.根据权利要求1所述的一种拖曳式的水底地质电法探测系统，其特征在于，所述电缆浮沉单元包括：多个水下气囊和通气管；

各个所述水下气囊一一对应固定在各个所述简易式水下电极正上方的电缆线上；各个所述水下气囊之间通过所述通气管连通，所述通气管和所述充气机相连。

3.根据权利要求1所述的一种拖曳式的水底地质电法探测系统，其特征在于，还包括：水压显示器；所述水压测量传感单元通过无线传输方式与所述水压显示器连接。

4.根据权利要求1所述的一种拖曳式的水底地质电法探测系统，其特征在于，还包括：定位显示器；所述定位显示器置于所述拖船上；所述船载换能器与所述定位显示器相连。

5.根据权利要求1所述的一种拖曳式的水底地质电法探测系统，其特征在于，根据水下电缆线布设于水底的实际情况，所述简易式水下电极包括：背鳍状水下电极、圆弧状水下电极和尖锥状水下电极。

6.根据权利要求1所述的一种拖曳式的水底地质电法探测系统，其特征在于，所述充气机为通过气门阀与所述电缆浮沉单元中的通气管连接的可控式的充气机。

7.根据权利要求1所述的一种拖曳式的水底地质电法探测系统，其特征在于，所述简易式水下电极内侧具有多个导电簧片，每个所述简易式水下电极通过所述导电簧片与所述水下电缆线上的每个铜片通道固定。

8.根据权利要求1所述的一种拖曳式的水底地质电法探测系统，其特征在于，位于中部的简易式水下电极处的应答器固定在电缆线上，其位置根据水下电缆线在水底每次移动后的重叠测量位置确定。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的一种拖曳式的水底地质电法探测系统，其特征在于，所述电法数据采集存储模块包括网络并行电法仪；所述水下电缆线通过配套的航插头与所述网络并行电法仪的数据采集接口连接；

所述数据处理模块为预设有相应的数据处理软件的笔记本电脑或台式机；所述数据处理软件包括：网络并行电法处理系统软件、Surfer成图软件、Excel以及AGI反演软件。

10.一种基于拖曳式的水底地质电法探测系统的探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)准备工作

在拖船上，将简易式水下电极、应答器、水压测量传感单元和电缆浮沉单元固定在水下电缆线的相应位置上，组成水下电缆系统，并依次将水下电缆线与电法数据采集存储模块、数据处理模块相连；

(2)将水下电缆系统置于水底

将水下电缆系统放入水中，充气机对电缆浮沉单元进行充气，先让水下电缆系统漂浮于水面下方，拖船拖拽水下电缆系统到达待测区域位置后，通过充气机对电缆浮沉单元中水下气囊的气量进行逐步释放，使得水下电缆系统逐渐下沉，在此过程中，水下GPS定位系统实时获得水下电缆的姿态和位置，水压测量传感单元测量各个简易式水下电极所处的水深，待水下电缆系统到达指定测线位置并且沉入水底，使电极与水底土体介质完全接触后，获取并保存各简易式水下电极位置处的水压测量传感单元所测得的水底地形数据和水下电缆线上首尾电极、重叠起始点处电极共三个位置点处的应答器所获得的经纬度坐标；

(3)采集水底地质电性数据

对电法数据采集存储模块进行参数设置，设置完成后进行供电，水下电缆线上各个铜片通过简易式水下电极依次向水底土体介质内产生电流并形成电场，同时进行电位采集，获取监测断面内的水底地质电性数据；

(4)拖拽到下一探测位置并重复上述步骤

待数据采集完成后，通过充气机对通气管内充气，水下气囊逐渐膨胀，将简易式水下电极脱离水底土体介质并随水下电缆系统整体向上浮，拖船拖拽水下电缆系统整体向下一探测段方向移动，到达指定区域后，通过水下GPS定位系统将电缆线上的第一个电极控制在重叠段的起始点，即上一次采集时中部应答器的位置坐标点处，之后逐渐对水下气囊进行放气操作，使得整个水下电缆系统沉入水底，待水下电缆系统完全沉入水底并且简易式水下电极插入水底土体介质后，重复上述数据采集操作以及移动拖拽水下电缆系统至下一个探测区域的操作，直至将整个测试区内的数据采集完毕；

(5)数据处理阶段

数据处理阶段包括预处理、数据反演处理和数据结果成图；

预处理：使用网络并行电法处理系统软件打开原始数据；查看并修改简易式水下电极坐标，其中包括通过在Excel软件中对坐标数据换算整理合并、加入地形数据、导出文件的操作；将导出的带地形的文件数据放入网络并行电法处理系统中，同时对各断面的原始数据进行合并统一；接下来是常规数据解编、输出视电阻率数据文件和AGI反演格式数据文件，其中，在进行常规数据解编前需对采集到的数据进行检查，如果数据中存在不符合实际情况的异常跳点需要剔除；

数据反演处理：依据现场地质情况同时结合实际数据采集的质量选择合适的反演方法，以使反演得出最佳的结果，AGI反演软件内提供了三种反演方法，其中包括了阻尼最小二乘法反演、圆滑模型反演和抗噪声反演，主要流程为：反演参数的初始设置、选择合适的反演方法、设置数据噪声标准、反演迭代次数和圆滑系数及最大均方根误差；打开AGI反演格式数据文件，并进行联合反演，获得整条测线上的完整水底地质体的电性数据剖面图，待反演结束后，导出dat格式的反演电阻率数据文件；

数据结果成图：通过Surfer成图软件分别对视电阻率数据和AGI反演软件导出的反演电阻率数据进行成图处理，其中包括：在Surfer软件中打开dat格式的数据、进行网格化数据、选择网格化方法、网格划分大小及过滤异常数据基本处理流程，并且根据实际需要选择滤波器对数据进行滤波以及进行白化处理，通过上述处理流程，最终获得带地形的水底地质电性结果图；

(6)水底地质电性结果分析

根据实际水底探测目的及探测结果图，并结合已有的现场地质资料，对电性结果图中不同区域位置的电阻率及分布规律特征进行解释，综合分析判断水底地质信息。