本發(fā)明涉及海洋勘探技術領域，特別是涉及一種近海底水合物探測系統(tǒng)。

背景技術：

天然氣水合物資源勘查通?；谡业V地質理論，綜合采用地球物理與地球化學相結合的手段，深拖地震勘探和近海底原位地化分析正成為最有效的手段。而中國主要海域的水合物資源勘查逐步進入詳查和試開采階段，常規(guī)多道地震系統(tǒng)分辨率不足、難以滿足精細刻畫礦體空間分布的要求，現(xiàn)有化地測量設備精度差、效率低、無法辨識指示礦體的弱異常。此外，由于海水對聲波(特別是高頻成分)的衰減，常規(guī)地震設備對深海地層的探測分辨率和穿透深度降低；并且菲涅耳半徑較大、分辨率很低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種近海底水合物探測系統(tǒng)，可降低菲涅耳半徑，提高探測的分辨率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種近海底水合物探測系統(tǒng)，所述探測系統(tǒng)包括船載部分和深拖部分；其中，

所述船載部分包括：綜合監(jiān)控主機，所述監(jiān)控主機用于發(fā)出觸發(fā)采集脈沖信號，并傳輸至所述深拖部分；以及接收所述深拖部分采集的近海底信息，并根據(jù)所述近海底信息確定所述近海底情況；

所述深拖部分包括：

數(shù)據(jù)采集單元，用于根據(jù)觸發(fā)采集脈沖信號，采集當前位置處的近海底信息；

電火花震源，用于根據(jù)觸發(fā)采集脈沖信號產生電火花震動信號，以震動海水；

多通道數(shù)據(jù)采集電子艙，分別與所述綜合監(jiān)控主機、數(shù)據(jù)采集單元及電火花震源連接，用于將觸發(fā)采集脈沖信號傳輸至所述電火花震源及數(shù)據(jù)采集單元；以及將所述數(shù)據(jù)采集單元采集的近海底信息傳輸至所述綜合監(jiān)控主機。

可選的，所述電火花震源包括：

控制模塊，與所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙，用于根據(jù)所述觸發(fā)采集脈沖信號輸出震動控制信號；

放電模塊，與所述控制模塊連接，用于在所述震動控制信號的控制下放電，產生電火花震動信號；

儲能模塊，與所述放電模塊連接，用于為放電模塊提供放電能量。

可選的，所述電火花震源還包括：

充電模塊，與所述儲能模塊連接，用于對所述儲能模塊充電。

可選的，所述數(shù)據(jù)采集單元包括：

數(shù)字接收纜，與所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙連接，用于在海水受到震動后，接收所述近海底地層的反射信息，并發(fā)送至所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙；

應答器，與所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙連接，用于確定當前近海底的位置信息，并發(fā)送至所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙；

姿態(tài)傳感器，與所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙連接，用于檢測所述數(shù)字接收纜當前的三維運動姿態(tài)，并發(fā)送至所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙；

深度測量器，與所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙連接，用于測量所述數(shù)字接收纜深入近海底的深度，并發(fā)送至所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙；

高度測量器，與所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙連接，用于測量所述數(shù)字接收纜的直線長度，并發(fā)送至所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙；

所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙還用于對反射信息、位置信息、深度及直線長度進行數(shù)據(jù)編排整理，并轉換為光信號。

可選的，所述深拖部分還包括：

光電復合連接器，設置在所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙與數(shù)字接收纜之間。

可選的，所述數(shù)字接收纜包括：

拖纜本體；

水聽器陣列，等間距設置在所述拖纜本體內，用于接收所述近海底地層的反射波；

濾波放大器，與所述水聽器陣列連接，用于對所述反射波進行濾波、放大處理；

a/d轉換模塊，分別與所述濾波放大器及多通道數(shù)據(jù)采集電子艙連接，用于將所述濾波放大器處理后的反射波的模擬信號轉換為數(shù)字信號，并將所述數(shù)字信號發(fā)送至所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙。

可選的，所述水聽器陣列的設置間距為50m。

可選的，所述探測系統(tǒng)還包括拖體，所述拖體上固定有所述深拖部分；

其中，所述拖體包括主體框架、導流罩及平衡尾翼；

所述主體框架的首端設有所述導流罩，所述主體框架的內部設置有所述電火花震源，所述主體框架的尾部兩側設置有平衡尾翼；

所述導流罩的內部設置有所述數(shù)據(jù)采集單元。

可選的，所述船載部分還包括：gps導航單元、超短基線定位單元、存儲單元及顯示陣列，所述gps導航單元、超短基線定位單元、存儲單元及顯示陣列分別與所述綜合監(jiān)控主機連接。

可選的，所述探測系統(tǒng)還包括：

光電復合拖曳纜，設置在所述綜合監(jiān)控主機及數(shù)據(jù)采集單元之間，用于進行信息的交互。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術效果：

本發(fā)明近海底水合物探測系統(tǒng)通過設置深拖部分的數(shù)據(jù)采集單元、電火花震源及多通道數(shù)據(jù)采集電子艙，可在近海底位置處探測近海底信息，減小目標層處菲涅爾半徑；而且近海底環(huán)境噪聲低，可提高信噪比；進而設置通過船載部分的綜合監(jiān)控主機，可準確確定近海底情況，提高對水合礦物分布的探測的分辨率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例近海底水合物探測系統(tǒng)的模塊結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例近海底水合物探測系統(tǒng)的電火花震源的結構圖；

圖3為拖體與深拖部分組裝連接圖。

符號說明：

1-船載部分，11-綜合監(jiān)控主機，12-gps導航單元，13-超短基線定位單元，14-存儲單元，15-顯示陣列，2-深拖部分，21-數(shù)據(jù)采集單元，210-應答器，211-深度測量器及高度測量器，212-光電復合連接器，213-電氣樞紐接駁盒，22-電火花震源，220-主控電路板，221-igbt晶閘管，222-開關觸發(fā)器，223-放電開關，224-放電電極，225-儲能電容，226-變壓器，227-ad/dc轉換器，228-諧振電路，229-濾波電容，23-多通道數(shù)據(jù)采集電子艙，3-光電復合拖曳纜，41-主體框架，42-導流罩，43-平衡尾翼。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種近海底水合物探測系統(tǒng)，通過設置深拖部分的數(shù)據(jù)采集單元、電火花震源及多通道數(shù)據(jù)采集電子艙，可在近海底位置處探測近海底信息，減小目標層處菲涅爾半徑；而且近海底環(huán)境噪聲低，可提高信噪比；進而設置通過船載部分的綜合監(jiān)控主機，可準確確定近海底情況，提高對水合礦物分布的探測的分辨率。。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

如圖1所示，本發(fā)明近海底水合物探測系統(tǒng)包括船載部分1和深拖部分2；所述船載部分1和深拖部分2之間通過光電復合拖曳纜3連接，以進行信息的交互。

其中，所述船載部分1包括綜合監(jiān)控主機11、gps導航單元12、超短基線定位單元13、存儲單元14及顯示陣列15。所述gps導航單元12、超短基線定位單元13、存儲單元14及顯示陣列15分別與所述綜合監(jiān)控主機11連接。所述監(jiān)控主機11用于發(fā)出觸發(fā)采集脈沖信號，并傳輸至所述深拖部分2；以及接收所述深拖部分3采集的近海底信息，并根據(jù)所述近海底信息確定所述近海底情況。

所述深拖部分2包括數(shù)據(jù)采集單元21、電火花震源22及多通道數(shù)據(jù)采集電子艙23，所述數(shù)據(jù)采集單元21根據(jù)觸發(fā)采集脈沖信號，采集當前位置處的近海底信息；所述電火花震源22根據(jù)觸發(fā)采集脈沖信號產生電火花震動信號，以震動海水；所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙23分別與所述綜合監(jiān)控主機11、數(shù)據(jù)采集單元21及電火花震源22連接，將觸發(fā)采集脈沖信號傳輸至所述電火花震源22及數(shù)據(jù)采集單元21；以及將所述數(shù)據(jù)采集單元21采集的近海底信息傳輸至所述綜合監(jiān)控主機11。

其中，所述數(shù)據(jù)采集單元21包括數(shù)字接收纜、應答器、姿態(tài)傳感器、深度測量器及高度測量器，所述數(shù)字接收纜、應答器、姿態(tài)傳感器、深度測量器及高度測量器分別與多通道數(shù)據(jù)采集電子艙23連接。在海水受到震動后，所述數(shù)字接收纜接收所述近海底地層的反射信息，并發(fā)送至所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙；所述應答器確定當前近海底的位置信息，并發(fā)送至所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙；所述姿態(tài)傳感器檢測所述數(shù)字接收纜當前的三維運動姿態(tài)，并發(fā)送至所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙；所述深度測量器測量所述數(shù)字接收纜深入近海底的深度，并發(fā)送至所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙；所述高度測量器測量所述數(shù)字接收纜的直線長度，并發(fā)送至所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙；所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙還用于對反射信息、位置信息、深度及直線長度進行數(shù)據(jù)編排整理，并轉換為光信號。進一步地，所述深拖部分2還包括光電復合連接器212，設置在所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙23與數(shù)字接收纜之間。在本實施例中，所述應答器為usbl應答器。

具體地，所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙23上設置的主要接口包括5個232串口，一個連接usbl應答器，一個連接高度測量器，一個連接深度測量器，內部預留2個，一個光纖混合接口，連接電氣樞紐接駁盒213，用于供電、控制電火花震源22、通訊等。光電復合連接器212與數(shù)字接收纜連接，包括兩對lvds6類雙絞線、兩根電源線、兩根地線、兩根水鳥線，完成采集單元集中供電、發(fā)送命令、接收采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)、命令的傳輸方式為長距離自定義協(xié)議lvds。

所述綜合監(jiān)控主機接收深拖部分上傳的多道地震數(shù)據(jù)(即反射波信息)、姿態(tài)數(shù)據(jù)、高度數(shù)據(jù)及深度數(shù)據(jù)；并將多道地震數(shù)據(jù)分發(fā)至存儲單元14和顯示陣列15，兩者分別進行數(shù)據(jù)實時處理與顯示；將姿態(tài)數(shù)據(jù)分發(fā)給位置姿態(tài)反演單元(圖中未示出)，通過所述位置姿態(tài)反演單元解算求得載體姿態(tài)，進而模擬繪制拖纜三維方向的運行狀態(tài)。也就是說綜合監(jiān)控主機除了接收采集有效數(shù)據(jù)外，還同時接收數(shù)字接收纜深度、數(shù)字接收纜直線長度、數(shù)字接收纜采集單元間距以及數(shù)字接收纜相對于拖船航跡的偏移程度等。

具體的，所述數(shù)字接收纜包括拖纜本體、水聽器陣列、濾波放大器、a/d轉換模塊。其中，所述水聽器陣列等間距設置在所述拖纜本體內，用于接收所述近海底地層的反射波；所述濾波放大器與所述水聽器陣列連接，用于對所述反射波進行濾波、放大處理；所述a/d轉換模塊分別與所述濾波放大器及多通道數(shù)據(jù)采集電子艙連接，用于將所述濾波放大器處理后的反射波的模擬信號轉換為數(shù)字信號，并將所述數(shù)字信號發(fā)送至所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙。優(yōu)選的，所述水聽器陣列的設置間距為50m，共設置有三段，全長150m。其中，所述水聽器陣列為5個/道，ad轉換模塊為32位。

此外，所述數(shù)字接收纜還包括陣間距監(jiān)測模塊、陣列深度控制模塊及數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點模塊。所述陣間距監(jiān)測模塊用于監(jiān)測所述水聽器陣列的陣列間距，并發(fā)送至所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙，使得所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙可根據(jù)監(jiān)測的水聽器陣列排布情況；所述陣列深度控制模塊用于控制水聽器陣列的排布深度；所述數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點模塊包括多個傳輸節(jié)點，每個傳輸節(jié)點對應傳輸一組數(shù)據(jù)。

在實際海洋環(huán)境中，存在著各種干擾，拖纜本體常常由于自身浮力、海面波浪、海流等原因而偏離預期的深度和水平位置，這種偏移使得海底高分辨率地震勘探系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)質量降低。而在深度2000m左右的近海附近工作，海面波浪對拖纜的影響較小，但是拖纜自身負浮力和橫向海流對拖纜姿態(tài)的影響比較嚴重。為了提高探測的分辨率，所述數(shù)字接收纜還包括檢測模塊，嵌入到在所述拖纜本體中，對數(shù)字接收纜的姿態(tài)進行測量，并在后續(xù)地震數(shù)據(jù)處理中，利用該姿態(tài)信息對采集的地震數(shù)據(jù)進行校正，從而提高地震剖面數(shù)據(jù)的質量。

進一步地，所述電火花震源包括控制模塊、放電模塊、儲能模塊及充電模塊；所述控制模塊與所述多通道數(shù)據(jù)采集電子艙，用于根據(jù)所述觸發(fā)采集脈沖信號輸出震動控制信號；所述放電模塊與所述控制模塊連接，用于在所述震動控制信號的控制下放電，產生電火花震動信號；所述儲能模塊與所述放電模塊連接，用于為放電模塊提供放電能量；所述充電模塊與所述儲能模塊連接，用于對所述儲能模塊充電。

所述電火花震源在高水靜壓條件下工作的電火花震源。在本實施例中，電火花震源的能量為2000焦耳。具體的，2000焦耳電火花震源為高精度數(shù)據(jù)采集控制、實時高速傳輸、監(jiān)控測試，具有輔助外設智能支持功能、傳輸通訊功能、軟件易于維護、功能擴充和版本升級。其中，所述監(jiān)控測試包括系統(tǒng)測試軟件、故障診斷軟件、水聽器全性能分析軟件等。

如圖2所示，所述控制模塊包括主控電路板220及igbt晶閘管221，所述igbt晶閘管221接收到觸發(fā)采集脈沖信號后導通，所述主控電路板220開始工作。所述放電模塊包括開關觸發(fā)器222、放電開關223及放電電極224，在所述主控電路板220的控制下，所述開關觸發(fā)器222觸發(fā)，所述放電開關223閉合，所述放電電極224開始放電。所述充電模塊包括變壓器226、ad/dc轉換器227、諧振電路228及濾波電容229，外接電源通過變壓器226提供交流電壓，所述交流電壓通過ad/dc轉換器227進行交直流變換，得到直流電壓，進一步地通過諧振電路228及濾波電容229消除干擾信號，從而將直流電壓輸入至所述儲能模塊進行充電。在本實施例中，所述儲能模塊可為儲能電容225。

優(yōu)選方案，本發(fā)明近海底水合物探測系統(tǒng)還包括拖體，所述拖體上固定有所述深拖部分。具體地，所述拖體包括主體框架41、導流罩42及平衡尾翼43；所述主體框架41的首端設有所述導流罩42，所述主體框架的內部設置有所述電火花震源22，所述主體框架42的尾部兩側設置有平衡尾翼43；所述導流罩42的內部設置有所述數(shù)據(jù)采集單元21，具體為深度測量器及高度測量器211；所述主體框架上固定設置有usbl應答器；所述主體框架的尾部設置有數(shù)據(jù)采集單元23的接線口。其中，所述主體框架41材料采用不銹鋼板材與棒料結合的形式，在保證足夠剛度、耐腐蝕性的基礎上，具備良好的機加工工藝性能。

所述拖體結構設計為半開式，拖體上下通透，利于提高其布放與回收過程的穩(wěn)定性。

進一步地，本發(fā)明在主體框架基礎上進行設計輔助支撐架，固定在主體框架上，用于對拖體所搭載的設備進行輔助支撐，為拖曳運輸、設備搭載等提供多種可能。深拖拖體定位系統(tǒng)基于超短基線、高度測量器和深度測量器，設備固定于拖體的主體框架上，相關弱電信號傳給拖體上的數(shù)據(jù)處理單元，最后統(tǒng)一傳遞給船載部分。

實際工作時，本系統(tǒng)對拖纜本體的位置采用船基gps、船基電子羅盤、聲納二次定位、拖纜節(jié)點姿態(tài)檢測以及配合深度傳感器等組合方式共同完成拖纜深度及運行姿態(tài)的精確定位。

本發(fā)明近海底水合物探測系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)海面拖曳式地震探測系統(tǒng)，近海底探測系統(tǒng)更靠近目標層，可減小目標層處菲涅爾半徑，大幅提高海底地層探測的分辨率，特別是橫向分辨率，而且近海底環(huán)境噪聲低，提高了信噪比，能夠更有效的精細刻畫水合物礦體分布。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。