[實(shí)用新型]天然面波地質(zhì)勘探裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720437731.1
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN206788383U
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭澎;尚佳彬;張福海;任立儒
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)12214
• 代理人: 陳昌娟,田陽

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及地球物理勘探儀器和光電傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種天然面波地質(zhì)勘探裝置。

背景技術(shù)

利用面波進(jìn)行地質(zhì)勘探是近年國內(nèi)外發(fā)展起來的新物理探測技術(shù)，因此近年來，大地面波勘察設(shè)備是地球物理探測設(shè)備研制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

地?zé)豳Y源(地層深部達(dá)1000-3000米)的直接利用受地域性約束明顯，特別是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市群得到廣泛的應(yīng)用，但在城市群地區(qū)進(jìn)行地?zé)峥辈殡y度很大。很多城市群的地?zé)崽飳儆谂璧匦偷責(zé)崽铮幱谄皆瓍^(qū)第四系覆蓋區(qū)，基巖無露頭，在城市群，由于人類工業(yè)活動造成了各種干擾因素，使常規(guī)的物探方法無法正常進(jìn)行；另外密集的建筑物和有限通行條件及環(huán)保的要求也使一些重要的物探方法(比如人工地震)難以開展。非地震物探方法如重力、電磁法等的儀器(如加拿大V8、美國GDP32II)不僅價(jià)格昂貴，還需要人工激發(fā)電場，采用特殊措施勘探精度仍低。

在城市群進(jìn)行鉆探的前期物理勘查工作是必需的且難度較大。大地面波的振幅很小(微米量級)，利用地球表面無時不在的地面微小震動波(它的成份較為復(fù)雜，包括有面波、體波等各種成份，其中面波-微動瑞雷波法占主要成份)作為觀測對象，這種方法既不需要笨重的人工能源(人工激發(fā)電場和地震源)，不對人類生存環(huán)境造成危害(如噪聲或高壓電等)，另外它的測點(diǎn)布陣靈活，不受硬路面和地下管網(wǎng)的限制。

但是，以傳統(tǒng)的穩(wěn)恒或瞬間面波儀獲取多路微動瑞雷波存在不可克服的較大誤差，這個誤差來源為其地震拾取電子傳感器和撿波各個環(huán)節(jié)靈敏度低且存在相位同步誤差，中國實(shí)用新型專利公開號102721983A公開了一種光纖陣列海底淺部地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測系統(tǒng)，雖然采用了光電傳感器，但其傳感器結(jié)構(gòu)、信號處理的電路等問題限制了微動瑞雷波法探測范圍，只能進(jìn)行地層的淺層200-500米的物理探測。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種利用地球表面無時不在的地面微小震動面波作為觀測對象，對地層進(jìn)行深部(1000-3000米)物理探測的天然面波地質(zhì)勘探裝置。

為此，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種天然面波地質(zhì)勘探裝置，包括單縱模激光器、一級耦合器、第1和第2二級耦合器、第1-8三級耦合器、第1-4雙單模光纖線盤、第1-4光鎖相環(huán)，第1-4光電轉(zhuǎn)換器、第1-4信號調(diào)理模塊、第1-4抽取濾波模塊、工控計(jì)算機(jī)和GPS時鐘。

所述單縱模激光器與一級耦合器相連，所述一級耦合器的輸出與兩個二級耦合器相連，兩個二級耦合器的輸出分別與第1、3、5、7三級耦合器相連，第1和第2三級耦合器與第1雙單模光纖線盤、第3和第4三級耦合器與第2雙單模光纖線盤、第5和第6三級耦合器與第3雙單模光纖線盤、第7和第8三級耦合器與第4雙單模光纖線盤分別構(gòu)成第1-第4馬赫-曾德爾干涉振動傳感模組，所產(chǎn)生的干涉型振動傳感信號以光相位變化，分別經(jīng)第2、4、6、8三級耦合器輸出到所述第1-4光電轉(zhuǎn)換器，所述第1-4光電轉(zhuǎn)換器分別與第1-4信號調(diào)理模塊、第1-4模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、抽取濾波模塊依次連接，所述抽取濾波模塊與所述工控計(jì)算機(jī)連接。所述GPS時鐘與所述工控計(jì)算機(jī)連接，用于時間精確同步。

優(yōu)選的是，上述系統(tǒng)還包括第1-4光鎖相環(huán)，所述第1-4光鎖相環(huán)分別串聯(lián)在所述第1-4雙單模光纖線盤的一個臂中，使干涉信號被穩(wěn)定在正交位置。

優(yōu)選的是，所述單縱模激光器為窄線寬單縱模半導(dǎo)體激光器；優(yōu)選的是，所述第1-4光電轉(zhuǎn)換器為暗電流達(dá)pA級的光電轉(zhuǎn)換器；所述的一級、二級、三級耦合器均為2*2光纖耦合器。

單縱模激光器1優(yōu)選采用窄線寬單縱模半導(dǎo)體激光器。

本實(shí)用新型的有益效果如下：

本實(shí)用新型的勘探系統(tǒng)重量輕、布陣便捷，有極高的靈敏度(量級,0.01g,振幅1550um/2)，其噪聲低、重量輕、抗干擾性強(qiáng)，其極高的靈敏度和傳感信號可多路以光子方式同步傳輸，無相位誤差且可靠快速，可以在城市以無源方式對地層進(jìn)行深部(1000-3000米)物理探測，為對微動瑞雷波信號的處理和地質(zhì)解析提供了其它類型的拾震撿波傳感器不可比擬的優(yōu)勢。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的天然面波地質(zhì)勘探裝置的原理圖；

圖2是本實(shí)用新型的天然面波地質(zhì)勘探裝置的布置圖；

圖3是相速度-頻散曲線。

其中：

1、單縱模半導(dǎo)體激光器 2、一級耦合器 3-1、3-2：二級耦合器；

4-1～4-8:三級耦合器；5-1～5-4:光鎖相環(huán)；6-1～6-4:雙單模光纖線盤