CN1063762A - 三维地震测波器 - Google Patents

Abstract

一种沿正交轴探测瞬变地震信号的地震测波器 组件。地震测波器组件包含安装在一个外壳内，而且 彼此靠得很紧密的数个地震测波器；导体电缆通过在 外壳上装有完全防水的密封与地震测波器相互连 接。在电缆进入外壳的进口处，导体电缆的外表面套 有一个锥形套管，通过一个锁紧螺母使一套筒将套管 与电缆压紧。在外壳顶上装有气泡水准计；外壳底部 装着连接销钉，使外壳固定在地面上。工作人员调整 每根销钉的深度，以保持外壳水平。

Description

本发明介绍一种用于探测地球内瞬变的地震信号的地震计，特别是介绍一种用以探测在陆地上或浅水地带中这种信号的正交分量的传感器。

地震探测包含利用人为地引入地表下面的反射传音脉冲以进行地表下层的测量。实施这样的测量，需在地球表面确定的范围内安置一排地震探测用电缆，将一连串地震测波器与位于中心的记录站相互连接。传统的方法是：每一个地震测波器具有一个单一的感觉装置，定向垂直于地表面，以便探测由下向上传播的音波。像这样，仅能记录地震信号的一个分量，例如：垂直分量。但是，地球物理学家对地震信号的水平分量却非常关注。因此常采用三个地震测波器，以探测地震信号的水平及垂直分量，各地震测波器安置在平面上，且使它们的灵敏度轴线相互垂直。这样的布置可使三个传感器探测两个水平分量及垂直分量。通过综合计算可以测定地表下层的传播特性。

原有的三维（3-D）地震测波器，采用三个单独的地震测波器，安置在同一平面上，并使它们的灵敏度轴线相互垂直，奥约公司（Oyo  Corporation）的SC-3D型及马克公司（Mark）的L-400型具有圆形外壳。三个探测器设置于同一平面上，彼此距离相等。LRS（原“利顿”资源系统公司）为西阿特拉斯国际公司的一个部门，他们采用一种矩形的外壳，沿外壳的纵向轴线安装三个探测器。这些3-D地震测波器与单个的地震测波器相比既大又重。因为每套装置体积较大，所用的电缆必须尽可能缩短，以使野外工作人员便于携带至现场表面。设置相同数量的3-D地震测波器，比设置相同数量的单一地震测波器要耗用较大的人力。一个长时间未解决的问题是需要一种较轻又紧凑的3-D地震测波器，并能实现相当于单个地震测波器所能达到的地表下层探测规模。

在一般情况下，当地震测波器暴露在浅水地带时，易被淹没，上面所提及的那些地震测波器也会遭遇这些问题，特别是电缆进入外壳的进口处更易进水。又一长时间未解决的问题是需要一种结实的测波器外壳，经得起长时期在野外使用，同时又能完全不漏水。

根据上面所述现有的缺点。本发明的目的是提供一种减小外形尺寸的3-D地震测波器，以便于搬运。这样就有可能使每一单位长度的电缆能满足较多的地震测波器的需要，本发明的另一目的是当地震测波器暴露在浅水地带时，该测波器能够防水。

改进后的3-D地震测波器具有紧凑的外壳，在壳的外部装有气泡水准计，有助于外壳保持与重力垂直线的定向关系。三个探测器装在壳中，至少有一个探测器是设置在另一个探测器上，以减少壳的外形尺寸。对外壳内的每个探测器在定向时均保持各探测器的灵敏度轴线相互垂直。各地震测波器与远距离的记录装置，以电缆相连接，电缆通过通孔穿进外壳，然后用压缩密封套及锁紧螺母予以密封。在地震测波器底部最少有一个销钉，但最好有三个销钉插入地面，并在地面与探测器外壳之间，提供一种改进的连接方法。

参阅以下有关本发明的详细叙述及附图，可对本发明获得较深入的了解。其中：

图1为地震测量的一般说明图;

图2a为本发明经过精心设计并用于图1所示地震测量的地震测波器的立体外形图;

图2b-2c为图2a所示的地震测波器的正视剖视图;

图3a及3b为图2a-2c中所示的电缆密封装置的放大说明图。

本发明是一种比原有地震测波器重量轻，体积小的用以检测地震信号的3-D地震测波器。在图中可以发现相同的数字代号，说明在组装中有相似或相同零件。

图1是一般性的介绍地震测量。

在地球表面10上可在经过选择的地表下层的上部地面上分布许多暴露在大气中的地震测波器12。可能有一个地震源14位于或靠近所选定的区域表面的另一点上。假设大量的地震源14基本上是集中在同一点上，以便作为一个地震源来考虑。这种方法技术上是常用的。这些震源的实例包括：机械震动器、爆炸物或勘探钻孔的声源。如：共鸣器或气枪。地震源14的作用传给地球内部一个地震信号16，信号16以球面扩展波阵面朝下传播，射到各地表下层18并按不同地层的传音阻抗反射到地球表面。反射的地震信号20，回到地球表面10后，由一些地震测波器12探测，转换为电或光信号通过连接电缆26输入中央记录装置23，该装置储存有关数据供下一步处理。

图2a为本发明精心设计的用于图1所示地震测波的地震测波器之一的放大立体图。这类地震测波器12包括一普通的矩形外壳22，最好由聚碳酸酯注射模铸或其他成熟的结构技术制成。可用数只连接销钉24，将地震测波器12的底部与地面连接，这方面的技术是普遍熟悉的。一根或数根导体电缆26，可从探测器12侧面伸出，把封闭着的传感器与远距离记录装置相连接。

图2b-2c为图2a所示地震测波器的不同方向的剖视图。外壳22包含一个较低的箱体28，箱体一端配有盖30，与箱体接触处装有橡胶密封垫圈32，盖30放在箱体上部唇状边缘34上，当螺丝36紧固后，盖30与箱体紧密接触，并压紧密封圈32，形成严密的水封。箱体底部设有若干螺帽及带螺纹的支柱38，与上述的销钉24连接。销钉及各种可能连接的方式在工业上已众所周知，此处不再讨论。

箱体内部可包含一个室，然而本发明的最佳实施方案选定为两个室40及42，由内壁44将它们彼此隔开，此壁基本上延伸至两室的顶部。室40及42在箱体内并不处于中心位置，室40一般为圆柱形，其纵向轴处于垂直方向。室42似半圆柱的凹洼形或似半圆柱槽形，其纵向轴定于水平位置，每个室40或42的尺寸基本上可与下面即将叙述的传感器的外形尺寸相同，并有足够的空间供电气连接需要。

传感器46装在室40内，使其灵敏度轴线与地震信号相垂直而与室的轴线相平行。在室42内可以配置第二个传感器48，使其灵敏度轴线也与室的轴线平行，同时，在水平传感器48的上面并由柔软的零件52分开，设有一第三个传感器50，它的灵敏度轴线与其他两个传感器46及48的轴线分别为相互成水平及垂直，在传感器48及50之间的柔软零件52可制成马鞍形，它可使传感器48稳固的装在室42内，同样也支承第三个传感器50。鞍形支架52最好选用弹性的材料如氯丁橡胶。当盖30紧固在箱体28时，鞍形支架可以承受传感器从上面施加的压力。技术熟练的人早已了解用于地震测波器的这类传感器，因此，此处不再提供详细的论述。但是通常传感器（也有个别人统称为地震测波器）包含一个以两条弹簧悬挂在磁场中的线圈。技术熟练的人都懂得这种线圈对于任何给定的转动距离，在任何特定的自然频率下，其最大倾斜角能够预测。一种典型的14赫垂直传感器在停止运转前，在正常情况下可以倾斜55°，一种10赫传感器在不能工作前则可以倾斜约35°，因此，传感器在停止运转前，它的自然频率越低，倾斜角度越尖锐。由于不同的矢量恢复重力，水平传感器与垂直传感器比较，前者的运转倾斜角比后者严格。水平传感器的装配过程与垂直传感器十分相似。但是，在水平传感器的结构上，底部弹簧应倒置以支承线圈组件，并以众所周知的护圈使其就位。在这类结构中，垂直传感器现在变成了水平传感器。与垂直传感器所不同的是它的顶部弹簧及底部弹簧正好相反。传感器的自然共振频率仍相同。实际上对弹簧是没有恢复力的要求。只要传感器仍保持在或接近水平面上则传感器仍将令人满意地发挥作用，其电气性能仍不变。

现返回参阅附图，放在传感器46上面的是使传感器在室内保持适当位置的保护定位片54，印刷电路（PC）板58连接在定位片54的顶上并用垫片56将其隔离，保护定位片54与印刷线路板（PC）以螺丝60固定在箱体28上。PC板58是作为一些传感器与上面提到的电缆之间的通信枢纽，PC板上有足够的接线端子以连接传感器及电缆。

为了决定外壳28安置在地上时的水平位置，在盖30与箱体28之间装有水平装置，该装置内有一气泡水准计62，最好装在凹室64内。在凹室的底部，气泡水准计62与盖30之间装有O型密封圈66作为软垫。为了保持气泡水准计62稳定的装在凹室64中，在凹室内有一耐用而透明的盖68及另一O型密封圈70，以数个螺丝固定在盖30上（图中未表示）。透明盖68装有一个透镜72，沿透镜的周边，设计有许多突出物74。透镜72能将凹室64内的气泡放大。突出物74围绕透镜作为保护环，防止透镜磨损并避免外物的碰撞。

参见图2c，3a及3b关于地震测波器与电缆的关系。如图2c所示，至少1个，最好2个孔80及82，穿过外壳28的壁，在图示的两孔中，仅孔82真正穿透进入外壳，而另一孔80未全部穿透，其原因将在下面叙述并可以用盖子堵塞掉。每个孔的外部均有螺纹以配装所属带有螺纹的盖或锁紧螺母。孔82有通道供电缆26安装用，电缆内有足够数量的导线可将每一个传感器与远距离记录装置相连接。在应用中，当需将数个地震测波器串联连接时，可用第二根电缆以同样的方式进入孔80接到传感器上。对地震测波技术熟练的人员会知道在上述应用方面的基本电气要求。

图3a及3b为密封装置的放大说明，该密封装置与图2a-2c所示电缆配套，由弹性的材料如氯丁橡胶制成的。套管90同心地套在电缆26上，使电缆密封。虽然建议采用氯丁橡胶，但其他材料也可能有同等效果。套管90外表面为锥形92，末端94最薄，逐渐增大直径至另一端96，最厚处与孔82配合。锥形轮廓在点98处相对的发生突变，在另一末端96的前面有一个等直径部分100。套管90的末端96形成一个外法兰102，其圆周直径实际上等于孔82的圆周直径。法兰102有一内槽或凹座106与套管轴线同心。在凹座内有电缆挡板108，其中有一内法兰110，其位置受凹座限制。电缆挡板108是一个有许多孔的圆盘。电缆中的各导线分别穿过圆盘各孔，圆盘必须采用非导电材料，以防止各导线索间电的短路。在电缆挡板内侧，每根导体上均焊有一挡块114，以防止导线从电缆挡板中抽出。

一个可压缩套筒120同心地套在电缆26上并部分地围绕着套管90。套筒120的内孔直径略小于套管90上直径一致的部分100的外径。套筒120的一端，它的内径减小形成一个压缩环122。套筒的另一端为外法兰124，法兰外径与套管的法兰102的外径相同。压缩套筒120外面有一锁紧螺母126，锁紧螺母126的螺纹与孔82的内螺纹84配合，当它拧紧时用以紧固电缆，套管，并将压缩套筒向外壳28挤压。当锁紧螺母126在孔82内拧紧时，锁紧螺母的端部与压缩套筒120的外法兰124相接触，并使套筒沿套管的锥面92向前推进。此时，压缩环逐渐把套管挤向电缆。一旦锁紧螺母完全拧紧时，压缩环120已移动超过直径变化增大点98，压力通过套管施加在电缆上，实现防水密封的性能。除通过套管施加压力于电缆外，锁紧螺母推进压缩套筒120的外法兰124，挤压长套的末端96，同时通过长套的法兰102及110向孔82施加压力，也将实现外壳上的防水密封作用。

一旦地震测波器组合已经完成装配，同时适当的线路改变也已在探测器组合与电缆连接时完成，所有探试器组合及电缆运送到指定地区，电缆在地面上布置后，由野外工作人员进行地震测波器组合与地面固定工作。当地震测波器组合与地连接时，工作人员使探测器组合上的气泡水准计处在朝上的位置，然后放下探测器使销钉插入土地里，当探测器组合在地面上已固定妥当后，工作人员去安排下一个探测器前应先观察气泡水准计，并进行适当的调整，使外壳保持水平。

关于我的发明的特性，特别是关于使用电气感觉系统，已进行了一定程度的叙述。本发明将会进行修正与改进，例如：对技术熟练的人们会把本发明适应于光纤技术，这些都应列入本发明的范围，将受所附的权项所保护。

Claims (11)

1、一种用以沿正交轴探测瞬变信号的仪器(12)，其中含有：

(a)外壳(28，30)；

(b)许多在上述外壳内正交设置的传感器(46，48，50)，至少有一个传感器(50)是设置在另外的一个传感器(48)上，两者之间以柔软零件(52)隔离；

(c)传导件(26)伸入外壳，使各传感器与远距离记录装置(23)相互连接；

(d)手段(92)实际上使传导件与外壳密封；

(e)手段(108)装在密封装置中，用以把导线固定在仪器中。

2、一个用以探测通过媒介（18）传播的瞬变信号正交分量的地震测波器组合件（12），其中含有：

（a）固定在地面上的外壳（28，30）;

（b）固定在外壳内的，并按正交轴配置的若干传感器（46-50），至少有一个传感器（50）安装在另一个传感器（48）上，有一个柔软零件（52）将这两个传感器隔开;

（c）传导件（26）穿出外壳，使传感器与远距离记录装置（23）彼此连接;

（d）手段42与传导件保持同心，使传导件与外壳达到密封配合;

（e）手段（68）装在外壳内，用以确定外壳的方位是否与重力垂线，是否处于最佳状态;

（f）手段（108）与密封机构成为一整体，用以将导线固定住。

3、一种用以检测通过地球传播的瞬变地震信号正交分量的三维地震测波器组合件（12），其中含有：

（a）具有一腔室（40）的外壳（22），其上至少有一个通孔设在外壳侧面;

（b）在腔室中正交安装有数个传感器（46-50），至少有一个传感器（50）装在其他传感器（46-48）的上面，中间隔一柔软零件（52）;

（c）传输件（26）穿过通孔进入外壳，将各传感器与远距离装置连接上;

（d）外表面呈锥形的软质套管（92），安装时与通孔及传输件配合;

（e）可压缩套筒（120）与软质套管同心，并与套管外表面有锥度部分配合，因而可使套管与传输件达到密封目的。

（f）锁紧螺母（226）与可压缩件及外壳装配后，可以使套管，外壳及传输件均处于密封配合;

（g）手段（68）与外壳连接，可以指示出外壳相对于重力垂线的预定方位;

（h）手段（24）与外壳接合，用以插入地面，使外壳固定在地上。

4、根据权利要求1中所述的仪器，其中导体穿入其外壳使传感器与远距离记录装置彼此连接。导体包含至少一根电缆，电缆中至少有一根导线索。

5、根据权利要求4中所述的仪器，其中使上述传导件与上述外壳实际形成密封的装置包括：

（a）套管（92）与靠近外壳处的一部分电缆配合。

（b）可压缩套筒（120）与套管同心配合。

（c）一个锁紧螺母（126）与可压缩套筒结合，锁紧螺母拧入外壳的螺纹时，将可压缩套筒沿套管向前推动。使长套紧紧挤压电缆，从而迫使套管与外壳处于密封状态。

6、根据权利要求2中所述的组合件，其中使传导件与其配合件保持同心，以达到传导件与外壳的密封配合，它包括：

（a）弹性体套管（92）;

（b）手段（120，126）装入外壳，并与套管同心配合，迫使套管与外壳及传导件均处于压缩状态。

7、根据权利要求1中所述的仪器，其进一步包含件68，用以确定外壳的水平状态。

8、根据权利要求2中所述的仪器，其中传导件包含一根传导电缆，电缆中至少有一单根的导线索。

9、根据权利要求2中所述的仪器，其中至少有一个传感器（50）装置在另外的传感器（46，48）上面。

10、根据权利要求3中所述的地震测波器组合件中，其进一步包含一种将传输件固定在地震测波器组合件上的设计。

11、根据权利要求11中所述地音探测器组合件，其中调节件包括一锁紧螺母（126）装在外壳上。

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