一种用于海底地震波法探测的模型试验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于海底地震波法探测的模型试验系统，包括模型试验单元，具体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，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；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，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。本实用新型专利技术为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。

A model test system for seafloor seismic wave detection

The utility model discloses a system for model test of seafloor seismic wave detection method, including model test unit, test bench including simulated seabed, test bench is arranged in the bedrock and geological simulation module, the water supply unit provides a test-bed for simulation of seawater, the manufacturing device configured to different the speed and strength in Simulated Seawater, generating different waves; upper test set observation system, including for water depth under different seismic wave excitation control unit and covered on the test bench top in various directions, wave detector control unit in full space acquisition, the central control unit control the manufacturing equipment, water supply unit and observation system working state. The utility model provides support and guidance for the geological parameters such as the fault distribution in the detection area, the landslide range and the depth and shape of the sliding surface in advance.

【技术实现步骤摘要】
一种用于海底地震波法探测的模型试验系统
本技术涉及一种用于海底地震波法探测的模型试验系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术为了解决上述问题，提出了一种用于海底地震波法探测的模型试验系统，本技术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。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种用于海底地震波法探测的模型试验系统，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。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和可拆卸地质模块，所述固定基岩模块包括两个，分别固定于试验台的端部，可拆卸地质模块通过底端的滑槽活动连接在试验台内部。所述固定基岩模块和可拆卸地质模块之间的界面采用黄油进行耦合。所述试验台包括钢材框架和设置于框架上、形成承载体的有机玻璃，所述有机玻璃之间通过密封胶进行密封。所述可拆卸地质模块为断层地质模块，所述断层地质模块包括滑轨、断层体及基岩，所述基岩底端设置有滑轨，所述基岩中端设置有断层体，其中断层体设置为不同倾角及厚度。所述可拆卸地质模块为滑坡地质模块，包括滑轨、滑坡体及基岩，所述基岩底端设置有滑轨，上端设置有滑坡体设置成不同的规模、大小和/或厚度。所述海水检测单元，包括水位计、水温计和水流计，分别检测试验台内充填水程度、水温和水流流速。所述海浪制造装置包括电动箱、电动推送杆和推板，通过中央控制单元调节电动箱的功率，进而改变电动箱驱动推送杆的推送速度，使得推板按照不同的速度和力度作用在水体上，产生不同大小的海浪。所述震源控制单元包括主滑动轨道、滑动基座、震源滑动杆、滑环、换能器、震源收缩杆及传输电缆，其中，所述主滑动轨道包括两个，分别安装在试验台的上方两端，在两条主滑动轨道上分别有滑动基座，震源滑动杆固定安装在两个滑动基座上，滑动基座在主滑动轨道上的滑动位置可调节，震源滑动杆上活动套装有滑环，滑环上连接有换能器，以实现二维平面空间震源点的布设。所述换能器通过收缩杆固定于滑环上，将换能器作为震源，通过控制伸缩杆的不同长度，以实现水下不同深度的地震波激发。所述检波器控制单元，包括两个滑轨，所述滑轨通过滑动基座垂直固定于主滑动轨道上，两个滑轨之间设置有若干个滑动杆，每个滑动杆上设置有若干个检波器，检波器通过电缆线与无线基站相连接，不同检波器采集到的信号通过电缆实时传递到无线基站。所述滑动杆为伸缩杆，通过控制伸缩杆的长度和检波器的分布情况，实现检波器在试验台上方平面空间的全面覆盖。所述水源提供单元，包括双向水泵、水管、滤嘴、过滤网、清淤孔及集水箱，所述水泵安装在试验台和集水箱的中间，所述水管固定于试验台内，所述滤嘴安装在水管的底部，所述集水箱内设置有清淤孔和过滤网。通过滤嘴可以过滤掉部分较大的颗粒物质，避免地质相似材料大型块体进入水管，损坏水源提供单元。一种基于上述模型试验系统的方法，包括以下步骤：(1)对近海工程地质现场进行调研，根据物理模拟要求，对近海勘探环境下的地质体形态特征、海水高程和海浪大小进行设计，并通过相似比计算出得出物理模型试验系统所需要的相似材料的相关参数；(2)根据相似材料的相关参数制作可拆卸地质模型，并加固与试验台内，通过对一侧加载适当的力，将制作好的可拆卸模型快安装到两固定基岩中间；(3)使水源提供单元项试验台内工艺水，直至到达设定水位；(4)控制主滑动轨道上的震源单元及检波器单元，使得震源位于设计中的空间位置处，同时控制检波器滑动杆移动到已设定好的测线位置处，手动波动检波器滑动杆上的滑环，使得各检波器位于不同的测点位置处；(5)对震源伸缩杆及不同的震源伸缩杆进行控制，使其获得不同的伸缩杆长度，放置到不同深度的水中；(6)控制生成海浪，调控其推进速度，通过水流计本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
1.一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。2.如权利要求1所述的一种用于海底地震波法探测的模型试验系统，其特征是：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和可拆卸地质模块，所述固定基岩模块包括两个，分别固定于试验台的端部，可拆卸地质模块通过底端的滑槽活动连接在试验台内部。3.如权利要求2所述的一种用于海底地震波法探测的模型试验系统，其特征是：所述可拆卸地质模块为断层地质模块，所述断层地质模块包括滑轨、断层体及基岩，所述基岩底端设置有滑轨，所述基岩中端设置有断层体，其中断层体设置为不同倾角及厚度。4.如权利要求2所述的一种用于海底地震波法探测的模型试验系统，其特征是：所述可拆卸地质模块为滑坡地质模块，包括滑轨、滑坡体及基岩，所述基岩底端设置有滑轨，上端设置有滑坡体设置成不同的规模、大小和/或厚度。5.如权利要求1所述的一种用于海底地震波法探测的模型试验系统，其特征是：所述海水检测单元，包括水位计、水温计和水流计，分别检测试验台内充填水程度、水温和水...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪明元，单治钢，孙淼军，狄圣杰，杜文博，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33