海底电磁探测仪器的承压密封舱

在海底进行电磁场探测必须解决仪器的承压密封问题。密封舱的体重对海上投放作业的难易程度有直接影响。为协调设备安全与海上施工效率的一致性,对所研制的承压密封舱需进行合理设计,以较小的体积和重量实现所规定的承压指标。论述了海底电磁探测仪器的承压密封舱的可靠性设计方法、舱体内部的器件安装结构及海底测量过程,压力模拟试验表明所研制的承压密封舱已达到设计要求。     

海底电磁接收机新进展

海洋电磁法广泛用于物理海洋学、地球物理学、水下目标检测等领域,以上研究及应用均建立在对海洋环境下的电磁场信号高精度观测基础上。用于海底电磁场高精度观测的海底电磁接收机,需要解决仪器的高可靠性投放回收、高稳定性水下作业、低噪声、大动态范围、低时漂等一系列技术难题。文中介绍了中国地质大学(北京)近些年来在海底电磁接收机研制方面为达到以上目标所取得的一些经验、成果以及最新进展。新海底电磁接收机的典型电场本底噪声为槡0.1 n V/m/Hz@0.5 Hz,动态范围大于110 d B,时漂小于5 ms/day,与国外同类先进产品技术指标平齐。截止到2016年初,累计完成了约60站位的海底电磁数据采集作业,2012年以来接收机回收率达到100%,获取了多批次高质量的海底MT及CSEM资料,研制的接收机成功应用于水合物勘查及油气勘探领域。     

海底MT信号采集电路的设计

设计海底大地电磁信号采集电路，需考虑海底信号特征、海上作业以及海底环境等各种因素。分析表明，除遵循电路设计的一般原则外，海底大地电磁测量要重点解决微弱信号检测、智能化数据采集、海底环境监测和同步记录等4个方面的问题。在设计方案中，电路灵敏度达到微伏级；使用嵌入式计算机实现采集控制；对方位、倾斜、振动、温度等参数进行巡回记录；仪器的时钟精度精准到微秒。所研制的电路经过了室内模拟测试和海洋试验。首次采集到中国海域的大地电磁数据。     

国家863计划课题“海底大地电磁探测技术”研究进展

1　研究内容和目标“海底大地电磁探测技术 ( 82 0 -0 3 -0 4 )”研究课题属于国家 863计划海洋技术研究领域。该课题由中国地质大学负责 ,参加单位有中南工业大学、广州海洋地质调查局、同济大学和长春科技大学。该课题研究的最终目标是建立我国的海底大地电磁探测技术 ,为即将开始的我国海域区域地质调查提供新的技术支撑 ,为发展我国的海洋电磁探测奠定基础。其主要研究内容包括 :( 1 )海底大地电磁仪器的研制 ;( 2 )海底大地电磁探测技术研究 (包括理论和海上作业技术研究 ,以及海上试验研究 ) ;( 3 )海底大地电磁数据处理和解释系统研…     

MicrOBEM:小型海底电磁接收机

海底电磁接收机主要用于海底大地电磁与可控源电磁信号高精度观测。针对现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)体积大、功耗大、成本高等不足,开展了小型化、低功耗、低成本方面的技术研究。MicrOBEM小型海底电磁接收机开发了新的低功耗控制单元、低功耗前置放大器,配置了低功耗磁通门传感器,采取先进的电源管理技术,使得整机功耗由现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)的1 600 mW下降至500 mW(搭载感应式磁传感器配置)以内。针对传统的声学释放器昂贵、笨重(需要匹配更多的浮力材料)等问题,通过集成水声通讯模块,并增加外置的电腐蚀释放装置方式实现释放回收,MicrOBEM仅需一个直径为17 in(1 in=2.54 cm)的玻璃浮球作为浮体,大幅降低仪器的体积和硬件成本,提升了设备的集成度和作业效率。MicrOBEM的体积(不含测量臂等)相比OBEM-Ⅲ减少3/4,功耗减少2/3,成本降低1/2,并于2021年3月在南海南部开展了深水大地电磁试验,其大地电磁测量功能得到初步验证,具有小体积、低功耗、低成本的优势。     

抽取滤波在海底大地电磁探测中的应用

海底大地电磁仪使用了△-Σ调制技术来实现微伏级信号的采集.从抽样理论出发,讨论了针对△-∑调制器输出的高频位流信号而进行的抽取滤波的原理及其构成,指出抽取滤波过程中必须使用多级抽取结构进行抽取和滤波,海底大地电磁仪器中使用的三级抽取滤波结构实现了数字抽取、抗混叠和滤除基带以外量化噪声的功能.同时也介绍了滤波模块的接口和海底大地电磁数据采集器中数字通道原理.结合海底大地电磁仪器的海上试验,通过分析采集的时间序列及其频谱曲线,说明海底大地电磁仪中使用的抽取滤波是合理、可行的.     

浅海底瞬变电磁探测技术研究新进展

瞬变电磁法应用于浅海底进行资源勘探或工程地质勘查时,需要将仪器系统和观测装置置于海底,以克服海水屏蔽效应。因此,要求能够远程控制仪器进行自动化数据采集;同时,受工作环境影响,需要将观测装置小型化;另外,通过拖曳式测量提高工作效率。总结课题组目前的研究成果,就仪器系统研制、观测装置小型化、拖曳式测量及海水影响等内容的研究进展进行了简要叙述。     

海底环境参数采集电路的硬件实现及其驱动软件设计

海底大地电磁探测与陆上同类探测的技术差别之一是其测量过程受环境因素的影响较大.为真实地获取海底岩石介质的电性模型, 在对海底大地电磁实测信号进行数据处理的同时, 需参考海底仪器的方位朝向、倾斜姿态等信息, 以便认识海底电磁场真实的矢量变化方向, 进而实现对整个测网多站位的统一资料解释.为达到这一目的, 海底大地电磁仪内部设有环境参数采集通道, 该通道对诸如方位、倾斜、温度等信息实施分时循环采集.电路包括PC104嵌入式计算机、多路选择开关、逻辑控制门阵列等硬件单元.在硬件架构搭建完成后, 开发出相配套的电路驱动软件, 实现对海底环境参数的实时记录与存储.近期的海洋试验效果显示, 所研制的电路硬件及其驱动软件已达到设计要求.      

海水层对海洋大地电磁勘探的影响研究

为了研究海水层对大地电磁测深的影响,建立了一维层状模型并进行计算。结果表明,海水层对电磁场的影响特征主要表现为高频段的影响大于低频段,磁场的影响大于电场,相位的影响大于振幅。针对海洋大地电磁测深中使用远参考道问题,设计了三种二维地电模型(取参考点位于陆地或海底,测点位于海底),并对三种模型的大地电磁响应进行了有限单元法数值模拟,通过异常对比研究表明,在海洋大地电磁测深中可以使用远参考道,获得海底深部介质的地电信息。     

小荷载岩石结构面应力效应直剪仪研制及试验对比分析

常规岩石结构面直剪仪为了达到较大的加载力大多采用液压加载,但由于液压加载力较大以及液压在试验中难以保持较小法向应力的恒定,导致仪器对小荷载岩石结构面直剪试验的精度降低,从而对研究岩石结构面应力效应变化规律有一定不利的影响。基于仪器原理一致性和测试结果可靠性等主要因素,采用机械式杠杆加压原理研制了小荷载岩石结构面直剪仪,新研制直剪仪主要由平台、加载系统、变形测量系统及图像实时显示系统等主要部件组成,不但体积小、经济性好、操作方便、绿色环保、而且周期短及试验精确度高。从仪器设计原理、剪切性能和试验周期等方面对新研制直剪仪和常规直剪仪进行对比分析,并将试验结果与颗粒流数值模拟作比较进行可靠性评价。研究结果表明:新研制直剪仪对小荷载岩石结构面直剪试验有更高的精度;法向应力采用机械式杠杆加压原理,能动态维持法向压力恒定,保证结构面直剪试验数据的可靠性和稳定性;新研制直剪仪较常规直剪仪可缩短试验周期85%左右。     

硬件系统集成——海底大地电磁测量的关键技术

海底大地电磁探测是一项多学科交叉和多技术渗透的前缘课题 ,课题的目标之一是研制用于海底数据采集的大地电磁测量系统。入海的难度给该系统提出了特殊要求 ,即必须解决海下仪器安全及海面与海底间的设备运载问题。由于涉及多项技术内容 ,每项技术由相应的硬件完成 ,因而整个系统包括了多个集成部件 ,各部件分别实现密封承压、重载下沉、水下布极、释放上浮等各项功能。在系统集成过程中 ,除了要考虑各部件的协调装配外 ,系统整体指标的完善性是研究的重点。根据海上作业的特点和船只设备的具体情况 ,系统集成方案解决了结构、强度、平衡、保护等设计难题 ,提出了若干个既实用又可靠的工程技术方法。集成后的系统经过了从甲板投放、海底数据采集到设备回收全过程的试验。     

海底大地电磁数据采集电路的接口技术

为了实现智能化的海底大地电磁数据采集,必须应用计算机技术使采集过程自动控制、被测数据自动存储、且电路具有某些纠错功能.根据海洋工程的作业特点,较详细地介绍了自行研制的海底大地电磁仪中的数据采集接口技术.整套仪器系统经海洋试验,证实是有效的和实用的.     

基于剖面声呐的海底微地貌观测研究*

海底地貌是海水覆盖下的固体地球表面形态的总称。海底地貌巨变往往与海底地质灾害息息相关,会对海底管线和海上平台等海洋工程设施造成危害,因而对海底地貌进行原位观测具有重要意义。本研究基于前人研究成果和团队常年自主研发仪器经验,研制出了剖面声呐海底微地貌原位观测系统,详细介绍了观测系统的组成、功能、工作原理和工作模式,并提出了观测数据的处理分析方法;然后,使用观测系统进行了标志物检验实验,通过将观测系统测量数据与其他设备测量数据相对比,验证了观测系统的可行性和数据准确性;最后,使用观测系统在舟山海域朱家尖滑坡区进行原位观测,进一步验证了观测系统的可行性。观测结果进一步表明剖面声呐观测系统可以用于海底微地貌的观测研究。     

海洋可控源电磁发射系统中的绝缘在线监测技术研究

海洋可控源电磁法广泛用于天然气水合物、海底油气资源勘探和地质构造勘查。在海上作业时,船载甲板供电单元通过深拖缆向海底的海洋可控源电磁发射机提供电能。利用深拖缆传输高压大功率电能的过程中,需要对高压供电回路的绝缘电阻进行自动实时测量和监测,确保电能的安全传输和供电异常时的及时处理。本文基于高压宽频耦合器件、绝缘检测模块、远程数据传输部件和上位机监控软件,通过收集高压端至外壳地之间的漏电电流,将其模拟放大,通过测量电压值,反算绝缘电阻,实现了对高压回路对大地之间绝缘电阻的自动测量和监测。所形成的自动绝缘在线监测技术,经过海上试验验证,能够满足海洋可控源电磁发射系统的要求,很好地在线评价了系统的绝缘性能,为海洋仪器同类功能的研发提供了有益的参考。     

DMD—Ⅱ型地面脉冲电磁仪

前言 我所的地面脉冲电磁仪的设计和研制,最初是由我所研制感应脉冲瞬态航空电磁仪的成员作为航电异常的地面检查和兼顾地面普查,而提出並进行研制工作的。1972年,该仪器的研制任务列入研制地面电法仪器的专题项目进行准备工作。1976年建立了独立的地面脉冲电磁仪研制专题组,並于1979年研制成DMD—Ⅰ型样机。经对原设计方案作了多处补充修改,並在广西、江西、湖南、湖北等地的不同类型金属矿床上进行了多次试验,于1982年中研制成两套DMD—Ⅱ型样机。自1982年底起,DMD—Ⅱ型仪器由有关的野外队在安徽试用。对     

海底电场传感器原理及研制技术

因海底电场信号微弱，海下自然环境复杂以及海水导电介质以氯离子为主等原因，用于海下电场测量的电场传感器在材料和结构上有其特殊性。研制海底电场传感器成为开展海洋大地电磁探测的重要技术内容之一。研制过程遇到的主要技术问题有；海底电极材料的选择；电极的制作工艺；承压与密封技术；海水运动对测量产生不利影响的克服办法；水下弱信号传输的抗干扰问题，等等，阐述了对上述问题的解决办法。提出了海底电场传感器的全套研制方案。并列举了相关的室内模拟实验和海洋试验的结果。     

三维海洋可控源电磁场地形影响分析和校正

利用交错网格有限差分技术实现了频率域海洋可控源电磁三维正演算法,并探讨了海底地形对海洋可控源电磁响应的影响和校正方法及效果。通过与海底二维山峰地形的二维自适应有限元解对比,验证了文中算法的正确性和模拟海底起伏地形的可行性,并分析了海底二维山峰地形对三维油气储层电场响应的影响。关于海底起伏地形对海洋可控源电场响应的影响,采用比较法对其进行了地形校正,结果表明,在深水区比较法可以很好地消除地形影响,恢复海底高阻油气储层的电场响应。     

岩矿石介电常数的测量方法与技术

针对岩矿石电磁参数的实验室测试工作，对所使用的仪器，测量方法及技术加以说明，并就测量误差，样品的机械加工要求，各种测试方法的对比及工作频率等问题进行了讨论。     

海底可控源电磁采集站的低时漂技术研究

海洋可控源电磁方法要求位于海底的多台可控源电磁采集站对微弱的电磁信号进行长期同步连续观测,对各台采集站的时间一致性严格要求。为解决海底无法进行GPS授时这一技术难题,提出了以高稳OCXO(恒温晶体振荡器)与精确授时GPS结合为硬件基础,形成通过下水前对钟、出水后对钟以及时漂补偿等组成的低时漂技术。通过室内及海洋试验,实现了多台海底可控源电磁采集站同步观测,显著降低数据同步误差。     

小口径岩心钻探海上施工安全风险管控

小口径岩心钻探海上施工不同于陆地,要借助海上钻探平台作为实施场地进行施工。因其施工环境中风、浪等自然因素所占影响比例较大,其交通运输、施工过程、人员安全防护等都较陆地施工有很大区别。为保证海上岩心钻探施工安全,通过对比分析海上与陆地施工的危险源异同,经过危险源辨识、评价、控制等3个步骤,从技术与管理2个角度,就平台搭建及拆除、施工过程、海上交通、人身防护等方面对海上施工风险进行系统化管理,确保安全施工。