[发明专利]一种海底地震仪垂直方向振幅分析方法

权利要求书

1.一种海底地震仪垂直方向振幅分析方法，其特征在于，所述分析方法包括以下步骤：

步骤1：基于海底地震仪，建立垂直方向上的质量-弹簧-阻尼耦合模型；

步骤2：对步骤1的模型进行求解得到传递函数和垂直方向上的振幅；

步骤3：基于步骤2的振幅，再根据实际情况建立振幅响应模型；

步骤4：基于步骤3建立的振幅响应模型，分析提高系统响应的方法。

2.根据权利要求1所述一种海底地震仪垂直方向振幅分析方法，其特征在于，所述步骤1具体为，基于地震仪所受重力、地震仪所受浮力、地震仪所受地震波作用力、海水流动会产生附加质量、沉积层以及背景噪声作为六个因素的影响，建立了质量-弹簧-阻尼模型，所述附加质量表现为地震仪会带着周围的海水和沉积物一起运动。

3.根据权利要求2所述一种海底地震仪垂直方向振幅分析方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1：基于六个因素的影响建立固-液分界面处带入海底地震仪后的动态平衡方程；

步骤2.2：通过步骤2.1的动态平衡方程推导传递函数G(s)；

步骤2.3：通过步骤2.2的传递函数G(s)推导振幅。

4.根据权利要求3所述一种海底地震仪垂直方向振幅分析方法，其特征在于，所述步骤2.1具体为，将六个因素的影响建立固-液分界面处放入海底地震仪后的动态平衡方程；

其中M_w为排开水的质量；M_s为排开沉积层的质量；为系统振动过程中附加水质量；为系统振动过程中附加沉积层质量；为整个系统的质量；D为等效阻尼系数；K为等效弹性系数；x为海底地震仪放入海底沉积层上时下沉的位移；z_a为海底在整体作用力下的位移；是指系统在海底环境下受的力的总和；Dx′为系统的阻尼力；Kx为系统受的弹力；为系统受到的重力；为系统受到的浮力；是指海底地震仪排开及一起运动的水和沉积物受到的整体作用力，放入海底地震仪。

5.根据权利要求3所述一种海底地震仪垂直方向振幅分析方法，其特征在于，所述步骤2.2具体为，所述推导传递函数G(s)：

式中Z_b表示放入地震仪后的海底固-液分界面位移的拉氏变换；Z_a表示放入地震仪之前的海底固-液分界面位移的拉氏变换；ω是角频率；ω₀为系统谐振角频率；i表示实数域；C为浮力因子；ζ为耦合系统阻尼比；公式(2)最终的结果代表的是地震仪随着海底固-液分界面的真实运动情况；只要与底部接触的面积不随OBS的运动而变化，公式(2)即成立；其中：

其中，和为静态平衡时对应的排开的水和沉积物的质量；ρ_s为沉积层的密度；ρ_w为海水的密度；S为立式圆柱形海底地震仪的上表面积。

6.根据权利要求3所述一种海底地震仪垂直方向振幅分析方法，其特征在于，所述步骤2.3具体为，令W＝ω/ω₀，根据传递函数，相应的振幅为：

7.根据权利要求1所述一种海底地震仪垂直方向振幅分析方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1：分析不同布设深度对振幅的影响，观察掩埋深度的变化与系统振幅的关系；

步骤3.2：分析不同参数的布设环境对振幅的影响，观察沉积层由软质到硬质的变化与系统振幅的关系；

步骤3.3：分析特定环境下地震仪外形对振幅的影响，观察圆柱形地震仪的高度变化与系统振幅的关系。