技术领域
[0001] 本
发明涉及一种重力定向型海洋勘探电场探头，具体地说是一种采用
频率域的双频激电法探测激化率异常作为矿产标志而设计的电场探头，用于满足在海洋
水下3000米左右的深海探测需求的探头。
背景技术
[0002] 海洋资源的勘探，目前主要使用拖曳系统，海洋多金属热液硫化矿的探测采用激电偶极拖曳装置。为减小供电
电流，采用基于频率域的激发激化法探测仪器。
[0003] 激发激化法是以岩、
矿石在人工电场作用下发生的物理和电化学效应的差异为
基础的一种电法勘探方法。经过试验研究，使用激电法可以有效发现金属硫化物的激电异常。鉴于海洋拖曳作业的特殊性和金属硫化物矿分布特征及电性特征的特殊性，具体采用接收
电极变间距排列的双频激电法，由偶极剖面测深的理论可知不同电极距代表不同深度的激电信息，这样有利于激电数据的评价。发送机采用双频激电供电，接收采用一套接收电极，各个接收电极的电位差
信号经过特制的密封屏蔽
电缆把信号传给接收机处理，获得一个周期内2种频率的电位差曲线 经变换获取反映海底某点某个深度的极化效应强弱的视幅频率FS1。经过海底拖曳作业，获取大量的不同
位置和不同深度的视幅频率数据，结合相应的视
电阻率数据，最终由甲板机反演出海底金属硫化物矿分布特征和边界，从而达到勘探目的。
[0004] 为实现3000米海底热液硫化矿激电探测电极电缆系统可靠稳定高效地工作，电场探头作为探测信号的源头，进行变间距排列形成一套接收电极，其性能对仪器测量
精度和
稳定性至关重要。电极工作状态必须保持稳定，否则会极大地影响系统的
定位精度和探测效果，包括灵敏度、精度、重复性和可靠性等性能指标。目前的海洋勘探探头结构有无翼的和有翼的两种，国外有先进的探头产品，探头设计为长圆体直接与电缆绑在一起，但对于
姿态保持和定点测量问题的兼顾性还有待进一步研究，此外深海探测中如何排除水动力干扰、弱
信号传输的干扰等问题都是亟待解决的。
发明内容
[0005] 本发明的目的是为解决上述已有技术的不足，而提供一种结构简单，操作方便，能较好地排除水动力干扰、且能适用于3000米左右海底多金属热液硫化矿勘探，具有较高定位精度和可靠性的一种重力定向型海洋勘探电场探头。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采取的的技术方案是：提供一种重力定向型海洋勘探电场探头，包括外框、内框、接收电缆、多孔电极罩和电极；所述的外框由外下框和外上框组成，外下框和外上框之间由两个对
角定位销定位，并用内六角螺钉A连接；所述的外框两端突出部分对称安装有一对圆锥滚子
轴承A，均用定位圈定位，定位圈采用
螺纹安装在外框上，
圆锥滚子轴承A一侧配有挡圈，圆锥滚子轴承A和挡圈使用线夹夹紧；所述的外下框与
中轴之间通过一对圆锥滚子轴承B连接，圆锥滚子轴承B通过轴承压圈在中轴上固定，轴承压圈与中轴之间采用
螺纹连接，轴承端盖通过螺纹安装在外下框上；所述外下框的下端设计有通水孔；
[0007] 所述线夹包括线夹A和线夹B，线夹A和线夹B之间采用内六角螺钉A
锁紧，并配套有平
垫片和弹性
垫圈；
[0008] 所述的内框通过内六角螺钉B固定在中轴上；
[0009] 所述的接收电缆穿在电缆套中，电缆套穿过中轴中心，并与中轴垂直；
[0010] 所述的多孔电极罩含有塑料
外壳、电极座和压紧
螺母，塑料外壳底端设计有过水小孔，塑料外壳通过螺纹安装在内框上，并通过紧定压圈锁紧固定，紧定压圈与塑料外壳之间也采用螺纹连接；塑料外壳内安装有电极座，并通过O型
密封圈实现密封；
[0011] 所述电极安装在电极座中。
[0012] 本发明中所述的塑料外壳底端设计的过水小孔成各周向等角度均匀分布，过水小孔孔径为0.8～1.3毫米。
[0013] 本发明中所述电极的电极棒上端面与电极座的凹面间涂有起密封作用的明胶，电极与电极座装配后，电极棒上端的引出线由明胶密封隔离；电极通过压紧螺母与电极座压紧连接；电极与接收电缆的连接处进行硫化处理。
[0014] 本发明中所述的电极在双频激电法中由电极变间距排列所形成的测线处于水平状态时，受重力场的作用电极在拖动作业中始终保持竖直状态。
[0015] 本发明中所述的外框、电缆套、线夹、中轴、轴承压圈、轴承端盖、挡圈、定位圈、多孔电极罩的塑料外壳、电极座、压紧螺母的材料都选用了ABS
树脂材料制成。所述的ABS树脂是丙烯腈(A)、丁二烯(B)和苯乙烯(S)三种
单体的共聚物，具有优良的综合性能，如具有极好的冲击强度、尺寸稳定性好，以及电性能、
耐磨性、抗化学药品性、
染色性，成型加工和
机械加工都较好。选用了ABS树脂材料，可避免金属材料对电场信号的影响。
[0016] 本发明中所述的电极采用固态Ag/AgCl电极，电极的电极棒形状为直径10毫米、长度35毫米的圆柱体。固态Ag/AgCl电极在
海水中具有良好的电化学性能，适用于海洋环境下的低频、极低频电场的弱信号的探测。同时由于采用ABS材料制成的塑料外壳将电极围在其中，
对电极起保护作用，并减缓海水与电极的相对运动，维持Ag/AgCl电极周围参与-化学反应的Cl离子浓度和
温度的相对恒定，提高探测的灵敏度和稳定性。
[0017] 本发明的重力定向型海洋勘探电场探头的有益效果是：
[0018] 1、本发明中由外下框、内框和中轴组成了一个重力定向机构，该重力定向机构和多孔电极罩的结构解决了重力场与流场对电场探头姿态的影响，确保了探头的姿态自动微调，使海洋勘探系统构成的拖曳体系的稳态探测，增加了探头工作的稳定性与可靠性。
[0019] 2、本发明探头的结构设计利用了一种双轴陀螺稳定平台原理，即让被稳定对象相对惯性空间的给定姿态保持稳定，当无外界干扰时，姿态保持稳定；当因干扰力矩作用而偏离原来方位时，本发明通过重力定向机构产生补偿力矩从而恢复稳定姿态，将这种
陀螺仪原理应用在海洋勘探上，设计出了一种具有技术先进，结构简洁，实用性强，定位精确度高，使用方便，可靠性好和成本低廉的重力定向型海洋勘探电场探头，可用于进行3000米海底热液硫化矿勘探。
附图说明
[0020] 图1为本发明重力定向型海洋勘探电场探头外观结构主视示意图。
[0021] 图2为图1俯视示意图。
[0022] 图3为图1右视示意图。
[0023] 图4为图3的A-A向视图。
[0024] 图5为图1的D-D向视图。
[0025] 图6为本发明中多孔电极罩结构示意图。
[0026] 上述图中，1-外下框，2-线夹A，3-接收电缆，4-线夹B，5-外上框，6-轴承端盖，7-定位销，8-内六角螺钉A，9-平垫片，10-弹性垫圈，11-内六角螺钉B，12-圆锥滚子轴承A，13-挡圈，14-定位圈，15-内框，16-轴承压圈，17-中轴，18-圆锥滚子轴承B，19-电缆套，
20-通水孔，21-压紧螺母，22-电极座，23-O型密封圈，24-塑料外壳，25-明胶，26-电极，
27-紧定压圈，28-过水小孔。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和
实施例对本发明作进一步的详述：
[0028] 实施例1：本发明一种重力定向型海洋勘探电场探头，其外观结构参见图1、2、3所示，包括外框、内框15、接收电缆3、多孔电极罩和电极26，所述的外框由外下框1和外上框5组成，外下框1和外上框5之间采用两个对角定位销7定位，并用M8内六角螺钉A 8连接。
[0029] 探头内部结构参见图4、5，图4中所述外框两端突出部分分别对称安装一对圆锥滚子轴承A 12，均用定位圈14定位，定位圈14与外框之间采用螺纹连接，圆锥滚子轴承A12的一侧配有挡圈13，圆锥滚子轴承A 12和挡圈13使用线夹夹紧。所述线夹包括线夹A 2和线夹B 4，线夹A 2和线夹B 4之间通过M8内六角螺钉A 8锁紧，并配套有平垫片9和弹性垫圈10。
[0030] 图5中，所述的外下框1与中轴17之间通过一对圆锥滚子轴承B 18连接，圆锥滚子轴承B 18通过轴承压圈16在中轴上固定，轴承压圈16与中轴之间采用螺纹连接，轴承端盖6通过螺纹安装在外下框1上；所述内框15通过M8内六角螺钉B 11固定在中轴17上；所述接收电缆3穿在电缆套19中，电缆套19穿过中轴17中心，并与中轴17垂直。
[0031] 所述的外框、电缆套19、线夹、中轴17、轴承压圈16、轴承端盖6、挡圈13、定位圈14、多孔电极罩的塑料外壳24、电极座22、压紧螺母21的材料选用了ABS材料制成，以避免金属材料对电场信号的影响。所述的外下框1的下端设计有通水孔20，塑料外壳24底端设计有众多的过水小孔28，所有的过水小孔28成各周向等角度均匀分布，过水小孔28孔径为
0.8毫米。
[0032] 参见图6，所述的多孔电极罩由塑料外壳24、电极座22、压紧螺母21组成；多孔电极罩通过塑料外壳24的螺纹安装在内框15上，并通过紧定压圈27锁紧固定，紧定压圈27与塑料外壳24之间也采用螺纹连接；塑料外壳24内安装有电极座22，并通过O型密封圈23实现密封。所述电极26安装在塑料外壳24中的电极座22内，电极26的电极棒上端面与电极座22的凹面间涂有起密封作用的明胶25，电极26与电极座22装配后，电极棒上端的引出线由明胶25密封隔离；电极26通过压紧螺母21与电极座22压紧连接；电极26与接收电缆3的连接处进行硫化处理。
[0033] 实施例2：应用本发明的一种重力定向型海洋勘探电场探头在海洋水下3000米作业。本实施例中塑料外壳24底端设计的过水小孔28的孔径为1.0毫米，其他结构同实施例1。当探头以2节航速(1节＝1海里/小时＝1.852公里/小时)拖动作业时，需始终保证电场探头为点状探测。本发明中由外下框1、内框15、中轴17组成了一个重力定向机构，该重力定向机构和多孔电极罩的结构解决了重力场与流场对电场探头姿态的影响，确保了探头的姿态自动微调，使海洋勘探系统构成的拖曳体系的稳态探测。一方面，当电极在双频激电法中由电极变间距排列所形成的测线处于水平状态时，在重力场的作用下，本探头始终保持竖直姿态，中轴和外框通过圆锥滚子轴承A 12，使探头可以利用自身重力进行两个方向的转动微调，即使得棒状Ag/AgCl电极在拖动作业时保持竖直状态，探头才能靠近
矿体。
另一方面海水通过外下框1底部的众多的通水孔20通道进入多孔电极罩，穿过多孔电极罩的过水小孔28与电极
接触，密集的过水小孔28结构保证了电极26与海水的充分接触，而且多孔电极罩减缓了水流和拖动
波速的干扰。
[0034] 本发明的重力定向型海洋勘探电场探头结构简单、操作方便，利用重力场定向，电极位移调整灵敏、实用可靠。本发明的电场探头，适用于激电法设计、重力场定向进行深海资源探测，可用于3000米海底热液硫化矿勘探。
