海洋地震数据采集系统技术方案

描述了一种用于地震勘探的海上电缆，其具有多个以至少两个压力传感器为一组分组布置的压电陶瓷压力传感器（９０１－９０４），每组的输出代表该组位置处的垂直压力梯度，并具有包括一个或多个换能器的倾斜测量系统，用于测定所述组中传感器的方位，以确定它们真实的垂直间距。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在缆式或者拖缆类地震采集系统中使用地震传感器的子阵列获得地震数据的方法和设备。
技术介绍
在海洋地震勘探中，多个地震传感器被装入可以延伸几英里的长管状塑料电缆内。取决于地震勘探的相应类型，这些电缆被称为海底电缆(OBC)或者拖缆。拖缆由地震采集船拖曳，以所需深度穿过水域。海上震源，比如气枪，被用来产生声波。声波从下面的地层发生反射，以压力波的形式返回到水表面。压力波由压力传感器检测到并且被转换成电信号。被拖曳的拖缆包括多个压敏水听器元件，所述元件被装入防水护套内并且电连接到船上的记录装置。拖缆内的每一水听器元件被设计成将水听器元件周围的压力变化中存在的机械能转换成电信号。这种拖缆可以分成许多能够相互分离并且各自防水的独立的段或者模块。通过使用拖缆定位器可以平行地拖曳各条拖缆，以形成水听器元件的二维阵列。穿过拖缆中每一模块的数据总线承载从水听器元件到记录装置的信号(所谓的声音数据)。水听器可以响应于整个水听器上声波压力的变化而产生电信号。可以将几个水听器电连接到一起，以形成声学传感器阵列或拖缆的一个工作段或组。通常将来自一个工作段的多个水听器的电信号结合起来，以提供平均信号响应和/或提高信噪比。近来，使用所谓的点接收机(point receiver)引入了新一代的拖缆。在这些拖缆中，信号可以由各个水听器记录下来。在2001夏季版的Oilfield Review的16-31页中，描述了与传统拖缆相对比的新型拖缆设计的详情。对于本专利技术，重要的是注意到，在点接收机拖缆和传统拖缆中，水听器均被布置为沿拖缆方向排列为基本上线性的阵列。被反射的声波不但直接返回到压力传感器(在此处，所述声波被首次检测到)，而且这些被反射的声波还从水表面再次发生发射，并返回到压力传感器。经表面反射的声波当然延迟了与压力传感器深度的两倍成正比的一段时间，并作为二次或重影信号(“鬼影”信号，虚反射信号，ghost signal)出现。由于直接反射的和表面反射的声波在时间上接近同时到达，容易相互干扰或者与通过地球传播并具有相同到达时间的其它信号发生干涉。因此希望确定声波的传播方向，使得在数据处理期间可以更为容易分离向上和向下传播的波。在所谓的双传感器拖缆中，拖缆携带有压力传感器与速度传感器的组合。压力传感器通常为水听器，运动或速度传感器为地震检波器或加速度计。在美国专利6,512,980中，描述了这样的拖缆携带有与第三传感器即噪声参考传感器相结合的成对的压力传感器和运动传感器。该噪声参考传感器被描述为现有技术的压力传感器的一种变型。实际上，双传感器拖缆使用起来很困难，因为部署在拖缆中的地震检波器产生与拖缆的摆动成正比的信号。另外，通常不容易将水听器和地震检波器的相应输出相互关联。另外还知道将两个单个水听器布置为垂直阵列。那么当然可以相对容易地从测到的某一特定成分波到达形成所述垂直阵列的各传感器的时间差来识别声波传播的方向，例如如美国专利3,952,281中所述。但是这种方法需要两条单独的水听器电缆。因为每条这样的电缆大约花费500000美元，由于在勘探中进行部署的相对复杂性和双倍拖缆数量所涉及的昂贵费用，使该方法受到了阻碍。在美国专利4,547,869和4,692,907中，已经提出在同一拖缆中安装基本垂直的传感器阵列，使之相隔几英寸。但是当地震拖缆被拖曳着穿过水域时，会发生扭曲和转动。拖缆的这种扭曲和转动使得很难辨别垂直阵列中的传感器。′907专利提出使用处在充有液体的腔室内的具有差别浮力的传感器。′869专利描述了一种基于单模式光纤的数据采集系统，其使用径向相对的成对的光纤传感器的光信号的由于流体静压所引起的相位漂移差作为识别光纤传感器的方位的一种手段。在EP0175026A1中描述了类似的拖缆。在地震学领域之外，已经提出将水听器组的阵列用于直线式天线(WO03/019224A1)。根据上述情况，本专利技术的一个目的是提供一种在由地震勘探船拖曳的一条或多条电缆中包括水听器阵列的改良的地震数据采集系统。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种利用具有多个压电陶瓷压力传感器的海上电缆的海洋地震勘探系统。其中，所述多个压力传感器以至少两个压力传感器为一组分组布置，组的输出代表该组位置处的垂直压力梯度，所述系统还包括一个或者多个用于确定所述至少两个压力传感器的相对位置以确定其垂直间距的机电换能器。本专利技术的电缆可以是海底电缆或者比如用于垂直地震剖面测量(VSP)的垂直地震电缆。但是最为优选地，所述电缆是拖曳在地震勘探船之后穿过水域的多条拖缆中的一条。组的定义利用(a)接近程度；和(b)对水听器输出的处理。一组中的水听器基本上为最近邻。在拖缆中，一组中的水听器通常分开1至10cm，但是组间距离为0.5或者1米至7.5米。在一种优选实施方式中，形成代表垂直压力梯度的组输出的所述至少两个压力传感器位于小于6cm长或甚至为小于3cm长的一段电缆内，从而允许将其安装在拖缆中的一个单一的水听器固定器上。一组中水听器间的垂直间距优选少于6cm。在一种优选变型中，一组中的水听器等距离地分开。优选地，多数或者所有的水听器被布置在垂直于电缆主轴线的平面内。但是，对于涉及垂直地震信号、纵测线地震信号和横测线地震信号的采集的完整波形记录来说，使至少一个压力传感器位于平面外是很重要的。或者，作为一种选择，相邻组的传感器提供附加的平面外压力测定。在本专利技术的一种变型中，组可以由呈四面体构型排列的四个水听器构成。在数字化处理之前，对水听器的输出信号进行结合或者硬连接和/或对其放大是有利的，因为两个间隔很近的水听器间的压力差可能非常小。本专利技术的另外一方面是提供一种倾斜测量系统，以确定组中的水听器的方位，特别是确定用来确定垂直压力梯度的那些水听器间的垂直距离。因为电缆在悬吊于水体中或者被拖曳穿过水体时受到扭曲和转动，所以对于方位的测定或者旋转角度的测定是必要的。在一种优选变型中，倾斜测量系统包括一个或者多个机电或电声装置，它们不是水听器。所述装置的工作产生表示水听器方位或者旋转角度的响应。在第一种实施方式中，由一个或者多个发射声波信号或脉冲的声源和测定所述信号或脉冲到达水听器的时间的系统组成倾斜测量系统的机电或电声装置。优选使用已有的声定位系统作为声源。但是，对于这样的测定，可以使用由震源产生的表征特性的并且容易识别的事件。所述源优选位于被平行于携带有水听器组的拖缆拖曳的拖缆中，以产生声信号的横测线入射角度(cross-line angle of incident)。或者，所述机电或电声装置可以采取多个小型测斜仪的形式。已经发现，使用已知的这种小型的并且鲁棒的、优选为固态的测斜仪，可以进行精确的测定。通过沿电缆分布足量的这种已知的传感器，可以测定相对于垂直或者水平方向的方位。在上述两种变型中，所述测定不依赖于流体静压，也就是与传感器上方水柱的高度无关。本专利技术的这些及其他方面将在下面的实例和附图中详细说明。附图说明现在参考附图举例描述本专利技术，其中图1是拖动拖缆和震源的船的示意图； 图2是具有两个水听器的拖缆的垂直剖面；图3示出了具有三个水听器的拖缆的垂直剖面；图4示出了具有两个水听器和一种装置的拖缆的垂直剖面，所述装置生成所述两个水听器的输出的和及差值作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋地震勘探系统，包括具有多个压电陶瓷压力传感器的海上电缆，其中，所述多个压力传感器以至少两个压力传感器为一组分组布置，组的输出代表该组位置处的垂直压力梯度，所述系统还包括一个或者多个机电换能器以生成信号来产生表示所述至少两个压力传感器的方位的响应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃文哈德J穆伊扎特，詹姆斯E马丁，罗伯特M劳斯，菲利普AF克里斯蒂，
申请(专利权)人：维斯特恩格科地震控股有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]