抑制重影和运动的地震系统技术方案

一种用于从地震信号中减少重影反射或通过海水运动引起的噪声的水下地震系统。该系统包括两个运动传感器。一个传感器具有一个第一响应，且对平台运动导致的噪声以及声波敏感。另一个传感器具有一种不同的构造，该构造使其与声波隔离，从而使得其响应主要是对运动噪声。组合这两个传感器响应的输出来消除运动噪声的影响。当进一步组合水听器信号时，减少了重影反射引起的噪声。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抑制重影和运动的地震系统
本专利技术总体上涉及海洋地震勘探，并且具体地涉及用于降低拖在勘探船后的传感器中、位于海底的传感器中或自治节点的传感器中的不期望的地震波反射和噪声的影响的设备和方法。
技术介绍
如图1中所示，在拖曳式海洋地震勘探中，在近海面22的船舶20后拖曳着水听器阵列。这些水听器安装在多传感器电缆中，通常被称为拖缆24。该拖缆用作水听器的平台。同样拖在近海面的地震声源26周期性地放射声能。该声能通过海洋向下传播，从底层结构或水下地层28反射，然后通过海洋向上返回到水听器阵列。所反射的地震能量到达拖曳阵列接收点。该水听器阵列包括多个此类接收点，并且在每个接收点记录从海床30向上传播的地震声小波。随后，将水听器的记录处理成为底层结构的地震图像。噪声是拖曳式拖缆操作中的一个主要考虑因素。噪声源包括来自海面的膨胀噪声和波动噪声。而且，拖曳该拖缆穿过海水会引起噪声。这些噪声的一部分通过该拖缆传播，一部分通过水柱自身传播。处理噪声源的典型方法是使用时间滤波和空间滤波的组合。时间滤波是通过在时间上用应用到样本的权重对水听器信号进行离散数据采样来实现的。水听器信道还包括模拟滤波器以防止在频率大于采样速率一半时产生信号混迭。典型地，空间样本通过对多个独立的水听器输出进行分组求和来形成，从而使得衰减了沿拖缆的长度传播的噪声。这个空间采样对于在拖缆轴线垂直方向传播的噪声没有影响。典型的水听器组在12米的拖缆段中包括八个左右的水听器。声阻抗ρc是介质密度和介质中声速的乘积。只要声波碰到声阻抗发生变化，至少一部分声波能量会发生反射。未被反射的能量越过具有不同声阻抗的两个区域间的分界线传输（折射）。该压力波是气压波，这引起传播方向上的粒子运动。在两个不同同质介质间的平界面上，声波以与入射角θ1相等的角度反射，且以角度θ2折射。该折射角为：θ2=sin-1(c2sinθ1/c1)。下标指的是声波从介质1移动到介质2，而c1和c2是每个介质中的声速。如果入射角θ1为零，则折射能量传输路径的角度θ2将会是零。对于入射角θ1为零且没有能量被转换为横波能量的情况，在海水-空气分界面的反射系数描述为：Rpp=ρ2c2-ρ1c1ρ2c2+ρ1c1≈-1.]]>在海水-空气分界面的反射能量为R2pp，或接近1，这使得海面是一个近似理想的声能反射器。从海底或感兴趣的目标返回之后，该能量再次由海面反射回拖缆。由于典型的水听器具有全向响应，因此水听器阵列还记录了重影响应，该重影响应是从海面反射并延时到达的且极性颠倒的地震声小波。该重影是向下传播的地震声波，当添加到希望的波形上时该地震声波会有损记录的地震图像。该重影引起的反射还可延续到海底或其他强反射物，并向上返回再次干扰期望的反射波并进一步降低图像质量。这些反射通常被称为多次波。对于垂直传播的压力波来说，该重影在水听器在fnotch=c/2d处响应的频谱中产生一个陷波，其中c是声速，并且d是拖缆深度。按照惯例，地震拖缆被拖曳在10米或更浅的深度。在10米深度，陷波频率（fnotch）是75Hz。对于高地震图像分辨率，频率响应必须扩展到100Hz之外。因为陷波频率与拖曳深度成反比，因此，拖缆通常被拖曳在较浅的深度以提高地震图像的分辨率。由于来自海面的噪声对期望的地震信号形成了干扰，因此在浅水中拖曳是有问题的。这些影响随天气变坏而恶化，有时会导致工作人员中断操作，直到天气变好。消除重影-陷波的影响使得能够在远离表面扰动更深的深度拖曳。在将地震传感器放置在海床的海底系统中，通过公知的技术（如p-z求和）来抑制重影和多次波。在声波中，压力p是个标量，而粒子速度u是个矢量。水听器用正全向响应来记录地震声波压力p。垂直定向的地震检波器或加速计采用对向上信号的正响应和对向下信号的负响应来记录地震声波粒子速度uz的垂直分量。在p-z求和中，速度信号在其添加到压力信号之前由海水的声阻抗ρc来衡量。还需要调整万向单轴传感器以对由任何接收信号的离轴到达所引起的粒子-运动传感器灵敏度的改变负责。如果使用加速计，可集成其输出信号以获得速度信号，或可以区分水听器信号，如此以来，可以更好的与加速计在光谱上匹配。这可产生一种具有对向上传播波的全响应和对向下传播波的至少部分地微弱响应以抑制重影和多次波的组合传感器。在由Monk等人专利技术的美国专利号为6539308的专利中描述了一种实现单一去重影痕迹的信号调节和信号整合方法。图2是粒子-速度传感器的响应的二维（2D）表示。图3是全向水听器的响应与垂直粒子-运动传感器的响应相加的2D表示。通过绕其垂直轴旋转这些2D响应能够想象到完整的三维响应。目前，在拖曳式拖缆采集中使用类似p-z求和的技术以允许在更深的深度拖曳而不受重影-陷波反射的干扰，已经引起了大家的兴趣。因为该拖缆受到由拖曳或海面效应引起的加速度比由期望地震反射引起的加速度大，因此操作地震拖缆中的粒子运动传感器存在问题。此外，这些多余的加速度与期望的反射响应位于相同的光谱带中。当拖曳舰船遇到了海浪，舰船速度受到小的扰动。典型地，该舰船还遇到偏航运动。图4描绘了通过速度变化32和偏航运动34施加给拖缆24的能量。图5是描绘导致拖缆24中的加速度和横波的能量的侧视图。（出于说明的目的，在图5中夸大了能量对拖缆的影响。）通过弹性拉伸部件36（典型地，在传感阵列前面）衰减了大部分能量。虽然该能量大大地衰减了，但仍剩下一部分。由期望地震波反射产生的平面压力波引起的加速度a由下式给出：a=p2πfZ,]]>其中p=声波声压级，f是频率，并且Z是声阻抗。粒子速度测量系统的性能应当接近外界噪声限度。典型地，地震数据用户要求来自拖缆水听器系统的外界噪声低于3微巴。由于海水的声阻抗是1.5MPa.s/m，因此4Hz的3微巴压力波产生大约0.5μg的粒子加速度。图6展示了拖缆中间的典型电缆轴向加速度的频率响应的机械模型。在某些情况下，在4Hz存在只比主波峰低1.5数量级的次波峰表明电缆动态运动可以大于有待测量的地震信号。授予Rouquette的美国专利号7,167,413在地震拖缆中使用加速计来抑制重影-陷波效应。Rouquette使用质量-弹簧系统来降低电缆动力对加速计和负载传感器系统的影响以测量和抑制该加速计上的电缆运动感应噪声。Rouquette系统依赖众所周知的复杂机械关系，该关系不能与制造公差、老化和环境状况保持一致。Rouquette使用信号处理自适应算法来推导负载传感器和质量-弹簧系统与作用于原地加速计上的加速度的关系Rouquette描述了一种复杂的机械电子系统。由Tenghamn等人专利技术的美国专利号为7,239,577描述了一种使用声波粒子速度传感器抑制重影陷波的设备和方法。Tenghamn等人传授了流体阻尼、万向架固式地震检波器的使用。本领域众所周知的是选择封装该地震检波器的流体来提供悬挂在其平衡架上的传感器的阻尼。然而，本领域众所周知而在Tenghamn等人中没有描述的是质量-弹簧隔振系统可降低电缆机械运动对地震检波器响应的影响。由电缆机械运动引起的地震检波器的运动与地震检波器响应中的声波粒子运动是不可区分的。期望的地震波粒子运动被Tenghamn等人的电缆机械本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.22 US 61/297,6561.一种水下地震系统，包括：一个第一运动传感器，该第一运动传感器能用在水下平台上且具有一个第一声阻抗或第一声截面以生成表示由声波引起的平台运动和粒子运动的第一传感器信号；一个第二运动传感器，该第二运动传感器布置在该第一运动传感器附近且具有一个第二声阻抗或第二声截面，其中该第二声阻抗不同于该第一声阻抗，或该第一声截面不同于该第二声截面，以生成表示平台运动和表示由声波引起的衰减的粒子运动的第二传感器信号；用于组合该第一传感器信号以及该第二传感器信号从而衰减由平台运动引起的噪声且生成对由声波引起的粒子运动的噪声降低的响应的装置；以及一个布置在该第一运动传感器和该第二运动传感器之间的分割器，以在声学上隔离第一区域中的该第一运动传感器与分开的第二区域中的该第二运动传感器；其中该第一区域中的该第一运动传感器布置在第一介质中，该第一介质的声阻抗与海水的声阻抗匹配，并且其中该第二区域中的该第二运动传感器布置在第二介质中，该第二介质具有与该第一介质的声阻抗不同的声阻抗。2.如权利要求1所述的水下地震系统，进一步包括：一个连接到该水下平台上且经历平台运动的刚性本体；连接到该刚性本体上的多个第一运动传感器和连接到该刚性本体上的多个第二运动传感器。3.如权利要求1所述的水下地震系统，包括：一个连接到该水下平台上且经历平台运动的刚性本体；围绕该第一运动传感器、该第二运动传感器和该刚性本体且接触海水的透声的表面；以及一个第一测试质量和一个第二测试质量；其中该刚性本体将该水下地震系统分成一个接收该第一测试质量的外部区域和一个接收该第二测试质量的内部区域；并且其中该第一运动传感器将该第一测试质量连接到该刚性本体上，且该第二运动传感器将该第二测试质量连接到该刚性本体上。4.如权利要求3所述的水下地震系统，其中该第一运动传感器还将该第一测试质量连接到该刚性本体上。5.如权利要求4所述的水下地震系统，其中该第一测试质量、该刚性本体及该第二测试质量同轴排列。6.如权利要求1所述的水下地震系...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·兰伯特，A·W·奥利维尔，罗伯特·E·洛奎特，
申请(专利权)人：离子地球物理学公司，
类型：发明
国别省市：