[发明专利]用于地震数据采集的方法和设备

说明书

本申请是申请日为2004年9月21日、申请号为200480044393.0、发明名称为“用于地震数据采集的方法和设备”一案的分案申请。

技术领域

本发明涉及地震探查领域。具体地说，本发明涉及地震探查的方法和设备，更具体地说，本发明涉及利用海底测震仪系统的海洋地震探查。

背景技术

地震探查一般利用地震能源以产生一个声音信号，该信号传播进入土壤并被地表下的地震反射器（即，地表下岩性层或流体层之间的界面，其特征是有不同的弹性）部分地反射。位于地球表面或附近的地震接收器检测和记录被反射的信号（称之为“地震反射”），从而产生地表下的地震探查。然后，可以处理被记录的信号或地震能量数据，可以产生有关岩性地表形成物的信息，从而识别这些特征，例如，岩性地表形成物的边界。

典型的是，地震接收器被铺设成一个阵列，其中地震接收器阵列是由沿一行分布的单串接收器构成，为的是记录该行接收器以下的地震剖面。对于在大面积上的数据和形成物的三维表示，必须并排地设置多串接收器，因此，形成一个接收器网格。通常，在阵列内的接收器是互相远离的。例如，在陆地地震探查中，可以按照不同空间的方式部署几百至几千个称之为地震检波器的接收器，例如，典型的网格配置，其中每串接收器延伸1600米，每隔50米有一个检测器，相继各串之间的间隔为500米。在海洋探查中，有接收器的拖曳式浮筒，它们称之为水听器，连接在拖曳船之后可以长达12000米。

一般地说，几个接收器连接成并行-串行组合，在单个双扭线上形成单个接收器组或管道。在数据收集过程中，来自每个管道的输出被数字化和记录，用于随后的分析。这些接收器组通常连接到电缆，用于与接收器的通信并传输被收集的数据到处在中心位置的记录仪。更具体地说，在陆地上进行这种探查时，数据传输的电缆遥测技术用于通过电缆互连的检测器单元。其他的系统利用数据传输的无线方法，因此，各个检测器单元不是互相连接的。在数据被提取之前，其他的一些系统暂时存储这些数据。

虽然检测和记录地震反射的基本过程在陆地与在海洋环境下是相同的，但海洋环境有一些独特的问题，这是因为覆盖在地球表面上有大量的水，最显著的是，高压深水活动和盐水活动的腐蚀环境。此外，即使简单的部署和取回也是复杂的，因为各种操作必须在地震探查船舶的甲板下进行，其中诸如波浪，天气和有限空间等的外来因素可以大大影响这种操作。

在一个普通的海洋地震探查方法中，地震操作是在水体的表面上进行的。海洋船舶拖曳浮筒中埋入用于检测通过水柱的反射能量的水听器。浮筒通常是由水听器串，其他的导电体以及用于提供近似中间浮力的材料构成。制成的浮筒漂浮在水面上。相同或其他类似的海洋船舶拖曳声能源，例如，空气枪，发射能量脉冲，向下传输进入到水下的地表岩性形成物。

放置在海底上的系统也被使用多年。这种装置通常称之为“OBC”（海底电缆）或“OBS”（海底地震计）系统。现有技术使用三组主要类型的海底设备以测量海底上的地震信号。第一种类型设备是OBC系统，类似于拖曳式浮筒，它是由包含地震检波器和/或水听器的电缆构成，并铺设在海底上，其中检测器单元是与电缆遥测互连。通常，地震船舶部署电缆离开船头或船尾，并取回船舶相反端的电缆。这种OBC系统可以有电缆实际配置产生的缺点。例如，在部署三维地震检波器时，因为电缆和地震检波器与海底上沉淀物的耦合不是坚固的，沉淀物之外的水平运动，例如，海底流动，可以造成错误的信号。在这相同的情况下，由于它的伸长型结构，在试图记录剪切波数据时，OBC系统仅在沿电缆的主轴上有满意的耦合。此外，需要使用三个船只进行这种操作，除了地震能源船舶以外，还有用于电缆部署所需的特殊装备船舶，和用于记录所需的单独船舶。记录船舶通常是稳定地固定到电缆，而部署船舶通常是与接收器线部署和取回电缆作恒定的运动。因为记录船舶与电缆有恒定的实际接触，需要努力保持船舶的位置，波动作和海流的力量可以在电缆内产生很大的张力，从而增加断裂电缆或设备失效，以及引入干扰信号到电缆的可能性。最后，这种电缆系统有很高的资本投资和昂贵的操作费用。

第二种类型记录系统是OBS系统，其中传感器装置和电子装置被抛锚在海底上。该装置使信号数字化和通常利用电缆传输数据到无线电单元，该无线电单元固定到抛锚的电缆并浮动在水面上。浮动的发射器单元发射数据到记录地震数据的水面船舶上。在地震探查中，通常部署多个发射器单元。