專利名稱：應(yīng)用海底采集站的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用置于水團(tuán)底部的采集站的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
在位于約300～1500米深水層下面地下區(qū)域(指深海面)的地震勘探領(lǐng)域的活動正在迅速發(fā)展。將來準(zhǔn)備開發(fā)的油田平均規(guī)模顯然隨水深而增大。由于啟動成本，生產(chǎn)成本與相關(guān)的風(fēng)險都隨下沉深度的增加而變得更高，所以最重要的是優(yōu)化生產(chǎn)。這就要求用新的勘探與生產(chǎn)技術(shù)來減小不確定性并以可以接受的成本更快地生產(chǎn)。
地震法在不斷發(fā)展。但除了效果佳以外，石油商仍認(rèn)為成本太高而不能系統(tǒng)地應(yīng)用。多元地震勘探(3C/4C)和稱為重復(fù)的(4D)地震勘探目前明確地確定為擴展?jié)摿ψ罡叩募夹g(shù)，它們聯(lián)合起來通過應(yīng)用現(xiàn)有的附加數(shù)據(jù)能管理地下儲油罐，并把它們與從井內(nèi)儀表得到的數(shù)據(jù)結(jié)合起來。問題在于將檢波器置于海底的地震勘探系統(tǒng)以合理的價格投入市場，同時按信息豐富合理等優(yōu)點來考慮這類系統(tǒng)所提供的利益。最適用的勘探系統(tǒng)除了開發(fā)期間的儲油罐監(jiān)控以外，還必須滿足儲油罐特征的地震勘探要求，特別在深海條件下，同時要可靠、有效和經(jīng)濟(jì)。
背景技術(shù)：
應(yīng)用敷設(shè)在海底的地震電纜或拖纜的OBC型地震勘探法已為眾所周知。諸如裝在U型連接上提供正確定向的聽地器或水聽器等地震接收機全部沿該部分安置并與海底耦接。接收機用拖纜內(nèi)部線路接至海面船舶上的采集設(shè)備。幾條電纜可平行敷設(shè)，從而形成3D地震設(shè)備。這類拖纜通常應(yīng)用的深度約為500米，有時甚至超過1000米。拖纜拖曳浸沒在地震勘探作業(yè)構(gòu)架內(nèi)，或永久安裝在長期監(jiān)控(4D地震監(jiān)控)范圍內(nèi)。第二船用于移動地震源。這種技術(shù)尤其適用于受阻區(qū)域與過渡區(qū)域。除非把電纜埋在泥沙里，否則地震檢波器與海底的耦接并非最佳，而且盡管有大量地震檢波器材，獲得的地震數(shù)據(jù)也質(zhì)量平平。
例如，專利US--4870625、WO--99/23510、98/07050或97/13167都描述過這類設(shè)備。
還熟知，對于海洋學(xué)研究，尤其是勘測大陸邊界的結(jié)構(gòu)與地震活動性，要放下每個由包含地震接收機、水聽器與聽地器等的密封箱組成的海底(OBS型)采集站和相關(guān)的電子設(shè)備，能連續(xù)記錄低頻地震信號并把數(shù)據(jù)存儲在海量存儲器里。地震檢波器在泥沙里的耦接要令人滿意。設(shè)備從海底拉到海面后，要回收得到的數(shù)據(jù)。由海面船只聲控激勵的發(fā)射裝置能與鎮(zhèn)重物斷開，然后把采集設(shè)備拉到海面，諸如標(biāo)志與告警燈等發(fā)信裝置可在海上對其定位。站臺每次使用后，再沉放前要作調(diào)節(jié)。大多數(shù)這些站臺的工作深度可達(dá)6000米。用于科學(xué)任務(wù)的一些站臺相對較小，它們之間的距離可從幾百米到幾百千米。記錄時間由數(shù)據(jù)存儲量與電源電池規(guī)模調(diào)節(jié)，從一周到幾個月不等。
例如，專利US--4422164、4692906或5189642都描述了這類系統(tǒng)。
還熟知，在海底定位地震數(shù)據(jù)采集單元，可改善地震檢波器與地下構(gòu)造的耦接。
使用海底機器人或通過從充分流線型直接靠重力插入海底的海面采集單元發(fā)射，可實現(xiàn)這種定位。這類地震信號采集單元包括對至少一臺地震接收機(如3C聽地器與水聽器)配備機殼的流線型部件或吊桿、測量其定向的傾斜儀和羅盤與地震數(shù)據(jù)收集模塊，以及在海底對每個采集單元定位的裝置(聲學(xué)遙測)及回收收集的地震數(shù)據(jù)的海面裝置。工作結(jié)束后，這些單元也用機器人回收。這類系統(tǒng)的工作水深可達(dá)1500米。
例如，法國專利申請O0/16536或?qū)＠鸉R-2738642和US-4134097都描述了這類采集系統(tǒng)。
申請人提出的專利FR-2774775也描述了一種對海上儲油罐作地震勘探或監(jiān)控的方法，其中一個或多個地震發(fā)射單元包括一個或多個放入海底與電源裝置關(guān)聯(lián)的地震源，每個單元通過多功能控制管纜接至海面。地震接收機也與底面耦接。
無論是移動的還是與水團(tuán)底部耦接的，水下采集設(shè)備，一般都與聲學(xué)定位裝置有聯(lián)系。這些設(shè)備與配備衛(wèi)星定位裝置(GPS定位系統(tǒng))的若干海面浮標(biāo)的相對位置通過聲學(xué)遙感定位。例如，專利US-5119341和5579285都描述了組合了聲學(xué)遙感與衛(wèi)星定位的定位裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，系統(tǒng)的目的在于通過接觸水團(tuán)底部的采集站獲得來自海洋地下構(gòu)造的多元地震數(shù)據(jù)，或是響應(yīng)于海面或海底沖擊或振動源同步地(主動地震)在水中地震波的發(fā)射，或是響應(yīng)于永久由底土中自然演化而產(chǎn)生的微小地震事件(被動地震)。
它包括中央控制與采集站、若干浮于水面并每個包括控制模塊的中繼浮標(biāo)、例如GPS型衛(wèi)星定位信號接收機，以及與中央控制與記錄站作數(shù)據(jù)交換的無線電傳輸裝置，多個海底地震采集站每個包括與配備地震接收機機殼的流線型部件或吊桿相關(guān)的密封體，適于靠重力沉入水團(tuán)底部而使地震接收機與地下構(gòu)造耦接，各采集站包括用于地震接收機在海底接收的地震數(shù)據(jù)的控制裝置與采集設(shè)備。
該系統(tǒng)的特征在于，中繼浮標(biāo)和海底地震采集站都配備有聲學(xué)傳輸設(shè)備，包含聲學(xué)應(yīng)答器、聲學(xué)定位模塊和聲學(xué)通信模塊，用于通過應(yīng)答器可用調(diào)制解調(diào)器交換來自中央站的定位數(shù)據(jù)或控制數(shù)據(jù)，或者采集設(shè)備獲得的準(zhǔn)備發(fā)送給所述中央站的地震數(shù)據(jù)。
根據(jù)一實施例，地震采集站分為幾組，各中繼浮標(biāo)適合與比其它中繼浮標(biāo)更接近的海底采集站組交換定位數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)或地震數(shù)據(jù)。
根據(jù)一實施例，例如各采集站包括用于存儲對應(yīng)于由各采集站的地震接收機檢測的地震信號的地震記錄跡線的裝置，和控制單元中用于通過其聲學(xué)通信模塊對中繼浮標(biāo)控制以特定傳輸頻率延遲傳遞至少一部分所述存儲的地震跡線的裝置(只是確保海底采集站良好工作次序的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)，或者若采集站與中繼浮標(biāo)的距離不太遠(yuǎn)，則是所有地震跡線)。
根據(jù)另一實施例，各采集站包括能將記錄的地震數(shù)據(jù)光學(xué)傳輸?shù)街欣^浮標(biāo)或各采集站附近海底車輛的裝置。
根據(jù)另一實施例，各采集站包括用于存儲對應(yīng)于由各采集站地震接收機檢測的地震信號的地震記錄跡線的裝置，和控制單元中用于形成指示所述采集站良好工作次序的數(shù)據(jù)并用于通過其聲學(xué)通信模塊以特定傳輸頻率控制向中繼浮標(biāo)(RCB)傳遞形成的數(shù)據(jù)的裝置。
根據(jù)一實施例，各中繼浮標(biāo)包括與控制模塊一起工作的裝置，用于獲得相對采集站位置的聲信號并對其注明日期，并且用于連同其被衛(wèi)星定位系統(tǒng)的接收機接收的自身坐標(biāo)一起將它們發(fā)送給中央站。
根據(jù)另一實施例，各中繼浮標(biāo)包括用于記錄來自采集站并準(zhǔn)備發(fā)送給中央站的獲得的地震數(shù)據(jù)的裝置。
根據(jù)一實施例，各采集站包括與密封體關(guān)聯(lián)的浮力裝置和按中央站命令將所述密封體與相應(yīng)吊桿斷開的發(fā)射裝置。
根據(jù)另一實施例，各采集站包括與工業(yè)傳輸網(wǎng)耦合以將存儲的地震數(shù)據(jù)直接傳給中央站的裝置。
根據(jù)一實施例，中央站包括含有與存儲裝置關(guān)聯(lián)的中央單元的控制裝置和管理中央單元與顯示器之間交換的接口元件，以及打印裝置、海量存儲裝置、與采集站和中繼浮標(biāo)通信的裝置、與中繼浮標(biāo)作無線電通信并接收GPS定位信號的設(shè)備和控制與觸發(fā)地震源的裝置。
根據(jù)另一實施例，各采集站包括將記錄的地震數(shù)據(jù)光傳輸?shù)街欣^浮標(biāo)或車輛的裝置。
根據(jù)另一實施例，各中繼浮標(biāo)包括管理觸發(fā)地震源的發(fā)信號傳輸以使所有海底站最佳地同步采集地震數(shù)據(jù)的裝置。
根據(jù)另一實施例，該系統(tǒng)包括供采集站和數(shù)據(jù)配置與恢復(fù)后勤系統(tǒng)使用的便攜式控制與測試站，包括利用無線電鏈路在采集站回到海面時對它定位的裝置、下載存儲在采集站里的數(shù)據(jù)并對其記錄的裝置、遠(yuǎn)編回收存儲在中繼浮標(biāo)里的地震數(shù)據(jù)的裝置，以及利用通信網(wǎng)將地震數(shù)據(jù)傳給中央站與記錄站的裝置。
按本發(fā)明對海底地下構(gòu)造作地震勘探或監(jiān)控的方法包括-在水團(tuán)底部安裝一系列地震信號采集單元，包括對至少一臺地震接收機配備機殼的流線型部件或吊桿和由各接收機接收的地震數(shù)據(jù)的采集模塊，各采集單元適用于在重力下下沉到水團(tuán)底部并進(jìn)入底部，使地震接收機與地下構(gòu)造耦接，-確定裝在海底的各采集單元的位置，-利用水下地震源波的發(fā)射作地震操作，響應(yīng)于構(gòu)造中發(fā)射的波，接收地下構(gòu)造斷層反射的波，收集各采集單元的接收機接收的數(shù)據(jù)和-中央站回收各采集單元獲得的地震數(shù)據(jù)。
它的特征在于，該方法包括在中繼浮標(biāo)與海底地震采集站之間交換來自中央站的定位數(shù)據(jù)或控制數(shù)據(jù)，或海底采集設(shè)備獲得的并準(zhǔn)備通過各所述海底采集設(shè)備中的設(shè)備發(fā)射給所述中央站的地震數(shù)據(jù)，各中繼浮標(biāo)包括聲學(xué)應(yīng)答器、聲學(xué)定位模塊與應(yīng)用調(diào)制解調(diào)器的聲學(xué)通信模塊。
根據(jù)一實施例，該方法包括例如通過參照GPS型衛(wèi)星定位系統(tǒng)來定位投入水中的每個海底地震采集站以及它們的初始同步，并通過在采集站與各個中繼浮標(biāo)之間用聲學(xué)遙感獲得的時間同步與時間測量數(shù)據(jù)的組合監(jiān)控其沉入海底，直至所述站與海底的接觸穩(wěn)定。
根據(jù)一實施例，該方法包括利用所述相應(yīng)的裝置把地震接收機檢測的地震記錄跡線從各采集站以聲學(xué)方式傳送到相應(yīng)的中繼浮標(biāo)。
根據(jù)一實施例，該方法包括利用所述相應(yīng)的裝置，將指示各采集站良好工作次序的質(zhì)量數(shù)據(jù)以聲學(xué)方法從各采集站傳到相應(yīng)的中繼浮標(biāo)。


通過閱讀以下參照附圖而描述的諸非限制性實施例，可明白根據(jù)本發(fā)明的方法與系統(tǒng)的其它特征與優(yōu)點，其中圖1示出裝在所研究構(gòu)造上的采集系統(tǒng)的各種元件的空間分布，圖2示出各海底采集站DSAU的結(jié)構(gòu)，圖3示出各海底采集站的流程圖，圖4示出各海底采集站DSAU的地震接收機檢測的信號的采集鏈路框圖，圖5示出海面上各中繼浮標(biāo)RCB的流程圖，圖6示出中央站CCRU的流程圖，圖7是表示其主要功能的中央站框圖，和圖8是可以例如代表其采集設(shè)備布置與回收后勤系統(tǒng)及其維持的輔助中央站PTCU的框圖。
具體實施例方式
該系統(tǒng)系模塊化，包括(圖1)下列元件-若干置于海底可采集地震數(shù)據(jù)的可回收采集站DSAU，-位于海面的若干控制中繼浮標(biāo)RCB，-在控制中繼浮標(biāo)RCB與船上控制設(shè)備之間作信息、指令與數(shù)據(jù)交換的無線電鏈路，-用于定位、指令與數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p向海底-海面聲學(xué)鏈路，至少能控制(QC)海底設(shè)備的良好工作次序。
-用于在海面回收中繼浮標(biāo)RCB和采集站DSAU后對其定位的GPS型鏈路，-無線電鏈路，在采集站DSAU返回海面后由它們激勵以向回收船只傳輸定位坐標(biāo)。
-該系統(tǒng)包括一船上控制設(shè)備，包括-用于測試與控制水中設(shè)備的便攜裝置PTCU，較佳地對其代表中央站CCRU的部分功能，使操作更加靈活，-船上集中記錄與控制站CCRU，包括用于控制和確定回收采集模塊的位置的設(shè)備，和一起參照作用的熟知類型的DGPS站，適用于將差示位置校正參數(shù)發(fā)送給中繼浮標(biāo)PCB，可提高測定其位置的精度。
I、海底采集站DSAU各采集DSAU包括適用于容納各種構(gòu)成電子模塊的加壓柱形箱1(圖2)。錐形吊桿2用可卸鉤件用可卸鉤件3緊固于柱形箱1的基部。站最好靠重力沉向海底，基本上垂直于投放點，考慮到可能的海流，要與海底作充分耦接。吊桿2與柱體1在機械上不耦接，它包括用于各種地震檢波器S的機殼(至少一個組件包括與水聽器關(guān)聯(lián)的三元聽地器材或三耳機)。將包括浮標(biāo)、氣槽與控制元件的浮力設(shè)備4緊固在柱形箱1的上方，使站在柱形箱與吊桿2不耦接時回到海面。
各站較佳地包括一機構(gòu)(未示出)，用于撞擊時在海底泥沙中推進(jìn)，以確保地震檢波器完好耦接。當(dāng)定位系統(tǒng)檢測出DSAU穩(wěn)定于海底時，可通過檢測DSAU的著地接觸或根據(jù)中繼與控制浮標(biāo)RCB收到的指令松開該推進(jìn)機構(gòu)。
根據(jù)一變型，各海底站還可包括緊固于支持錐形吊桿的中心軸的若干柱體(如兩個或三個)。
各基本采集站DSAU適合采集地震檢波器收到的信號吊桿2中的3C聽地器和水聽器，并對輔助地震檢波器或設(shè)備配有一定數(shù)量(達(dá)10)的輸入端。它包括(圖3)—專用于管理該站的控制單元UC，包括微控制器和數(shù)據(jù)與程序存儲器，—注明各種事件的日期所需的高精度時鐘，—GPS接收和VHF無線電發(fā)射器，它僅在DSAU位于海面時被激勵，—投放模塊RM，使DSAU的投放器AR被觸發(fā)而使采集站DSAU返回海面并回收。
—包含聲學(xué)應(yīng)答器AT的定位與檢測模塊PLM，用于確定該模塊離海面的位置。
—聲學(xué)通信模塊ACM還應(yīng)用聲學(xué)應(yīng)答器AT作必要的交換以相對海底設(shè)備傳輸質(zhì)量控制數(shù)據(jù)(QC)，用于啟動記錄循環(huán)，并觸發(fā)鉤件而釋放箱體。
—信號處理裝置TBM，使數(shù)據(jù)采集與地震起動觸發(fā)同步，—接在數(shù)據(jù)存儲裝置(微型盤或閃存盤)的數(shù)據(jù)存儲模塊DSM，還包括一高速鏈路，在采集站DSAU回收到海面上后可在船上下載地震數(shù)據(jù)，
—數(shù)據(jù)采集模塊DAM，包括模擬地震數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換部件(前置放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、濾波)和帶非地震檢波器的接口部件，—一系列非地震檢波器ASU，其中包括壓力檢波器、濕度檢波器、接觸檢波器等，—地震接收機模塊GP，包括至少一個與海底耦接裝置關(guān)聯(lián)的3元聽地器和安置在箱體上部的水聽器PS，—箱體外側(cè)的中速鏈路，DSAU在設(shè)置前和回收后可對其初始化和控制，和—電源管理模塊PSM。
I-1采集站DSAU的控制單元UC控制單元UC包括一個DSP型(數(shù)字信號處理器)低耗微處理器?？删幊踢壿嬰娐酚糜诠芾磔斎?輸出資源、諸如聲學(xué)通信模塊ACM等非地震檢波器或裝置的中斷與特定接口、投放模塊RM、定位模塊PLM、投放模塊RM中的GPS接收機與VHF發(fā)射機/接收機、數(shù)據(jù)存儲模塊DSM，以及與箱體外部作地震或控制數(shù)據(jù)交換的高中速電纜鏈路。DSAU應(yīng)用程序存在于可再編程存儲器里，而動態(tài)數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)或參數(shù)包含在適當(dāng)容量的隨機存儲器里。
I-2內(nèi)部時鐘為了精確地注明與定位或地震采集有關(guān)聯(lián)的事件的日期，要求例如精度為2×10-9(1毫秒/5天)的OXCO(爐溫補償晶體振蕩器)型振蕩器。對較長的服務(wù)周期，必須作重校正。在將DSAU投入水里之前，可利用內(nèi)部或外部GPS接受機的PPS(每秒脈沖)信號作日期與時間的時鐘同步。日期與時間的精度必須優(yōu)于1微秒。
I-3服務(wù)鏈路為了不開箱體而與船上的DSAU通信，使用了下列兩條電纜鏈路a)帶RS-232或RS-422型串口的外部GPS鏈路，其傳輸率按連接的設(shè)備自行配置。該鏈路用于該DSAU的配置與維護(hù)，可用接收機同步DSAU的內(nèi)部時鐘，b)用于回收記錄數(shù)據(jù)的高速鏈路。
I-4數(shù)據(jù)采集模塊DAM數(shù)據(jù)采集模塊DAM管理地震接收機模塊SRU，包括3C聽地器、水聽器模塊PS和非地震檢波器模塊ASU，檢測電源電壓、定位壓力、箱內(nèi)濕度、DSAU著地接觸、傾斜儀與羅盤。
模塊DAM負(fù)責(zé)—地震檢波器的模擬信號的數(shù)字化，—非地震檢波器的采集和控制，—耦接測試儀以檢查聽地器的耦接狀態(tài)，和—測試發(fā)生器以測試地震通道質(zhì)量。
對三元x、y、z聽地器與水聽器P接收的地震信號的數(shù)字化的電路，每條通道(圖4)包括放大器A與濾波器F以及帶+取—濾波器DF的增量總和型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，它們都是低耗裝置。轉(zhuǎn)換為24位，鐘頻為2048MHZ。在3HZ與824-412-206-103HZ之間，采樣周期分別為0.5-1-2或4毫秒。例如信號動態(tài)范圍為120dB。
非地震檢波器的數(shù)字化電路在功能上相同，不過采樣周期長得多(如1秒)，并符合特定使用裝置的技術(shù)規(guī)范。
I-5聽地器模塊GP聽地器模塊GP的標(biāo)準(zhǔn)特點包括一個3元聽地器，可選用X-Y傾角儀與磁羅盤。模塊基部呈流線型，以與S波可作最佳耦接。該模塊裝在沉入海底泥沙中的海底采集站DSAU的吊桿里，與地震檢波器完美耦接。
I-6數(shù)據(jù)存儲模塊DSM獲得的地震數(shù)據(jù)存儲在非易失存儲媒體上，后者包括一塊或多塊基于閃速存儲器技術(shù)或微型盤的盤片。例如最小存儲容量從1千兆字節(jié)可擴至4千兆字節(jié)。要存儲采樣周期為2毫秒、壓縮比為1∶2的26000張10秒攝像，1千兆字節(jié)量級的容量足夠了。對于3000米深的目標(biāo)，覆蓋的拍攝區(qū)為36km2量級，對應(yīng)于以每25米一個拍攝點的速率拍攝28800次，行間距離為50米。
I-7GPS接收機該GPS接收機具有兩功能—DSAU在布設(shè)前，使其內(nèi)部時鐘同步，和—在站DSAU返回海面后采集定位坐標(biāo)，利于在海底數(shù)據(jù)回收時對采集組件的定位。
只要采集站DSAU完全保持在水下，就去激勵GPS接收機。
I-8定位與探測模塊PLMa)定位與探測原理位于水面(最小2米)的浮標(biāo)網(wǎng)的定位原理，包括例如水下車輛AUV的應(yīng)答器聲源或從海底站DSAU發(fā)射的信號的傳播時間測量。該聲源定期發(fā)射兩種連續(xù)的信號第一信號與GPS時間同步，第二信號作為深度的函數(shù)而隨時間滯后。所有浮標(biāo)都接收這些信號，并以相應(yīng)的GPS時間極其精密地注明這兩種信號的到達(dá)日期。然后，浮標(biāo)通過無線電鏈路將其與由DSAU接收的到達(dá)時間關(guān)聯(lián)的自身位置DGPS發(fā)送給控制系統(tǒng)。知道了聲音在水中的傳播速度后，把該傳播時間直接轉(zhuǎn)換成應(yīng)答器/浮標(biāo)距離。由于深度由各浮標(biāo)精密測得，所以利用在水平面弧度等于斜距的圓的交點便可得出該聲源的位置。
根據(jù)該裝置的深度，定位精度在1米量級或以下。
定位系統(tǒng)在各站DSAU一投入水中后即被激勵，因而能監(jiān)控其沉降過程中在水里的軌跡。DSAU的位置穩(wěn)定后，即認(rèn)為其安裝完畢。于是去激勵定位系統(tǒng)，直到回收時間或直到在操作期間偶爾檢查其位置。
b)聲學(xué)應(yīng)答器AT發(fā)送遙感數(shù)據(jù)的聲學(xué)應(yīng)答器的特征要求如下—頻率34KHZ—循環(huán)周期1～2秒—時鐘穩(wěn)定度10-8/日—壓力檢波器0～30Mpa，1％在把站DSAU投入水中前，時鐘必須利用GPS接收機的輸出信號PPS(每秒脈沖)同步。
為優(yōu)化海底站DSAU的設(shè)備，該聲學(xué)應(yīng)答器較佳地還可為聲學(xué)通信模塊所使用。
I-9聲學(xué)通信模塊ACM通過調(diào)制解調(diào)器可用雙向聲學(xué)鏈路將指令利用位于海面的浮標(biāo)RCB發(fā)送給DSAU并從其接受質(zhì)量控制數(shù)據(jù)QC，這些指令與船上的中央控制與記錄單元CCRU的操作相聯(lián)接。該鏈路還可用于精密地與地震攝像同步，例如1200位/秒的速率可發(fā)送150字節(jié)/秒，在地震操作時這足以滿足幾乎連續(xù)的控制。各浮標(biāo)RCB較佳地與對其指定的設(shè)備的采集裝置DSAU通信的聲學(xué)自然頻率相關(guān)聯(lián)。這還可優(yōu)化聲學(xué)測距。
這些指令可管理DSAU的各種功能，如電源管理、功能激勵或去激勵、它們的配置、地震采集參數(shù)化、地震操作控制與數(shù)據(jù)記錄控制等。
各站DSAU發(fā)射的質(zhì)量數(shù)據(jù)QC可得到工作診斷地震信號質(zhì)量、電源電平控制、數(shù)據(jù)記錄容量監(jiān)控、電子控制等。
傳輸所有獲得的地震數(shù)據(jù)更難實現(xiàn)。如對于10秒～2毫秒與壓縮系數(shù)為2的地震攝像，鑒于中等傳輸率為1200位/秒，從站DSAU回收4個軌道會持續(xù)3分20秒。對于20位/秒的低速率，要3小時20秒，4800位/秒的高速率為50秒。對于完整拍攝的數(shù)據(jù)，在諸浮標(biāo)RCB能同時接收數(shù)據(jù)的情況下，必須將該時間乘上設(shè)備的DSAU個數(shù)除以中繼浮標(biāo)RCB個數(shù)。
I-10投放模塊RM投放系統(tǒng)由來自中央控制與記錄單元CCRU或便攜式測試系統(tǒng)PTCU的指令觸發(fā)。這確保投放機構(gòu)觸發(fā)使容器返回海面并對地震檢波器激勵探測裝置。若浮力組件不足以使吊桿脫離海底，則可將聽地器模塊GP與DSAU斷開而拋棄于海底。一接到投放指令，站DSAU就激勵該定位系統(tǒng)與程序，并考慮到上升時間和GPS接收機、無線電發(fā)射機與站DSAU目視探測閃光的激勵時序。
I-11無線電發(fā)射機無線電發(fā)射機可將GPS坐標(biāo)發(fā)送給中繼浮標(biāo)RCB或直接發(fā)送給檢測船。發(fā)射機只有在DSAU返回海面后才能有效地被激勵。應(yīng)用的無線電頻率與中繼浮標(biāo)RCB同中央控制與記錄站CCRU之間鏈路使用的頻率相同。
I-12同步模塊TB同步模塊TB的功能在于精密地測定源觸發(fā)時間(≤100微秒)并使獲得的數(shù)據(jù)與該時間同步。作為一般原則，地震采集與地震源觸發(fā)同步啟動。這就要求在地震操作時將同步信號TB(時間信號)從源通過中央控制與記錄站CCRU、浮標(biāo)RCB傳輸?shù)讲杉綝SAU?？紤]到基本上與該信號在不同媒體、空氣與水中傳輸相關(guān)聯(lián)的延遲，必須設(shè)法校正并計及各種傳播時間。系統(tǒng)的所有元件與GPS接收機獲得的時間極精密地同步。中央控制與記錄站CCRU使該時間與觸發(fā)地震攝像的精密時間關(guān)聯(lián)起來。該信息在采集同步信號之后立即發(fā)送給海底站DSAU，使它們與通過應(yīng)用在申請人提出的專利FR-2787201(US-6253156)所描述的方法獲得的地震樣本再同步。
I-13電源模塊PSM電源模塊設(shè)計成便于調(diào)換，供電量適應(yīng)地震操作要求。對短期操作，可使用堿性電池，但長期操作必須應(yīng)用昂貴的鋰電池。電源容量最小必須接近連續(xù)操作7天。或者，電容量必須延長到1個月或更長。
II、中繼浮標(biāo)RCB各中繼控制浮標(biāo)RCB位于海底地震裝置上方的水面上，浮標(biāo)RCB至少用兩個。海底站分成與中繼浮標(biāo)一樣多的組，并對各中繼浮標(biāo)指定與其最近的海底站的交換管理。其功能有—作為中繼器，通過無線電鏈路與船上的中央控制與記錄站CCRU交換數(shù)據(jù)，并通過聲學(xué)鏈路與采集站DSAU交換數(shù)據(jù)，—獲取并注明相對站DSAU定位的聲學(xué)信號的日期，同時將它們隨其GPS接收機收到的GPS坐標(biāo)一起發(fā)送給中央站CCRU，—若地震操作的進(jìn)程允許，只要聲學(xué)鏈路的傳遞速率足夠，就在海量存儲器(盤片)上記錄來自站DSAU的地震數(shù)據(jù)。
各中繼與控制浮標(biāo)的電子設(shè)備包括(圖5)—管理該浮標(biāo)的微處理器卡CPU(PC型)，—大容量盤HD，—例如以太網(wǎng)ETH型網(wǎng)絡(luò)接口，—至少一條與船甲板上站DSAU通信的電纜鏈路(COM1，COM2)，—精密時鐘H，—GPS接收機Rx，—例如甚高頻無線電收發(fā)機Rx/yx，—定位PLM的聲學(xué)模塊，—用于定位和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)答器或水聽器AT，—數(shù)據(jù)傳輸ACM用的聲學(xué)調(diào)制解調(diào)器，—地震攝像同步接口TBM，—配有電池與太陽能陣列以增大容量的電源管理模塊PSM，—耦接浮標(biāo)RCB推進(jìn)設(shè)備PROP的定位控制模塊ASP，—用于淺水區(qū)的錨定設(shè)備。
II-1微處理器卡微處理器卡例如是一種工業(yè)型低耗PC卡，適于管理盤片，然后通過高速通信網(wǎng)把存儲在其上的地震數(shù)據(jù)傳給中央控制與記錄站CCRU。
II-2無線電鏈路中央控制與記錄站CCRU同海底站DSAU之間通過中繼浮標(biāo)RCB的無線電鏈路，例如是一種頻率為216～220MHZ或450～470MHZ的無線電傳輸信道，傳輸率以10kbit/s為宜。該鏈路用于—聲學(xué)定位模塊，用于接收自中央站CCRU至海底站DSAU的指令，并從中接收定位信息，—地震采集期間的數(shù)據(jù)交換中央控制與記錄站CCRU為海底站DSAU接收的指令，并從中傳輸質(zhì)量控制數(shù)據(jù)QC或地震數(shù)據(jù)。
各浮標(biāo)RCB以專用地址標(biāo)識，并且有特征無線電發(fā)射頻率。所有浮標(biāo)的接收頻率相同。
II-3聲學(xué)調(diào)制解調(diào)鏈路這是一種利用調(diào)制解調(diào)器的雙向聲學(xué)鏈路。各浮標(biāo)RCB有其自己的聲頻，可與對其指定的系統(tǒng)的海底站DSAU通信。這還可優(yōu)化聲學(xué)測距。根據(jù)傳輸條件，鏈路的傳遞速率可在20和4800bit/s之間選擇。一般以1200bit/s的中速為宜。
II-4聲學(xué)定位模塊該模塊與聲學(xué)應(yīng)答器、極精密而穩(wěn)定的時鐘(10-8/月)GPS接收機和無線電收發(fā)機通信。安裝中繼浮標(biāo)前，時鐘與GPS接收機的信號1PPS(每秒脈沖)同步。例如信號重復(fù)周期為1或2秒。
II-5地震攝像同步接口為了以所有海底站DSAU的程度最佳地同步采集，該接口適于管理地震源觸發(fā)信號的傳輸。
II-6中繼浮標(biāo)電源考慮到各中繼浮標(biāo)的功能和操作長度，其電源容量可作調(diào)節(jié)。需要時，電池限制在自維持箱內(nèi)，以便于其在操作期間的調(diào)換。
添設(shè)太陽能陣列可增大電池容量。
II-7可控推進(jìn)裝置多少有些強烈的海流會使浮標(biāo)安裝后漂移。向中央控制與記錄站CCRU定期傳輸GPS坐標(biāo)可連續(xù)監(jiān)控漂移。受控的全向推進(jìn)裝置可讓浮標(biāo)保持在原位。已知的自推進(jìn)浮標(biāo)原理適用于中繼浮標(biāo)RCB。這類浮標(biāo)的位移速度可達(dá)3節(jié)，一天與7天之間的距離基本上依賴所使用的大能量類型。
在系統(tǒng)應(yīng)用于淺水或中等深度水中時，因成本較低使用把浮標(biāo)錨定至海底的系統(tǒng)較佳。
2-8光學(xué)傳輸當(dāng)海底采集站與數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的距離相對較短時中繼浮標(biāo)或可能一種正在附近通行且配備收集組件的海底載運器，也可用光學(xué)傳輸信道把收集的地震跡線傳給該收集組件。此時，可將與光通信模塊ORM和光接收機RxOPT相關(guān)聯(lián)的中繼浮標(biāo)的通信電子裝置用作該收集組件(圖5)。該電子模塊的聲學(xué)裝置用于將數(shù)據(jù)傳遞指令發(fā)送給海底采集站，而后者用該光學(xué)裝置反過來將數(shù)據(jù)送給該收集組件。
III、中央控制與記錄站CCRU如圖6的流程圖所示，例如可裝在船上的中央控制與記錄站CCRU，首先包括一控制裝置UC，它包括與存儲器MEM關(guān)聯(lián)的中央單元CPU。該中央單元利用第一總線B1與下列接口通信—管理與顯示屏IGO交流的圖示接口GI，—管理與鍵盤和鼠標(biāo)交流的串行接口SI，—管理與存儲盤和光盤交流的接口DI，—管理與磁帶輸送機構(gòu)交流的接口BI，—管理與打印機交流的并行接口PI，—在海底站DSAU浸入海面之前或回收到海面之后管理與其交流的快速串行接口FSI，和—管理通過本地通信網(wǎng)(如以太網(wǎng)型)與海面浮標(biāo)RCB交流的接口NI。
利用第二總線B2，中央單元CPU可與下列裝置通信—甚高頻無線電波的收發(fā)裝置E1，—GPS定位信號接收裝置E2，和—地震源SS控制與觸發(fā)裝置E3。
如圖7的框圖所示，中央站具有如下功能—為操作員管理圖示控制接口，—管理甚高頻無線電鏈路，以便控制和監(jiān)控水中的采集設(shè)備、中繼浮標(biāo)RCB和站DSAU，—采集設(shè)備布設(shè)與回收階段對定位信息作圖示處理與顯示，—建立并維護(hù)含水中設(shè)備定位信息與功能狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫，—管理與船舶和地震源控制設(shè)備的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的接口，—控制和監(jiān)控地震操作，顯示差錯事件和質(zhì)量管理數(shù)據(jù)QC所含的信息，回收獲得的地震數(shù)據(jù)
—在地震采集停滯時間內(nèi)，若數(shù)據(jù)傳遞率足夠高，可用無線電鏈路回收，—在回收了設(shè)備中繼浮標(biāo)RCB和海底采集站DSAU后，或通過通信網(wǎng)由浮標(biāo)RCB或便攜式測試中央站PTCU回收，而且按標(biāo)準(zhǔn)格式(如SEG-D)將所有地震數(shù)據(jù)記錄在磁性材料上。
IV、便攜式控制與測試站PTCU為使操作更靈活，可將中央站CCRU的部分功能委托給對其指定了采集設(shè)備布設(shè)與回收后勤系統(tǒng)與維護(hù)的輔助中央控制與測試站PTCU。便攜式站PTCU以強力便攜式PC(《硬化》)為主構(gòu)成。它的功能例如有—操作員的圖形控制接口，—采集設(shè)備DSAU和RCB的配置參數(shù)初始化，—實施質(zhì)量管理測試QC和各站DSAU的工序控制，—管理甚高頻無線電收發(fā)機，以便監(jiān)控水中采集設(shè)備、中繼浮標(biāo)RCB和站DSAU的定位，—在采集設(shè)備布設(shè)與回收期間對定位信息作圖示處理和顯示，—建立并維護(hù)含有定位信息與水中設(shè)備功能狀態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，—用甚高頻無線電鏈路探測回到海面后的采集站DSAU，—或者，管理地震源控制設(shè)備的接口并控制地震采集，—將同時存儲和記錄在一定數(shù)量采集站DSAU里的數(shù)據(jù)下載到內(nèi)部硬盤或磁盤上，—在將采集得到數(shù)據(jù)存儲在中繼浮標(biāo)RCB中的情況下，利用網(wǎng)絡(luò)通信收回這些浮標(biāo)的地震數(shù)據(jù)，和—利用如以太網(wǎng)型工業(yè)通信網(wǎng)將地震數(shù)據(jù)傳給中央控制與記錄站CCRU。
V、操作描述系統(tǒng)布設(shè)如下先準(zhǔn)備好中繼浮標(biāo)RCB，將它投入勘探構(gòu)造上方的水中。
各海底站DSAU在投入水中前，先在船甲板上作配置、檢驗與同步。
然后，海底站DSAU被接連投入水中，在重力作用下沉到海底。它們的位置由便攜式測試系統(tǒng)PTCU或中央控制與記錄站CCRU監(jiān)控。必須注意會使站的流動軌道或多或少漂向海底的海流。舉個例說，如假定站DSAU的沉速為1m/s，對其指定的位置為3000m深。對于在0與1500m之間變化約為40cm/s的海流，則以7cm/s沉向3000m，不必考慮逆流，相對于期望的點，著落點漂移約700m。有時偏差甚至達(dá)幾km。一般而言，海面的海流更強?？紤]到海流引起的漂移，必須首先投放DSAU，以確定其著落點并隨后考慮真實漂移而校正投放點。
設(shè)置一結(jié)束，就開始采集地震數(shù)據(jù)。每次地震攝像后，把數(shù)據(jù)存儲在各海底站的存儲模塊DSM中(圖3)。海底采集站DSAU與中繼浮標(biāo)RCB之間的雙向聲學(xué)鏈路可發(fā)送代表海底站良好工作次序與在地震操作過程中獲得的地震數(shù)據(jù)質(zhì)量的質(zhì)量數(shù)據(jù)QC。
若水位不太高而且速率足夠高，海底采集站DSAU與中繼浮標(biāo)RCB之間的該雙向聲學(xué)鏈路還可向海面發(fā)射至少部分記錄在海底采集站里的地震跡線。
地震攝像結(jié)束時，回收海底采集站DSAU的辦法是對鉤件3(圖2)作聲學(xué)激勵并松脫采集箱1，使之返回海面。目視裝置、標(biāo)志與閃光以及GPS接收機與甚高頻發(fā)射機的激勵，都有助于探測與回收站DSAU。
地震數(shù)據(jù)的回收例如由便攜式測試系統(tǒng)PTCU實施，該系統(tǒng)利用諸如以太網(wǎng)型快速工業(yè)網(wǎng)鏈路接至中央控制與記錄站CCRU。
電池和鎮(zhèn)流器經(jīng)重新調(diào)節(jié)、調(diào)換或再充電后，海底站DSAU又可工作了。
權(quán)利要求
1.一種對海底地下構(gòu)造采集地震數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，包括中央控制與采集站(CCRU)；適于浮在水面的若干中繼浮標(biāo)(RCB)，各中繼浮標(biāo)每個包括控制模塊(CPU)、利用例如GPS型衛(wèi)星定位的定位信號接收機(Rx)和與中央控制與采集站(CCRU)交換數(shù)據(jù)的無線電傳輸裝置(VHF)；每個包括含壓力檢波器(PS)和與配備地震接收機(SRU)機殼的流線型部件或吊桿相關(guān)聯(lián)的密封體的多個海底地震采集站(DSAU)，適于在重力作用下沉入水團(tuán)底部并進(jìn)入底部使地震接收機(SRU)與地下構(gòu)造耦接，各采集站(DSAU)包括控制單元(UC)和用于采集地震接收機(SRU)與壓力檢波器(PS)在海底收到的地震數(shù)據(jù)的裝置(DAM)，其特征在于，中繼浮標(biāo)和海底地震采集站(DSAU)各自配有一聲學(xué)傳輸裝置，包括聲學(xué)應(yīng)答器(AT)、聲學(xué)定位模塊(PLM)和聲學(xué)通信模塊(ACM)，用于利用調(diào)制解調(diào)器通過應(yīng)答器(AT)交換來自中央站(CCRU)的定位數(shù)據(jù)或控制數(shù)據(jù)或者由采集裝置獲得并準(zhǔn)備發(fā)送給所述中央站(CCRU)的地震數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，地震采集站(DSAU)分成若干組，各中繼浮標(biāo)適于與比其他中繼浮標(biāo)更接近的采集站組交換定位數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)或地震數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，各采集站(DSAU)包括存儲裝置(DSM)和控制單元(UC)里的裝置，前者用于對應(yīng)于由各采集站中地震接收機檢測的地震信號的地震記錄跡線，后者用于通過其聲學(xué)通信模塊(ACM)以特定傳輸頻率控制向中繼浮標(biāo)(RCB)延遲傳遞至少部分所述存儲的地震跡線。
4.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，各采集站(DSAU)包括存儲裝置(DSM)和控制單元里的裝置，前者用于對應(yīng)于由各采集站中地震接收機檢測的地震信號的地震記錄跡線，后者用于形成指示所述采集站良好工作次序的數(shù)據(jù)，并用于按特定傳輸頻率通過其聲學(xué)通信模塊(ACM)控制向中繼浮標(biāo)(RCB)傳遞形成的數(shù)據(jù)。
5.如以上任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，各采集站(DSAU)包括將記錄的地震數(shù)據(jù)光學(xué)傳輸給中繼浮標(biāo)(RCB)或載運器的裝置。
6.如以上任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，各中繼浮標(biāo)(RCB)包括與控制模塊(CPU)一起工作的裝置(PLM，VHF)，用于獲取相對于采集站(DSAU)的定位的聲學(xué)信號并對其注明日期，而且將它們隨其衛(wèi)星定位系統(tǒng)的接收機(Rx)收到的自己的坐標(biāo)同時發(fā)送給中央站(CCRU)。
7.如以上任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，各中繼浮標(biāo)(RCB)包括用于記錄來自采集站(DSAU)的獲得的地震數(shù)據(jù)并用于將它們發(fā)送給中央控制與記錄站(CCRU)的裝置(COM)。
8.如以上任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，各中繼浮標(biāo)包括用于管理地震源觸發(fā)信號的傳輸以最佳地與海底站(DSAU)采集地震數(shù)據(jù)同步的裝置。
9.如以上任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，各采集站(DSAU)包括與密封體(1)關(guān)聯(lián)的浮力裝置(4)和按中央站(CCRU)的指令使所述密封體(1)脫離相應(yīng)吊桿(2)的投放裝置(3)。
10.如以上任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，各采集站(DSAU)包括與工業(yè)傳輸網(wǎng)耦合以向中央站直接傳遞存儲的地震數(shù)據(jù)的耦合裝置。
11.如以上任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，中央站(CCRU)包括控制裝置(UC)，它包括與存儲裝置(MEM)關(guān)聯(lián)的中央單元(CPU)和管理中央電源(CPU)與圖形接口之間交流的接口元件，圖形接口管理與目視顯示與打印裝置(IGO，PR/PL)、海量存儲裝置(DD，CD，BM)及與采集站(DSAU)和中繼浮標(biāo)(RCB)通信的裝置(FSI，NI)的交流，裝置(E1，E2)可利用無線電鏈路與中繼浮標(biāo)通信并接收衛(wèi)星定位信號，而裝置(E3)用于控制和觸發(fā)地震源(SS)。
12.如以上任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括確保布設(shè)和回收采集站及其數(shù)據(jù)的便攜式控制與測試站(PTCU)，包括利用無線電鏈路探測返回海面后的采集站(DSAU)的裝置、下載存儲在采集站(DSAU)里的數(shù)據(jù)并對其記錄的裝置、遠(yuǎn)端回收存儲在中繼浮標(biāo)(RCB)里的地震數(shù)據(jù)的裝置，以及用通信網(wǎng)向中央控制與記錄站(CCRU)傳遞地震數(shù)據(jù)的裝置。
13.一種對海底地下構(gòu)造進(jìn)行地震勘探或監(jiān)控的方法，包括—在水團(tuán)底部安裝一系列地震信號采集單元，包括對至少一個地震接收機配備機殼的流線型部件或吊桿和用于由各接收機接收的地震數(shù)據(jù)的采集模塊，各采集單元適于在重力作用下沉入水團(tuán)底部并進(jìn)入底部而使地震接收機與地下構(gòu)造相耦接，—確定裝在海底的各采集單元的位置，—運用水下地震源波的發(fā)射作地震操作，響應(yīng)于構(gòu)造發(fā)射的波接受地下構(gòu)造斷層反射的波，收集各采集單元的接收機接收的數(shù)據(jù)，和—中央站(CCRU)回收各采集單元獲得的地震數(shù)據(jù)，其特征在于，包括在中繼浮標(biāo)與海底地震采集站(DSAU)之間交換來自中央站(CCRU)的定位數(shù)據(jù)或控制數(shù)據(jù)，或者由海底采集設(shè)備(DSAU)采集的地震數(shù)據(jù)，該地震數(shù)據(jù)通過每個所述海底采集設(shè)備(DSAU)內(nèi)的裝置發(fā)送給所述中央站(CCRU)，各中繼浮標(biāo)包括聲學(xué)應(yīng)答器(AT)、聲學(xué)定位模塊(PLM)和應(yīng)用調(diào)制解調(diào)器的聲學(xué)通信模塊(ACM)。
14.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，還包括各海底地震采集站(DSAU)投入水中時通過參照衛(wèi)星定位系統(tǒng)作定位和初發(fā)時間同步，并且通過組合時間同步數(shù)據(jù)和在采集站與各種中繼浮標(biāo)之間作聲學(xué)遙感得到的時間測量值監(jiān)控其下沉到海底，直到所述站與海底接觸穩(wěn)定。
15.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，還包括利用所述相應(yīng)的裝置把各采集站的地震接收機檢測的地震記錄跡線以聲學(xué)方法傳輸給相應(yīng)的中繼浮標(biāo)。
16.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，還包括利用所述相應(yīng)的裝置將指示各采集站良好工作次序的質(zhì)量數(shù)據(jù)以聲學(xué)方法從各采集站傳輸?shù)较鄳?yīng)的中繼浮標(biāo)。
全文摘要
一種設(shè)計成利用置于水團(tuán)底部的采集站采集地震數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括海底采集站(DSAU)，組合了適于插入海底使若干地震接收機與地下構(gòu)造耦接的流線型吊桿和電子數(shù)據(jù)采集與通信模塊的密封體。這些采集站(DSAU)投入水中，在重力作用下沉入海底。若干中繼浮標(biāo)(RCB)位于海面，各自帶有GPS定位模塊、與例如船上的中央站(CCRU)的無線電鏈路和與海底采集站(DSAU)通信的聲學(xué)通信的模塊，二者都用于測定這些站相對中繼浮標(biāo)的位置，并交換控制數(shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)(若條件適合，良好的運行次序數(shù)據(jù)或能獲得的地震跡線)。該系統(tǒng)適用于地下構(gòu)造的地震勘探或監(jiān)控。
文檔編號G01V1/22GK1424592SQ0215613
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月10日
發(fā)明者R·巴瑞 申請人:法國石油研究所