專利名稱：海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在纜式或者拖纜類地震采集系統(tǒng)中使用地震傳感器的子陣列獲得地震數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在海洋地震勘探中，多個地震傳感器被裝入可以延伸幾英里的長管狀塑料電纜內(nèi)。取決于地震勘探的相應(yīng)類型，這些電纜被稱為海底電纜(OBC)或者拖纜。
拖纜由地震采集船拖曳，以所需深度穿過水域。海上震源，比如氣槍，被用來產(chǎn)生聲波。聲波從下面的地層發(fā)生反射，以壓力波的形式返回到水表面。壓力波由壓力傳感器檢測到并且被轉(zhuǎn)換成電信號。
被拖曳的拖纜包括多個壓敏水聽器元件，所述元件被裝入防水護套內(nèi)并且電連接到船上的記錄裝置。拖纜內(nèi)的每一水聽器元件被設(shè)計成將水聽器元件周圍的壓力變化中存在的機械能轉(zhuǎn)換成電信號。這種拖纜可以分成許多能夠相互分離并且各自防水的獨立的段或者模塊。通過使用拖纜定位器可以平行地拖曳各條拖纜，以形成水聽器元件的二維陣列。穿過拖纜中每一模塊的數(shù)據(jù)總線承載從水聽器元件到記錄裝置的信號(所謂的聲音數(shù)據(jù))。
水聽器可以響應(yīng)于整個水聽器上聲波壓力的變化而產(chǎn)生電信號。可以將幾個水聽器電連接到一起，以形成聲學傳感器陣列或拖纜的一個工作段或組。通常將來自一個工作段的多個水聽器的電信號結(jié)合起來，以提供平均信號響應(yīng)和/或提高信噪比。
近來，使用所謂的點接收機(point receiver)引入了新一代的拖纜。在這些拖纜中，信號可以由各個水聽器記錄下來。在2001夏季版的Oilfield Review的16-31頁中，描述了與傳統(tǒng)拖纜相對比的新型拖纜設(shè)計的詳情。對于本發(fā)明，重要的是注意到，在點接收機拖纜和傳統(tǒng)拖纜中，水聽器均被布置為沿拖纜方向排列為基本上線性的陣列。
被反射的聲波不但直接返回到壓力傳感器(在此處，所述聲波被首次檢測到)，而且這些被反射的聲波還從水表面再次發(fā)生發(fā)射，并返回到壓力傳感器。經(jīng)表面反射的聲波當然延遲了與壓力傳感器深度的兩倍成正比的一段時間，并作為二次或重影信號(“鬼影”信號，虛反射信號，ghost signal)出現(xiàn)。由于直接反射的和表面反射的聲波在時間上接近同時到達，容易相互干擾或者與通過地球傳播并具有相同到達時間的其它信號發(fā)生干涉。因此希望確定聲波的傳播方向，使得在數(shù)據(jù)處理期間可以更為容易分離向上和向下傳播的波。
在所謂的雙傳感器拖纜中，拖纜攜帶有壓力傳感器與速度傳感器的組合。壓力傳感器通常為水聽器，運動或速度傳感器為地震檢波器或加速度計。在美國專利6,512,980中，描述了這樣的拖纜攜帶有與第三傳感器即噪聲參考傳感器相結(jié)合的成對的壓力傳感器和運動傳感器。該噪聲參考傳感器被描述為現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器的一種變型。
實際上，雙傳感器拖纜使用起來很困難，因為部署在拖纜中的地震檢波器產(chǎn)生與拖纜的擺動成正比的信號。另外，通常不容易將水聽器和地震檢波器的相應(yīng)輸出相互關(guān)聯(lián)。
另外還知道將兩個單個水聽器布置為垂直陣列。那么當然可以相對容易地從測到的某一特定成分波到達形成所述垂直陣列的各傳感器的時間差來識別聲波傳播的方向，例如如美國專利3,952,281中所述。但是這種方法需要兩條單獨的水聽器電纜。因為每條這樣的電纜大約花費500000美元，由于在勘探中進行部署的相對復(fù)雜性和雙倍拖纜數(shù)量所涉及的昂貴費用，使該方法受到了阻礙。
在美國專利4,547,869和4,692,907中，已經(jīng)提出在同一拖纜中安裝基本垂直的傳感器陣列，使之相隔幾英寸。但是當?shù)卣鹜侠|被拖曳著穿過水域時，會發(fā)生扭曲和轉(zhuǎn)動。拖纜的這種扭曲和轉(zhuǎn)動使得很難辨別垂直陣列中的傳感器?！?07專利提出使用處在充有液體的腔室內(nèi)的具有差別浮力的傳感器。
′869專利描述了一種基于單模式光纖的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其使用徑向相對的成對的光纖傳感器的光信號的由于流體靜壓所引起的相位漂移差作為識別光纖傳感器的方位的一種手段。在EP0175026A1中描述了類似的拖纜。
在地震學領(lǐng)域之外，已經(jīng)提出將水聽器組的陣列用于直線式天線(WO03/019224A1)。根據(jù)上述情況，本發(fā)明的一個目的是提供一種在由地震勘探船拖曳的一條或多條電纜中包括水聽器陣列的改良的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種利用具有多個壓電陶瓷壓力傳感器的海上電纜的海洋地震勘探系統(tǒng)。其中，所述多個壓力傳感器以至少兩個壓力傳感器為一組分組布置，組的輸出代表該組位置處的垂直壓力梯度，所述系統(tǒng)還包括一個或者多個用于確定所述至少兩個壓力傳感器的相對位置以確定其垂直間距的機電換能器。
本發(fā)明的電纜可以是海底電纜或者比如用于垂直地震剖面測量(VSP)的垂直地震電纜。但是最為優(yōu)選地，所述電纜是拖曳在地震勘探船之后穿過水域的多條拖纜中的一條。
組的定義利用(a)接近程度；和(b)對水聽器輸出的處理。一組中的水聽器基本上為最近鄰。在拖纜中，一組中的水聽器通常分開1至10cm，但是組間距離為0.5或者1米至7.5米。在一種優(yōu)選實施方式中，形成代表垂直壓力梯度的組輸出的所述至少兩個壓力傳感器位于小于6cm長或甚至為小于3cm長的一段電纜內(nèi)，從而允許將其安裝在拖纜中的一個單一的水聽器固定器上。一組中水聽器間的垂直間距優(yōu)選少于6cm。
在一種優(yōu)選變型中，一組中的水聽器等距離地分開。
優(yōu)選地，多數(shù)或者所有的水聽器被布置在垂直于電纜主軸線的平面內(nèi)。但是，對于涉及垂直地震信號、縱測線地震信號和橫測線地震信號的采集的完整波形記錄來說，使至少一個壓力傳感器位于平面外是很重要的。或者，作為一種選擇，相鄰組的傳感器提供附加的平面外壓力測定。在本發(fā)明的一種變型中，組可以由呈四面體構(gòu)型排列的四個水聽器構(gòu)成。
在數(shù)字化處理之前，對水聽器的輸出信號進行結(jié)合或者硬連接和/或?qū)ζ浞糯笫怯欣?，因為兩個間隔很近的水聽器間的壓力差可能非常小。
本發(fā)明的另外一方面是提供一種傾斜測量系統(tǒng)，以確定組中的水聽器的方位，特別是確定用來確定垂直壓力梯度的那些水聽器間的垂直距離。因為電纜在懸吊于水體中或者被拖曳穿過水體時受到扭曲和轉(zhuǎn)動，所以對于方位的測定或者旋轉(zhuǎn)角度的測定是必要的。在一種優(yōu)選變型中，傾斜測量系統(tǒng)包括一個或者多個機電或電聲裝置，它們不是水聽器。所述裝置的工作產(chǎn)生表示水聽器方位或者旋轉(zhuǎn)角度的響應(yīng)。
在第一種實施方式中，由一個或者多個發(fā)射聲波信號或脈沖的聲源和測定所述信號或脈沖到達水聽器的時間的系統(tǒng)組成傾斜測量系統(tǒng)的機電或電聲裝置。優(yōu)選使用已有的聲定位系統(tǒng)作為聲源。但是，對于這樣的測定，可以使用由震源產(chǎn)生的表征特性的并且容易識別的事件。所述源優(yōu)選位于被平行于攜帶有水聽器組的拖纜拖曳的拖纜中，以產(chǎn)生聲信號的橫測線入射角度(cross-line angle of incident)。
或者，所述機電或電聲裝置可以采取多個小型測斜儀的形式。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用已知的這種小型的并且魯棒的、優(yōu)選為固態(tài)的測斜儀，可以進行精確的測定。通過沿電纜分布足量的這種已知的傳感器，可以測定相對于垂直或者水平方向的方位。
在上述兩種變型中，所述測定不依賴于流體靜壓，也就是與傳感器上方水柱的高度無關(guān)。
本發(fā)明的這些及其他方面將在下面的實例和附圖中詳細說明。


現(xiàn)在參考附圖舉例描述本發(fā)明，其中圖1是拖動拖纜和震源的船的示意圖；
圖2是具有兩個水聽器的拖纜的垂直剖面；圖3示出了具有三個水聽器的拖纜的垂直剖面；圖4示出了具有兩個水聽器和一種裝置的拖纜的垂直剖面，所述裝置生成所述兩個水聽器的輸出的和及差值作為輸出信號；圖5是作為信號頻率的函數(shù)的壓力梯度測量結(jié)果的相對幅度的曲線圖；圖6示出了對于拖纜的不同旋轉(zhuǎn)角度，作為信號頻率的函數(shù)的壓力梯度測量結(jié)果的相對幅度；圖7圖示了具有三個水聽器的、帶或不帶測斜儀的拖纜的另一個垂直剖面；圖8示出了具有五個分布于平面內(nèi)的水聽器的拖纜的垂直剖面；圖9示出了一段拖纜的透視圖，其兩相鄰組分別具有三個水聽器；并且圖10示出了一段拖纜的示意透視圖，其具有由四個水聽器構(gòu)成的呈四面體構(gòu)型的組。
具體實施例方式
圖1示出了典型的海洋地震數(shù)據(jù)采集。四條裝有測量儀器的電纜或者拖纜10由船11拖動。使用前端網(wǎng)絡(luò)12和類似的尾端網(wǎng)絡(luò)(未示出)來將船與拖纜連接。震源13被嵌入前端網(wǎng)絡(luò)中，通常為氣槍陣列。每一條拖纜10通常是由許多的水聽器固定器段組裝成的，它們連接起來形成拖纜。在段之間，拖纜攜帶有可控制的偏轉(zhuǎn)器(deflector)111(常常被稱為導向翼(vane或者bird))以及其他輔助裝置，用于操縱拖纜沿所需軌道在水體中穿行。
現(xiàn)代拖纜的精確定位是利用基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng)來控制的，比如在拖纜前端和尾端使用GPS接收機的差分GPS或者GPS。除了基于GPS的定位，我們知道，可以通過發(fā)射和接收聲波或者聲納信號的聲音收發(fā)機112的網(wǎng)絡(luò)，對拖纜及拖纜段的相對位置進行監(jiān)控。這種系統(tǒng)，可以從供應(yīng)商比如Sonardyne公司獲得。
拖纜10的主要用途是攜帶沿其長度分布的大量地震傳感器101。圖1中用有標記的方框示意性表示水聽器。本發(fā)明中的水聽器系統(tǒng)系已知的壓電陶瓷管形式。由于水聽器的幾何布置是本發(fā)明的一個方面，接下來的附圖中將對拖纜殼體中水聽器的幾種可能布置的細節(jié)進行描述。
圖2示出了拖纜20中水聽器固定器21的剖面。水聽器201、202被徑向相對地布置在固定器21的開口203、204內(nèi)。柔性外護套22保護水聽器不與水直接接觸。每個水聽器包括壓電陶瓷材質(zhì)的中空管。壓力導致管的變形，繼而產(chǎn)生電信號，將電信號適當放大并校準，作為壓力的量度。
取決于拖纜的類型，一個或者多個編織線應(yīng)力構(gòu)件23沿拖纜段長度或者沿拖纜的整個長度穿過拖纜。包括多個電導體和/或光纖24的數(shù)據(jù)傳輸主線電纜沿著拖纜長度向拖曳船傳輸數(shù)據(jù)或者傳輸來自拖曳船的數(shù)據(jù)。所示的水聽器固定器21是沿著拖纜分布的很多固定器的其中之一。拖纜通常還包括處于固定器之間的腔室(未示出)，用液體(比如煤油)和/或固體漂浮材料(比如泡沫材料)填充。從而，可以調(diào)節(jié)拖纜在水中的浮力。
通常，用在海洋地震拖纜中的水聽器是圓柱形裝置，其主軸線(X)與拖纜的主軸線平行，使得拖纜在橫測線(Y)和垂直方向(Z)的加速度被抵消。圖2示出了Y軸和垂直的Z軸，指向紙平面外的X軸(拖纜的軸線)未示出。
我們知道，利用兩個水聽器，在已知它們之間的垂直距離的情況下，可以測定沿拖纜在x位置處的垂直壓力梯度。根據(jù)兩個在垂直方向分開的水聽器記錄，通過將兩個測量結(jié)果相減，可以計算出垂直壓力梯度dP/dz。
dP(x)/dz＝(P1(x)-P2(x))/dz其中，P1(x)和P2(x)分別表示由頂部水聽器201和底部水聽器202所測定的壓力。
由其中一個水聽器的輸出或者兩個水聽器測量結(jié)果的平均值，可以得知總壓力。
在圖2的垂直向水聽器布置中，由于兩個壓力傳感器具有相同的縱測線(X)坐標，使得垂直壓力梯度測量結(jié)果對縱測線加速度或縱測線壓力梯度不敏感。從而，壓力梯度數(shù)據(jù)較少受海浪噪聲(swellnoise)的污染。
在圖3中示出了上述水聽器組的一種變型。在該例子中，固定器31包括附加的位于中央的水聽器303，該水聽器303被添加到如上所述的兩個在垂直方向分開的水聽器301和302的組中。就已經(jīng)在圖2中描述的圖3中的其他元件而言，使用了相當?shù)母綀D標記，并省略了對這些元件的進一步說明。在圖3的變型中，可以看出這樣一種優(yōu)勢通過將一個水聽器的(+)極與另一水聽器的(-)極相電連接(反之亦然)的硬連線，可以有效地實現(xiàn)壓力梯度的測定。兩個連接之間的電勢差產(chǎn)生壓力差dP，附加的第三水聽器303被用作平均壓力測定P。
因為兩個水聽器信號之間的差非常小，在數(shù)字化之前對傳感器局部執(zhí)行的這種減法潛在地比圖2的布置更精確。
在圖4的實例中，使用兩個水聽器401、402，利用適當?shù)碾娐坊驅(qū)Ь€網(wǎng)44，來確定壓力差P1-P2以及壓力和P1+P2。將所述兩個水聽器401、402連接，使得電路44的一個輸出與水聽器之間的差成正比，從而與壓力梯度成正比，同時另一個輸出與和成正比，從而與兩水聽器之間的平均壓力成正比，也就是說，分別與P1-P2和P1+P2成正比。就已經(jīng)在圖2中描述的圖4中的其他元件而言，使用了相當?shù)母綀D標記，并省略了對這些元件的進一步說明。
值得注意的是，為了獲得所需精度的壓力梯度測量結(jié)果，大動態(tài)范圍的記錄系統(tǒng)是非常必要的。
作為頻率和傳感器間距的函數(shù)，在給定的垂直間距下，兩水聽器對在垂直方向傳播的壓力波的理論幅度響應(yīng)可以表達為 F(ω)＝|exp(-ikz)-exp(ikz)|＝|1+i2sin(ωz/c)|其中z是傳感器垂直間距的二分之一。已經(jīng)對6種不同的傳感器間距下的這種響應(yīng)F(w)進行了模擬并繪制于圖5中。這6種間距是2cm(51)、6cm(52)、20cm(53)、1m(54)、2m(55)和5m(56)。例如，在水聽器之間的間距為6cm的情況下(該間距反映了拖纜內(nèi)的一組水聽器之間的垂直間距的上限)，曲線52預(yù)示了相對于壓力的壓力梯度信號，在頻率為5Hz時為-57dB，50Hz時為-38dB和在100Hz時為-32dB。
壓力梯度信號的幅度隨頻率的降低而減小，在5Hz時，比壓力信號弱0.001412倍(-57dB)。對于數(shù)字化輸出，這意味著壓力記錄的前10個有效位不被使用(也就是為零)。當在記錄之前對水聽器相減時，盡管可能需要附加的前置放大器來對弱一些的梯度信號進行放大，也不發(fā)生這種位丟失。
在測量和知道壓力梯度dP/dz的情況下，可以應(yīng)用各種已知的方法使地震數(shù)據(jù)中的重影(鬼影，虛反射)衰減或者去除之。例如，在公布的國際專利申請WO 02/01254以及英國專利GB2363459中對這樣的方法進行了說明。
例如已經(jīng)知道，使用由下式給出的垂直壓力梯度[3],Pu(x)=0.5[P(x)+1ikz*dP(x)/dz]]]>其中，pu(x)是沿拖纜在位置x處的上行的去虛反射后的波場，p(x)是原始壓力記錄，kz是垂直波數(shù)。利用拖纜數(shù)據(jù)以及水平縱測線波數(shù)和垂直波數(shù)之間的關(guān)系，忽略橫測線波數(shù)，在頻率-波數(shù)或FK-域內(nèi)，可以解該式[4]k2＝ω2/c2＝kx2+kz2
在實現(xiàn)本發(fā)明時需克服的其中一個主要問題是由拖纜圍繞其縱(X)軸的旋轉(zhuǎn)引起的。我們知道，拖纜可能扭曲和轉(zhuǎn)動，從而使垂直向布置的水聽器從其所需的位置離開。由于水聽器的垂直間距發(fā)生了變化，拖纜圍繞其主軸線的這種旋轉(zhuǎn)在垂直壓力梯度測量中引入了誤差。
實踐中，在拖纜部署或者工作期間，可能出現(xiàn)拖纜的旋轉(zhuǎn)。已經(jīng)觀測到拖纜旋轉(zhuǎn)角度可達到360度。在角度為90度時，水聽器對，比如圖2-4中所述的水聽器對，無垂直間距，并且測量不到垂直壓力梯度。
但是，即使在角度小于90度時，也會在壓力梯度的測量中引入誤差。在圖6中用曲線圖示出了由于微小的旋轉(zhuǎn)角度(YZ旋轉(zhuǎn))造成的誤差，該曲線示了在6cm垂直間距下，在旋轉(zhuǎn)角度為5°(61)、10°(62)和15°(63)時梯度信號的衰減。例如，在旋轉(zhuǎn)角度為10°時，曲線62給出了-36.2dB的誤差，其幾乎不隨頻率變化。
為了減小由拖纜旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的誤差，本發(fā)明包括確定所部署的拖纜內(nèi)的一組或多組水聽器的旋轉(zhuǎn)角度的裝置。
在第一種實施方式中，可以使用一個或者多個測量橫測線與水平面所成的角的測斜儀(或陀螺儀)測量電纜的旋轉(zhuǎn)角度。在近來的海底電纜(OBC)中，已經(jīng)使用了這樣的傾斜測量裝置。
參考圖1，另一個較為優(yōu)選的實施方式獨創(chuàng)利用如上所述的已有的聲定位系統(tǒng)112。這種聲定位系統(tǒng)由置于每一條拖纜內(nèi)的高頻(1500-4500Hz)聲音收發(fā)器組成。通常，從那些源發(fā)出的信號由拖纜陣列中的其他收發(fā)器拾取，從而提供相對位置信息。在本發(fā)明中，使用水聽器以接收聲音收發(fā)器的信號。
對于位于鄰近拖纜中的與水聽器組具有相同高程的聲源，直接聲音信號的到達時間對于兩個在垂直方向的水聽器是相同的。當該組的水聽器圍繞拖纜軸旋轉(zhuǎn)時，這要發(fā)生變化。其中的一個水聽器被移動到更靠近聲源，而另一個則遠離它。當將相應(yīng)到達時間的精確測量結(jié)果與已知的水聽器相對位置結(jié)合起來，即可得到旋轉(zhuǎn)角度。
這種測定可以擴展到水聽器組內(nèi)的其他幾何布置，條件是水聽器保持相互間距離固定。
作為使用直接信號的一種替代方案，可以使用聲音收發(fā)器信號的海底反射或者甚至是由震源110產(chǎn)生的容易檢測出的信號，以確定組中水聽器之間的走時差，從而得出其旋轉(zhuǎn)的角度。
例如，利用震源和接收機位置以及水深，可以計算出預(yù)期的海底反射到達角，并將其與壓力梯度估算進行對比。
可以利用正常流體靜壓差來確定水聽器的相對深度，而不是使用可控制的聲源或震源。當水聽器旋轉(zhuǎn)時，其上的水柱高度發(fā)生變化，靜壓隨之而改變。在美國專利4,547,869中，將這樣一種方法用于光纖壓力傳感器，光纖壓力傳感器與基于陶瓷的水聽器相比，通常對緩慢的或準靜態(tài)的壓力變化更敏感。
一旦已知相對于垂直線的旋轉(zhuǎn)角度α，其對壓力梯度測量結(jié)果的影響可以使用下式進行修正[5]dP/dz＝(P1-P2)/(dz cosα)此方法最適合旋轉(zhuǎn)角度接近于垂直軸的情況，而對于接近于水平軸的角度，由于差P1-P2變?yōu)榱?，不能測出垂直梯度。這已被認識到是上述實施方式的一個缺點。本發(fā)明的以下實施方式和實例給出了避免該缺點的變型。
在本發(fā)明的第一種優(yōu)選實施方式中，如圖7A所示，在一組中包括了三個水聽器701、702、703，每一個水聽器位于三角形的一個角上，該三角形又定位在垂直線橫測線平面內(nèi)，也就是，與電纜的縱軸垂直。在具有固態(tài)MEMS型測斜儀71的圖7B中示出了同一組水聽器701、702、703，所述測斜儀確定拖纜外圍部分的旋轉(zhuǎn)，從而確定三個水聽器701、702、703的方位。可以將測斜儀71放置在每一個水聽器所在的位置或沿拖纜更稀疏地分布。在后一種情形下，使用拖纜的力學模型對兩測斜儀之間的拖纜部分的旋轉(zhuǎn)進行插值。
圖7C中示出了一等距三角形(等腰三角形，equidistanttriangle)，其中d12＝d13，以對水聽器之間的幾何關(guān)系和距離進行圖解。圖7的實施方式具有這樣的優(yōu)勢對于拖纜旋轉(zhuǎn)的包含90度在內(nèi)的任意角度，都可以獲得垂直壓力梯度。另一個附加的好處在于可以減小來自其他聲源的地震干擾噪聲，下面詳細地對此進行解釋。
一旦已知了方位，就可以計算出垂直梯度。壓力測定可以對所有三個壓力測量結(jié)果取平均值。對于如圖7中所示的等邊三角形構(gòu)型，作為拖纜旋轉(zhuǎn)角度α的函數(shù)，垂直壓力梯度可以利用下式計算[6]dP/dz＝(P1-P2)/(2d12cos(30+α))+(P1-P2)/(2d13cos(30-α))其中，如圖7B所示，d12和d13分別是水聽器701和702之間，以及701和703之間的距離。
可以使用如圖4所示的電路對圖7的方案進行增強，而不是直接記錄下水聽器信號。那么就可生成表示水聽器測量結(jié)果的各種線性組合(加法/減法)的輸出。例如，這樣就可以輸出平均壓力P1+P2+P2，以及差值P1-P2和P1-P3。對于已知的拖纜旋轉(zhuǎn)角度，那么就可以使用公式6計算出垂直壓力梯度。
圖8中示出了另一個替代構(gòu)型，其具有兩正交的壓力梯度傳感器，分別包括兩個硬連線的水聽器801-804，并與單個的第五水聽器805相結(jié)合。這種構(gòu)型是圖3所示水聽器組的一種擴展。類似于圖4中的實例，當在數(shù)字化前使用電路對這兩對水聽器求和以及求差時，可以省略圖8水聽器組中的中央水聽器805。
除了在所有的旋轉(zhuǎn)角度下都能工作外，該結(jié)構(gòu)的另外一個優(yōu)勢在于可以計算出橫測線壓力梯度dP/dy并用它來減小地震干擾。假設(shè)地震測線主要為傾斜測線，由于與震源相關(guān)的能量將主要地在縱測線-豎直線平面內(nèi)傳播，橫測線壓力梯度將受地震干擾支配。使用作用于橫測線壓力梯度共炮點道集的FK濾波器，可以除去某些剩余與震源有關(guān)的信號。地震干擾噪聲對壓力記錄所起的作用由下式給出[7] PSI＝[dP/dy]exp(-kyy)/[exp(-ikyy)-exp(ikyy)]
PSI＝[dP/dy]/[1-2isin(ikyy)]公式(7)需要橫測線波數(shù)Ky，當?shù)卣鸶蓴_源相對于拖纜方位的相對角度為已知時，可對該波數(shù)值進行估算。然后，將由于地震干擾形成的壓力波場從總壓力場中扣除[8] PNOSI＝P-PSI例如，使用如國際專利申請WO-97/25632中所述的自適應(yīng)濾波，而不是這種簡單的相減，也可以去除地震干擾。
在上述的實例中，將構(gòu)成組的水聽器布置在與拖纜的主軸線基本垂直的平面內(nèi)。然而，對于許多的地震應(yīng)用，在由設(shè)備給出的約束條件下，記錄壓力波場的盡可能多的成分是很有利的。這種完整的或近乎完整的對波場的采集可以使用至少一個附加的水聽器來實現(xiàn)，將該水聽器置于由其他水聽器定義的平面外。所述附加的水聽器可以作為一個組中的組成部分(也就是，其位置靠近該組中其他水聽器)，或者可以是遠處的，優(yōu)選為相鄰的水聽器組中的成員。
在圖9的實例中，示出了具有兩相鄰水聽器固定器91、92的一段拖纜的透視圖。固定器由結(jié)構(gòu)塑料材料制成，其具有孔，以使線纜93、94、95通過該段拖纜的長度。所述兩個固定器具有固定六個水聽器901-904的壁凹，其中只有四個在圖中是可見的。固定器還攜帶密封環(huán)911、912和921、922，以將外皮或外護套(未示出)套到拖纜上。兩組水聽器之間的間隔通常為3.125m。
將一組水聽器的輸出，比如固定器91中的三個水聽器的組的輸出，與固定器92中的相鄰組中的一個水聽器的輸出相結(jié)合，可以計算出縱測線壓力梯度dP/dx。然后，利用公式[7]對于x方向的等效表達(也就是，由x和kx代替y和ky)，可以計算出縱測線地震干擾，并且可以使用和上述的橫測線地震干擾相同的方法將其扣除。例如，縱測線波數(shù)kx可以從地震干擾的fk-頻譜估算出。或者，使用已知的f-k濾波方法或者其他傳統(tǒng)的濾波技術(shù)，可以去除縱測線干擾。
在圖10中示出了一種替代實施方式，其中，垂直于拖纜軸線的平面中的三個水聽器1001-1003構(gòu)成的組與一個附加的平面外水聽器1004相結(jié)合。這四個水聽器1001-1004形成了一個四面體水聽器組，將其用來測定完整的聲波場，也就是，在垂直線、縱測線和橫測線方向上或者任意其他三個(正交)方向上的壓力梯度。然后，按照上述步驟，可以使用縱測線和橫測線壓力梯度，從所有(近乎)水平的方向中去除地震干擾。
在海底地震檢波器(OBS)或海底電纜(OBC)中，可以使用在此所描述的各種構(gòu)型。由于海底地震檢波器(OBS)的部署通常比較稀疏，應(yīng)當在共接收點域中執(zhí)行去虛反射操作。
所述實施方式可以應(yīng)用于可收回的系統(tǒng)以及永久系統(tǒng)中，可以在海洋環(huán)境以及過渡區(qū)中工作。
為了在進一步處理之前對接收到的信號去虛反射，在水下聲學遙測中使用基于壓力梯度測量結(jié)果的去虛反射是有益的。利用通過使用去虛反射以去除聲源信號的海洋表面反射進行的壓力梯度測定，還可以改善如上所述的聲定位系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種海洋地震勘探系統(tǒng)，包括具有多個壓電陶瓷壓力傳感器的海上電纜，其中，所述多個壓力傳感器以至少兩個壓力傳感器為一組分組布置，組的輸出代表該組位置處的垂直壓力梯度，所述系統(tǒng)還包括一個或者多個機電換能器以生成信號來產(chǎn)生表示所述至少兩個壓力傳感器的方位的響應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的地震勘探系統(tǒng)，其中，所述組包括至少三個水聽器。
3.如權(quán)利要求1所述的地震勘探系統(tǒng)，其中，組中的所述至少兩個壓力傳感器位于與電纜的主軸或縱向軸垂直的平面內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的地震勘探系統(tǒng)，其中，組中的所述至少壓力傳感器位于與電纜的主軸或縱向軸垂直的平面內(nèi)，并且，將所述組的輸出與位于所述平面外的另一個水聽器的輸出相組合。
5.如權(quán)利要求1所述的地震勘探系統(tǒng)，其中，所述組包括呈四面體構(gòu)型布置的四個水聽器。
6.如權(quán)利要求1所述的地震勘探系統(tǒng)，其中，形成代表垂直壓力梯度的組輸出的所述至少兩個壓力傳感器位于沿所述電纜的主方向或縱向測量長度小于10cm的一段電纜內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的地震勘探系統(tǒng)，其中，一組中的每一個壓力傳感器被布置為離該組中其余的傳感器基本相等的距離。
8.如權(quán)利要求1所述的地震勘探系統(tǒng)，其中，將一組中的壓力傳感器連接起來以提供代表各個傳感器信號在數(shù)字化之前的線性組合的輸出。
9.如權(quán)利要求1所述的地震勘探系統(tǒng)，其中，所述一個或者多個機電換能器是沿電纜長度方向分布的多個傾斜儀。
10.如權(quán)利要求1所述的地震勘探系統(tǒng)，其中，所述一個或者多個機電換能器是一個或者多個聲源。
11.如權(quán)利要求10所述的地震勘探系統(tǒng)，其中，所述一個或者多個機電換能器是一個或者多個位于電纜中的聲源，所述電纜被與所述攜帶有以至少兩個為一組的水聽器的電纜平行地拖曳。
12.如權(quán)利要求1所述的地震勘探系統(tǒng)，其中，所述一個或者多個機電換能器適合與流體靜壓無關(guān)地工作。
13.一種具有多個壓電陶瓷壓力傳感器的海洋地震電纜，其中，所述多個壓力傳感器以至少兩個壓力傳感器為一組分組布置，組的輸出代表該組位置處的垂直壓力梯度，該電纜用在根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)中。
14.一種使用包括具有多個壓電陶瓷壓力傳感器的海上電纜的海洋地震勘探系統(tǒng)來采集具有縱測線分量、橫測線分量和垂直分量的聲波場的方法，其中，所述多個壓力傳感器以至少兩個壓力傳感器為一組分組布置，每組的輸出代表該組位置處的垂直壓力梯度，所述系統(tǒng)還包括一個或者多個機電換能器以生成用于生成表示所述至少兩個壓力傳感器的相對位置的響應(yīng)的信號。
15.使用根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法采集到的地震數(shù)據(jù)。
全文摘要
描述了一種用于地震勘探的海上電纜，其具有多個以至少兩個壓力傳感器為一組分組布置的壓電陶瓷壓力傳感器(901－904)，每組的輸出代表該組位置處的垂直壓力梯度，并具有包括一個或多個換能器的傾斜測量系統(tǒng)，用于測定所述組中傳感器的方位，以確定它們真實的垂直間距。
文檔編號G01V1/38GK1914519SQ200580003482
公開日2007年2月14日 申請日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月30日
發(fā)明者埃文哈德·J·穆伊扎特, 詹姆斯·E·馬丁, 羅伯特·M·勞斯, 菲利普·A·F·克里斯蒂 申請人:維斯特恩格科地震控股有限公司