专利名称：地震浮缆系统及方法
技术领域：
本发明涉及在海洋环境中使用多个被称为“浮缆(Streamer) ”的牵引的传感器携带电缆获取地震数据。
背景技术：
定义某些术语在本说明书全文中如它们第一次使用时那样定义，而本说明书中的另外一些术语如下定义“集群”指的是一起使用的多个(即多于一个)类似部件。“地震检波器”指的是在地震探测(陆地，海洋或过渡区环境)过程中探测以粒子运动的形式的地震能量的装置。“水中听音器”指的是在海洋地震探测过程中探测以水下压力变化的形式的地震
能量的装置。“多元”指的是包括两个或更多像水中听音器，地震检波器，加速计，水中听音器的压力梯度配置这样的密集间隔的(在感兴趣的最小波长的一小部分内)地震传感器的地震数据传感器组合。“4C”，比如，指的是多元地震数据的特定形式，该多元地震数据由三个正交定向的地震检波器或加速计与水下听音器的组合产生。“在操作上连接”指的是直接或间接连接以发送或传导信息，力，能量或物质。
发明内容
一方面，本发明为采集地震数据提供浮缆系统。浮缆系统包括多个使用第一传感器配置的第一电缆段，和至少一个与一个或多个第一电缆段在操作上连接并使用第二传感器配置的第二电缆段。在浮缆系统的特定实施例中，每个第一电缆段的长度基本相同，每个第二电缆段的长度基本上比第一电缆段的长度小。第一电缆段可以在操作上串联以基本确定单个浮缆。在这些实施例中，单个浮缆可以包括至少一个与第一电缆段在操作上串联的第二电缆段。因此，可以将一个或多个第二电缆段放置在单个浮缆内的第一电缆段的上游，或放置在单个浮缆内的两个第一电缆段之间。作为选择，单个浮缆可以包括至少一个与一个或多个第一电缆段在操作上并联的第二电缆段。这样，例如，单个浮缆可以包括三个与一个或多个第一电缆段并联的第二电缆段。可以知道依照发明的浮缆系统，多个浮缆可以在操作上并联以基本确定浮缆阵列。浮缆阵列可以包括至少一个第二电缆段，每个第二电缆段与单个浮缆内的多个第二电缆段在操作上串联。因此，每个串联的第二电缆段可以放置在单个浮缆内的各个第一电缆段的上游，或放置在单个浮缆内的两个第一电缆段之间。做为选择，这样的浮缆阵列可以包括至少一个第二电缆段，每个第二电缆段与浮缆在操作上并联。因此，每个第二电缆段可以放置在两个浮缆之间，例如，以基本上确定小型浮缆。浮缆系统的特定实施例使用第二传感器配置，该配置适合测量频带的高频部分的地震数据，例如，频率在大约16Hz到大约125Hz范围内。这些实施例还使用第二传感器配置，这个配置适合测量频带的低频部分的地震数据，例如，频率在大约2Hz到大约16Hz范围。在浮缆系统的特定实施例中，第一传感器配置包括传统水中听音器分布，第二传感器配置包括多元传感器。更具体地，第一传感器配置可以包括多个沿每个第一电缆段纵向分布的水中听音器。这样，第一传感器配置可以包括纵向间隔的水中听音器，或者它可以包括纵向间隔的水中听音器集群。在某些特定实施例中，水中听音器集群是经配置以确定压力梯度配置的，这些特定实施例中的第一传感器配置使用水中听音器集群。水中听音器集群相互之间有不超过大约3. 125m的纵向间隔。因此，每个水中听音器集群包括三个或更多水中听音器，这些水中听音器有着相对较短的横向间隔，例如，相互之间的横向间隔不超过大约4-lOcm。做为选择，第一传感器配置可以包括多个依照第一间距纵向分布的水中听音器， 第二传感器配置可以包括多个依照与第一间距完全不同的第二间距纵向分布的水中听音器。这样，例如，第一间距可以是大约3. 125m，6. 25m或12. 5m。第二间距可以在大约I. 5m 到大约3m的范围之间。在浮缆系统的其它特定实施例中，第一传感器配置可以包括一个或多个粒子运动传感器，例如粒子速度传感器，压力梯度传感器，加速计或这些装置的组合。在浮缆系统的特定实施例中，第二传感器配置包括一个或多个粒子运动传感器。 这样，粒子运动传感器可以至少包括粒子速度传感器，压力梯度传感器，加速计中的一个或这些装置的组合。做为选择，第二传感器配置可以包括一个或多个水中听音器。这样，例如，第二传感器配置可以包括多个纵向间隔的水中听音器集群。在特定实施例中，这些集群可以以在大约I. 5m到大约3m范围的间距间隔分开。另一方面，本发明提供地震勘测排列，包括水中行驶的拖船，多个与拖船在操作上连接的第一电缆段和多个与拖船在操作上连接的第二电缆段。每个第一电缆段中使用第一传感器，每个第二电缆段中包括多个沿着它分布的震源。至少有一个第三电缆段与一个或多个第一或第二电缆段在操作上连接。每个第三电缆段中使用第二传感器配置。在地震勘测排列的特定实施例中，第一传感器配置包括多个依照第一间距纵向分布的水中听音器，第二传感器配置包括多个水中听音器，这些听音器依照与第一间距完全不同的第二间距纵向分布。更具体地，第一间距可以是大约3. 125m,6. 25m或12. 5m，第二间距可以在大约I. 5m到大约3m的范围。在地震勘测排列的特定实施例中，至少一个第三电缆段使用多元传感器，并与一个或多个第一电缆段在操作上连接。做为选择，至少一个第三电缆段使用多元传感器并与一个或多个第二电缆段在操作上相连。本发明进一步的方面涉及震源系统，包括多个第一电缆段，每个第一电缆段有多个震源沿其分布。至少一个第二电缆段与一个或多个第一电缆段在操作上相连。每个第二电缆段中包括一个或多个粒子运动传感器。本发明中更进一步的方面涉及在地球表面的水体中采集地震数据的方法。发明的方法包括以下步骤用牵引震源组合生成声波，使用多个第一电缆段测量来自地层的声波反射，其中每个第一电缆段使用第一传感器配置，用至少一个第二电缆段测量来自地层的声波反射，第二电缆段与一个或多个第一电缆段在操作上连接并使用第二传感器配置。发明的方法可以用一个或多个这里所说的特定浮缆系统实施例来实现。在发明方法的特定实施例中，第一传感器配置包含传统水中听音器分布，第二传感器配置包含多元传感器。获取的水中听音器测量结果可以用获取的多元测量结果进行消重影，例如，通过确定与来自地层的声波反射相关的粒子速度垂直分量的上行部分。确定步骤可以根据方程式完成Vu2=Uvz-^P )，其中
Ipco是粒子速度垂直分量的上行部分，Vz是粒子速度的垂直分量，P是压力，Kz是垂直波数的绝对值，ω是角频率，以及P是水的密度。在本发明方法的特定实施例中，一个或多个多元电缆段被牵引在接收器电缆段和 /或震源阵列之间。
为了详细了解了本发明的上述特征和优点，将参照附图中示意地示出的具体实施例对上面已简要概述的发明做更特别的描述。尽管如此，注意到附图只示意地示出了本发明的典型实施例，并不因此认为限制了它的范畴，因为发明可以允许有其它同等有效的实施例。图IA是在平面图中示意地表示现有技术地震勘测排列。图IB是在前视图中示意地表示图IA中的地震勘测排列技术。图2依照本发明示出带有两个被第二电缆段分开的第一电缆段的地震浮缆，这三个电缆段串联。图3依照本发明是带有交互的第一和第二电缆段的地震浮缆的示意表示，第一和第二电缆段都串联。图4Α示出图3中沿线段4Α-4Α的地震浮缆的剖面图表示。图4Β示出图3中沿线段4Β-4Β的地震浮缆的剖面图表示。图5示依照本发明出带有多个在各自的上游位置与多个第二电缆段分别串联的第一电缆段的地震浮缆。 图6依照本发明示出带有多个与第二电缆段在操作上并联的第一电缆段的地震浮缆阵列。图7依照本发明示出带有与第二电缆段并联的第一电缆段的地震浮缆。图8A依照本发明示出带有与第二电缆段并联的第一电缆段的地震浮缆的可替换形式。图8B示出图8A中沿线段8B-8B的地震浮缆的剖面图。图9A依照本发明示出带有与三个第二电缆段并联的第一电缆段的地震浮缆。图9B示出图9A中沿线段9B-9B的地震浮缆的剖面图。图10依照本发明示出在震源阵列之间牵引的多元电缆段的前视图。图11依照本发明示出在震源阵列之间牵引的可替换多元电缆配置的前视图。
具体实施例方式海洋地震采集勘测的执行通常包括一个或多个船，船牵引着至少一个地震浮缆通过水体，该水体被认为是覆盖在一个或多个具有碳氢化合物结构上。图1A-1B依照本发明受让人WesternGeco所有的商品示出用来进行三维或四维勘测的特定海洋地震采集勘测排列(还简称为“排列(spread)”) 10。尽管如此，本领域的技术人员会知道，本发明不局限于应用在特定排列10中。这样，本发明在很多其它系统采集系统中都有效用。排列10的特征在于有多个部件，其中一些部件是可控的，被称为排列控制部件。 排列控制部件通常包括船舵R，船推进器P，船推力器(未示出)，和一个或多个牵引装置用来驾驭否则构成排列10的各种部件。更特别地，在WesternGeco所有并操作的Q 船的情形中，船11被提供GPS接收器 12，该GPS接收器与基于计算机的集成地震导航(TRINAV )，震源控制器(TRIS0R )，和记录(TRIACQ )系统14 (总称为，TRILOGY )耦合，Q 船还牵引多个震源16，尤其是美国专利 4，757，482中描述的那种TRIS0R 控制的多重气枪震源，以及四个或更多基本相同的浮缆 18组成的浮缆阵列19。相关领域的技术人员会明白，实际上，通过使用受让给WesternGeco 的美国专利6，498，768中描述的技术，可以牵引多达20个浮缆。浮缆18通过它们各自的引线(lead-ins) 20 (也就是高强度钢或在船11与浮缆18之间传输电力、控制和数据信号的纤维增强电缆)牵引。最外层浮缆18的跨度是由两个叫做M0N0WING 偏导器的可操纵的前端偏导器(SFEDs)控制的，该偏导器在22处指出，与两个或更多最外层浮缆的各个前端24相连。在受让给WesternGeco的美国专利5，357，892中详细描述的SFED 22，与各个延展机绳索26协同作业，该延展机绳索26连接在每个最外层浮缆18的前端24和其临近的浮缆的前端24之间，以帮助维持浮缆18之间基本一致的间隔。每个浮缆18包括多个(多达4000个)沿浮缆的长度间隔分布的水中听音器传感器21。每个水中听音器21被分开地电线连接，使得它的输出信号可以被分别数字化和滤波，从而允许执行受让给WesternGeco的美国专利6，684，160中描述的被称为数字群形成
的尖 而处理。每个浮缆18包括大量基本相同的“活跃”浮缆段18i; ISii, ISiii. . . 18η，每段大约 100米长，端部相连地连接在一起。每个活跃浮缆段包括外层塑料皮，该塑料皮包含几种例如由Kevlar制造的延长压力元件,还包括水中听音器21,该装置如受让给WesternGeco的美国专利6，477，111中描述的煤油饱和的塑料泡沫间隔材料隔开。做为选择，活跃浮缆段可以使用“固体”结构、基于光纤的配置或其它本领域技术人员公知的配置。每个浮缆18还有多个内嵌浮缆操纵装置(SSD)38，也称为“鸟(bird) ”，诸如也被受让给WesternGec0的美国专利6，671，223中描述的那种Q-FIN 鸟，它们每隔大约例如 200m分布，用来控制浮缆的深度并横向操纵它。另外，每个浮缆18有内嵌声发射器或“声波发射器”40沿其分布，声波发射器交插在鸟38之间。声波发射器40是定位和导航系统的一部分，它们的操作在美国专利4，992，990和5，668，775中有描述，这两个专利都受让给 WesternGeco.每个浮缆18还可以配有前段(36)和后段(44)，一般被称为“伸展”段或“震动绝缘”段。前伸展段36的功能是机械地使浮缆18与船11解除耦连，从而阻止来自船11的不希望的震动力作用于浮缆18，该震动力可能将大量噪音引入记录的地震数据信号。后伸展段44对尾浮标46有相似的功能，否则尾浮标会施加因拖曳导致的震动力。伸展段包括外层塑料皮，导线，和浮飘装置，这方面与活跃浮缆段相似。然而，不同的是伸展段通常没有水中听音器，而且缺少活跃段的延长压力元件，尽管有像聚酰胺纤维绳索这样的弹性压力成分构成每个伸展段的一部分，以便将其总伸展长度限制在预选限度内。典型的伸展段可以是50-250米长，几乎能够伸展它本身长度的两倍。浮缆28的后端42，也就是，远离船11的一端，通过各自的后伸展段44与各自的尾浮标46相连。尾浮标被提供各自的与声波发射器40相似的声波发射器48,和各自的GPS 接收器50。浮缆阵列19还在前端24区域被提供另外的浮标或浮筒52。更特别地，另外的浮筒52分别在各自的水密光电T形连接器54处与浮缆18相连，经常是四个最外层浮缆，以便于被浮缆牵弓I，水密光电T形连接器54放置在最外层浮缆的前端24的两个伸展段36之间。可以与尾浮标46基本相同的浮标52,被提供各自的声波发射器56和GPS接收器58, 通过各个伸展段60与它们各自的连接器54相连。尽管为了清楚，浮标52在图IA中作为它们的浮缆的分支示出，实际上它们基本上与浮缆18成一直线。震源16在62处也被提供GPS接收器和像水中听音器21这样的声波接收器。震源16可以通过如受让给WesternGeco的英国专利申请GB 0307018. 2中描述的操纵装置17 进行操纵。这样，当如上所述用Q 船进行地震采集勘测时，从船11调度震源16和地震浮缆阵列19并在基本于图IA和图2B中示出的配置中以大约5节的速度拖曳。每隔例如10秒左右周期性地发射震源16，以声波的形式将地震能量发射到水中，导致一个或多个相干地传播到水W下的地球E中的波场(看图1B)。当波场冲击地貌或地层之间的界面4时，它们通过地球E和水W沿路径5反射到各种水中听音器21，在水中听音器21处，波场(例如， 压力波)被转换成电信号，数字化，并通过浮缆18和引线20发送到船11上的记录/处理系统14(看图1A)。通过对这些探测到的信号的分析，可以确定海底地层的形状，位置和岩性。在海洋勘测中遇到一个问题，与在倒转地震垂直剖面或“VSP”中一样，就是水柱回响。这个由水面和水床(以及海底边界)的固有反射率引起的问题，可以进行如下解释。地震波从海床3或海底地层4反射以基本向上的方向进入水中(例如，看波5，7).这样的波， 称为“初波”，通过水W传播并通过地震传感器21-无论在海床还是牵引阵中(后者在图IA 和图IB示出)_传感器会记录它的出现(即初波的特性)。该波场继续例如沿路径7向上到达水面S，在这里它被向下反射回去。该反射的(或“重影(ghost)”)波场8，也通过水 W传播并通过一个或多个传感器21，在这里它又被记录下来。依靠水底3地球物质的自然特性，重影波场本身可以通过水向上反射，产生一系列的一个或多个相续的重影反射或“多重波”。在海床地球物质特别硬的情形下，震源16产生的多余声能或噪音也会在水柱中被捕捉到，以与反射地震波本身相同的形式回响。该噪音常常有大振幅，结果，常常覆盖了研究中所寻找的相对较弱的地震反射信号。地震波场的这个水中回响使地震数据变模糊， 并使某些频率放大而使其它的衰减，因此使得对水下地貌的分析变得困难。因此，消重影，或消除一个或多个重影波场，以及消除所谓的多重波，对得到精确的地貌特征很重要。到目前为止已经提出了几种消重影的解决方案，但是一般都不能令人满意，因为它们被一个或多个以下的缺点所限制需要近海面牵弓丨的浮缆；解决方案只对第一重影陷波(notch)的一小部分有效；DC和陷波频率(notch frequency)的差的信噪比；对在评估压力或粒子速度的垂直分量(Z)方面的二维假设的依赖；和操作复杂性(例如所谓的上/下浮缆解)。因此存在对消重影解决方案的需要，该解决方案可以在问题领域内大范围应用， 而且在地震勘测和/或数据处理操作上实行起来相对简单和可负担。这样，例如，存在对消重影解决方案的需要，该解决方案消除来自频谱的重影陷波，以便可以在任何深度牵引一个或多个浮缆。在多个深度进行牵引的自由带来多个操作上的优点。此外，存在对交叉线波场特性的需要，以便能够实现用来确定压力或粒子速度的垂直分量(Z)的实三维解。已知的一种消重影解决方案，将波场分解为上行波场分量和下行波场分量，这种解决方案对测量信号的消重影和噪音衰减都有用。尽管如此，目前波场分解在商业应用中只用在海床勘测。因此存在对将全波场成分应用于牵引海洋勘测的解决方案的需要。另外，众所周知，在地震采集勘测过程中，粗糙海洋效应可能非常重要，它能将振幅和相位扰动引入测量信号和波至之后的离散尾波波场。因此存在对能有效消除粗糙海洋效应的解决方案的需要。本发明如这里描述和要求的提出致力于解决这些和其它需要、目标和优点。本发明提供减少地震采集勘测中“重影”和“多重波”的影响的解决方案，该解决方案还可以用来衰减所测量地震数据中的噪音，适合在大量地震采集系统中执行，包括传统的和“高端”浮缆。本发明包括多种地震传感器或接收器配置，它们一般以在传统浮缆技术和非传统浮缆技术(例如多元传感器)之间的混和解决方案为特征。因此，结合进了本发明中几个方面的浮缆(或者通过分立的电缆段，或者通过分离的单个浮缆，或者通过作为浮缆阵列或地震排列的一部分而结合)一般将在下文中称为“混合浮缆”。
地震波场使用在牵引浮缆(或浮缆阵列)中离散放置的传感器进行空间取样通常有两个分离的因素控制。首先，地震波长必须被适当地进行空间采样以防止出现空间混淆 (例如频率模糊)。这样，例如，如果假设水速为1500m/s，而且我们对高达125Hz的还原频率感兴趣，那么采样条件为间隔大约6. 25m,因为最小波长将针对与浮缆同线内的水平传播的波(波场必须在每波长放置两个传感器下进行采样)。这比传统地震工业中12. 5m的间隔更有限制性，传统工业中假设整个水平方向传播很小的能量。其次，浮缆中牵引引入的噪音，如浪涌噪声或隆波，以比水中音速低得多的速度传播。幸运地，这种噪音的频率含量也非常低。尽管如此，为了适当地对该噪音采样，希望间隔大约3. 125m的传感器，甚至还希望间隔更短(例如，I. 5625m)的传感器。这种采样标准比空间混淆标准更严格，但是原则上只是局部地需要这样密集的间隔，因为空间滤波器的孔径(也称为假频滤波器和抗混淆滤波器)相对较短(例如，2-5个传感器点)。因此，某些混合浮缆实施例(下面进一步描述)使用间隔密集元素的短数字群以衰减噪音，但群与群之间的距离相对较大以便在不需要记录高频信号的情况下捕捉信号。一些-而不是全部-混合浮缆实施例会使用多元传感器，并可能因此被认为是多元浮缆和多元电缆段。这样，例如，某些多元中压力(P)和垂直分量(Z)(例如粒子速度的)测量的有效性，混合浮缆允许进行消重影，包括多重波消除，将被以与目前对海床记录所做的相似的方式进行。假设压力和粒子速度记录都是高质量的，合并了两个测量的多元浮缆会提供消重影数据的全带宽，而不在陷波频率牺牲信噪比。这样，因而提供多个优点， 包括优秀的低频和高频数据(与从时移到碱基盐和复含成像的范围内广泛的目标一致)；改善的解(高频率，短稳定小波)；和改善的反演(低频率，速度模型评估)。如本文中提出的与混合浮缆相关的确定性消重影方法论可以有效地消除粗糙海洋扰动。粗糙海面的影响可能非常重要，并将振幅和相位扰动引入信号和波至之后的离散尾波波场，消除粗糙海面扰动对时移(四维)处理和分析尤其重要。通常，任何多道处理步骤都会抹除在信号后引起噪音的扰动。可以从粗糙海面消重影中获益的处理的一个特殊例子是多重波抑制。依照本发明的混合浮缆的特定实施例适用于分解为上行波场和下行波场分量的全波场，例如，依照受让给Schlumbnerger的美国专利6775618或都受让给WesternvGeco 的国际专利申请WO 03/058281A1号和WO 2003/100461A3所教导的消重影，结果增加了精确性和带宽。这是重要的因为它使得浮缆深度/操纵选择(像由上图IA-B中所述的装置执行的那样)能够由具有减少的噪音的最优无噪音时段的目标导向进行控制，防止电流影响，等等。用这种方法对记录的数据进行精确分解为目前正在研究的多重波抑制和成像提供了几种解决方案，例如初级波和多重波驱动成像(下行波场在波动方程成像处理中被用作震源波场)；使用P，Z和震源信号知识之间的三角关系评估震源信号(这对无数处理步骤是先决的，例如表面相关多重波消除，或SRME)。另外，将波场分解为上行和下行分量为衰减水中传播的例如发动机/推进机噪音或地震干涉这样的噪音提供了新的可能性。
13
本发明进一步的方面涉及到在牵引海洋环境中可以能够实现实三维解的交叉线波场特性。到目前为止一般会在二维模式中想到消重影，或至少在2. 模式处理中。本发明展示出执行三维消重影解决方案的效果，如受让给Schlumberger的同时待决的英国专利申请GB0413151.2中所述。这样，依照本发明在近海面处牵引的混合浮缆允许实测的地震数据垂直(Z)分量的三维消重影。这允许通过它们来自平面的波至而识别衍射的多重波，且允许将衍射的多重波分解为上行和下行的成分，从而多重抑制技术在除去这些多重波方面是有效的。交叉线波场特征包括，如粒子速度的交叉线成分的测量。因为这与压力的一阶交叉线导数成比例，浮缆附近压力的泰勒展开式中两个基本项(P和dP/dy)是自动已知的。此外，如果按照本发明的浮缆是在海表面附近被牵引的，那么压力的二阶交叉线导数可确定， 从而泰勒展开式中三个基本项(P，dP/dyJPd2P/dy2)是已知的。泰勒展开式会提供重要的额外信息并对P记录的内浮缆插入进行约束。在目前使用的三维表面相关多重波消除方法中这是关键步骤。该科目中的大部分研究集中在与内插法和来自记录(不完全)数据的新震源/接收器位置预测相关的问题上。另外，泰勒尺形式将允许记录的压力数据从浮缆外推。这又会允许在时移(四维)勘测中实行数据内插以便在基地勘测中更好地匹配记录位置。这样，本领域的技术人员会知道，在一些情况下(如，单个波至)，极化和事件波至方向的精确特性会允许过滤复合噪音现象和识别衍射的多重波。本发明进一步的方面涉及在任何深度牵引混合浮缆的能力，因为从频谱上消除了接收器表面重影陷波(notches)。这是可能的，因为在某些混合浮缆实施例中提供的压力梯度/速度测量是纯动压测量的互补测量，而且当压力在压力陷波频率上达到最小值时，上述测量达到其最大值，反之亦然。浮缆深度和来自海面涌浪的噪音是直接相关的。将浮缆牵引得离水面越近，压力陷波频率越高。因此，趋势是在浅海面牵引浮缆以取回更高的频率。尽管如此，牵引得越浅， 离海面涌浪越近，测量结果变得越嘈杂。这种天气噪音是现在非操作性海洋勘测时间的最大组成部分之一，也是在设计勘测时需要放在海洋环境中着重考虑的。因此勘测深度的自由是关键的操作优点，通过减少不操作时间增加了操作窗口。本发明的混合浮缆解决方案的特殊范例是多元浮缆，它不仅包括记录传播地震波产生的动态压力的水中听音器，还有能在三个笛卡儿方向vx，vy, Vz，测量如粒子速度向量 (或粒子速度的时间导数，等等)这样粒子运动的传感器。应当知道，其它粒子运动传感器， 例如加速计和压力梯度传感器(包括水中听音器集群装置)可以应用于这个优点。带有例如压力测量和压力垂直梯度测量和/或加速度测量的多元完全集成化浮缆解决方案的发展在技术上是复杂，昂贵而且耗时的。一个特别的挑战是以节省成本的方式，实现将所需要的声学性能引入直径相对较小例如45mm的浮缆。因此，本发明的一个方面涉及以下发现多元传感器可以选择地(例如稀疏地)与传统浮缆集成以达到很多与全集成方案(例如，浮缆阵列，每个浮缆大量使用多元传感器) 相同的结果，而不会遇到随之而来的困难和成本。稀疏集成的多元浮缆解决方案可以使用短到Im或更短的电缆段，该电缆段上装有粒子运动传感器，例如粒子速度传感器，压力梯度传感器和/或加速计。这些短电缆段可以插在排列之前(例如，在每个浮缆的前部)或分布于整个排列。多元传感器可以与地震排列的其它部分集成，在此处这些测量是切实可行的并且特别关心的，如下文进一步描述的那样。此外，依照本发明的混合浮缆，包括稀疏多元解决方案，可以用在其它方法和处理技术中。如前面提及的，可以对声波波场进行分解从而使产生的量代表粒子垂直速度或压力的上行和下行分量。下面的方程式对于将数据(在频率波数域内)分解成上行和下行粒子速度是有用的
权利要求
1.一种用于采集地震数据的浮缆系统，包括多个第一电缆段，每个电缆段中使用第一传感器配置；至少一个第二电缆段，与一个或多个第一电缆段在操作上连接并在其中使用第二传感器配置。
2.如权利要求I所述的浮缆系统，其中每个第一电缆段具有基本相同的长度；并且每个第二电缆段具有的长度实质上比第一电缆段具有的长度小。
3.如权利要求I中所述的浮缆系统，其中第一电缆段在操作上串联以实质上限定单个浮缆。
4.如权利要求3中所述的浮缆系统，其中单个浮缆包括至少一个与第一电缆段在操作上串联的第二电缆段。
5.如权利要求4中所述的浮缆系统，其中第二电缆段包括两个或多个在操作上并联的电缆段。
6.如权利要求3中所述的浮缆系统，其中单个浮缆包括至少一个与一个或多个第一电缆段在操作上并联的第二电缆段。
7.如权利要求3中所述的浮缆系统，其中单个浮缆包括三个与一个或多个第一电缆段并联的第二电缆段。
8.如权利要求4中所述的浮缆系统，其中至少一个第二电缆段放置在单个浮缆中第一电缆段的上游。
9.如权利要求4中所述的浮缆系统，其中至少一个第二电缆段放置在单个浮缆中的两个第一电缆段之间。
10.如权利要求3中所述的浮缆系统，其中多个浮缆在操作上并联以实质上限定浮缆阵列。
11.如权利要求10中所述的浮缆系统，其中浮缆阵列包括至少一个第二电缆段，每个第二电缆段与单个浮缆中的多个第一电缆段在操作上串联。
12.如权利要求11中所述的浮缆系统，其中每个串联的第二电缆段放置在单个浮缆中各个第一电缆段的上游。
13.如权利要求11中所述的浮缆系统，其中每个串联的第二电缆段放置在单个浮缆中两个第一电缆段之间。
14.如权利要求10中所述的浮缆系统，其中浮缆阵列包括至少一个第二电缆段，每个第二电缆段与浮缆在操作上并联。
15.如权利要求14中所述的浮缆系统，其中每个第二电缆段放置在两个浮缆之间。
16.如权利要求15中所述的浮缆系统，其中每个第二电缆段实质上限定小型浮缆。
17.如权利要求I中所述的浮缆系统，其中第一传感器配置适合于测量频率范围为大约16Hz到大约125Hz的地震数据。
18.如权利要求I中所述的浮缆系统，其中第二传感器配置适合于测量频率范围为大约2Hz到大约16Hz的地震数据。
19.如权利要求I中所述的浮缆系统,其中第一传感器配置包括传统的水中听音器分布；并且第二传感器配置包括多元传感器。
20.如权利要求I中所述的浮缆系统,其中第一传感器配置包括多个依照第一间隔距离纵向分布的水中听音器；并且第二传感器配置包括多个依照与第一间隔距离实质上不同的第二间隔距离纵向分布的水中听音器。
21.如权利要求20中所述的浮缆系统，其中第一间隔距离大约为3. 125m, 6. 25m，或12. 5m。
22.如权利要求21中所述的浮缆系统，其中第二间隔距离在大约I. 5m到大约3m的范围。
23.如权利要求19中所述的浮缆系统，其中第一传感器配置包括多个沿每个第一电缆段纵向分布的水中听音器。
24.如权利要求23中所述的浮缆系统，其中第一传感器配置包括纵向间隔的水中听音器。
25.如权利要求23中所述的浮缆系统，其中第一传感器配置包括纵向间隔的水中听音器集群。
26.如权利要求25中所述的浮缆系统，其中水中听音器集群相互之间的纵向间隔大约为 3. 125m。
27.如权利要求25中所述的浮缆系统，其中水中听音器集群中每一个包括至少两个横向间隔的水中听音器。
28.如权利要求27中所述的浮缆系统，其中水中听音器集群中每一个包括三个或更多相互之间的最小横向间隔不超过大约IOcm的水中听音器。
29.如权利要求I中所述的浮缆系统，其中第二传感器配置中包括一个或多个粒子运动传感器。
30.如权利要求29中所述的浮缆系统，其中粒子运动传感器至少包括粒子速度传感器，压力梯度传感器、加速计、和它们的组合中的一种。
31.如权利要求20中所述的浮缆系统，其中第二间隔距离在大约I. 5m到大约3m的范围。
32.如权利要求19中所述的浮缆系统，其中第二传感器配置包括多个沿每个第二电缆段纵向分布的水中听音器。
33.如权利要求32中所述的浮缆系统，其中第二传感器配置包括纵向间隔的水中听音器。
34.如权利要求32中所述的浮缆系统，其中第二传感器配置包括纵向间隔的水中听音器集群。
35.如权利要求34中所述的浮缆系统，其中水中听音器集群相互之间的纵向间隔为大约 3. 125m。
36.如权利要求34中所述的浮缆系统，其中水中听音器集群中每一个包括至少两个横向间隔的水中听音器。
37.如权利要求36中所述的浮缆系统，其中水中听音器集群中每一个包括三个或更多水中听音器，这些水中听音器相互之间的最小横向间隔不超过大约10cm。
38.如权利要求I中所述的浮缆系统，其中第一传感器配置中包括一个或多个粒子运动传感器。
39.如权利要求38中所述的浮缆系统，其中粒子运动传感器至少包括粒子速度传感器、压力梯度传感器、加速计、和它们的组合中的一种。
40.一种地震勘测排列，包括水中行驶的拖船；多个与拖船在操作上连接的第一电缆段，其中每个第一电缆段中使用第一传感器配置；多个与拖船在操作上相连的第二电缆段，其中每个第二电缆段包括多个沿其分布的震源；与一个或多个第一或第二电缆段在操作上相连的至少一个第三电缆段，每个第三电缆段中使用第二传感器配置。
41.如权利要求40所述的地震勘测排列，其中第一传感器配置包括多个依照第一间隔距离纵向分布的水中听音器；并且第二传感器配置包括多个依照与第一间隔距离实质上不同的第二间隔距离纵向分布的水中听音器。
42.如权利要求41所述的地震勘测排列，其中第一间隔距离大约为3. 125m, 6. 25m或12. 5m ;并且第二间隔距离在大约I. 5m到大约3m的范围。
43.如权利要求40所述的地震勘测排列，其中至少一个第三电缆段使用多元传感器， 并与一个或多个第一电缆段在操作上相连。
44.如权利要求40所述的地震勘测排列，其中至少一个第三电缆段使用多元传感器， 并与一个或多个第二电缆段在操作上相连。
45.—种震源系统,包括多个第一电缆段，每个第一电缆段有沿其分布的多个震源；与一个或多个第一电缆段在操作上相连的至少一个第二电缆段，每个第二电缆段中包括一个或多个粒子运动传感器。
46.一种用来在覆盖地层的水体中采集地震数据的方法，包括以下步骤用牵引的源阵列生成声波；用多个第一电缆段测量来自地层的声波反射，其中每个第一电缆段中使用第一传感器配置；和用与一个或多个第一电缆段在操作上相连并使用第二传感器配置的至少一个第二电缆段测量来自地层的声波反射。
47.如权利要求46中所述的方法，其中每个第一电缆段具有基本相同的长度；并且每个第二电缆段具有的长度实质上比第一电缆段具有的长度小。
48.如权利要求46中所述的方法，其中第一电缆段在操作上串联以实质上限定一个或多个单个浮缆。
49.如权利要求48中所述的方法，其中每个单个浮缆包括至少一个与第一电缆段在操作上串联的第二电缆段。
50.如权利要求49中所述的方法，其中每个第二电缆段包括两个和更多在操作上并联的电缆段。
51.如权利要求48中所述的方法，其中每个单个浮缆包括至少一个与一个或多个第一电缆段在操作上并联的第二电缆段。
52.如权利要求48中所述的方法，其中每个单个浮缆包括三个与一个或多个第一电缆段并联的第二电缆段。
53.如权利要求49中所述的方法，其中至少一个第二电缆段放置在单个浮缆中的第一电缆段的上游。
54.如权利要求49中所述的方法，其中至少一个第二电缆段放置在每个单个浮缆中的两个第一电缆段之间。
55.如权利要求48中所述的方法，其中多个浮缆在操作上并联以实质上限定浮缆阵列。
56.如权利要求55中所述的方法，其中浮缆阵列包括至少一个第二电缆段，每个第二电缆段与每个单个浮缆中的多个第一电缆段在操作上串联。
57.如权利要求56中所述的方法，其中每个串联的第二电缆段放置在每个单个浮缆中的各个第一电缆段的上游。
58.如权利要求56中所述的方法，其中每个串联的第二电缆段放置在每个单个浮缆中的两个第一电缆段之间。
59.如权利要求55中所述的方法，其中浮缆阵列包括至少一个第二电缆段，每个第二电缆段与浮缆在操作上并联。
60.如权利要求59中所述的方法，其中每个第二电缆段放置在两个浮缆之间。
61.如权利要求60中所述的方法，其中每个第二电缆段基本上确定小型浮缆。
62.如权利要求46中所述的方法，其中第一传感器配置适合于测量频率在大约16Hz到大约125Hz范围的地震数据。
63.如权利要求46中所述的方法，其中第二传感器配置适合于测量频率在大约2Hz到大约16Hz范围的地震数据。
64.如权利要求46中所述的方法，其中第一传感器配量包括传统的水中听音器分布；并且第二传感器配置包括多元传感器。
65.如权利要求64中所述的方法，进一步包括用采集到的多元测量结果对采集到的水中听音器测量结果进行消重影。
66.如权利要求65中所述的方法，其中消重影的步骤包括确定与来自地层的声波反射相关的粒子速度垂直分量的上行部分的步骤。
67.如权利要求66中所述的方法，其中确定步骤依照下面的公式实现
68.如权利要求64中所述的方法，其中一个或多个多元电缆段被在接收器电缆段之间牵引。
69.如权利要求64中所述的方法，其中一个或多个多元电缆段被在源阵列之间牵引。
70.如权利要求46中所述的方法，其中第一传感器配置包括多个依照第一间隔距离纵向分布的水中听音器；并且第二传感器配置包括多个依照与第一间隔距离实质上不同的第二间隔距离纵向分布的水中听音器。
71.如权利要求46中所述的方法，其中第一传感器配置包括纵向间隔的水中听音器。
72.如权利要求71中所述的方法，其中第一传感器配置包括纵向间隔的水中听音器集群。
73.如权利要求46中所述的方法，其中第二传感器配置中包括一个或多个粒子运动传感器。
74.如权利要求73中所述的方法，其中粒子运动传感器至少包括粒子速度传感器、压力梯度传感器、加速计和它们的组合中的一种。
75.如权利要求46中所述的方法，其中第二传感器配置包括多个沿每个第二电缆段纵向分布的水中听音器。
76.如权利要求46中所述的方法，其中第一传感器配置中包括一个或多个粒子运动传感器。
77.如权利要求64中所述的方法，其中第一传感器配置的每个水中听音器是单独地用线连接的，使得它的输出信号可以被分别数字化和滤波。
78.如权利要求77中所述的方法，进一步包括数字群形成来自每个单独地用线连接的水中听音器的输出信号的步骤。
全文摘要
本发明涉及地震浮缆系统及方法。一种用来采集地震数据的地震浮缆系统，包括多个第一电缆段，其中每个电缆段中使用第一传感器配置，至少一个第二电缆段与一个或多个第一电缆段在操作上连接并使用第二传感器配置。在浮缆系统的各种实施例中，一个或多个第二电缆段与浮缆，浮缆阵列或地震排列稀疏地集成。第二传感器配置可以，例如包括传统水中听音器分布，第二传感器配置可以，例如包括至少像粒子速度传感器，压力梯度传感器，加速计和这些装置的组合中的一个这样的多元传感器。本发明对于衰减测量到的地震数据中的噪音有用，对信号消重影也一样。特殊的消重影程序包括分解粒子速度垂直分量的向上和向下部分，该粒子速度与来自地层的声波反射相关。
文档编号G01V1/38GK102608660SQ20121002196
公开日2012年7月25日 申请日期2006年4月26日 优先权日2005年4月26日
发明者奥塔尔·克里斯田森, 约翰·奥尔奥弗·安德尔斯·罗伯特森, 罗西塔施瓦·辛格 申请人:维斯特恩格科地震控股有限公司