槽且当由起重臂释放时接触海床。当完成数据搜集时，声信号激活释放系统，所述释放系统使锚固器从框架系统拆除。泡沫浮选装置使框架系统和地震检波器上升到海洋表面，其中系统可使用无线电信标定位并被取回。
[0024]SeaBed Geophysical推出一种以CASE为名的无电缆OBS系统。此系统是由通过电缆彼此连接的控制单元(即，电子器件封装)和节点单元或地震检波器封装组成。控制单元和节点单元两者均被承载在长形框架上。控制单元是由管状主体组成，所述管状主体含有电池、时钟、记录单元和应答器/调制解调器以与水面进行水声通信。节点单元是由地震检波器、水检器、倾角计和可更换套罩组成，其中套罩在地震检波器单元下方形成向下敞开的气缸。节点单元可从长形框架和控制单元拆除，但是保持经由外部电缆与控制单元通信。诸如此单元的管状主体的使用对现有技术设计极具代表性，因为系统封装必须被设计成承受装置所暴露的高压力。在部署期间，整个单元下降到海床，其中(与OBS系统分离的)远程操作交通工具用于将节点单元从框架拆除，且将节点单元安置到海床中，从而将开放式套罩推到海床泥沙中。长形框架包含可为部署和取回电缆所附接的环。通信应答器和调制解调器用于控制系统并将地震数据传输到水面。
[0025]所参考的现有技术装置中的每一个具体体现现有技术的缺陷中的一或多个。例如，第5，189，642号美国专利的OBS系统以及GeoPro和K.U.M./SEND的装置是各自具有相对较高垂直轮廓的直立系统。因而，由这些系统收集的地震数据遭受起因于水运动作用于装置的噪声。另外，已观察到由海床在此高轮廓的OBS系统下的运动引起的剪切运动可特别随着运动从单元底部转化到单元顶部而引起OBS系统的摇摆运动，这进一步使记录数据的保真度变差。此外，这些现有技术装置全部是非对称的，使得其可只定位在单一定向上。通常此是通过大幅加重OBS托架的一端来实现。然而，此装置有可能必须通过几百英尺的水并接触可散布有碎片的通常阻塞、不平坦的海床。当系统停留在海床时，所有这些因素可造成系统错误定向，从而影响系统的操作。例如，就此现有技术OBS系统停留在其侧上而言，地震检波器将完全不会与海床耦接，从而使装置不可使用。另外，错误定向可干扰系统的释放机制，从而危及系统的回收。
[0026]这些现有技术系统的高轮廓也是不合需要的，因为这些单元会使其自身被钓鱼线、捕虾网、各种类型的电缆或可能存在于地震记录活动附近的其它碎片缠住。
[0027]另一方面，具有较小轮廓的现有技术系统(诸如海底电缆)趋向于具有不良的耦接能力或需要利用诸如ROV的昂贵装备进行外部放置辅助。例如，海底电缆的长形形状造成“良好的”耦接只出现在单一定向上，即，沿电缆的主轴。此外，即使沿主轴，由于电缆与海床之间的实际接触的表面积小，耦接可由于阻塞的海底或海床上或海床附近的其它障碍物而受损。
[0028]这些现有技术系统的另一缺陷是需要激活和停用用于记录和操作的单元。此通常需要来自水面的船的控制信号，所述控制信号通常以声形式传输或传输通过从水面延伸到所述单元的电缆。任何类型的外部控制是不合需要的，因为其需要信号传输和系统中的另外组件。虽然声传输可用于某种数据传输，但是用于同步目的由于行进路径变动未知而通常不可靠。当然，用于传输电信号的任何类型的控制信号电缆是不合需要的，因为其给单元的搬运和控制增加了复杂度且需要外部连接器或耦接件。这些电缆和连接器特别易受高压力的泄漏和故障、深海地震勘探的腐蚀环境影响。
[0029]利用外部电接线以互连单元的分布式元件的单元存在类似问题，所述单元诸如第5，189，642号美国专利中讲授的装置和其中地震检波器封装与电子器件封装分离的类似装置。此外，就系统的电子器件呈分布式而言，系统的故障的可能性增加。
[0030]许多现有技术系统还使用无线电遥测装置而非记录数据的船载单元来收集数据。当然，这些系统具有由无线电传输的特性强加的限制，诸如无线电频谱许可证限制、范围限制、视线障碍、天线限制、数据速率限制、电力限制等等。
[0031]利用浮选装置用于取回的OBS单元是不合需要的，因为典型的解耦器装置给所述单元增加了另外的费用和复杂度，且为了释放系统到水面，通常必须被激活。另外，这些系统通常丢弃单元的部分，即，加重锚固器或套罩，从而使其作为碎片留在海床上。在部署期间，因为其是自由漂浮的，所以这些系统难以定位在海床上的所需位置上。尽管存在由于错误定向引起的上文提及的故障的可能性，但是在取回期间，尽管存在无线电信号和信标，自由浮动系统仍然通常难以定位且称作迷失在海洋中。同样地，在汹涌的大海中，所述单元证实为由于太重而不便在船上捕捉和上升，通常与吊杆或船体冲撞并潜在地破坏系统。
[0032]在此相同背景下，已证实难以在部署和取回两者期间搬运单元。就利用刚性或半刚性电缆系统以固定距离并定位单个记录器单元而言，这些电缆不具柔性、极重且难以操控。这些电缆在部署期间并未对其自身进行修正。例如，如上文解释，所需网格布局识别单个单元沿某条线路的具体位置。如果部署船漂移或以其它方式使正被铺设的电缆定位成离开所需线路，那么水面的船必须进行再定位以使电缆重新回到线路上。然而，由于电缆的刚性本质，电缆的错误定位部分将造成电缆上的所有剩余单元沿所需线路错误定位。
[0033]此外，现有技术中用于取回电缆的当前程序趋向于施加过度应力于电缆上。具体地说，用于从海床取回电缆线的广泛接受的方法是倒退越过线路或顺着线路驾驶船，在船头取回电缆。此是不合需要的，因为船速和电缆绞车的速度必须经仔细调节以免过度拉紧或拖曳电缆。此调节由于作用于船的各种外部因素(诸如风、波作用和水流)而通常难以进行。未能控制电缆的拉紧或拖曳将产生的影响是拖动线路的整个长度以及附接到线的单元，从而使整条线路和所有单元遭受破坏。此方法的另外缺陷是，如果船移动太快，那么其将造成电缆松弛且电缆将在船下方漂浮，其中电缆可被缠住在船的螺旋桨中。
[0034]最后，现有技术未描述后甲板系统，其用于搬运上述OBS单元(而不论其是否是所述单元的存储装置)或部署并取回所述单元。随着深水地震记录器阵列的大小变得越来越大，使系统有效地存储、跟踪、服务于并搬运上千个记录器单元(包括此阵列)的需要变得更明显。另外的水面的船是昂贵的，因为必须有船员操控这些船。另外的船员和船的存在还尤其在气候可快速恶化的外海环境中增加事故或受伤的可能性。
[0035]因此，将希望提供一种地震数据收集系统，其无需来自水面或地震数据收集单元自身上的外部通信/电力电缆，也无需任何类型的外部控制信号来用于操作。换句话说，所述单元应基于“永免麻烦(drop and forget)”操作。同样地，装置应容易投入服务而无需打开装置来执行活动，诸如数据提取、质量控制和电力补充。装置还应被设计成承受深水海洋应用中常见的腐蚀、高压力环境。所述单元应被配置成最小化起因于海洋流的噪声的影响，且最大化装置与海床之间的耦接。在此相同背景下，装置应被设计成对其自身进行正确定向以在装置接触海床时最大化耦接，且无需外部装备(诸如ROV)的辅助，且最小化错误定向的可能性。同样地，装置应较不容易受捕捉影响或较不容易被捕虾网、钓鱼线等等缠住。
[0036]装置应包含不易受定向影响的计时机构。类似地，定向不应影响地震检波器的万向架固定。
[0037]装置应可容易部署，而且还能够以高的置信度放置在某个位置处。同样地，装置应可容易取回而无需浮选装置或释放机构，也不应在取回期间在海洋中留下单元的部分。此外，应存在最小化潜在破坏电缆连接地震单元时的张力的装置和取回程序。
[0038]还应提供用于容易地搬运包括用于部署在海洋环境中的阵列的成百上千个记录器单元的系统。此系统应能够部署、取回、跟踪、维护和存储单个记录器单元，同时最小化人力资源和对另外的水面的船的需要。系统应同样地最小化此活动期间对单个单元的潜在破坏。同样地，将希望在系统中包含安全装置以最小化对搬运记录器单元的船员的危害。
【发明内容】
[0039]本发明提供一种用于通过部署多个连续操作的无线独立海底传感器单元或吊舱来收集海洋环境中的地震数据的系统，所述传感器单元或吊舱各自以对称、低轮廓套管和独特的外部减震器为特征以促进海底耦接且防止缠在渔网中。吊舱利用用于通过水控制吊舱的部署的柔性、非刚性、不导电电缆彼此附接。吊舱经部署并从海船的独特配置的甲板取回，其中甲板具有输送带系统和搬运系统以将单个吊舱与非刚性电缆附接和从非刚性电缆拆除单个吊舱。在一个实施例中，作为甲板配置的部分，单个吊舱随机地以大量存储盒(juke box)方式存储在开槽支架中。当就坐在支架的狭槽内时，先前由吊舱记录的地震数据可被取回且吊舱可被充电、测试、重新同步，且可在不需要打开吊舱的情况下重新起始操作。在另一实施例中，单个吊舱是存储在堆叠式旋转的圆盘传送带中，所述圆盘传送带允许取回先前由吊舱记录的地震数据且允许吊舱被充电、测试、重新同步，且可在不需要打开吊舱的情况下重新起始操作。在部署和取回期间，非刚性电缆和附接到其的吊舱经搬运以便最小化部署线路内借助于水面的船的运动产生张力的可能性。此包含独特配置的非刚性电缆系统，其被设计成当电缆中达到某个级别的张力时自动地剪切开。
[0040]更具体地说，每一单个传感器单元是由圆盘形状的水密外壳组成，水密外壳是由绕其外围通过浅壁连结的两个平行圆板形成，从而形成关于板的轴对称且相对于板的直径具有极低高度轮廓的封装(更多为车轮形状)。在某些实施例中，板可形成为其它形状，诸如六边形或八边形，所述板还能够形成对称封装。所述外壳在内部被支撑以保护外壳的完整性使其不受外部压力影响且提供单元外壳与地震检波器之间的刚性机械耦接。在本发明的一个实施例中，单元经配置使得其将有效地与海床耦接且无论其停留在哪一块板上仍然收集地震数据，从而消除了现有技术的许多定向问题。板可包含脊部、突出部或凹槽以增强与海床的耦接。
[0041]在一个实施例中，在单元的浅壁周围安置减震器，其具有被设计成促使单元停留到封装的板侧中的一侧上的横截面形状，从而造成单元与海床之间的高度耦接。在至少一个实施例中，减震器经提供和设计以防止单元被捕虾网或钓鱼线缠住或捕捉。
[0042]单元利用几个不同的装置来连接到电缆。在一个实施例中，每一单元包含偏心栓锁机构以允许单元附接到电缆。在另一实施例中，附接托架经定位在外壳的侧上偏离中心。在又一实施例中，附接托架居中于形成外壳的单元的圆板中的一个上。
[0043]单元是独立的使得所有电子器件安置在外壳内，电子器件包含多方向地震检波器封装、地震数据记录装置、电源和时钟。
[0044]在本发明的一个实施例中，时钟是铷时钟。铷时钟较不易受温度或重力影响或海床上的单元的定向影响。
[0045]在另一实施例中，单元包含晶体钟和倾角计。优选地利用倾角计数据对船载单元实时修正对晶体钟的重力影响。
[0046]电源优选的是可在密封环境中操作的可再充电电池，诸如锂离子电池。
[0047]合并倾角计的单元还可利用倾角计数据以执行除了晶体钟修正以外的各种功能。例如，本发明的一个方面利用倾角计数据以进行数学万向架固定。具体地说，在本发明中，地震检波器的万向架固定是使用倾角计数据以数学方式完成，且因而不会如数学万向架那样受单元的定向影响。
[0048]当然，如同现有技术中普遍使用此数据一样，倾角计数据还可用于确定海床上的单元的位置。然而，不同于现有技术装置，本发明的一个方面是为了以时间连续方式获得并利用倾角计数据。现有技术单元通常在一旦地震记录开始时只确定单元的位置。然而已观察到，单元的位置可随着部署过程而变化，因为单元遭受外力，诸如水流、捕虾线等等。因此，在本发明中，倾角计是依据时间的变化而测量。此在操作期间执行多次使得必要时可修正地震数据。
[0049]关于对可影响所收集的地震数据的精确度的倾角、计时或类似数据的修正，所有现有技术装置在处理中心处作出这些修正。当船载单元被部署或甚至在部署船的甲板上时，现有技术装置均不会对船载单元作出这些修正。因此，本发明的一种方法是当船载单元被部署时对船载单元作出这些修正。
[0050]单元还可包含指南针、水检器、声位置换能器和/或一个或多个加速度计。指南针数据可用于相对于用于整体勘测的参考框架提供用于每个单个单元的参考数据的框架。在本发明的一个实施例中，诸如加速度计的传感器用于在单元通过水柱下降且停留在海床上时跟踪单元的位置。具体地说，当单元通过水柱时，这些传感器提供惯性导航数据并记录X、y和z位置信息。此位置信息连同初始位置和速度信息一起用于确定单元的最终位置。
[0051]在本发明的另一方面，单元在地震船的甲板上时被激活且一旦从海洋拖曳便被停用，使得其从部署的时间之前到取回的时间之后连续采集数据。同样地，在一个实施例中，单元在部署于水中之前开始记录数据。已激活且在部署于水中之前开始记录的系统从而在希望进行信号检测的时间之前变稳定。此最小化电子器件操作中的转换状态将中断信号检测和记录的可能性。
[0052]在本发明的另一方面，地震数据记录装置包含环绕式存储器且即使不在使用中时也会连续记录。此消除了对起始或开始指令的需要，保证单元在所需记录时间变稳定，且用于备份来自先前读数的数据直到先前数据被覆写的这个时间为止。只要时钟同步，此记录装置便准备好在任何时间进行部署。此外，可发生诸如数据收集、质量控制测试和电池充电的例行操作且不中断记录。在诸如此的连续记录单元的情况中，单元可在陆地上或海洋环境中使用。
[0053]非刚性电缆的使用是本发明的另外方面。虽然绳索在极早期现有技术中可能已用作水面漂浮地震装置的拖绳，但是迄今为止，就OBS系统已彼此连接而言，现有技术只利用刚性或半刚性导线电缆。导线电缆为现有技术OBS技术所需的原因中的一个是需要电互连系统。然而，在本发明中，利用柔性、非刚性电缆，因为如上文描述的吊舱独立操作且不需要外部通信或连接。
[0054]本发明的非刚性电缆优选的是由合成纤维材料(诸如聚酯)形成且被包在保护性包胶模具(诸如聚氨甲酸酯套管)中。在一个实施例中，非刚性电缆是由12条编织聚酯核心形成。包胶模具呈肋状或开槽以减小水中的拖动。
[0055]本发明的非刚性电缆还有利于吊舱的独特部署方法。具体地说，非刚性电缆只具有稍微负浮力。当附接在各自具有远大于电缆的负浮力的两个吊舱之间时，随着两个连结的吊舱通过水柱下沉，非刚性电缆上的拖动远大于单元上的拖动且因此用作降落伞或制动器，从而减缓吊舱的下降且将吊舱维持在直立位置中。此在必须以特定定向放置的单元(诸如具有非对称减震器配置的单元)中特别需要，因为电缆在附接到顶板上的居中安装的连接