海洋地震数据采集用的方法和设备的制作方法

专利名称：海洋地震数据采集用的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋地震调查方法和设备领域。更具体地讲，本发明 涉及用于地震拖缆的改进操纵的方法和设备。
背景技术：
海洋地震勘探调查水体下的地下地质层的结构和特性和绘制水体 下的地下地质层的结构和特性的图。对于大面积的调査区域，地震船经 由水拖曳着一个或多个地震源和多个地震拖缆。该地震源典型地包括用 于在水中产生声音脉冲的压缩空气枪。这些脉冲的能量向下传播进入地 质层并从地下地质层之间的界面向上反射。该反射能量利用附于地震拖 缆或与地震拖缆成整体的水中地震检波器和可能的其它传感器感应，并 且表示这种能量的数据被记录和处理以提供有关地下地质特性的信息。该海洋地震拖缆可使用可操纵吊舱(steerab]e birds)、偏转仪、可操纵 浮标和相类似物定位。以前的尝试没有实现海洋地震数据最佳采集。虽然在现有技术中 一些技术进行了改进，仍期望进一步的改进。发明内容根据本发明，描述了用于控制地震拖缆的至少部分的位置的方法 和设备，参照垂直平面中的海洋地震拖缆几何形状的断面，地震拖缆可 以采用或可以不采用上/下配置(over/under configuration)。本发明的方法 和设备减小了或克服了使用地震拖缆采集海洋地震数据的原有方法和设 备的问题。更具体地讲，本发明涉及用于改进海洋地震拖缆的操纵、减 小由于涌流、涌浪等的噪声并实现用于定位的更好声音网络的方法和设 备。本发明的方法和设备可用于提高布置排列控制元件或检波器排列控 制元件(例如可操纵吊舱、海洋地震拖缆偏转仪和源偏转仪)以在海洋地震勘探期间执行定位海洋地震拖缆的任务的能力。在发明方法和设备 中，基于有无涌流选择拖曳深度以操纵或定位多部件海洋地震拖缆(或 上/下海洋地震拖缆配置，或其它海洋地震拖缆配置)到期望侧向位置 或使涌流引起的噪声最小的可能性得到充分利用。由于拖曳深度主要由减小低和高频成分的接收器侧虚反射(ghost)的存在确定，因此这在以前利用传统海洋地震拖缆是不可能的。本发明方法和设备可以依靠沿多部件海洋地震拖缆记录的数据、 上/下海洋地震拖缆配置或其它配置的两个方面。两个方面是地震数据 去除虚反射的直接结果海洋地震拖缆拖曳的深度不会在关注的频带内 引入凹口 (notch)，并且在不同深度处通过接收器位置采集的去除虚 反射的数据能够容易地基准面重建或基准重建(redatum)到共同深度 水平。本发明的方法和设备使它们可实施，特别在可能展现极复杂侧 向、暂时和/或深度改变的涌流状态的海洋环境中，该实施可通过自动 先进检波器排列控制而实现。本发明的一个方面是使用海洋地震拖缆或采用上/下配置的海洋地 震拖缆对采集海洋地震数据的方法， 一种包括探测涌流状态并基于探测 的涌流状态控制海洋地震拖缆的深度的方法。该方法可包括至少部分地 基于不同深度处有无涌流，选择一条或多条海洋地震拖缆的拖曳深度， 其可以是多部件海洋地震拖缆、上/下配置的海洋地震拖缆或一些其它 配置的海洋地震拖缆。可选地，或除此以外，本发明的方法可包括在地 震数据采集期间，使涌流有助于操纵海洋地震拖缆到选定拖曳深度处的 期望侧向位置。本发明的另一方法包括(a) 在垂直平面中，拖曳多部件海洋地震拖缆(或上/下配置，或其 它配置)，以便深度沿海洋地震拖缆变化；以及(b) 在不同的剪切涌流状态中，定位海洋地震拖缆的选定部分，从 而平衡海洋地震拖缆上的合力，以在地震数据采集期间，控制海洋地震 拖缆的侧向运动。本发明的另一方法认识到自多部件海洋地震拖缆的测量值将容 易有噪声，并可能必须在尽可能"安静"的环境中拖曳。幸运地，使用内插/外推自多部件海洋地震拖缆的数据的技术，与传统的海洋地震拖 缆技术相比，定位要求可放宽以在最后产品中取得相同的质量。然而，在需要利用诸如商标名称Q-FIN(可从WestemGeco, Houston, Texas获得)下己知的排列控制元件和其它可操纵吊舱抵抗强涌流操纵的情况 下，涌流引起的噪声可到达禁止的高水平。因此，本发明的另一方法包括(a) 利用沿第一侧向方向在第一深度处的涌流，使海洋地震拖缆 (可以是多部件海洋地震拖缆，上/下配置，或其它海洋地震拖缆配置) 被承载；以及(b) 在地震数据采集期间，将海洋地震拖缆上升或下降到第二深 度，在第二深度存在沿基本与第一侧向方向相反的第二侧向方向的充分 的涌流，以使涌流将海洋地震拖缆向期望的位置强制返回。在这种方式中，涌流引起的噪声可被最小化或避免，同时在预定 侧向位置的任一侧，海洋地震拖缆在可接受的范围内来回运动。本发明的方法可包括作为时间、空间和涌流的函数，改变海洋 地震拖缆中的每个接收器或接收器组的深度；在第一时刻和接收器或接 收器组的空间坐标处，接收第一组地震数据信号；去除第一组地震数据 信号的虚反射，以生成去除虚反射的数据组；和将地震数据信号的去除 虚反射的数据组基准面重建或基准重建(redatuming)到共同深度水 平。基准面重建或基准重建在去除虚反射后(分离向上和向下的波)相当 简单，并可优选地使用诸如紧空间-时间基准面重建或基准重建算子的 用作信号滤波器的一种或多种数学算法执行，以便深度能够在基准面重 建或基准重建滤波器孔径(redatuming filter aperture)上被认为是恒定 的。本发明的方法可使涌流引起的噪声最小或消除。由于拖曳深度主要 由操作员希望虚反射信号所在的地方确定，这种结果利用传统的地震拖 缆技术是不能的。本发明的第二方面是设备，包括具有多个传感器的海洋地震拖缆，该海洋地震拖缆适合至少基于 不同深度的涌流运动到不同深度，同时适合通过涌流侧向运动；计算单元，适合去除在不同深度的接收器处接收的地震信号的虚反射，并将去除虚反射的信号基准面重建或基准重建到共同深度。本发明的设备可包括海流计，适合探测一种或多种不同深度处的 涌流，并基于不同深度处是否存在涌流，向附于海洋地震拖缆或与海洋 地震拖缆成直线连接的排列控制元件发信号以调节其深度。本发明的设 备和方法中用的海流计是能够测量沿海洋地震拖缆的涌流的海流计，和 能够测量拖曳海洋地震拖缆的船前方的涌流的仪表。海流计可以与海洋 地震拖缆成一体或远离海洋地震拖缆，例如在海流计附于船的情况中。该海流计可以是声音多普勒(Doppler)海流计，或任何其它类型的海 流计。将理解 一些设备实施例可具有采用如这里所定义的上/下配置的 两个或多个海洋地震拖缆。同样将认识到 一些实施例可具有不采用上 /下配置的海洋地震拖缆，换言之，两个或多个海洋地震拖缆可以是上/下配置，并且一个或多个海洋地震拖缆可沿交叉线 (cross-line) (y) 方向或(z)方向侧向远离上/下海洋地震拖缆定位。此外，每条海洋地 震拖缆可具有与其关联的一个以上的排列控制元件。仅为了简单起见， 在这里最多地讨论了其中多条海洋地震拖缆被平行并且或多或少地或大 约地在相同的水平面中拖曳(除由于有、无检测到的涌流调节深度外) 的实施例，和其中一对或多对海洋地震拖缆采用上/下配置(或这里定 义的)拖曳(每个海洋地震拖缆具有至少一个排列控制元件)的实施 例，但本发明并不限于此。本发明使用的排列控制元件可遥控，诸如可遥控的可控制的可操 纵吊舱。排列控制元件可控制其各个海洋地震拖缆的垂直(深度)和水 平(侧向)位置，或者特定的检波器排列控制元件可包括两个或多个排 列控制元件的组合，组合中的一个控制垂直(深度)位置，和组合中的 第二个控制水平(侧向)位置。本发明的系统包括如下方案第一多个 排列控制元件可操作地连接到第一海洋地震拖缆，并且第二多个排列控 制元件可操作地连接到第二海洋地震拖缆。排列控制元件可沿海洋地震 拖缆的长度间隔基本相同间隔，或随意间隔，海流计也这样。海洋地震 拖缆的部分可从上/下配置水平偏离，或者弯曲或者以直线位置。可选 地，第一和第二海洋地震拖缆的整个长度可采用上/下排列定位。如本发明的方法，本发明的设备并不局限于海洋地震拖缆的数 目，海洋地震拖缆的位置(深度和/或侧向位置)受控制或使得随着涌 流运动，如果存在位于任意海洋地震拖缆上的排列控制元件和海流表， 也不存在对排列控制元件和海流表的数目的任何限制。此外，诸如当使 用定位的海洋地震拖缆时， 一条或多条海洋地震拖缆可被控制以沿交叉 线方向侧向与采用上/下配置定位的海洋地震拖缆间隔开。本发明的设 备可包括其中每个海流计专用于向单个排列控制元件发信号，或可向两 个或多个排列控制元件发信号。与排列控制元件通信可通过从硬连线(hardwire)、无线和光遥测选择的遥测技术执行。本发明的其它设备包括控制器，其与一个或多个排列控制元件相 关并适合调节排列控制元件的一个或多个，以基于检测到的涌流，将一 条或多条地震拖缆移动到可以是3维空间中的任何方向的期望位置，例 如侧向(水平)、垂直或在这些极端方向之间的任何方向。该期望的位 置可以相对于另一海洋地震拖缆、另一对海洋地震拖缆，或相对于诸如 水平面、水底或地质特征的天然基准，或诸如浮标、船、钻机、生产钻 塔或相类似物的人造基准。本发明的设备也可用于布置海底电缆。通过查看附图的简要描述、本发明的详细描述和后面的权利要 求，本发明的方法和设备将变得更加明显。


在下述描述和附图中说明了其中本发明的目的和其它期望特征能 够取得的方式，其中图1是显示本发明的特定方法和设备的一些主要特征的示意透视图；图2是本发明的实施例的示意侧视图；图3A-3C示意性地显示了延时俯视图，延时俯视图显示了一些 发明方法和设备的特征；以及图4显示了使用海洋地震拖缆的上/下配置的发明方法和设备的 另一实施例。然而，应该指出附图不是成比例的，且仅显示了本发明的典型实施例，并且因此不应被认为限制其范围，因为本发明可采用其它同样 效果的实施例。
具体实施方式
在下面的描述中，许多细节被列出以实现对本发明的理解。然 而，本领域的技术人员将理解即使没有这些特定细节，也可以实施本 发明的方法和设备，并且理解从描述实施例的许多变化或修改是可能 的。例如，在这里的讨论中，在可使用诸如由一个或多个传统计算机执 行的程序模块的计算机可执行指令的地震拖缆的受控定位的通常范围 内，发展了发明方法和设备的各方面。通常，程序模块包括执行特定任 务或实现特定抽象数据类型的例行程序、程序、目标、部件、数据结构 等。此外，本领域的技术人员将认识到发明方法和设备可整体或部分 地利用其它计算机系统配置实践，包括手持设备；个人数字助理；多 处理器系统；基于微处理器或可编程的电子设备；网络PC;小型计算 机；大型机；和相类似物。在分布式计算机环境中，程序模块可同时位 于本地和远程内存存储设备中。然而，应该指出在不背离本发明的范 围的情况下，也可以对这里描述的方法和设备进行修改。此外，虽然在 控制海洋地震拖缆的位置的范围内进行开发，本领域的专业人员将认识 妾lj:从下述讨论，这里的发明构思也可应用于地震数据采集的其它方 面。因此，下面描述的方法和设备只是广泛的发明构思的示意实现。在这里使用的所有段落、引用、词的搭配和多字表达明显不局限 于名词和动词，尤其在下述权利要求中。很明显意义无法仅由名词和 动词或单个词确切说明。各种语言使用不同的方法表达内容。发明构思 的存在和其中表达这些发明构思的方式在不同语言文化中有所不同。例 如，德语中的许多词汇的复合词在拉丁系语言中经常表示为形容词-名 词组合、名词-介词-名词组合或派生词。包括权利要求中的短语、派生 词和搭配的可能性对于高质量专利是必要的，使得可以减小对其概念内 容的表达，并且(在一种语言内或跨语言的)与这种内容相容的词的所 有可能的概念组合期望包括在使用的短语中。本发明涉及多种方法和设备，用于控制一条或多条海洋地震拖缆和/或附于海洋地震拖缆或与海洋地震拖缆成直线连接的检波器排列控 制单元的深度和侧向位置，导致减小噪声以及可选地找到更好声音网络 可用于定位的深度。本发明的方法和设备可用在任何形式的海洋地震学中，包括但不局限于2-D、 3-D和4-D地震学。本发明的一个方面涉 及用于采集海洋地震数据的系统，该系统使用海洋地震拖缆、连接的或 不连接的两条或多条海洋地震拖缆的组合，使用天然涌流、每条海洋地 震拖缆上的一个或多个排列控制元件或天然涌流与检波器排列元件的组 合控制位置。在这里进一步说明的本发明的其它方面涉及消除地震信号 的虚反射并使用消除虚反射的地震信号以基准面重建或基准重建 (redatum)或重新计算接收的地震信号的共同深度的方法。如这里所使用，短语"上/下配置"与"上/下配置的"意味着当 在垂直平面中观看海洋地震拖缆的几何形状的断面时，海洋地震拖缆正 好在一条或多条其它海洋地震拖缆或无限制数目的海洋地震拖缆之上和 /或之下。该上/下配置可以仅对于选定的垂直平面中的选定的断面，或 对于沿任何特定海洋地震拖缆的长度的所有垂直平面。该术语"多部件海洋地震拖缆"意味着包括实现压力和质点运动 (例如质点移位、质点速度、质点加速度或其时间导数)的探测的多个 接收器的地震拖缆。在所谓的双传感器拖曳海洋地震拖缆中，海洋地震 拖缆承载着压力和质点速度传感器的组合。该压力传感器可以是水中地 震检波器，同时质点或运动传感器可以是加速表或地震检波器。多部件 海洋地震拖缆可包括两种以上类型的传感器。该短语"排列控制元件"或"检波器排列控制元件"意味着能够 运动的设备，该运动可导致海洋地震拖缆在3维空间中的任何一个或多 个直线或曲线通路运动，诸如侧向(水平)、垂直向上、垂直向下及其 组合。该术语和短语"可操纵吊舱"、"绳缆控制器"、"海洋地震拖 缆控制设备"和类似的术语与短语在这里交互地使用，并指具有一个或 多个附于其上的控制表面或其一部分的排列控制元件。诸如典型地定位 在最外面海洋地震拖缆的前端处的"可操纵前端偏转仪"(或简称"偏 转仪")和诸如可用在地震源或源阵列的前端处的那些的其它偏转部件 可在一些实施例中用作排列控制元件，虽然它们主要用于相对于拖船的运动方向侧向拉海洋地震拖缆和操纵源。该短语"定位"、"控制侧向运动"和术语"操纵"在这里通常 可相互交换地使用，虽然本领域中的普通技术人员将认识到"操纵" 通常指沿确定的通路，而"定位"、"控制侧向位置"和"遥控位置" 可意味着操纵，但也包括保持相对位置，例如一个海洋地震拖缆相对 于第二或第三海洋地震拖缆的位置，或任意数目的海洋地震拖缆相对于 诸如自然的或人造的物体的一个或多个参考点的位置；或仅偏转物体， 或向着一组海洋地震拖缆自身确定的目标点操纵一组海洋地震拖缆，例 如向所有海洋地震拖缆的共同的平均位置操纵所有海洋地震拖缆。这些 短语也包括控制位置，以便参照海洋地震拖缆几何形状在垂直平面中 的断面，海洋地震拖缆形成"V"或"W"图案，或一些其它图案。由于 "定位"比"操纵"有点更宽泛，因此在这里使用这些术语，除了当特 定情况需要使用更具体的词。当用作名词时，术语"位置"比单独的"深度"或侧向运动更宽 泛，并且期望与"空间关系"同义。因此，"垂直位置"包括深度，而 且包括自海床的距离或淹没或半淹没物体，或部分淹没的物体上方或以 下的距离。当用作动词时，"定位"意味着导致处于期望的地点、状态 或空间关系。用作及物动词的术语"控制"意味着通过与标准或期望值比较 进行校正或调节，并当用作名词("控制器")时，意味着控制的机 构。控制可以是开环、闭环、反馈、前馈、级联、自适应、启发式(heuristic)和其组合。当指两个或多个排列控制元件时，该短语"运行以用于控制垂直 和水平位置"意味着独立或相互依赖地运行，以控制它们附于的海洋地 震拖缆的垂直和水平位置。该术语"调节"意味着实时或近实时地改变一个或多个参数或特 性。"实时"意味着在没有超出生成数据流部分所需的最小值的任何增 加的延迟的情况下出现的数据流。它意指在数据流中的信息存储与该信 息的检索之间没有大的间隔。可能还存在其它要求即数据流部分足够快速地生成以允许使用它们进行足够早期的有效的控制决策。"近实时"意味着以某种方式延迟的数据流，诸如允许使用对称滤波器计算 结果。典型地，利用这种类型的数据流进行的决策用于改进实时决策。实时和近实时数据流均在它们由决策线(decision line)中的下一过程 接收后立即使用。拖曳海洋地震拖缆到预定位置的准确操纵在延时地震应用中具有 首要的重要性。此外，在复杂成像应用中，很重要的是获得详细的源/ 接收器几何形状，例如以去除倍频(multiples)。利用可从 WestemGeco LLC, Houston, Texas (WestemGeco)得至lj的商标名禾尔Q-MARINE下共同己知的设备和方法，使用商标名称Q-FIN下己知的 设备和商标名称IRMA下已知的定位设备(两者也均可从 WestemGeco获取)可以取得高质量的操纵。然而，在具有强陡峭涌流 的区域中，即使商标名称Q-FIN下已知的操纵设备也不能为海洋地震 拖缆施加足够的操纵力，以占用其预定位置。此外，超过3-4度羽角 的强操纵会在水中地震检波器记录上极显著地增加噪声量。本发明的方 法和设备略述了适用于采用上/下海洋地震拖缆配置或其它海洋地震拖 缆配置的多部件海洋地震拖缆的操纵方法，其中涌流力(current force)被利用以允许海洋地震拖缆占用预定位置和/或使当前引入的噪 声或自排列控制元件的噪声最小。在传统的海洋地震拖缆技术中，海洋地震拖缆的拖曳深度可受到 引入接收器侧虚反射的限制。为了尽可能地保持高频率，海洋地震拖缆 应被较浅地拖曳。另一方面，为了保留低频率，海洋地震拖缆应被尽可 能深地拖曳。另外，接近表面的水环境趋向于由于风大浪急的海面和涌 浪变得嘈杂。结果，即使在调查幵始前，调查所需的拖曳深度被严格规 定，并且很少能够折衷。通过引入上/下技术以及多部件海洋地震拖 缆，为保留频谱或频率成分由自由表面施加的限制没有了，并且可以为 其它原因选择海洋地震拖缆深度。到目前为止，多数讨论基于更深地， 比方说10-20m深，拖曳更新的海洋地震拖缆设计以避免涌浪。相 反，本发明的方法和设备描述了釆用适应方式相对不同的涌流状况拖曳 海洋地震拖缆，以操纵到预先确定的位置。本发明的方法和设备包括选择其中海洋地震拖缆侧向控制可最优(更低幅度，更可预测的涌流层)或者声音解决方案更好地解决的拖缆 深度。这可以提高系统的4D能力，并强化声音网络。复杂成像和去 除倍频应用也可受益于本发明的设备和方法提供的更好的定位和操纵。 在本发明的一些实施例中，最优拖曳深度被选择以允许实现在有涌流(current)或无涌流的情况下操纵海洋地震拖缆到期望的侧向位置。在 其它实施例中，可用于其中极强的剪切涌流可在不同深度、沿不同方向 出现处的世界的许多区域中，人们可以在垂直平面中"扭弯"多部件海 洋地震拖缆(或上/下配置)，以便深度沿海洋地震拖缆变化。这实现 了将海洋地震拖缆的不同部分置于不同剪切涌流状态，以平衡海洋地震 拖缆上的净力，以控制侧向运动/位置。其它实施例中认识到自多部 件海洋地震拖缆的测量值可能容易有噪声，并将可能必须在尽可能安静 的环境中拖曳。幸运地，已设计出这样的技术，其用于内插/外推自多部件海洋地震拖缆的数据，以便与传统的海洋地震拖缆技术相比，定 位要求能够放宽以在最后产品取得相同的质量。这些内插/外推技术可 包括一个或多个数学展开级数，其中压力数据用于在数学上导出内插 或外推自压力传感器的压力数据的滤子。然而，在具有需要利用可操纵 吊舱或其它这种排列控制元件抵抗强涌流而操纵的场景中，涌流引起的 噪声可达到禁止的高水平。在剪切涌流存在于不同方向中，实际上利用 沿一个方向一定深度处的涌流承载海洋地震拖缆是有益的。如果在另一 深度存在相反方向的涌流，多部件海洋地震拖缆(或上/下配置)则被 升高或降低到新深度以使在那里存在的涌流向着期望的位置将其带回。 以这种方式，涌流引起的噪声可被减小或避免，同时在预定侧向位置的 任一侧的可接受的范围内，海洋地震拖缆来回运动。现在参照附图，图1是不成比例的示意透视图，显示了本发明的 一些方法和设备的某些主要特征。图中显示了大体按照期望通路6在海洋或其它水体4中的船2。在所述实施例中，船2拖曳着包括浮舟 或浮子5 (显示了4个)的海洋地震源3，每个浮舟或浮子5具有从浮 舟或浮子5向下悬挂着的一个或多个气枪7或其它声音发信号设备。 源3、浮舟5和气枪7的细节对于发明方法和设备并不重要，并且由 于它们在本领域已知，所以不进行进一步的描述。船2也拖曳着四条海洋地震拖缆8a， 8b， 8c，和8d，每个淹没在水面下方一定深度。每个 海洋地震拖缆可包括多个地震传感器，以及附于其上或在其中成行定位 的操纵设备。操纵设备可以是主动或被动的。例如，图1中分别显示 了最外面的海洋地震拖缆8a和8d上的水下海洋地震拖缆偏转仪10a 和10b。偏转仪10a和10b可分别具有漂在水面上的飘浮单元12a 和12b。在一些设计中，这些浮舟可以不是必需的。类似地，每个源浮 舟可具有源偏转仪9。使用所谓的分离绳或绳缆13a和13b，最外面 的海洋地震拖缆8a和8d可朝向离开中线的方向分别拉动其相邻的海 洋地震拖缆8b和8c。每根海洋地震拖缆可具有显示为14a， 14b， 14c, 和14d的末端浮标。图1中配备的海洋地震拖缆控制设备16cl和16c2可以是可操 纵吊舱(bird)，诸如商标名称Q-FIN下已知的那些，但是其它设计 也可工作。海流计18显示在海洋地震拖缆8c上。海洋地震拖缆8c 的段8cl己由深度Dl处的涌流Cl推动到可接受的通路宽度的范围 的左侧，如由标示C1， Dl的箭头指示。可接受的通路宽度的范围由双 平行虚线指示。海洋地震拖缆8c的另一段8c2指示为被强制回到右 边，以便海洋地震拖缆8c停留在其接受的通路宽度范围内。在操作 中，海流计18检测在深度Dl处的涌流Cl，并通过控制器(未显 示)警告存在强向左推动涌流的可操纵吊舱16cl和16c2;然而，如 果海洋地震拖缆8c未接近其侧面范围的最左边缘，控制器不采取利用 可操纵吊舱16cl和16c2启动校正动作来将海洋地震拖缆8c驱动 回右侧的任何行动。相反，为了减小海洋地震拖缆8c或其它海洋地震 拖缆中的接收器中的噪声，海洋地震拖缆8c被允许向左飘移。另一海 流计未被显示但位于海洋地震拖缆段8c2中，并感应到深度D2处 的涌流应足以使海洋地震拖缆8c强行向右，从而存在减小致动可操纵 吊舱16cl和16c2的需要，除非在深度D2处的测量的涌流C2不 足以将海洋地震拖缆8c保持在其可接受的通路中。这减小了传感器/ 接收器中的噪声。图2是本发明的另一实施例的示意侧视图。在这个实施例中，仅 为了清楚的目的，海流表和可操纵吊舱未在海洋地震拖缆8中显示。在图2中，圆圈线20表示基本与由实点线22表示的深度处的 涌流方向相反的深度处的涌流。假设涌流在不同深度处幅度基本相同但 在交叉线(cross-line)方向上相反，可以操纵海洋地震拖缆8，以便 部分A和C在一个深度，并且其它部分B和D在另一深度。采用 这种方式，海洋地震拖缆上的交叉线力可得到平衡，并提供了在较不嘈 杂环境中检索地震数据的机会。 一旦实现了不同段的深度，可操纵吊舱 和其它排列控制元件可以不需要，或其需要明显减小。应该认识到在 一种深度处的涌流在幅度上可以不确切地被平衡，或甚至沿相反的方 向，但要点是将基本平衡海洋地震拖缆上的力，以便它们可在更小嘈杂 的条件中采集数据。图3A-3C示意性地显示了不成比例的延时俯视图，显示了一些 发明方法和设备的特征。这些图显示了沿预先选择的通路6在每个图 中从左向右运动的船2和两条海洋地震拖缆8a和8b。船2可包括 附于船2的船首附近的海流计18，并可测量船2前面的涌流，但是 如图1所示，其它实施例是可能的。海洋地震拖缆8a被偏转仪10 强制向左，并且使用分离绳13，这用于同样向左拉海洋地震拖缆8b。 航线6上方的虚线指示海洋地震拖缆8a和8b的优选通路，应该理 解每个通常存在几米的可接受范围。这些可接受范围为简明起见未显 示。图3A显示了在深度Dl处涌流Cl (由箭头指示)影响的在假 设时刻Tl时的海洋地震拖缆8a和8b的位置，并显示了海洋地震 拖缆未在其优选位置处。图3B显示了海流表18已探测到深度D2 处的涌流C2，涌流C2幅度基本与涌流Cl相同，但沿基本相反的方 向。诸如可操纵吊舱的排列控制元件由控制器命令，以将海洋地震拖 缆8a和8b移动到深度D2，并且可以看出在某一时刻T2，每个 海洋地震拖缆的前端部分现在已被强制返回到可接受的位置(侧向位置 和深度)。然而，由于每条海洋地震拖缆的主要部分保持在深度Dl 处的涌流Cl的影响下，因此海洋地震拖缆的大部分仍必须被引导回 可接受的通路。图3C表示在时刻T3的情形，这时每条海洋地震拖 缆的所有或基本所有长度在深度D2处的涌流C2的影响下，并且海17洋地震拖缆8a和8b沿可接受的通路和深度跟踪。图4显示了使用海洋地震拖缆的上/下配置的发明方法和设备的另一实施例。由于能够从向上传播波场分离向下传播声音波场，上/下 配置拖曳可相当大地提高地震图像。在地理学家中间，这称作去除虚反 射。也可执行在包括海洋地震拖缆的水平面中离开海洋地震拖缆的地震波场的交叉线(cross-line)数据插入和预测或推算。通过拖曳两组或多 组上/下配置的海洋地震拖缆，例如拖曳两组或多组海洋地震拖缆，每 组采用上/下配置且其间具有侧向间隔，可以形成阵列以覆盖矩形。图 4显示了使用本发明的系统和方法的一种拖曳布置。许多变形是可能 的，并且应该再次强调本发明的系统和方法并不局限于这里说明和讨 论的具体实施例。显示了地震船2拖曳着声音源3和一对海洋地震拖 缆8和8e，每个海洋地震拖缆8和8e可具有从水中地震检波器、 地震检波器、噪声传感器及其组合选择的地震传感器阵列，并且或许可 具有隐藏在海洋地震拖缆8, 8e内的一个或多个海流计(未显示)。海 洋地震拖缆对的数目可以超过10个，但可能通常4到8个。每个海洋 地震拖缆对包括一条海洋地震拖缆8，除了接近末端浮标14和14e 的部分外，在每条海洋地震拖缆的整个长度上采用上/下配置，海洋地 震拖缆8尽可能准确地放置在另一海洋地震拖缆8e的顶部上。在一 些实施例中，顶部海洋地震拖缆8可比底部海洋地震拖缆8e更短。 地震源3提供了在海底部的表面下的层中反射并由地震水下地震检波 器记录的压力脉冲。这种信号用于描绘海底下的地质结构的图像。再次参照图4，海洋地震拖缆对中的海洋地震拖缆8， 8e之间的 垂直距离范围可从1米到50米，并可约5米。使用可操纵吊舱， 这种分离可利用刚性或半刚性连接器24保持(如图4所示)，或不 使用连接器保持。同样显示了由虚线20和22指示的两种深度，其中 涌流方向基本相反和幅度基本对应。如先前参照图2讨论的，通过将 海洋地震拖缆对的部分移动到涌流方向基本相反而幅度基本对应的深 度，可以平衡在图4中的海洋地震拖缆对8, 8e上的力。例如，在图 4中，圆圈线20可表示与由实点线22表示的深度处的涌流的方向基 本相反的该深度处的涌流。假设涌流的幅度在不同深度处基本相同但在交叉线方向上相反，可以操纵海洋地震拖缆对8, 8e，以便部分A 和C在一个深度，并且其它部分B和D在另一深度。采用这种方 式，海洋地震拖缆上的交叉线力可被平衡，并提供了在较不嘈杂环境中 检索地震数据的机会。 一旦实现了不同段的深度，可操纵吊舱和其它排列控制元件可以不需要，或其所需的操纵减少。应该认识到在一种深度处的涌流幅度可能不被确切平衡，或甚至沿相反的方向，但要点是 将基本平衡海洋地震拖缆上的力，以便它们可在更少嘈杂条件中采集数据。选定数目的水中地震检波器安装在海洋地震拖缆内或安装在海洋 地震拖缆上安装的设备中/上，并可用作声音测距系统中的接收器，并且从而提供海洋地震拖缆的水平和垂直位置的信息。当讨论诸如图4中采用上/下配置的海洋地震拖缆时，相邻对之间的水平分离的范围可从接近0到约200米，然而，当水平分离接近0时，海洋地震拖缆 的相对成本和损失和/或缠结的风险变得更大。海洋地震拖缆8和8e的水平和垂直控制可由排列控制元件(未 显示)提供，其可以是如这里说明的任何类型，诸如能够提供在垂直和 水平平面中的力的小水翼船(hydrofoil)或吊舱。排列控制元件可沿海 洋地震拖缆的长度间隔相同间距。排列控制元件可被夹紧到海洋地震拖 缆，自海洋地震拖缆悬挂，或成行插入海洋地震拖缆内，以提供期望的 垂直和水平位置控制。在共同转让的美国专利No. 6,671,223中描述了 本发明中可用的一种类型的排列控制元件，描述了可从WestemGeco LLC, Houston, Texas获得的商标名称"Q-FIN"下已知的可操纵吊舱, 可操纵吊舱被设计以与海洋地震拖缆电气和机械串联连接。本发明中可 用的其它吊舱包括电池供电的吊舱，其悬挂在海洋地震拖缆对的下 部海洋地震拖缆下，并包括一对侧向突出的翼，海洋地震拖缆的组合、 排列控制元件(吊舱)被布置以呈中和浮力状态。也可以使用如前讨论 的夹紧吊舱。本发明可用的吊舱包括悬挂吊舱、 一列式(in-line) 吊舱和夹紧吊舱，并可包括可基于微处理器的机载的控制器和/或通 信设备，以接收表示吊舱的期望深度、实际深度、期望侧向位置、实 际侧向位置和滚动角或横摇角(roll angle)的控制信号。该吊舱机载控制器可与安装在其它吊舱上或中的本地控制器通信，和/或与其它 本地控制器和/或遥控器通信，诸如管理员控制器。如在上文中提及的，本发明可用的海洋地震拖缆可包括水中地震检波器、地震检波器和其它传感器，诸如沿其长度分布的噪声传感器；它们还可包括控制与转换电路，用于将水中地震检波器和地震检波器的输出转换成数字数据信号；纵向延伸控制与数据线，用于传导控制和 数据信号到控制与转换电路和自控制与转换电路传导控制和数据信号； 和电源线，用于将电力从船供应到电路。经延伸经过可操纵吊舱的主 体、经过相邻的海洋地震拖缆段和经过其最近的相邻可操纵吊舱的各 个对应线，所有这些线可从一个海洋地震拖缆段到另一海洋地震拖缆段 联接在一起，并且接着向下到海洋地震拖缆的长度。可选地或另外地， 无线和光学传输信号可由海洋地震拖缆和可操纵吊舱中或上的功能部 件生成和接收。本发明可用的排列控制元件可连接到至少一个海洋地震拖缆，以 便它能够与外界通信，外界可以是船、卫星或地面设备。实现它的方法 根据排列控制元件所需的能量的量和它们能够以电池、燃料电池和相类 似物在本地存储的能量的量变化。如果电池、燃料电池和相类似物的本 地存储容量足够，排列控制元件可被夹紧在位于海洋地震拖缆表层内的 感应器(inductor)所处的位置处的海洋地震拖缆表层上。然后，任何 特殊的排列控制元件及其海洋地震拖缆能够通过表层用电子脉冲通信。 另一方面，如果排列控制元件需要从海洋地震拖缆充电，则需要不同的 方法。在这种情况下，排列控制元件可被安装在两个海洋地震拖缆段之 间，并且因此包括如这里描述的两个海洋地震拖缆段之间的插入物。在本发明内，应将本发明的系统与其它位置控制设备组合，诸如 震源组合(source array)偏转部件，和海洋地震拖缆偏转仪。 一些设备 可包括拖绳系统、气动系统、液压系统及其组合。如这里提及的，本发明的系统和方法中用的排列控制元件和海洋 地震拖缆的结构的材料可改变。然而，可存在平衡地震设备的需要，以 便系统被平衡以在水中零浮力，或接近那样，以执行其期望的功能。可 以使用具有用于按期望调节浮力和机械特性的适合填充物的聚合体复合材料。在使用中， 一对海洋地震拖缆的位置可由检测海洋地震拖缆对的 位置的GPS或其它位置检测器主动控制，并且倾斜传感器、声音传感 器或其它装置可检测一个或多个单独的海洋地震拖缆的方位，并且将该数据馈送到导航与控制系统。GPS节点(node)的位置能够被测量， 同时海洋地震拖缆形状可使用模拟和可选的涌流方向和幅度测量值计 算。或者所有海洋地震拖缆位置能够仅通过模拟确定。可选地，数据可 被前馈到一个、 一些或所有排列控制元件上的本地控制器。海洋地震拖 缆对的总定位和本地运动可在拖船上在船上控制、在一些其它船上控 制，在本地控制或甚至在远程位置控制。通过使用有线或无线的通信系 统，自遥控器的信息可被发送到排列控制元件上的一个或多个本地控制 器，并且当存在一个或多个偏转部件或海洋地震拖缆偏转仪时和期望一 个或多个偏转部件或海洋地震拖缆偏转仪时，自遥控器的信息可被发送 到一个或多个偏转部件或海洋地震拖缆偏转仪上的一个或多个本地控制 器。该本地控制器依次可操作地被连接到调节机构，调节机构包括电机 或其它动力装置，和致动器和联接器，致动器和联接器连接到排列控制 元件，并且如果存在运行以根据期望移动海洋地震拖缆的偏转仪，则致 动器和联接器连接到偏转仪。这依次调节海洋地震拖缆对的位置，导致 其按期望运动。根据使用的具体实施例，使用适合定位的本地传感器可 实现反馈控制，传感器可通知本地和远程控制器一个或多个排列控制元 件的位置、 一对海洋地震拖缆的倾斜角、海洋地震拖缆对之间的距离、 致动器的位置、电机或液压缸的状态、吊舱的状态和相类似物。计算机 或人类操作员能够因此存取信息并控制整个定位作用力，并且因此取得 对地震数据采集过程的好得多的控制。本发明的方法和设备也可用在部署所谓的海底电缆。海底电缆典 型地从一条或多条船布置，并且须注意确保电缆被放置在期望的位置。 当从船布置在海床上时，海流，特别在不同深度的海流，将影响电缆的 运动。横穿过海洋的电缆的部分可例如通过被布置经过基本相同的幅度 和相反方向涌流存在的布置区域而受益，从而平衡了电缆上的总的力。虽然上面仅详细描述了本发明的一些示例性实施例，本领域的普通技术人员将容易认识到在实质上不背离本发明新颖的技术教导和优 点的情况下，示例性实施例可以进行许多修改。因此，所有这种修改旨 在包括在下述权利要求中确定的本发明的范围内。在权利要求中，没有技术特征旨在采用35U.S.C. § 112第6段中允许的装置加功能格式，除非"用于……的装置"与相关功能一起明确记载。"用于……的装 置"期望覆盖当执行记载的功能时这里描述的结构，以及不仅覆盖结构 等同物而且还覆盖等同结构。
权利要求
1.一种方法，包括步骤(a)探测涌流状态；以及(b)基于探测的涌流状态，控制拖缆的深度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述控制深度包括基于从 涌流、噪声及其组合选择的不同深度处的数据，来选择拖缆的拖曳深 度。
3. 根据权利要求2所述的方法，包括步骤利用选择的拖曳深度 处无涌流，减少涌流导致的噪声或使拖缆能够更有效操纵。
4. 根据权利要求3所述的方法，包括步骤在地震数据采集期 间，利用选定拖曳深度处存在涌流，以有助于操纵拖缆到期望的侧向位 置。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中在不同深度处的噪声包括 从由涌流产生的噪声、地震干扰噪声及其组合选择的噪声。
6. 根据权利要求1所述的方法，包括沿拖缆的一个或多个段测 量涌流。
7. 根据权利要求1所述的方法，包括测量船前的涌流。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述拖缆是多部件拖缆， 并且所述方法包括从内插地震数据、外推地震数据及其组合选择的数据 操作。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中 一条或多条地震拖缆采用 上/下配置。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中 一个或多个排列控制元 件帮助操纵拖缆到选定的拖曳深度、期望的侧向位置或两者。
11.根据权利要求1所述的方法，其中选择的深度不会在关注 的频带内引入凹口。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中采集的数据被去除虚反射。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中去除虚反射的数据被基准面重建或基准重建到共同的深度水平。
14. 一种方法，包括步骤使用声音网络定位一条或多条地震拖 缆，其中至少部分地基于声音网络中无噪声和/或强声音信号，选择 形成声音网络的拖缆的深度。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中在声音网络中的噪声从 由涌流产生的噪声、地震干扰噪声及其组合选择。
16. 根据权利要求14所述的方法，包括步骤沿拖缆的一个或多 个段测量涌流。
17. 根据权利要求14所述的方法，包括步骤测量船前的涌流。
18. 根据权利要求14所述的方法，其中所述拖缆是多部件拖 缆，并且所述方法包括从内插地震数据、外推地震数据及其组合选择的 数据操作。
19. 根据权利要求14所述的方法，其中所述一条或多条地震拖 缆采用上/下配置。
20. 根据权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个排列控 制元件帮助操纵拖缆到选定的拖曳深度、期望的侧向位置或两者。
21. 根据权利要求14所述的方法，其中选择的深度不会在关注 的频带内引入凹口。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中采集的数据被去除虚反射。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中去除虚反射的数据被基准面重建或基准重建到共同的深度水平。
24. —种方法，包括步骤(a) 拖曳海洋地震拖缆以便深度沿拖缆变化；以及(b) 在地震数据采集期间，在不同的剪切涌流状态中，定位拖缆的 选择部分，以控制拖缆的侧向运动。
25. 根据权利要求24所述的方法，其中所述拖缆是多部件拖
26. 根据权利要求24所述的方法，其中所述拖缆包括采用上/ 下配置的一对拖缆。
27. 根据权利要求24所述的方法，包括步骤沿拖缆的一个或多 个段测量涌流；测量船前的涌流；及其组合。
28. 根据权利要求24所述的方法，其中所述选择的深度不会在关注的频带内引入凹口。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中采集的数据被去除虚反射。
30. 根据权利要求29所述的方法，其中去除虚反射的数据被基 准面重建或基准重建到共同的深度水平。
31. —种方法，包括步骤(a) 使海洋地震拖缆利用沿第一侧向方向在第一深度处的涌流承 载；以及(b) 在地震数据采集期间，将拖缆上升或下降到第二深度，在第二 深度存在沿基本与第一侧向方向相反的第二侧向方向的充分的涌流，以 使涌流将拖缆向期望的位置强制返回。
32. 根据权利要求31所述的方法，其中所述拖缆从多部件拖 缆、采用上/下配置的拖缆对或其它拖缆配置中选择。
33. 根据权利要求31所述的方法，包括步骤沿拖缆的一个或多 个段测量涌流，测量船前的涌流；及其组合。
34. 根据权利要求31所述的方法，其中所述第一和第二深度不 会在关注的频带内引入凹口。
35. 根据权利要求34所述的方法，其中采集的数据被去除虚反射。
36. 根据权利要求35所述的方法，其中去除虚反射的数据被基 准面重建或基准重建到共同的深度水平。
37. —种方法，包括步骤测量在海底电缆的布置区域中一种或多种深度处的涌流；以及 使涌流有助于将海底电缆布置在预定位置。
38. —种设备，包括具有多个传感器的海洋地震拖缆，所述拖缆适合至少基于不同深 度处的测量的涌流被移动到不同深度；和计算单元，其适合去除在不同深度的地震接收器处接收的地震信 号的虚反射，并基准面重建或基准重建去除虚反射的信号到共同深度。
39. 根据权利要求38所述的设备，包括海流计，其适合探测一种或多种不同深度处的涌流，并基于不同深度处是否存在涌流，向附于 拖缆或与拖缆成直线连接的排列控制元件发信号以调节其深度。
40. 根据权利要求39所述的设备，其中所述海流计从与拖缆一 体的仪表、远离拖缆的仪表、附于船的仪表及其组合中选择。
41. 根据权利要求38所述的设备，其中两条或多条拖缆采用上 /下配置。
42. 根据权利要求38所述的设备，其中所述拖缆具有附于其上 的一个或多个排列控制元件。
43. 根据权利要求39所述的设备，其中排列控制元件和海流计 沿拖缆的长度基本间隔相同间距。
44. 根据权利要求38所述的设备，包括控制器，其与一个或多 个排列控制元件关联并适合基于检测的涌流，调节一个或多个排列控制 元件以帮助将拖缆移动到期望的位置。
45. 根据权利要求38所述的设备，其中所述计算单元包括允许基于关注频带内没有凹口选择深度的算法。
全文摘要
描述了用于采集海洋地震数据的方法和设备。一种方法包括至少部分地基于在不同深度处有无涌流，选择一条或多条海洋地震拖缆的拖曳深度；并使涌流有助于操纵海洋地震拖缆到选定拖曳深度处的期望的侧向位置。应该强调这个摘要被提供以符合摘要要求的规则，其将允许检索人员或其它读者快速确定技术公开的主题。它被提交并不是用于说明或限制权利要求的范围或意思。37 CFR 1.72(b)。
文档编号G01V1/38GK101253420SQ200680025409
公开日2008年8月27日 申请日期2006年7月11日 优先权日2005年7月12日
发明者约翰·奥勒夫·安德斯·罗伯茨恩 申请人:维斯特恩格科地震控股有限公司