结冰和有障碍水域中的海上地震勘测的制作方法

专利名称：结冰和有障碍水域中的海上地震勘测的制作方法
结冰和有障碍水域中的海上地震勘测相关申请的交叉引用这是以下美国临时申请的正式申请2009年3月9日提交的标题为“Marine Seismic Surveying in Icy Waters” 的 61/158，698 号、2009 年 9 月沘日提交的标题为 "Floatation Device for Marine Seismic Surveying in Icy Waters"的 61/246, 367 号和 2009 年 11 月 14 日提交的标题为 “Marine Seismic Surveying in Icy or Obstructed Waters"的61Λ61，329号，其全部内容在此引用作为参考，并要求其优先权。
背景技术：
常规的海上地震勘测使用地震勘测船舶后拖曳的震源和许多拖缆。这些拖缆具有若干传感器，它们检测地震能量，用于对海底以下的地层成像。在勘测期间采用拖缆和震源并拖曳它们在波浪等适中的开阔水域作业时可能是相对直接了当的。由冰、垃圾、大波浪或其他障碍物覆盖的海上位置可能使勘测更加困难、昂贵甚至不可能。例如在结冰水域中，地震勘测船必须破冰并穿过充满浮冰的水域。由冰冲击产生的噪音可能使产生的地震记录变复杂。另外，水面上的浮冰使拖曳震源和拖缆更加困难并容易受损。例如，系统在水面的任何组件都可能遇到冰、陷入困境和丢失。此外，离开船舶甚至滑台的任何缆索或拖索都可能在水面收集冰。同样，被拖在船体之下并在船后升起的冰可能切断这些缆索或拖索。在授予Bjerkoy的5，113，376号和5，157，636号美国专利中公开了本领域公知的在结冰区域进行地震勘测的某些方法。不过，与结冰或障碍水域中海上地震勘测相关联的问题至今尚未效果显著地解决。本公开的主题针对克服以上阐述的一个或多个问题，或至少减少其后果。

发明内容
海上地震勘测装置具有艉鳍，它安装在船舶上，优选情况下在船舶的尾部即船艉。 所述艉鳍的末端延伸到所述船舶的水线以下并且甚至能够延伸到所述船舶的龙骨以下几米。地震勘测系统从所述船舶部署，并且具有许多拖缆的缆索和震源(比如气枪阵列)的缆索。为了保护这些缆索，所述艉鳍的后沿中的通道保持所述缆索并且引导它们到所述船舶的水线以下。以这种方式，在所述地震勘测系统正在被拖曳的同时，表面冰无法干扰所述缆索。所述艉鳍的末端具有若干拖曳点，它们可以配备在底面上。所述系统的拖缆和震源的拖索连接到这些拖曳点。以这种方式，这些拖索部署在水下并且离开可能出现在水面的任何浮冰。在所述船舶后的所述拖曳的勘测系统中，漂浮设备能够支持水平排列的震源。优选情况下，这种设备漂浮在所述水面以下以避免浮冰。作为替代，可以使用来自所述艉鳍的垂直震源。操作这种垂直震源时，所述震源单元即枪的激发能够定时以考虑所述垂直震源具有的任何倾斜。这种定时激发能够保持所述震源的保真度，并且使产生的震源信号保持面向下的特征。因为在所述水面以下拖曳所述拖缆，所述拖缆能够具有若干被部署设备，包括翼片、水翼、扫雷器(paravane)、滑动浮标、遥控潜水器(vehicle) (ROV)、遥控拖曳潜水器 (ROTV)和自控潜水器(AOV)，它们可能能够进行方向和定位控制。例如，所述可控的被部署设备能够是被拖曳的潜水器，它们能够在横向上或者所述水面以下的垂直位置个别地定位所述拖缆。此外，所述拖缆的端点能够具有特定的可控潜水器，带有全球定位系统(GPS)接收机。为了便于定位所述勘测所用的所述拖缆和传感器，当没有浮冰或其他障碍时，能够使这些可控潜水器间歇地来到所述水面，以便能够获得GPS读数并传达到控制系统。获得了所述GPS读数后，所述可控潜水器能够浮回所述水面以下。惯性导航系统(INQ设备、 集成导航系统或其他系统能够用于补充所述GPS读数，所以即使在所述水面的严重浮冰阻碍了所述可控潜水器获得GPS读数时，也能够确定所述拖缆的位置。进行所述海上地震勘测时，破冰船或所述拖船本身可以在所述拖曳的拖缆和震源前方破碎积冰。在所公开的系统中，在正在拖曳所述拖缆和震源的同时，检测和记录冰对所述破冰船船体的冲击事件。同时，从所述震源产生地震信号，并且所述拖缆上的所述传感器检测地震能量，它被记录为所述勘测的地震记录的一部分。使用所述记录的冲击事件的有关信息，由这些事件在所述地震记录中引起的数据于是能够被滤出所述地震记录，允许操作员相对没有所述冰冲击事件造成的数据而分析地震数据。作为替代，所述冲击事件的有关公知信息能够与所述地震记录分离，并且能够数学地模型化(model)为高保真度震源数据用于分析。以上归纳不试图汇总本公开的每个潜在实施例或每一方面。


图1A-1B显示了根据本公开的一定的教导在结冰区域中使用的海上地震勘测系统的侧面图和平面图；图2A-2D显示了拖曳地震拖缆阵列和震源的船舶上冰艉鳍的透视图、后视图、侧视图和俯视图；图3A-;3B是冰艉鳍的剖面图；图3C是冰艉鳍叶片的俯视图；图4A-4C显示了使用所公开的冰艉鳍部署海上地震系统的缆索、拖索和组件的透视图；图5是部分暴露的另一具冰艉鳍的侧视图；图6A是具有根据本公开的双通道冰艉鳍的船舶的后视图；图6B是以局部剖面图表示的双通道冰艉鳍的侧面图；图7A-7B显示了双通道冰艉鳍的叶片平面图；图8A-8D展示了根据本公开用于具有艉鳍的船舶后拖曳的水平震源的漂浮系统；图9A-9B展示了根据本公开用于漂浮系统的浮标；图9C-9D显示了所公开系统的浮动叶片；图9E显示了拖缆所用可控翼片的透视图9F显示了拖缆所用可控水翼的侧视图；图10显示了冰艉鳍以下部署的垂直震源；图1IA-IIC显示了处于不同倾斜布局的垂直震源；图12A-12D展示了具有漂浮设备和若干可控设备的海上地震勘测系统的侧面图；图13A-i;3B展示了两种操作条件下可控设备的一种类型；图14展示了根据本公开的可控设备的实施例；图15展示了图14中设备的内部细节和若干组件；图16A展示了可控设备所用的第一制动器；图16B-16C显示了未部署和部署条件下可控设备所用的第二制动器；图17A-17C显示了未部署、部署和释放条件下可控设备所用的第三制动器；图18A-18B显示了在拖船30必须减速或停止时处理已淹没拖缆的布局；图19A显示了带有冰艉鳍的地震船舶和船舶后部署区的平面图；图19B-19E显示了带有多种形式的被部署地震阵列的地震船舶；图20A展示了在拖缆尾端具有遥控拖曳潜水器(ROTV)作为可控设备的海上地震勘测系统的侧面图；图20B展示了在拖缆的多个位置具有ROTV的另一个海上地震勘测系统的平面图；图21A-21B显示了遥控拖曳潜水器(ROTV)的更多细节；图22示意地展示了控制ROTV并在它被拖曳时航位推算其位置的控制系统；图23显示了某惯性导航系统中航位推算和校正漂移的控制循环；图M显示了拖缆，其上定位的若干传感器使用船舶的GPS读数、已知的若干传感器位置、已知的可控潜水器位置和多种罗盘读数确定拖缆的形状；图25显示了声学系统的不同布局，用于进行声学交叉联结(cross-bracing)以确定拖缆的位置；图沈显示了使用船舶上的换能器和拖缆尾端上可控设备上的传感器如何能够获得短基线以确定可控设备的位置；图27是根据本公开的一定的教导在作业期间记录冰冲击事件的又一个海上地震勘测系统的侧视图；图观显示了过程流程图，用于在记录冰冲击事件时在结冰区域内进行海上地震勘测；图四示意地显示了拖船的地震记录仪；图30示意地显示了破冰船的记录系统；图31显示了破冰事件期间所记录数据的典型表格；图32示意地显示了海上地震系统记录的数据流；图33以图形显示了海上地震系统所记录地震数据的典型振幅响应。
具体实施例方式A.海上地震勘测系统图1A-1B中的海上地震勘测系统IOA能够用于具有冰川冰、积冰(pack ice)和浮冰的结冰区域。不过，系统IOA的若干要素也能够用于在水面具有可能干扰海上地震勘测系统拖曳组件的垃圾、植物、漂浮物、投弃物或者其他障碍或阻碍的其他位置。对于结冰区域，系统IOA优选情况下包括破冰船20，它在拖船30的前方破冰。在作业时，破冰船20破碎积冰并使浮冰转向以开辟拖船30通行的水域。在拖船30拖曳一条或多条拖缆60时，供应系统45操作震源90，而具有地震记录仪的控制系统40记录以拖缆 60上传感器70获得的地震数据。因为拖船30在结冰或障碍水域作业，所以拖船30上的保护设备50耦接到拖索 65，它支持着拖缆60。(尽管显示了多条拖缆60，但是期望时系统IOA也可以具有一条拖缆60。)正如以下的讨论，保护设备50(本文称为冰艉鳍)保持受拖曳组件的拖索和缆索离开水面上的浮冰。以这种方式，冰艉鳍50允许船舶30在冰覆盖的水域拖曳拖缆60，同时应对由船舶30运动产生的负载、来自受拖曳物体的力以及与冰的相互作用。一般来说，冰艉鳍50能够位于船舶30的任何位置。不过，正如在图IA中最好地显示，冰艉鳍50优选情况下在船艉从船舶的船体延伸。这个船尾位置更适于部署由船舶30 拖曳的海上地震勘测系统的缆索、拖索和其他组件。在一种布局中，冰艉鳍50是对船舶30 的固定增建物，可以在船坞中焊接、合并或以其他方式附接到船舶船体的现有结构。作为替代，船舶30可以预设计并建造有适当的冰艉鳍50合并在其船体结构中，或者冰艉鳍50也可以是可部署的组件，配备着适当的机构将它部署并保持在船舶30上。在又一种布局中， 艉鳍50可以是轻便式或独立组件，可以暂时安装在船舶侧面而无需修改船舶的船体。冰艉鳍50延伸到船舶的水线以下，保持拖索62/92的附接点低于水面。这保持拖索62/92低于浮在水面上的任何浮冰，否则它们可能干扰拖索62/92或集合在其周围。与控制系统40的地震记录仪相连的拖缆缆索65从船舶30延伸，而艉鳍50引导这些拖缆缆索65低于水面所以冰将不干扰它们或集合在其周围。使拖缆缆索拖索62和拖缆缆索65 有效地保持低于冰高度所需的深度可能取决于具体实施。作为一个实例，冰艉鳍50可能延伸到船舶30的水线以下大约7m。不过，这个距离对于给定的实施可以变化，取决于船舶作业处冰域的类型、船舶的尺寸和其他因素。 在本布置中，震源90水平地悬浮在船舶30后的水柱中并且具有多个震源单元91， 典型情况下是气枪。(尽管显示了一个震源90，但是系统IOA能够使用多个震源。)与供应系统45相连的供应缆95从船舶30延伸，而冰艉鳍50也引导这条供应缆95低于水面所以它也避开了冰。拖索92将缆索95连接到冰艉鳍50并且有助于拖曳船舶30后的震源90。供应缆95优选情况下有浮力，并且震源90能够由一台或多台漂浮设备即浮标94 使之稳定。因为冰沿着水面运动，漂浮设备94可以被设计为在它浮在水面时应对与冰的相互作用。所以，漂浮设备94能够定形为与冰冲击最小，并且能够被水平地安排以切入水面处的任何浮冰。不过优选情况下，漂浮设备94被设计为避免与冰接触，方式为浮在水面以下，正如以下更详细的讨论。为了拖曳船舶30后的水平震源90，拖索92固定在水下的冰艉鳍底面上并且连接到悬浮在水面以下的震源90。一条或多条支持索使漂浮设备94与震源90互连。供应缆 95延伸出船舶30的末端，适于穿过冰艉鳍50中的通道，并且连接到震源90以便操作。一般来说，拖索62/92、拖缆60、传感器70、缆索65/95、控制系统40和供应系统45 可以是海上地震勘测中公知和使用的常规组件。例如，震源单元91能够以常规方式操作以产生适宜的震源信号。此外，拖缆60能够使用等浮缆索，用于支持适当的海上地震传感器 70。因此，每条拖缆60都能够具有几段，每段都具有使内部防水的表层并具有沿着其长度的轴心构件以提高轴向强度。拖缆60的每段也能够具有携带电力的导线束和数据通信导线。对于这两条导线，传感器70典型情况下是位于拖缆60内的水听器。正如图IB进一步显示，扫雷器、翼片即门板64以及散布器66能够用于支持拖船 30后的多条拖缆60。这些扫雷器64和散布器66也能够类似于海上地震勘测所用的常规组件，只不过扫雷器64优选情况下在水面以下拖曳，正如后面的讨论。理解了所公开的系统后，现在讨论将转向该系统的具体组件，以冰艉鳍开始。B.单导管(conduit)艉鳍正如以上的讨论，拖船30使用冰艉鳍50保持拖索62/92和缆索65/95离开水面上的浮冰。如图2A-2B所示，冰艉鳍100A的一个实施例100A安装在拖曳地震拖缆(未显示)所用的地震拖船30的船尾32上。正如先前指出，艉鳍100A能够安装在船舶30的任何位置上，包括左舷、右舷、船首或通过船体中的月池。不过，船舶30的船艉即船尾32更适宜，因为拖缆(未显示)最好拖曳在船舶30之后，这可以有助于在拖曳拖缆时破碎浮冰。在这个实施例中，冰艉鳍100A是单导管，从船舶30的船尾32延伸。只要不严重干扰船舶的操纵和其他功能，这具单导管艉鳍100A优选情况下用在具有双螺旋桨(screw) 36 的船舶30上，尽管它可以用于其他类型的船舶。冰艉鳍100A在部署和回收拖缆和缆索所用的滑台34之间延伸到船体以下。沿着艉鳍100A的后沿即尾沿，它界定了开放的通路即通道120，用于拖缆缆索、震源缆索和松弛索的通行，正如后面的讨论。即使艉鳍100A延伸出船尾32，但是在结冰水域勘测时，也可能迫使冰沿着船舶船体的底部流动。这种受迫使的冰最终到达船舶30的船尾32，在此它再次浮上水面。在其他情况下，在船舶30向前航行时，可能迫使由船舶30的船首冲击的冰到船舶船体之下，然后试图朝着其船尾32浮上水面。无论如何，艉鳍100A都用作保护导管，保持拖索、缆索等离开这种冰。艉鳍100A在其末端具有底面即底板110，它为拖索提供了附接点114/116a_b。艉鳍100A以这种方式在水面以下提供了拖曳点114/116a-b，离开水面上的浮冰。除了保持防浮冰的保护以外，这些水面下的拖曳点114/116a-b也有助于保持拖缆和震源在水面以下。在展示了船舶30上安装的冰艉鳍100A的图2C-2D中显示了冰艉鳍100A的其他细节。正如图2C中最好的显示，艉鳍100A的末端位于大约船舶龙骨的深度，而拖曳点114/116 保持在船舶的水线31以下，正如先前的论述。正如图2C中也显示出，拖缆缆索65和供应缆95通过滑台34放出船舶30(也见图2D)。缆索65/95穿过冰艉鳍100A中的通道120。通道120又引导缆索65/95在船舶的水线31以下朝向艉鳍的底面110，然后缆索65/95在此跟随船舶30而不受浮冰干扰。一条或多条直线加劲杆或者弯曲限制器130保持缆索65/95在艉鳍的通道120 中，并且松弛索132通过通道120并附接到这些直线加劲杆122。此外，通道120中的钢导杆124能够支持缆索65/95，并且能够为松弛索132提供曲线通路126，所以它们能够与缆索65/95分开地通过通道120转向。松弛索132可能具有大约5/8英寸(16mm)的直径，所以三条至四条松弛索132可以在导杆的通路126中通过。每条松弛索132都通向用于牵引松弛索132的水力绞车134，并且附接在它们耦接的加劲杆122上。
如图2D的俯视图所示，船舶30具有若干滑台34，引离船舶的船艉，用于拖缆和震源缆索(未显示)的通行。也提供了其他滑台35并与绞车37对齐，用于保持拖曳和回收地震勘测系统的线缆。因此，船舶30能够具有这些特征以及海上地震勘测领域中公知和使用的其他常规特征。参考图3A-3B，冰艉鳍100A的向上延伸106和内角108能够被设计为适应现有船舶及其冰角。正如这些剖面图所示，冰艉鳍100A是中空的并且具有外壳壁102和内支撑 104。例如在一个实施例中，艉鳍100A可能具有大约14立方米的内容积，并且可能重大约 27MT。空腔内容积给予艉鳍100A某些浮力，它能够有助于支持艉鳍在船舶30上的重量。 为了确保艉鳍100A保持不进水，艉鳍100A能够配备声测装置以及抽水装置。由于这种原因，艉鳍100A能够具有从顶部延伸到底部的内部通路105，并且配备了管线107和船舶甲板处的闸阀109，如图3A-;3B所示。正如图3C中最好的显示，冰艉鳍的底面110能够为翼片或面甲形板，尽管可以使用其他形状。底面110能够固定在艉鳍100的末端。作为替代，底面110也能够安装在旋转轴承或铰链上，所以它能够横向地和/或垂直地旋转。如图所示，底板110具有肘板112 以附接到艉鳍体的末端。也如图所示，底面110具有开口 113用于管线(107;图3B)的通行并且具有三个拖曳点114/116a-b。外拖曳点116a_b能够用于支持震源(未显示)的拖索，而中心拖曳点114能够用于支持一条或多条拖缆(未显示)的拖索。在一个实施例中，外拖曳点116a_b能够被配置为每个用于5吨负载，而中心拖曳点114能够被配置为用于18吨负载。根据实施例，可以提供拖曳点的其他配置和不同负载级别。不仅如此，艉鳍100A能够具有位于别处的拖曳点 114/116a-b，并且可以提供比所示更多或更少的拖曳点。在图4A-4C中提供了如何在艉鳍100A部署和保留缆索65/95的细节。在这种布局中，操作员以常规方式从船舶30部署拖缆60 (显示了一条)、震源90 (显示了两排)、缆索65/95、拖索62/92以及其他组件在水中。正如在典型情况下，拖缆60能够部署许多传感器及其上附接的设备(未显示)。这些传感器能够确定拖缆在水中的速度、前进方向等。 这些设备能够控制拖缆60在被拖曳时的位置。所以，系统IOA的若干组件可以在基本上无冰的区域(即将要勘测的覆冰区域以外)中作业，因为缆索65/95和拖索62/92可能需要在没有艉鳍100A保护的情况下离开船舶的船艉直接通入水中。一旦拖缆60、震源90和其他组件被拖出进入水中，拖缆缆索65和震源缆索95以其上布置的弯曲限制器130部署并且以拖索133连接到艉鳍100A。弯曲限制器130能够界定弯曲以有助于使缆索65/95挤进艉鳍100A的通道120中，正如以下的讨论。限制器130 上的环形体或其他耦接131可以允许它附接到缆索65/95，同时在拖动缆索65/95进入艉鳍的通道120时，也允许它沿着它们滑动。松弛索132从绞车13 延伸到艉鳍100A中的通路。支持缆索133也可以保持这些限制器130就位并且可以附接到船舶30上的绞车134b。操作员使用松弛索绞车13 收入松弛索132。这将限制器130(和附接的缆索)拖入艉鳍100A的通道120中。对于要在艉鳍的通道120中保护的每条缆索(或者震源的或者拖缆的)都重复这个过程。在艉鳍的通道120的顶部沿着船舶的船尾32可以提供一系列狭槽121以容纳进入艉鳍的通道120中的任何绳索或缆索。一旦每条缆索65/95都已经被拖入通道120且限制器130和全部拖索被固定，那么船舶30就能够驰往结冰区域进行勘测。当它遇到浮冰时，那么艉鳍100A就能够保护从船舶30延伸的缆索65/95并且保持其拖索62/95的拖曳点在水面以下。图5中的替代冰艉鳍100B类似于先前的艉鳍100A。在这具艉鳍100B中，艉鳍 100B的通道120具有多根横杆123用于支持。这些杆123也提供了若干间隙，作为限制器 130的松弛索132的通路，用于拖动并保持这些缆索在艉鳍的通道120中。正如从本文公开的这些和其他冰艉鳍设计将认识到，取决于实施例，冰艉鳍100能够具有更多或更少的复杂特征。C.多导管艉鳍先前介绍的艉鳍100A-B提供了沿着船舶的船尾32的中心的单导管，它可能最适于具有双螺旋桨36的船舶30。作为替代，图6A-6B中冰艉鳍100C提供了沿着船舶的船尾 32的两个或更多导管或通路并且能够用于具有一个螺旋桨36和舵37的船舶30。如图6A的后视图所示，艉鳍100C具有双通道150A-B，从船舶30的船尾32通过并且在船舶的螺旋桨36两侧的水面以下。以这种方式，船舶30的螺旋桨36和舵34的尾流能够在通道150A-B之间的开放空间中保持相对无阻碍。也如图所示，这些双通道150A-B的末端连接到基板140的后沿。基板140能够具有不同的形状。例如，如图7A所示，一种类型的基板140A可以是闭合的三角形，前沿142 由焊接或其他技术附接到船舶的龙骨(38)。作为替代，在图7B(和图6A)中，另一种类型的基板140B能够界定其中的开口 146，它能够减少板140B的整体重量。无论在哪种情况下， 板140A-B本身都能够包含空腔以减少重量并且能够填充浮力材料。正如图6B最好的显示，基板140在其前端142连接到船舶30的龙骨38。正如先前的设计，基板140具有拖曳点144，用于支持地震系统的拖缆和震源所用的拖索62/92 的附接。例如，如图7A-7B所示，这些拖曳点144能够沿着板140的尾沿部署。此外，通道 150A-B的附接点145也提供在板140A-B的尾沿上。D.震源布局1.水平震源正如先前指出，海上地震勘测系统的实施例能够使用水平震源。图8A-8D显示的海上地震勘测系统IOB的布局使用拖船30的冰艉鳍100外拖曳的水平配置的震源250。如图所示，每个震源250都具有由绳索2M互连的枪板252。此外，根据先前讨论的若干技术， 每个震源250都由拖索220和漂浮供应缆230连接到拖船30上的冰艉鳍100。每个震源 250又相对于从冰艉鳍100延伸并由拖索62支持的拖缆缆索65定位。进行勘测时，震源250优选情况下稳定在预定的或已知的水深。正如先前指出，震源250能够由常规的漂浮设备支持，它具有一个或多个香肠形浮子(未显示)，漂浮在水面。 自然，使用这样的常规浮子在结冰水域中支持震源250是实施例的最容易的形式。因为冰沿着水面运动，所以优选情况下注意冰对这样的水面漂浮设备的干扰。所以，水面漂浮设备能够使形状为让冰的冲击最小并且能够被安排为切入任何浮冰。例如，水面漂浮设备能够具有彼此互连的几个水面浮子，而每个浮子都能够具有有助于避开冰的形状。此外，链接的水面浮子能够由水面的拖索连接到船舶30的船艉。
不过在结冰水域勘测时，这样的常规水面漂浮设备可能不断地被冰撞击，并且可能由使浮子连接到水平震源250的垂直绳索绊住的冰变得移位。为了支持震源250，所公开的系统IOB优选情况下使用图8A-8D所示的漂浮设备200A-D，它们在水面以下拖曳即不太遭受冰冲击。a.漂浮设备在图8A中，第一漂浮设备200A具有单独的浮标210，它们支持着水平震源250。至少某些震源的板252由缆索212分别连接到浮标210之一。这允许每个浮标210在水面处或以下的冰之下和其周围移动。一般来说，浮标210可以被允许浮在水面上。不过在图8A 的设备200A中，在冰艉鳍100后拖曳时，优选情况下浮标210设定为浮在水面以下。因为艉鳍100使拖曳和供应缆索220/230低于水面，所以震源250和浮标210能够被更好地支持低于水面而离开任何浮冰。为了减少纠缠的问题，如图所示的浮标210能够由短绳索212束缚，所以它们被拖曳时浮在水面以下大约4-8米。一般来说，这些绳索212的长度可以是大约6m，而震源250 的拖曳深度可以是大约19m。除了短绳索212以外，某些震源板252可以不由浮标210和绳索212支持。在这个实例中，第一震源板252能够自己支持在拖曳和供应缆索220/230到震源250的耦接256 之间。然后短的前浮标214和绳索216能够支持第二震源板252，而剩余五块震源板252能够由更大的浮标210和更长的绳索212支持。更小的浮标214可能具有大约Im的长度，而更大的浮标210具有大约2. 5m的长度。在其他布局中，每块震源板252都能够具有由绳索 212连接的它自己的浮标210。另外，拖索220和供应缆230到震源250的耦接256能够由它自己的浮标和绳索(未显示)支持。当浮标210/214被拖曳在艉鳍100之后时，它们潜在水中。这对浮标210/214提供了稳定性并且减少了它们漂泊和被浮冰冲击的问题。尽管一开始不期望，但是震源250在由分别束缚的浮标210/214支持时，实际上能够浮在基本上一致的深度。本质上，来自淹没的浮标210/212的拖动、拖曳速度、震源250离开艉鳍100的保持距离以及其他因素之间的相互影响使震源250平衡地浮在水中。取决于实施例，使用更多或更少的浮标210/214能够有助于稳定震源250的深度。为了稳定震源250的深度，图8B中的漂浮设备200B具有以水平方式安置在一起的若干浮标210。所用浮标210的数目能够调整为震源的浮力将平衡。在这种布局中，多个浮标210在一端被绳索212束缚到震源250的各块枪板252，而浮标210的另一端连接到相邻浮标210的端点。因此，每个浮标210都柔性地连接到相邻浮标210。作为柔性地连接的浮标210的替代，漂浮设备200B可以使用由束缚绳索212保持的一个单一加长的浮标(未显示)，被拖曳时试图浮在水面以下。作为另一种替代，图8C中的漂浮设备200C使用加长的浮子沈0。这个浮子260在内部被沿着其长度的几个容积(如气囊或腔室)262分隔。与如图所示的加长的分隔的浮子相反，漂浮设备200C可以包括几个独立的浮子，或者分别地束缚或者柔性地连接在一起 (如在图8A-8B中)，这些浮子的一个或多个能够具有可填充的容积用于浮力控制。当浮子 260被拖曳在艉鳍100之后时，这些容积262能够选择地充气或充水以满足对震源250维持期望深度的要求。
例如，单元264可以是调节器，来自震源的供应缆230的分接管线266能够连接到每个容积262的调节器沈4。调节器264能够在容积262中增加或释放空气以控制浮子260 的浮力。以这种方式，浮子260能够维持在期望的水平并保持不受水面障碍或波浪活动的影响。在另一个实例中，调节器264能够为高压水泵，而容积262能够被充以能够控制的压缩空气和/或水。无论在哪种情况下，控制器268都监视并控制调节器沈4的操作，并且控制器268 能够连接到震源板252上深度指示器以确定和监视震源250的深度和朝向。正如公知，设备200C的浮力能够取决于水的盐度、温度和其他因素，所以控制器268优选情况下或许能够本地或远程控制。尽管GPS在定位浮子260时可能不起作用，但是控制器268能够通过声响信号或供应缆230上的电缆与船舶30上的控制单元270通信，所以在勘测期间控制单元能够操作控制器268以改变和调整浮子260的位置(即深度)。这种漂浮设备200C也能够增加与遥控拖曳潜水器或滑动浮标有关的若干组件以及本文公开的任何浮力、俯仰、翻滚控制组件。在又一个布局中，图8D中的漂浮设备200D使用绳索212连接的降落伞或(chute) 浮锚(drogue) 218支持震源250。这些浮锚218被设计为在震源250被拖曳时沿着水面拖动。要是浮锚218受到任何浮冰冲击，各个浮锚218能够吸收该冲击然后返回水面阻水而不显著扰动其他浮锚218对震源250的支持。也如图所示，震源250到缆索220/230的耦接256也能够由浮锚218和绳索212支持。尽管在图8A-8C中未显示，但是艉鳍100能够以类似于图4A所示的方式支持船舶之后的不止一个震源250和漂浮设备200A-D。不仅如此，尽管在图8A-8C中显示了一条拖缆缆索65，但是受益于本公开应当认识到，多条拖缆缆索65即这样的缆索65的阵列能够从艉鳍100拖曳。b.浮标图8A-8B的漂浮设备200A-B所用的具体浮标210优选情况下产生阻力不大并且摆脱了冰。此外，浮标210优选情况下对冷水有弹性并且能够应付冰的冲击。在图9A中， 一个浮标210a的形状为加长的柱体并且具有的圆柱体带有锥形端，意在减少阻力并切入浮冰和水。在图9B中，另一个浮标210b具有圆柱体。这些浮标210a_b的结构能够类似于冬季冰冻区域中典型情况下标注航道所用的冰柱体浮标所用的结构。这样的冰柱体浮标的一家制造商是芬兰的Sabik。这些类型的浮标210a_b用于支持震源Q50)时在结冰水域工作得很好。在这些浮标210a_b上，端点处的前耦接都能够由束缚绳索(未显示)使浮标 210a_b连接到震源(未显示)。在另一端可以提供另一个耦接以便于操纵浮标210a_b或者将它拴在其他浮标上，正如在图8B的布局中。一般来说，浮标210a-b的长度可以为大约 2. 5m或更短，而宽度可以为大约0. 5m，并且浮标210a-b可以被设计为提供近似25%的储备浮力。优选情况下，浮标210a_b的主体都是由坚固塑料的外壳形成的，比如在寒冷条件下抗碎裂和剥落的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)或UV聚乙烯。优选情况下，壁厚为20mm或更厚。浮标210a_b的内部能够具有加固，比如肋或板，并且浮标210a_b可以填充闭腔泡沫， 比如聚乙烯泡沫。
2.垂直震源正如先前指出，勘测系统的若干实施例能够使用震源的水平枪阵。作为图10所示的替代，系统也能够使用冰艉鳍50以下布置的垂直震源300。垂直震源300能够使用通过冰艉鳍50向下延伸的杆或柱304固定地附接到冰艉鳍50。这根柱304可以通过冰艉鳍50 中的垂直通道(未显示)部署，也可以固定在冰艉鳍50的端点，同时在水中。作为替代，垂直震源300的元件304能够包括连接到冰艉鳍50并从那里延伸的缆索。为了在震源300被拖曳的同时保持其垂直(或至少在垂直朝向)，在垂直震源300上能够提供一个或多个浮子、压载、翼片、翼(vane)等(未显示)的装置，所以它在船舶30正在勘测时在水中基本上垂直拖曳。尽管显示为从艉鳍50精确地垂直，但是震源300可以被配置为相对于垂直以某个预定角度拖曳。垂直震源300具有多个震源单元即气枪302，由供应缆305连接到供应系统45。 能够以某种方式进行气枪302的定时，通过激发震源300中的每支气枪302到其他激发气枪302产生的声脉冲中而产生大的单一震源信号。例如，供应系统45首先激发最高的气枪 302A。然后，供应系统45在适当的时间点激发次高的气枪302B，使得它激发加入由第一支气枪302A产生的向下声脉冲。对气枪302的垂直震源300这个顺序继续向下，所以震源 300能够本质上用作单一震源，大约位于气枪302的阵列中心附近。定时也能够做得使得最终声脉冲面向下。遗憾的是，垂直震源300被拖曳时在水中可能不保持严格垂直(或者处于其预定的垂直朝向)。波浪、遇到冰、震源300到艉鳍50的柔性连接以及其他问题将使震源300从其垂直(或预定朝向)移动。这改变了气枪302的位置并且改变了其定时激发应当如何进行。如果不考虑这种倾斜，可能会改变震源300产生的震源信号的保真度以及所采集的最终数据。如图1IA-IIC所示，垂直震源300能够相对于其预定朝向(在这个实例中为垂直) 以某个倾斜角度士 α倾斜。垂直震源300确定这个倾斜角度士 α并且相应地调整气枪 302的定时激发。以许多方式都能够确定震源300的倾斜角度士 α。如图所示，测斜仪或其他类型的传感器能够用于确定震源300的倾斜角度士 α。这个倾斜角度士 α —旦已知，便用于调整气枪302的定时激发以维持震源信号的保真度并且使震源信号的方向面向下。所以，气枪302的定时激发优选情况下基于震源300的可变倾斜角度士 α以及每支气枪302的位置。通过根据可变倾斜角度士 α操纵气枪302的定时，所产生的最终震源信号能够保持其高保真度并且能够保持优选情况下面向下。简要地说，供应系统45首先激发最高的气枪302Α。然后，供应系统45在由可变倾斜角度士 α调整的适当时间点激发次高的气枪302Β，使得它加入由第一支气枪302Α产生的向下声脉冲。对气枪302的垂直震源300这个顺序然后继续向下。如果可变倾斜角度士 α为负(图11Α)，那么激发之间的定时可以延长。作为替代，如果可变倾斜角度士 α为正(图11C)，对于某些气枪302定时可以缩短。尽管激发之间的定时可以改变，但是气枪 302的激发顺序也可以改变，取决于实施例。Ε.为勘测系统部署的设备在海上地震勘测期间，期望确定、跟踪以及潜在地控制拖缆的位置以更好地采集和绘制所获得的地震数据。在勘测期间使用拖缆的GPS读数能够确定位置。不过，在本公开的海上地震水面系统10中，获得GPS读数可能证实难以实现，因为系统10显著地淹没在水面以下，使得GPS接收机无法运行以获得读数。现在讨论转向几种类型的被部署或可控制的设备，在勘测期间它们能够在拖缆上用于获得GPS读数以及以其他方式控制拖缆的位置。1.漂浮的被部署设备在图12A中，海上地震勘测系统IOC被显示为具有根据本公开的第一种类型的被部署设备80A。在海上地震勘测期间，拖缆60的位置受到控制和监视，所以对于恰当的数据采集和分析，传感器70的阵列位置能够得知。例如，拖缆尾端的GPS坐标能够用于协调不同拖缆60上每个传感器70的位置，并且控制系统40对数据采集、分析和控制使用这些协调后位置。用于采集、分析和控制的适用系统包括ION地球物理的智能采集系统，它能够确定拖缆60的位置。这样的系统能够使用ION地球物理出品的DIGIFIN 拖缆操纵系统和 ORCA 命令控制软件操纵拖缆60。(DIGIFIN是ION地球物理公司的注册商标，而ORCA 是 Concept Systems Holdings Limited 的注册商标。)在本勘测系统IOC中，使用本文公开的艉鳍50和其他特征，拖缆60在水面以下潜行。然而，依然需要确定拖缆60的位置。为了获得给定拖缆60的位置，图12A中的系统 IOC使用部署的设备80A，它漂浮在拖缆60尾端的水面上。部署的设备80A可以是柱体类型浮标，被设计为在水面时应对冰冲击并摆脱浮冰。设备80A包括GPS接收机82，在利用拖缆60将它拖曳在船舶30之后时，它能够获得所部署的设备80A的GPS坐标。获得GPS坐标能够使用本领域公知的常规技术，所以本文不详细论述它们。例如，在7，190，634号美国专利中能够找到水下拖缆60缆索的基于GPS的定位的有关细节，其内容在此引用作为参考。在船舶30拖曳拖缆60时，震源90产生震源信号，而传感器70检测地震信号。控制系统40使用拖缆60以及对GPS接收机82通信和供电的其他线路从部署的设备80A获得GPS坐标。然后，控制系统40使用本领域公知的技术，确定拖缆60、传感器70、震源90 和其他组件相对于船舶30的位置以及正被勘测区域的物理坐标。尽管图12A的海上地震勘测系统IOC使用漂浮的被部署设备80A，但是只要在水面的设备80A被设计为遇到一定量的浮冰、障碍物等，这一般都是可能的。否则，在水面的设备80A可能变得受冰阻碍、由冲击受损、位置偏离或丢失。所以，在某些情况下，可以使用潜水器形式的被部署设备，正如以下的介绍。2.可控的被部署设备先前的被部署设备80A意在漂浮在水面上。在图12B中，被部署设备80B包括阻力产生设备310和浮标320。如图所示，阻力产生设备310可能为浮锚，尽管能够使用本领域公知的任何其他装置。浮锚310附接在拖缆60的尾端，并且可以提供模块312，它容纳着多种电子组件，比如测斜仪、罗盘、惯性导航系统等。当拖缆60被拖曳时，浮锚310产生阻力，而拖缆60的位置(深度、横向等)能够由本文公开的其他技术控制。浮标320由连接器3M和机械耦接3 从拖缆60的尾端、浮锚310或模块310延伸出。连接器3M优选情况下产生低阻力。取决于浮标320如何安置，它能够持久地由连接器3M漂浮在水面，也能够在遇到冰时在水面沉浮。例如，连接器324能够为从拖缆60的尾端延伸出的固定杆，而机械耦接 326能够为可旋转。不过优选情况下，连接器3M是低阻力的柔性束缚索，而机械耦接3 优选情况下在预定张力可断裂。优选情况下，浮标320再次为弹性塑料结构的柱体类型浮标以抵挡冰等的冲突。 优选情况下，浮标320也具有足够的压载。因此，在浮标320漂浮在水面时，意在摆脱浮冰并从冰弹开，然后在可到达时返回水面。浮标320具有GPS接收机322，它暴露在水面以上(优选情况下在任何波浪以上) 以获得GPS读数，只要浮标320在水面上。在浮标320被拖曳时，它连续地获得这些GPS读数并经由绳索324、以声学方式或其他方法将它们传达到拖缆60上的电子模块312。如果浮标320遇到冰，能够迫使浮标320潜入水面以下。如果这种情况发生的时段被延长，勘测系统能够使用电子模块312中的组件以后面讨论的方式持续确定拖缆60尾端的位置。正如本文指出，优选情况下确定拖缆60的尾端位置，所以勘测系统能够跟踪传感器(未显示)的位置。因为浮标320暴露在水面，所以它获得GPS读数。然而，浮标320离开拖缆60的尾端某个距离(如20m)。所以，必须从已知信息确定拖缆60尾端的定位。以一种方法，由于拖缆60的深度、绳索324的预定长度、拖曳速度和其他变量，可以得知该距离。根据数学关系，拖缆60的尾端位置(如模块310的位置)能够直接计算。 以另一种方法，浮标320可以发出声信号，由模块312上的传感器316拾取，并且这种信息能够用于确定拖缆60的尾端相对于浮标320的位置以便校正定位。从船舶拖曳的每条拖缆60都能够具有这样的浮标320和声传感器316，所以拖缆60与浮标320之间检测出的声信号能够使用交叉联结技术。然后这能够进一步对浮标320和拖缆60的朝向进行三角形划分并且有助于确定位置。在浮标320漂浮在水面时，它可能变得陷入困境并被冰拦住。不过在某种预定的张力，机械耦接3 能够能够脱离，所以能够从拖缆60的端点摆脱被卡住的浮标320。那么仅有浮标320和GPS接收机320可能丢失，而模块312中其他可能更昂贵的电子元件保持就位在拖缆60的端点。尽管被部署的设备80B可以具有一个这样的浮标320，但是优选情况下它具有一个或多个这样的浮标320’在万一第一个浮标320丢失时备用。所以，被部署的设备80B能够为可控以在需要时释放备用的浮标320’。如图所示，在未部署条件下备用浮标320’能够被保持在拖缆60的端点。如果当前部署的浮标320脱离了，机械激励器3 能够有秩序地释放下一个备用浮标320’。这个被释放的浮标320’被其绳索3 和耦接3 束缚，开始漂浮到水面以暴露其GPS接收机322 获得读数。机械激励器314能够为电磁线圈操作的挂钩或其他电子设备，并且能够从船舶 (未显示)经由拖缆60手动操作或者由模块312中的电子元件自动操作。在图12C中，另一种可控的被部署设备80C再次包括阻力产生设备或浮锚310和浮标320。浮标320以低阻力束缚绳索3 从拖缆60的尾端延伸出。此外，浮标320可以意在摆脱浮冰并从冰弹开，然后在可到达时返回水面。不过，要是水面冰变得问题太大，绞车318、卷轴等能够由电机驱动以牵引绳索3M和浮标320回到水面以下。在条件改善时， 操作员能够操作绞车318释放浮标320。这种被部署设备80C也能够使用以上公开的许多其他特征。
如图12D所示，海上地震勘测系统IOD具有可控的被部署设备80D，其深度能够控制。在勘测期间，被部署设备80D在拖缆60的端点上被拖曳在水面以下以避免浮冰冲击。 为了获得GPS读数，被部署设备80D具有GPS接收机82a，通过控制设备80D的深度能够使 GPS接收机8 浮到水面。所以，被部署设备80D优选情况下与拖缆60成直线地被拖曳在水面以下，并且在适当时间使之到达水面以使用接收机82d获得GPS读数。图13A-i;3B展示了两种操作条件下的被部署设备80D。在图13A的被部署设备80D 标准滑行条件下，它在水下跟随在拖缆60之后。这个位置适应于可能损坏或阻碍被部署设备80D的浮冰、障碍等在水面时。当水面空旷时，被部署设备80D能够上升到水面，所以GPS 接收机8 能够获得GPS读数。为了适当地绘制拖缆60和传感器70的阵列，这些GPS读数可能需要以定期间隔获得，所以能够充分地跟踪拖缆60和传感器70的位置。被部署设备80D能够为可控的潜水器、设备或滑行艇。例如在一种布局中，被部署设备80D能够为遥控潜水器(ROV)，具有推进系统和可控的翼片等在被部署设备80D被拖曳时操纵它到水中的期望位置。作为替代，被部署设备80D能够为被拖曳的滑行艇，它能够使用浮力控制上下运动，正如后面更详细的介绍。作为又一种替代，被部署设备80D能够为遥控拖曳潜水器(ROTV)，缺少推进系统但是具有可控的翼片，正如也在后面的更详细的介绍。图14展示了用于所公开的海上地震系统的被部署设备即可控潜水器350A的实施例。潜水器350A附接到地震拖缆60的端点，它为潜水器350A提供电力和通信。束缚61能够用于这个目的。潜水器350A上的翼片3M/356可以是可运动的，并且潜水器350A能够具有推进系统360，比如螺旋桨。作为替代，翼片354/356不需要可运动。潜水器350A改为使用浮力控制，正如以下的介绍。同样，潜水器350A不需要使用推进，并且潜水器350A上的系统360可以实际上为制动器，正如也在后面的介绍。如图所示，潜水器350A具有探测器365，用于检测水面障碍。这个探测器365可包括向上寻找并监视潜水器350A以上的障碍(或空旷)的声纳、冰断面仪、光学传感器、多波束测深仪、摄像头等。来自探测器365的信号能够集成于采集海上地震数据的导航和/或控制系统(未显示)，比如Orca 系统。以这种方式，该控制系统能够确定潜水器350A以上的水面何时无冰并且能够以信号通知潜水器350A上升到水面。作为一个实例，探测器365能够使用声纳检测水面上何时存在冰。例如，假若在水面存在特定厚度的冰，声纳探测器365可以检测到这种水面冰，并且这种信息然后能够用于判断潜水器350A是否上升。尽管这取决于声纳探测器365的性能，但是优选情况下它能够检测出更薄的冰，厚度至少小于lm，所以能够保护潜水器350A预防可能存在的大部分水面冰。作为另一个实例，探测器365能够为确定水面处有效光的光学传感器，它可以指明是否存在冰。按照如此方法，探测器365能够为数码摄像头，它沿着拖缆60向拖船发送视频或图像。拖缆60的尾端可能离开拖船很远距离，并且操作员将无法确定拖缆60在何处以及何种冰可能覆盖在潜水器350A上。所以，操作员能够查看来自摄像头365的视频或图像并且判断如果存在空旷是否提升特定潜水器350A。然后以经由拖缆60从船舶向潜水器350A传达的信号，通过激励潜水器350A能够远程地做到这一点。潜水器350A也具有GPS接收机352。如图所示，这个GPS接收机352能够位于向上翼片3M上，所以当潜水器350A滑行到水面以便采集GPS读数时天线352可在水面以上隐现。无论GPS接收机352如何到达水面，所获得的GPS读数都被传达到仪器控制系统以便定位拖缆60和确定其位置，用于恰当的数据采集和分析。因为连续的GPS读数有时可能得不到，潜水器350A可以包括罗盘或测斜仪367，它能够从潜水器350A的端点束缚以使它保持离开任何有干扰的电子元件。测斜仪367能够使用单轴磁强计测量地磁场的倾斜，然后该倾斜能够被校正到真实的北读数，使得仪器控制系统能够在没有一般用于确定拖缆60的端点位置的GPS读数时确定该位置。潜水器350A间歇地获得GPS读数，方式为去往水面以利用GPS接收机352获得 GPS数据。然后，潜水器350A潜入水面以下，能够使用先前获得的GPS数据连同惯性导航数据、罗盘读数和当前测斜仪数据不断地确定拖缆60的实时或接近实时位置，直到能够获得新的GPS读数。图15展示了另一种被部署的设备即潜水器350B，并且揭示了某些内部细节和组件。在潜水器350B上，翼片邪4不可运动，并且潜水器350B不使用推进。潜水器350B改为使用浮力控制，它在潜水器350B自由充水尾部具有容积(如气囊)380。这个气囊380的容积能够使用泵送系统382等调整，所以潜水器350B的浮力能够以受控方式改变。为了改变潜水器350B的俯仰和翻滚，质量块370能够沿着潜水器350B的长度轴向地移动或者绕轴旋转。优选情况下，质量块370是潜水器的电子组件所用的实际电池组， 电子组件包括伺服或其他电机以移动质量块370。与图14的GPS接收机不同，图15所示的GPS接收机352位于延伸臂即杆353的端点上。这条臂353能够以某角度从潜水器350B向上延伸，所以当潜水器350B接近水面滑行时，GPS接收机352能够延伸出水。作为替代，杆353能够在其基础355从与潜水器350B 成直线的流线型位置旋转到有向上角度的位置。当使潜水器350B定期地来到水面获得GPS 数据时，能够在这个基础355激励杆353旋转GPS接收机352出水。一般来说，潜水器350B能够具有的特征类似于在海洋中测量水下海流、温度等的潜水器和漂流断面仪所用的特征。因此，潜水器350B具有底盘(未显示)，容纳着可变浮力系统380、质量块370和电子部件390。适于海水密度的等密度壳体357能够适应底盘上的若干部件。然后壳体357和底盘能够装配在具有翼片3M和流线型形状的玻璃纤维外壳 351之内。GPS接收机352所用的杆353能够连接到电子部件390并且能够从外壳351延伸。3.被部署设备的制动器正如先前在图12B中的展示，例如，使用本文公开的冰艉鳍50和其他特征使拖缆 60保持在水面以下。拖缆60在某深度航行时，避开了任何表面张力和水面处可能在拖缆 60上产生显著阻力的其他条件。所以，如果拖船30遇到大冰块、障碍、发动机故障或其他问题并且或者减速或者停止拖曳，拖缆60可能趋向于在水下向着船舶30的船艉滑行。拖船 30通常具有备用的系统(发动机等)以防止停船。不过在结冰水域，无论这些备用设备如何，航行通过浮冰的船舶30都可能遇到任何数目的使船舶30减速或停船的障碍物。如果让拖缆60的滑行不受阻碍，拖缆60可能折叠在自身上、变得与其他拖缆60 缠住甚至被卷入船舶30的推进器。为了减轻这个问题，拖缆60上的被部署设备即潜水器 350能够使用制动器机构以增大拖缆60的阻力或者对拖缆的运动施加逆向推进。在图16A 中潜水器350上显示的特定制动器使用推进器362。让推进器362自由旋转时，它可以旋转并且不产生显著的阻力以减少潜水器350的滑行。一旦在船舶减速或停船时被激励，那么能够向推进器362施加转矩以阻碍其旋转并且产生阻力，它减少了潜水器350的滑行。作为替代，潜水器350中的内部电机可以转动推进器以施加逆向推进。图16B-16C中的另一种制动器具有可部署的翼片364。在图16B中翼片364显示为未部署，靠着潜水器350的侧面装配，允许它在水中滑行。当由于船舶30减速或停船而被激励时，翼片364从潜水器350向外部署，如图16C所示，使潜水器350的向前滑行减速。 翼片364以及本文公开的其他制动器的激励能够受控于船舶上的控制系统(未显示)，它使用拖缆60与潜水器350通信。图17A-17C显示了潜水器350所用的第三种制动器，在未部署、部署和释放条件下。这种形式的制动器使用可部署的浮锚366。一开始，浮锚366保持未部署，如图17A所示，同时允许潜水器350随着拖缆60滑行。例如，浮锚366能够容纳在潜水器350的端点中。当船舶30减速或停船时，然后浮锚366从潜水器350的端点部署，如图17B所示，使潜水器350和拖缆60的向前滑行减速。一旦浮锚366部署，它就打开并尾随在潜水器305之后，在水中被牵引时提供阻力。一般来说，浮锚366可以采取降落伞或圆锥体367的形式并且能够由束缚索369拴住。 取决于负载，浮锚366可以具有孔或开口以允许有些水流过。一旦不再需要使潜水器350 减速，便能够释放浮锚366，如图17C所示。在一种布局中，潜水器350可能仅有一个这样的可部署浮锚366。当船舶30减速或停船时一旦部署以防止拖缆60向前移动，浮锚366能够被释放以允许潜水器350正常工作。不过，潜水器350也许无法防止减速或停船的另一事件。所以在其他布局中，潜水器 350能够具有多个可部署浮锚366，它们能够在需要时自动部署然后在使用后释放，所以另一个这样的浮锚366然后能够后来在需要时使用。在潜水器350上也可以使用其他形式的制动器，在所附接的拖缆60朝着船舶向前运动的条件下使潜水器350的向前运动减速。例如，制动器360能够包括展开的翼片、伞形结构、降落伞等。这些制动器特征在被触发时能够从潜水器350延伸或部署，以停止潜水器 350和所附接的拖缆60向前运动。F.操纵拖缆相对于船舶的附加布置以上已经讨论了被部署设备所用的制动器的若干实施例。除了这些实施例，其他布置也能够用于所公开的系统以应对在突然减速或停船时拖缆60向船舶的滑行。在图18A中，拖船30拖曳着拖缆60，具有浮锚332等的阻力产生装置330拖在拖缆60的尾部。在船舶30上，张力设备342使用本领域公知的技术监视引入拖缆缆索65的张力。尽管张力取决于若干情况，但是它能够以适当的设备直接检测，它也能够根据拖曳速度、拖缆长度、拖缆直径和产生阻力的大小以及其他因素，以数学方式计算。无论如何获得，张力级别都被发送到与拖缆60的卷轴344耦接的控制器340。如果由于船舶30不得不减速或停船而失去张力，那么控制器340激励卷轴344自动回收拖缆 60，速度为能够维持所需的张力并且保持拖缆60避免前进到船舶30之下。在船舶30上能够响起警报，使得拖缆60上安装的设备必须快速出现在甲板时操作员能够准备取下它们。为了回收拖缆60，也许需要首先通过释放和分离先前讨论的弯曲限制器(未显示)从冰艉鳍50释放拖缆缆索65。另外，操作员可能需要分离在艉鳍50与缆索65之间连接的任何拖索(未显示)。在图18B中，拖船30拖曳着拖缆60，具有浮锚332等的阻力产生装置330拖在拖缆60的尾部。在船舶30上，控制器336使用本领域公知的技术，使用张力监视器(未显示)或计算结果监视引入拖缆缆索65的张力。如果船舶30不得不减速或停船，那么控制器336激励在拖缆60的端点拖曳的逆向推进设备334。类似于先前的讨论，这台逆向推进设备334能够包括推进器和电机、涡轮等。设备334—旦被激励便产生逆向推进，它使拖缆60的向前运动减速或者至少降低其速率。取决于实施例的细节，比如拖缆60的重量、拖曳速度和其他因素，设备334要求的逆向推进可能需要高达75马力。G.系统的部署布局因为拖船30在结冰水域拖曳地震阵列，地震勘测组件的部署优选情况下考虑了可能妨碍拖缆60和震源90的部署和回收的浮冰等的可能问题。正如先前指出(特别参考图4A-4C)，该系统的部署和回收可以在拖船30离开严重冰情时进行。例如，在把缆索放入艉鳍50中并使多种组件淹没之前，能够正常部署地震系统。在典型的实施例中，拖缆60可能有几千米长，在空旷处部署地震系统可能需要很大面积，在结冰区域可能有时找不到。所以，期望能够在结冰区域的其他部分部署/回收所公开的地震系统，包括具有冰的部分。为了参考，图19A显示了通过不是完全无冰的结冰区域航行的拖船30。船舶30具有冰艉鳍50，从其能够拖曳一个或多个震源和拖缆。船舶30在航行时可以破碎冰和/或将浮冰推开，所以狭窄的部署面积Z处于其尾迹中，该处可能相对无冰。当然，这取决于冰的充满程度和它可能正在航行的方式。当条件允许时，优选情况下能够在这样的空旷面积Z中部署和回收拖缆60的阵列。所以，在结冰水域勘测的部署和回收技术优选情况下利用了这种潜在空旷的面积Z。以下的若干实例讨论了在这样的面积Z中能够部署和回收的地震阵列的几种形式。在图19B中，第一种形式的地震阵列IlA使用来自艉鳍50的直接拖索62。这些拖索62利用端点上的扫雷器64部署。然后，具有传感器70和被部署设备80的拖缆60能够在空旷的面积Z中的水中部署，然后使用耦接66比如球铰接合耦接到直接拖索62。这种布局能够允许几条拖缆60在船舶30的影区(shadow)中分开部署并单独耦接到拖索62。为了参考，图9C显示了能够用于所公开系统的扫雷器的实例M0。这个扫雷器MO 具有框架M4，保持着隔栅或浮动叶片M2，意在被拖曳时嵌入水中。因为扫雷器240支持着在水面以下拖曳的拖缆(60)，扫雷器240优选情况下悬浮。所以，扫雷器240能够具有其上放置的或与其连接的浮力单元或浮子对6，意在使扫雷器240悬浮在预定深度。这个浮力单元246可能填充着泡沫等，它也可能包含本文公开的可填充的容积(如气囊或空腔)以配置其浮力。另外，扫雷器240可以具有本文别处公开的可控的水翼(未显示)，在扫雷器 240被拖曳时控制其深度。在图9D中，概略地展示了具有浮力单元M6的扫雷器MO的动态。正如所期望， 扫雷器240在水中充当水翼或门板。重力作用牵引扫雷器MO向更大深度，流过的水作用在扫雷器MO的表面上，而拖索在与水相反方向牵引扫雷器M0。最后，浮力单元246作用保持扫雷器240在水中期望的深度。同时，必须应对扫雷器的几何结构的布局和适当的力，
21使得扫雷器240被拖曳时在水中保持稳定并且不因为扭矩而扭曲和转动。为了保持深度和稳定性，浮力单元246可以包括深度传感器Ml、控制器245和浮力舱室M7。为了响应由深度传感器Ml所检测的超过期望水平的深度变化，控制器245能够调整舱室M7的浮力以改变扫雷器的深度。例如，控制器245能够操作阀门或泵243并能够在充满空气的舱室247中进行充水或排水。在图19C中，第二种形式的地震阵列IlB使用多台可控潜水器80/85和具有传感器70的拖缆60。为了实现三维操作，前端潜水器85的每一台都独立地拖曳拖缆60。拖索和拖缆缆索65将前端潜水器85连接到船舶30。每台潜水器80/85的位置和深度都受控以保持用于地震勘测的拖缆60的适当排列的阵列。另外，受控的深度允许拖缆60避开水面的任何浮冰。一般来说，每台潜水器80/85都能够是自控水下潜水器(AUV)、遥控潜水器 (ROV)、遥控拖曳潜水器(ROTV)，或者某种其他适合的潜水器，取决于实施例。如果前端潜水器85是确实自控的水下潜水器(AUV)，那么它们可以不被拖索或绳索附接到船舶30。由于彼此独立，潜水器85也方便了操作期间拖缆60的部署和回收。例如，单台潜水器85能够将其拖缆60引导至其他拖缆60之下，并且能够通过可能空旷的面积Z中拖缆 60阵列的中间将其提上。然后潜水器85能够将其拖缆60拖上船舶30并避开其他拖缆60 以及拖索和缆索62/65。这将允许操作员分别地部署或回收拖缆60，甚至能够允许维修拖缆60，同时所有其他拖缆60保留在水中。在结冰水域中使用潜水器85也有益，因为潜水器 85允许拖索62与常规情况下相比不那么拉紧，而且结冰水域中不太拉紧的绳索62更适合应对操作期间与冰潜在的冲击。图19D和图19E显示了补充形式的地震阵列IlC和11D，它们使用拖缆60的外张布局。在图19D中，在船舶30影区中，横臂89从艉鳍50被部署在水下，并且几条拖缆60 使用适宜的耦接装置连接到横臂89。然后使用沿着拖缆60的长度方向布置的一片或多片可控翼片或水翼87，这些拖缆60能够从横臂89向外张开。在图19E中，每条拖缆60都单独地从艉鳍50部署，以便它们部署在水下并在船舶 30的影区中。如同前面，使用沿着拖缆60的长度安置的一片或多片可控翼片或水翼87，这些拖缆60能够从艉鳍50向外张开。为了参考，图9E显示了能够被用于操纵拖缆60(即控制拖缆60的横向位置)的可控翼片87a的透视图。另外，图9F显示了能够被用于控制拖缆60的深度(即垂直位置) 的可控水翼87b的侧视图。用于控制拖缆缆索的横向或垂直位置的、可部署在缆索上具有翼片或水翼的这样的设备的细节能够在6，525，992 ；7, 092，315 ；7, 206，254和7，423，929 号美国专利中找到，其中的每一篇都在此引用作为参考。例如，在图19D至图19E系统中的这些可控翼片或水翼87可以是ION地球物理公司为了操纵拖缆而出品的DIGIFIN 拖缆操纵系统。它们也可以是ION地球物理公司为了控制被拖曳拖缆的深度而出品的DIGIBIRD 拖缆操纵系统。(DIGIBIRD是ION地球物理公司的注册商标)。翼片或水翼87的控制以及传感器70位置的确定可以使用控制系统40和可获得的软件执行。也能够被使用的其他设备包括ION地球物理公司为了提供罗盘航向信息以及深度测量和控制而出品的Compass Bird拖缆系统。不仅如此，控制系统40和可获得的软件能够控制各种翼片或水翼87避开冰山或大冰块，它们可能恰巧在拖缆60阵列之上的水面漂过，并且其潜在的深度足以损坏潜行的拖缆60。尽管在图19A至图19E的布局中显示了一具艉鳍50，但是船舶使用船舶30上的多具艉鳍50部署拖缆60也是可能的。使用多具艉鳍50能够通过将拖缆60划分在其布局中而帮助其部署和回收。尽管图19B至图19D和别处的布局显示了单一震源，但是也可以使用多个震源。例如，图19E显示了一个震源90A，在船舶30之后拖曳的常规位置。另外，另一个震源90B被拖曳在拖缆60的张开阵列之后。这第二个震源90B能够用于从拖缆60获得反向读数，它能够有利于数据采集和分析。H.控制和定位系统图19A至图19E中的系统和本文别处公开的系统使用了控制系统40，它能够使用海上地震勘测的常规特征。例如，控制系统40能够使用目前可用于无结冰水域中的常规海上地震勘测的拖缆技术控制拖缆60的横向操纵。对于结冰区域，控制系统40能够整合附加特征，以处理与结冰水域有关的信息。例如，控制系统40能够整合来自卫星图象、航海图、 天气预报的信息以及其他信息，以便预测勘测区域的结冰厚度和发现给定区域中的冰间水卫星图像可能是有限的，而浮冰以及冰山、大冰块和其他障碍物的位置却可能随时间变化。所以，有帮助的将是保持跟踪特定障碍物的位置并确定它们正在如何运动以及它们的运动会如何妨碍正在进行的勘测。所以，控制系统40也能够使用分开的位置传感器，它们被放置在地震勘测期间有可能威胁拖缆阵列的冰山或其他浮动障碍物上。正如图19E的实例所示，位置传感器42可以是电池操作的并能够具有GPS接收机 44和通信接口 46。当位置传感器42位于障碍物上时，可以广播有关其位置的信息。例如， 当破冰船(未显示)破碎勘测船舶30的前方的冰时，操作员可以把这些分开的位置传感器 42放置在特定尺寸或深度的大冰块或冰山上。然后，控制系统40使用与分开的位置传感器的适宜通信链接，能够跟踪障碍物的运动。可以及时地跟踪其运动以判断它是否将妨碍当前正被地震船舶30所拖曳的拖缆 60的阵列。如果是这种情况，可以将拖缆60操纵离开或至更大深度以便保护。另外，可以长时间跟踪障碍物的运动，因而当在绘制中拖缆60被拖曳返回此区域时，控制系统40能够知道障碍物的位置。取决于障碍是否已经移动到了计划的勘测路径上，操作员能够改变地震船舶30的路线以避开障碍物的已知位置。1.使用可控制被部署设备的系统正如先前指出，可控的被部署设备80能够在拖缆60的尾端上用于控制拖缆60的位置。同样如先前指出，设备80能够包括没有推进系统但是具有可控的翼片的遥控拖曳潜水器(R0TV)。图20A展示了海上地震勘测系统12A的侧面图，在拖缆60的尾端具有遥控拖曳潜水器(ROTV)400作为可控设备。ROTV 400在拖缆60的末端被拖曳在水面以下。这种 ROTV 400也具有GPS接收机412，一旦使ROTV 400上升到水面就能够获得GPS读数。图20B展示了另一个海上地震勘测系统12B的平面图，其在拖缆60的多个位置具有ROTV 400。在这个系统中，在拖缆60的头部拖曳前端ROTV 400A，而在拖缆60的末端拖曳尾端ROTV 400B。前端ROTV 400A由离开船舶艉鳍50的拖索62和拖缆缆索65连接。如果期望，甚至可以在沿着拖缆60的中间位置部署中间R0TV(未显示)。
为了实现三维(或者甚至2-D或4-D)操作，前端ROTV 400A的每一个都单独地拖曳拖缆60。拖索和拖缆缆索62/65将ROTV 400A连接到船舶的艉鳍50。在勘测期间，能够控制每个ROTV 400A-B的位置和深度以维持适宜排列的拖缆60的阵列用于地震勘测。另外，受控的深度允许拖缆60避开水面上的任何浮冰。使用沿着拖缆60的前端和尾端位置中的ROTV 400A-B能够便利拖缆60的部署和回收。例如，因为彼此独立，个别ROTV 400A-B能够将其拖缆60引导到其他拖缆60之下， 并且能够通过船舶30之后可能空旷的面积中拖缆60阵列的中间将其提上。然后能够将拖缆60拖上船舶30并避开其他拖缆60和拖索62。这将允许操作员分别地部署和回收拖缆 60，甚至能够允许维修拖缆60，同时所有其他拖缆60保留在水中。如在图20A的系统中在拖缆60的尾端上使用单个的ROTV 400也可以实现同样形式的部署和回收。2. ROTV 的细节图21A-21B更详细地显示了遥控拖曳潜水器(ROTV) 400 —个实施例。一般来说， 这种ROTV 400是混合类型的设备，合并了 ROV、AUV和滑行艇的元件。ROTV 400的一个适合实例是 MacArtney Underwater Technology Group 出品的 TRIAXUS Towed Undulator。为了拖曳ROTV 400，具有电源线和通信线的拖曳缆索(未显示)连接到中心箔片 427的前沿49。如图所示，ROTV 400具有四个管柱410，在其前部被箔片420/425互连，在其尾部被薄片430互连。箔片420/425和薄片430为水翼形状。中心箔片425互连前端箔片420并支撑ROTV 400前部的水平杆427。这些中心箔片425帮助ROTV 400保持在其翻滚方向上的水平稳定。尾部薄片430是可控的，利用上下薄片430A-B控制俯仰，而左右薄片430C-D控制偏航角。每个管柱410中安装的四台传动装置即电动机(未显示)移动这些薄片430A-D 以控制ROTV 400被拖曳时的俯仰和偏航角。管柱410具有若干分割间412用于保存除用于薄片430A-D的电动机、齿轮以及位置传感器外的各种组件。例如，这些分割间412可以具有以下讨论的GPS接收机、惯性导航系统、深度传感器、俯仰传感器、翻滚传感器、航向传
感器等。在水平薄片430A-B被拖曳的同时，产生向上和向下的力以垂直地移动ROTV 400， 同时垂直薄片430C-D产生右舷的和左舷的力以水平地(横向地)移动ROTV 400。典型情况下，ROTV 400将以中立位置被拖曳，其中薄片430被间歇地调整以保持ROTV 400姿态不变。某些情况，比如上升到水面，将要求薄片更迅速的运动，尤其是被连接到拖缆时。ROTV 400的制动能够使用某些先前讨论的技术。作为补充或作为替代，薄片430可以向内或向外转动以增加ROTV被拖曳时的阻力。3.用于ROTV、INS和GPS的控制系统图22示意地展示了控制系统500的若干元件，用于控制若干可控潜水器(如ROTV 400)并且当它们在本公开的海上地震系统中被拖曳时确定其位置。正如先前指出，拖船上的主控制系统510具有主GPS接收机520，用于获得GPS读数。如同前面，这种控制系统 510可以是仪器控制系统，比如ION地球物理公司出品的Orca 。控制系统510与(或整合了)控制单元530接口，它控制和监视着阵列中拖缆使用的各种潜水器(如R0TV)。用于图21A-21B中ROTV 400的适宜控制单元530的实例是TRIAXUS ROTV所用的顶侧单元。控制单元530由通信线和电源线532连接，与可控潜水器MO(它可以是图21A-21B中的ROTV 400)上的本地控制器550接口。控制器550从设备的传感器560向控制单元530传达传感器数据。控制单元530在连接到主控制系统510中的导航信息之后， 将导航指令发回到控制器阳0，它适当地操作各台翼片电动机570。导航可控潜水器540可能既涉及实时控制又涉及预编程的航线。控制器550与该设备的集成传感器560通信并向薄片的电动机570传播。控制设备540的集成传感器560包括深度传感器、俯仰传感器、翻滚传感器和航向传感器。深度可以用压力传感器测量，而俯仰和翻滚可以用双轴倾角仪测量。偏航角即航向可以使用磁通量罗盘测量，并且还可以使用高度计。除了集成的传感器560，控制器550还可以连接到位置传感器，它们监视电动机和薄片以对这些薄片的位置保持跟踪以便反馈到控制单元530。所有这些集成的传感器(即俯仰、翻滚、航向和电动机位置)都对控制系统510提供了反馈，以便控制薄片以引导可控潜水器540并阻止其翻滚。除这些传感器以外，可控潜水器540上的控制器550还与GPS接收机580通信。正如先前指出，当可控潜水器540上升到水面时，GPS接收机580的天线能够暴露在水面之上以获得GPS读数。然而，这样的读数只能期望间歇地形成。当可控潜水器540在结冰或有障碍的水域中使用时，很可能在浮冰下被拖曳连续几个小时或甚至几天，然后它才能重新浮出水面以获得GPS读数。所以，可控潜水器540还具有惯性导航系统(1赂)设备590，用于在利用GPS接收机580的直接GPS读数之间确定可控潜水器540的位置。一般来说，INS设备590可以使用本领域公知的组件，比如处理器、加速度计和陀螺仪。INS设备590使用航位推算技术连续地确定可控潜水器540的位置、朝向、方向和速度。取决于可控潜水器540必须以这种方式使用航位推算的时间多长，INS设备590的加速度和角速度测量的固有漂移误差变得日益放大。所以，优选情况下导航由定期的GPS读数校正。即使具有每小时几分之一海里的位置误差和每小时零点几度的朝向误差，如果可控潜水器540必须长期保持在水面之下，INS设备590测定中的误差也可能不容忽视。下面的讨论介绍了反馈循环，它能够被用于校正INS设备590的测定。4.控制循环图23显示了导航反馈循环600的实例，用于确定可控潜水器(如图22的M0)位置，比如R0TV，以及校正该位置。在循环600中一开始，可控潜水器540使用它的GPS接收机580获取直接的GPS读数(方框60 。当可控潜水器540以上的区域没有浮冰或其他障碍时完成这项任务。在可控潜水器540再次潜入水中之后，INS设备590和控制系统510开始确定可控潜水器540被拖曳时的位置(方框604)。完成这项任务的方式为从GPS读数获得起始位置或定位，并且测量方向、速度和时间以便使用航位推算技术计算可控潜水器540 从该起始位置向前行进的位置。遗憾的是，这种形式的惯性导航不是精确的并且随着时间的流逝漂移误差在累积。只要漂移误差足够低，这种惯性导航就能够继续。在某点处，控制系统510判断漂移误差是否已经超过了根据实施例的某个可接受的范围(方框606)。如果没有超过，那么控制系统510就能够继续航位推算(方框604)直到该漂移误差太大。一旦漂移误差大了(由于航位推算时期长、勘测速度快、勘测距离长或这些的组合)，控制系统510就试图校正此误差，不是通过将可控潜水器540重新浮出水面以获得固
25定设备MO的位置的新GPS读数，就是通过将INS设备的航位推算与来自船舶主导航系统的反馈整合。所以，控制系统510根据手工输入或可控潜水器540上的传感器(声纳、冰断面仪、音响测深仪等)判断设备540是否能够升到水面(决策608)，以便获得另一个GPS读数以固定设备的位置(方框60 以重复该过程。如果可控潜水器540不能上升到水面，那么控制系统510就使用船舶的船载GPS 接收机580获得GPS读数(方框610)。这种GPS读数给出了拖船的位置。作为另外补充， 系统510从各台水中设备(即可控潜水器M0、拖缆、传感器等)获得数据(方框61幻。这种数据能够用于确定可控潜水器MO的相对位置。例如，图M显示的系统620A具有拖缆60，其上定位的若干传感器70使用船舶30 的GPS读数(χ)、已知的传感器位置(Y1-Y5)、沿着拖缆60已知的可控潜水器位置(Y6)和各种罗盘航向确定拖缆的形状。如图所示，拖缆60上传感器70和可控潜水器540的有关数据(包括它们在拖缆60上的每个位置(Y)、由磁偏角所校正的罗盘读数等)能够被用于估计拖缆60上若干点的位置并导出拖缆的形状。所有这些数据与使用船载GPS接收机580 的船舶GPS读数(X)结合，能够与来自INS设备(590 ；图23)的位置数据整合以校正其漂移误差。作为替代，声学定位技术能够连同使用船载GPS接收机580的GPS读数用于校正 INS设备的漂移误差。例如，如图25中系统620B-C所示，所显示的执行声学交叉联结的声学系统的不同布局能够被用于确定拖缆的位置。另外，如图26的系统620D所示，获得短基线的方式可以为使用船舶30上的换能器T1朝着拖缆60尾端向可控潜水器540上的传感器541发出“砰”以确定其位置。同样，获得长基线的方式可以为使用海床上的一台或多台其他换能器T2 (长基线系统需要最少两台换能器)向可控潜水器540上的传感器541发出 “砰”以确定其位置。最后，甚至来自可控潜水器MO的控制传感器读数和由控制单元530 向可控潜水器540导向的运动也能够与船载GPS读数(X)整合，以确定可控潜水器MO的位置。能够使用这些和本领域可得到的其他技术。无论INS设备的位置如何与来自其他导航组件的反馈整合，控制系统510都校正了可控潜水器的航位推算位置(见图23中的方框614)，使得系统能够继续使用漂移误差不大的INS设备590。只要可控潜水器540保持淹没在水面之下，航位推算和校正漂移误差的整个过程就可以继续。最终，要是条件允许，可控潜水器540被导向水面以获得直接GPS 读数来固定其位置(图23中的方框60 。当可控潜水器540在进一步的勘测中保持潜水时，这个新GPS读数为航位推算和校正提供了新的起始点。I.处理有障碍水域中的噪声当在有障碍水域中尤其在结冰区域中勘测时，来自船舶的冲击能够使获得的地震数据复杂化。在图27中，又一个海洋地震勘测系统650再次具有如同先前的冰艉鳍50和水平震源90，尽管可以使用本文公开的其他组件。这个系统650记录了破冰船20在勘测期间航行以及破碎积冰和冲击浮冰的事件。对传感器70获得的结果地震数据的处理然后可以使用所记录的事件，它们包括破冰和冲击。简要地说，系统650具有地震记录仪750，它可以包括常规的硬件，以记录拖缆60上传感器70所获得的海上地震数据。另外，系统650具有在破冰船20的船体上的冰冲击记录仪760，尽管在拖船30上也可以包括一台。同时参考图观讨论图27中系统650的操作。在使用时，系统650在结冰区域获得地震数据并考虑到在拖曳拖缆60时可能发生的冰冲击事件。不寻常的是，操作员利用拖船30拖曳具有传感器70的拖缆60 (方框702 ；图观)。在拖船30的前方，破冰船20可以破碎积冰并转移浮冰以便为拖船30通行开创一片水域。作为替代，拖船30可以被单自使用并可以自行破碎和转移冰。无论如何，冰冲击记录仪760都记录了拖缆60正被拖曳时的冰冲击事件(方框704)。在响应中，冰冲击记录仪760记录了被检测事件的信息用于后期分析(方框706)。拖曳操作自始至终都重复这个过程。正如图四示意地显示，地震记录仪750具有沿着拖缆分布的传感器70、GPS设备 754和记录设备756。当它记录地震数据时，记录设备756还从GPS设备7M获得位置和时间信息，并记录该信息作为地震记录的一部分。如何记录并存储地震数据可以使用本领域公知的常规实践。最终，地震记录仪750能够耦接到控制系统(40)，比如计算机系统等，它能够处理和分析地震记录。正如图30示意地显示，冰冲击记录仪760具有传感器762、GPS设备764和记录设备766。传感器762能够使用一台或多台加速度计、惯性传感器、检波器等，它们至少能够检测出船舶的船体与冰之间冲击的频率和持续时间。所以，传感器762被声学地耦接到或安装到船舶的船体上。对它们说来，GPS设备764和记录设备766可以是常规的组件。记录冲击事件时，记录设备766记录数据流或离散数据点。正如图31的代表性表格765所示，例如，冲击记录仪(760)能够记录在操作期间出现的冲击数据点的时间、位置(即GPS坐标)、 频率和持续时间。这种数据然后被存储以备后期使用。积冰被破碎时可能产生高保真度的震源用于地震勘测。由于船舶速度、冰厚度等的差异，所以每个冰冲击事件将是不同的(即具有不同的特征)。然而，冲击记录仪760能够指示冰何时被碰撞/破碎，而所记录的GPS数据能够指示相对于每台地震传感器(它们的位置也已知)冰在何处何时被破碎。以这种方式，冰冲击记录仪760的数据本质上刻画了冰冲击事件的特征，允许这些事件被数学地模型化用于后期分析和处理。返回该操作(图观)，系统650(图27)根据设定的程序同时操作震源90的气枪， 同时冲击记录仪760记录任何冲击事件(方框708)。在操作震源90时，例如，震源元件即气枪91可以在拖船30保持预定航程时每隔50米被激发一次。响应地震能量，拖缆60上的传感器70检测出结果地震数据(方框710)，而地震记录仪750记录所获得的地震数据 (方框712)。激发和记录在拖曳操作自始至终被重复并能够遵循本领域公知和使用的执行海上地震勘测的习惯操作。简要地说，系统650能够产生如图32图解地显示的数据流770，其中系统650能够如在772处表示的每25秒激发一次气枪。典型情况下，处理数据时，控制系统GO)通常仅仅在每次激发772随后的收听周期774(如18秒)期间才处理数据。然而， 典型情况下地震记录仪(750)在勘测期间记录了全部数据。所以，为了考虑到冲击事件776 尤其是在常规监听周期774之外发生的那些事件，控制系统00)可以调整监听周期774以考虑到处于常规周期774之外潜在的冰冲击事件776。最后，在拖曳操作已经完成之后，控制系统00)处理结果数据，包括利用拖缆60 获得的地震数据和利用冲击记录仪760获得的数据(方框714)。图33以图形显示了海上地震系统650所记录地震数据的代表性振幅响应780。显示了由气枪震源(90)产生的第一振幅响应782，以及由冰冲击事件产生的第二振幅响应184。呈现这些响应782/784仅仅为了展示目的，而非试图表示所获得的实际数据，典型情况下它们可能具有复杂得多的性质， 不适于本文的表达。实际上，所记录的振幅响应780将不具有如代表性地显示的两个分开的响应782/184。相反，地震传感器(70)将记录两个响应的波形之和。所以，控制系统00) 反褶积两个振幅响应782/784以便能够适宜地分析地震记录。在处理的这一点上，操作员能够判断是否使用冰冲击事件作为记录的地震数据中的地震源(方框716)。首先，为冰冲击事件记录的数据被连接到由传感器70所记录的地震记录。因为所记录的冲击数据提供了冰冲击事件的特征，所以在地震记录中这些事件作为地震源的影响能够从地震记录被滤出，以产生基本上仅仅与使用气枪震源有关而与冰冲击事件无关的数据。不仅如此，知道了冰冲击事件的特征，就能够使用冰冲击事件作为被动地震源，实际处理地震记录，潜在地给予该分析另外的信息和分辨率以刻画海底地层的特征。例如，如果在地震记录的给定区域中已经发生了足够的有用冲击事件，操作员可能希望使用这些事件作为产生地震数据的高保真度震源以刻画地层的特征。不过，如果这些事件不是有用的，操作员可以选择减去或除掉由于冰冲击事件所产生的那部分地震数据。根据情况不同，能够在所关注的一部分或多部分地震记录上或者整个记录上，选择使用或不使用冰冲击事件。例如，如果已经发生了持续时间和频率足够的多个冰冲击事件，控制系统00)能够在地震数据中隔离这些事件并实际上使用它创建地震记录，其中冰冲击事件用作被动震源。在这种情况下，操作员可以选择使用冰冲击事件，并且控制系统GO)能够数学地模型化这些事件作为高保真度震源(方框218)。这是有可能的，因为控制系统00)能够根据由冲击记录仪(760)记录的GPS数据和时间戳，精确地判断冰冲击事件在何时何处发生。每个独立冰冲击事件的频谱都能够被模型化，然后用作地震数据中的震源。只有那些具有显著振幅、频率和持续时间的冲击才可能被关注，用作地震数据的高保真度震源。冰冲击事件的特征将根据许多变量而变化。只要控制系统00)知道了冲击在何时何处发生，连同冲击事件的特征(即频率和持续时间)，那么控制系统GO)就能够使用该冲击事件，仿佛是地震勘测的震源。然后， 使用由气枪震源90以及冰冲击事件作为附加的被动震源产生的正规地震数据，控制系统 (40)就能够使用公知的处理技术分析该地震数据以刻画地层的特征(方框720)。如果操作员选择不使用冰冲击事件，就使用控制系统G0)数学地模型化这些事件(方框72 ，并且使用噪声衰减例程从地震记录中除去这些事件的数据(方框724)。然后，使用由滤除了冰冲击事件的气枪震源90产生的正规地震数据，控制系统00)就能够使用公知的处理技术分析该地震数据以刻画地层的特征(方框720)。优选的和其他实施例的上述说明并非试图限制或约束申请人所构思的本发明概念的范围或应用能力。本公开的教导能够应用到结冰或有障碍水域中以及正常海上地震条件下的2-D、3-D和4-D地震勘测。不仅如此，连同本文公开的一个特定实施例、实施或布局所讨论的若干方面和技术能够用于或结合在本文公开的其他实施例中讨论的方面和技术。 作为公开本文包含的发明概念的交换，本申请人主张附带权利要求书提供的一切专利权。 所以，附带权利要求书意在包括一切修改和改变到最大程度，使它们出现在以下权利要求书或其等效内容的范围之内。
权利要求
1.一种有障碍水域的海上地震勘测装置，所述装置包括安装在船舶上的艉鳍，所述艉鳍定义了在所述船舶的水线以下延伸的至少一条通路， 所述至少一条通路保护从所述船舶通到所述水线以下的海上地震系统的一条或多条缆索。
2.根据权利要求1的装置，其中，所述艉鳍包括在所述水线以下布置其上并连接到所述海上地震系统的一条或多条拖索的一个或多个拖曳点。
3.根据权利要求2的装置，其中，所述艉鳍包括布置在其末端上的底面，所述底面具有所述一个或多个拖曳点。
4.根据权利要求1的装置，其中，所述艉鳍临时地或永久地被固定到所述船舶的船体。
5.根据权利要求1的装置，进一步包括从所述船舶部署的所述海上地震系统的至少一个震源，所述至少一个震源具有至少一条震源缆索作为所述海上地震系统的一条或多条缆索之一，并且其中所述艉鳍保护在所述至少一条通路中的至少一条震源缆索。
6.根据权利要求5的装置，其中，所述艉鳍包括在所述水线以下布置其上并连接到支持所述至少一个震源的拖索的至少一个拖曳点。
7.根据权利要求5的装置，进一步包括在所述水域中支持所述至少一个震源的漂浮设备。
8.根据权利要求7的装置，其中，所述漂浮设备包括多个浮标，所述多个浮标连接到所述至少一个震源并在水面以下拖曳。
9.根据权利要求7的装置，其中，所述漂浮设备在水面以下拖曳并包括至少一个可填充用于浮动控制的体积。
10.根据权利要求1的装置，进一步包括从所述船舶部署的至少一条拖缆，所述至少一条拖缆具有至少一条拖缆缆索作为所述海上地震系统的一条或多条缆索之一，并且其中所述艉鳍保护在所述至少一条通路中的所述至少一条拖缆缆索。
11.根据权利要求10的装置，其中，所述艉鳍包括在所述水线以下布置其上并连接到支持所述至少一条拖缆的拖索的至少一个拖曳点。
12.根据权利要求10的装置，进一步包括布置在所述至少一条拖缆上的被部署设备， 所述被部署设备控制所述水域中的所述至少一条拖缆的至少一部分的位置。
13.根据权利要求12的装置，其中，所述被部署设备包括布置其上用于获取全球定位系统信息的接收机。
14.根据权利要求12的装置，其中，在第一条件下运行的所述被部署设备在水面以下拖曳，而在第二条件下运行的所述被部署设备在水面附近拖曳。
15.根据权利要求12的装置，其中，所述被部署设备包括布置在所述至少一条拖缆的末端上并且在所述水域中横向和垂直位置中可控的潜水器。
16.根据权利要求10的装置，其中，所述至少一条拖缆包括在布置其上的被部署设备， 所述被部署设备包括被所述至少一条拖缆拖曳通过所述水域时产生阻力的元件；以及具有用于获取全球定位系统信息的接收机的浮标，所述浮标由束缚索从所述元件延伸到水面。
17.根据权利要求1的装置，其中，所述艉鳍包括后沿，并且所述艉鳍的所述至少一条通路定义了所述后沿中的至少一条开放通道。
18.根据权利要求17的装置，进一步包括将所述一条或多条缆索之一保持在所述至少一条通路中的限制器。
19.根据权利要求18的装置，其中，所述限制器附接到所述一条缆索，并且松弛索从所述限制器出来并穿过所述至少一条通路，所述松弛索拖拉所述限制器，使所述一条缆索的至少一部分穿过所述至少一条开放通道进入所述至少一条通路中。
20.根据权利要求1的装置，进一步包括从所述艉鳍以垂直定向延伸的震源，所述震源具有布置其上的多个震源元件；并且其中所述装置包括检测所述震源元件相对于所述垂直定向的角定向的传感器；以及根据所述检测的角定向控制所述震源元件启动的控制器。
21.根据权利要求1的装置，其中，所述艉鳍包括 具有所述至少一条通路中第一条通路的第一导管；具有所述至少一条通路中第二条通路并被开放空间与所述第一导管分离的第二导管；以及连接到所述第一和第二导管并连接到所述船舶船体的底面。
22.根据权利要求21的装置，进一步包括具有单一螺旋桨和龙骨的船舶，所述第一和第二导管从所述船舶的船艉延伸到底面并被布置在所述单一螺旋桨的任一侧，所述底面连接到所述龙骨。
23.根据权利要求1的装置，进一步包括具有至少两个螺旋桨的船舶，所述艉鳍在所述至少两个螺旋桨之间从所述船舶的船艉延伸。
24.一种有障碍水域的海上地震勘测装置，所述装置包括 至少一个震源，从船舶在水面以下拖曳，并产生地震震源信号；至少一条拖缆，从所述船舶在水面以下拖曳，并检测所述地震震源信号；以及布置在所述至少一条拖缆上的至少一台可控设备，所述至少一台可控设备具有在所述水域中相对于水面可控的垂直位置，所述至少一台可控设备具有当被定位在至少水面附近时获取全球定位系统信息的接收机。
25.一种有障碍水域的海上地震勘测装置，所述装置包括 至少一个震源，从船舶在水面以下拖曳，并产生地震震源信号；至少一条拖缆，从所述船舶在水面以下拖曳，并检测所述地震震源信号；以及能潜水的漂浮设备，在水面以下拖曳，并将所述至少一个震源支持在所述水域中一水平处。
26.一种有障碍水域的海上地震勘测装置，所述装置包括被部署设备，布置在在水面以下拖曳的地震拖缆的末端，所述被部署设备当被所述地震拖缆拖曳时产生阻力；具有用于获取全球定位系统信息的接收机的浮标，所述浮标从所述地震拖缆的所述末端延伸到水面；以及将所述浮标连接到所述地震拖缆的末端并由于张力可断裂的耦接装置。
27.一种有障碍水域中的海上地震勘测方法，所述方法包括 使用至少一条拖缆缆索从船舶部署至少一条拖缆； 在水面以下拖曳所述至少一条拖缆；使用至少一条震源缆索从所述船舶部署至少一个震源； 在水面以下拖曳所述至少一个震源；以及保护在从所述船舶延伸到水面以下的至少一个导管中的所述至少一条拖缆缆索和所述至少一条震源缆索的通路。
28.根据权利要求27的方法，其中，保护包括将所述至少一条拖缆缆索和所述至少一条震源缆索布置在从所述船舶的船艉延伸的所述至少一个导管中。
29.根据权利要求观的方法，其中，布置包括在所述至少一条拖缆缆索上部署限制器并将所述限制器和所述至少一条拖缆缆索拖入到所述导管的开放沿中。
30.根据权利要求观的方法，其中，布置包括在所述至少一条震源缆索上部署限制器并将所述限制器和所述至少一条震源缆索拖入到所述导管的所述开放沿中。
31.根据权利要求27的方法，其中，拖曳所述至少一条拖缆包括利用所述至少一个导管上布置的拖索将所述至少一条拖缆支持在水面以下。
32.根据权利要求27的方法，其中，拖曳所述至少一个震源包括利用所述至少一个导管上布置的拖索将所述至少一个震源支持在水面以下。
33.根据权利要求27的方法，其中，拖曳所述至少一个震源包括 利用漂浮设备支持所述至少一个震源；以及在水面以下拖曳所述漂浮设备。
34.根据权利要求27的方法，其中，部署所述至少一条拖缆包括 从所述船舶部署多条拖索；以及使用所述拖缆上部署的可控设备控制所述拖缆的横向和垂直位置。
35.根据权利要求27的方法，进一步包括通过控制拖缆之一相对于其他拖缆的横向和垂直位置将该拖缆回收到所述船舶上。
36.根据权利要求27的方法，其中，拖曳所述至少一条拖缆包括使用在所述至少一条拖缆的末端上部署的可控设备，至少控制所述至少一条拖缆的垂直位置。
37.根据权利要求36的方法，进一步包括 移动水面附近的所述可控设备的横向位置；以及利用水面附近的所述可控设备上的全球定位系统接收机获得全球定位系统信息。
38.根据权利要求37的方法，进一步包括当所述可控设备的垂直位置离开水面时，根据所述全球定位系统信息推测所述至少一条拖缆的位置。
39.一种海上地震勘测系统，包括第一传感器，声学地耦接到至少一艘船舶的船体并获得冲击信息； 位置设备，被布置在所述至少一艘船舶上并获得位置信息；第一记录仪，操作地耦接到所述第一传感器和所述定位设备并记录第一信息，所述第一信息包括冰冲击所述船体的冲击信息、位置信息和时间信息；震源，可拖曳在所述至少一艘船舶后的水中并产生地震震源信号； 至少一个传感器，可拖曳在所述至少一艘船舶后的水中并检测地震能量；以及第二记录仪，操作地耦接到所述至少一个传感器并记录第二信息，所述第二信息包括检测到的地震能量、位置信息和时间信息，其中，所述第一和第二信息一起被处理以产生地震记录。
40.一种海上地震勘测方法，包括 检测对至少一条船舶的船体的冰冲击事件； 记录检测到的冰冲击事件；利用所述至少一艘船舶后拖曳的震源产生地震震源信号； 利用所述至少一艘船舶后拖曳的至少一个传感器检测地震能量；以及根据检测到的地震能量记录地震记录。
41.根据权利要求40的方法，进一步包括从所述地震记录滤出记录的冰冲击事件。
42.根据权利要求40的方法，进一步包括 从所述地震记录分离出记录的冰冲击事件；以及使用分离后的冰冲击事件作为地震数据。
全文摘要
艉鳍安装在拖船的船艉并延伸到水线以下。艉鳍中的通道保护从所述船舶部署的用于地震系统的若干拖缆和震源的缆索。艉鳍上的若干拖曳点位于水面以下并连接到拖索以支持所述拖缆和震源。漂浮设备支持所述震源并在水面以下拖曳以避开浮冰。所述拖缆能够具有部署其上的潜水器以控制所述拖缆上的位置。为了便于定位所述拖缆，没有浮冰时，能够将所述拖缆上的这些潜水器升到水面，以便能够获得GPS读数并将其传递到控制系统。在获得了读数后，这些潜水器能够浮回水面之下。部署、使用和回收系统时解决了结冰区域中水面的冰。另外，处理地震记录时能够解决由冰冲击事件产生的噪声。
文档编号G01S3/80GK102405419SQ201080017371
公开日2012年4月4日 申请日期2010年3月9日 优先权日2009年3月9日
发明者C·施奈德, D·兰伯特, J·R·加格利尔迪, J·W·库恩凯尔曼, M·伯恩哈姆, S·赖斯, T·A·达德利 申请人:离子地球物理公司