拖缆式海洋可控源电磁和地震数据采集系统的制作方法
【专利摘要】一种拖缆式海洋可控源电磁和地震数据采集系统，由安置在三条或三条以上拖缆中均匀或不均匀分布的电场传感器(不极化电极)、三分量感应线圈式或三分量磁通门式磁场传感器和由水听器或加速度计构成的声波传感器组成，用以测量海洋三分量磁场分量、沿电缆方向和垂直缆方向分布的电场分量EX和EY、以及海洋地震数据。本发明可以同时采集时间域和频率域的海洋电磁数据和海洋地震数据，能够数倍地提高一次行进施工海洋地球物理数据采集量，有效提高目标探测精度，实现联合和综合应用海洋可控源时频电磁和地震勘探技术进行海洋矿产及油气资源和甲烷水合物的勘探与评价。
【专利说明】拖缆式海洋可控源电磁和地震数据采集系统
【技术领域】
[0001]本发明属于应用地球物理勘探方法，涉及海洋可控源电磁和地震勘探技术，具体是一种拖缆式海洋可控源电磁和地震数据采集系统。
【背景技术】
[0002]目前的海洋电磁数据采集有多种方式，CN102472829A公开了一种海底电磁电缆数据采集系统，其工作方式是海底电磁电缆(EM OBC - ElectroMagnetic Ocean BottomCable)由放缆船是先投放铺设到海底，然后由发射源船拖曳着水下可控电源在距海底一定的距离上前行并向海水中供电(发射可控电磁波)，由事先投放铺设到海底的电磁电缆采集海底电磁数据。数据采集结束后，放缆船回收海底电磁电缆，投放铺设到新的测量工区，然后重复海底电磁信号的数据采集作业。CN102472829A还公开了一种具有可折叠传感器臂组件的海底电磁电缆，主要作用是采集垂直于沿缆方向的正交电场信号(Ey和Ez)和沿缆方向的电场信号为Ex。这种方法作业繁琐，效率低。此外，由于海水是高导电介质，海水中相距较小的两点间的电压差是极小的，相距较近的两个电极组成的电极对是很难测量到海水中的电场分量，可折叠传感器臂组件的海底电磁电缆是无法在海底拖行移动的。
[0003]另外，CN102472829A公开的这种具有可折叠传感器臂组件的海底电磁电缆，其可折叠传感器臂组件的长度是非常有限的。由于所测电场分量的信号强度(两个测量电极之间的电压值)与测量电极对的极间距成正比，极距长度有限的电极对不利于测量海水中的电场分量。
[0004]另外，由于其海底电磁数据采集单元是集电场和磁场传感器于一体的小型数据采集站，电场传感器和其数据采集电路的噪音会对高灵敏度的磁场传感器造成极大的干扰，严重影响磁场数据的采集，甚至采集不到可靠的海洋磁场数据。
[0005]另一种海洋电磁数据采集主要是由海底遥控采集站来实现的。如EMGS公司目前使用的海底电磁采集站。此外挪威的PGS公司推出了一种拖缆式海洋可控源电场数据采集系统。该系统只采集一个沿电缆方向的电场分量，不采集任何磁场分量数据。另外，其沿电缆方向分布的电极也不是均匀分布的，靠近采集船附近的电缆上的电极密度要大一些，而远离采集船处的电缆上的电极就分布的很稀疏。此外，这一拖缆式海洋可控源电场数据采集系统仅能分别进行时间域或单个频点的频率域的电场数据采集工作。没有测量任何磁场分量的海洋电磁场数据是不完整的，不利于对海底地质结构和储层的电性特征进行详细的了解和分析。
[0006]PGS公司的拖缆式海洋可控源电场数据采集系统只采集一个沿电缆方向的电场分量，不采集任何磁场分量数据。此外，这一拖缆式海洋可控源电场数据采集系统仅能分别进行时间域或单个频点的频率域的电场数据采集工作。工业界目前使用的拖缆式海洋地震数据采集系统只是单一采集海洋地震数据。
[0007]可控源电磁法应用较多，已有方法都是频率域或时间域方法。即或是一个频点一个频点地激发并测量，如可控源声频大地电磁法(CSAMT);或是激发一个脉冲(方波)测量其断电后随时间衰减曲线，如长偏移距瞬变电磁法(LOTEM)。另外，已有方法的测量参数仅限于一个电场、一个磁场分量，如CSAMT法；或只测一个垂直磁场,如LOTEM法。其研究的物性参数单一，仅限于电阻率参数。因此，这些方法在解决地质问题的能力和精度等方面与实际要求存在差距，难以完满解决存在的地质问题。
【发明内容】
[0008]本发明目地在于提供一种可以同时测量海洋三分量磁场、沿缆方向(Ex)和垂直电缆方向(Ey)分布的电场分量，并同时采集时间域和频率域的海洋电磁数据以及地震数据的拖缆式海洋可控源电磁和地震数据采集系统。
[0009]本发明通过以下方式实现:
[0010]拖缆式海洋可控源电磁和地震数据采集系统由拖缆船1、拖曳式偶极电流源2、拖曳式气枪震源6和采集系统组成，采集系统由安置在拖缆中均匀分布的缆向电场传感器3、三分量磁场传感器4和声波传感器7组成,所述的电场传感器3或三分量磁场传感器4之间间隔距离相等或不相等，声波传感器7之间的间隔距离相等；
[0011]每两个电场传感器3之间安置一个三分量磁场传感器4，同缆相邻的两个电场传感器3组成一个电极对，用以测量沿电缆方向分布的电场分量(Ex)；
[0012]相邻电磁和地震数据采集拖缆之间的电场传感器3和电场传感器5组成另一个电极对，用以测量垂直电缆方向分布的电场分量(Ey);
[0013]每个三分量场磁传感器4用于测量三分量磁场信号；
[0014]电场传感器3和磁场传感器4之间则安置一个由水听器或加速度计构成的声波传感器；
[0015]每个由水听器或加速度计构成的声波传感器7记录海洋地震信号。
[0016]所述的间隔相等或不相等的距离为几米至几十米。
[0017]所述的电场传感器3和5为不极化电极对制成的电场传感器。
[0018]所述的磁场传感器4为三分量感应线圈式或三分量磁通门式磁场传感器。
[0019]所述的声波传感器7由水听器或加速度计构成的声波传感器。
[0020]本发明描既可以采集海洋地震数据，又可以采集两个分量的海洋电场和三个分量的海洋磁场数据，且可以同时采集时间域和频率域的海洋电磁数据。
[0021]本发明除了在缆上安装电场传感器和三分量磁场传感器测量沿缆方向的电场分量^和三分量磁场分量外，还采用电缆连接左右两侧平行电磁电缆上的电场传感器，利用左右两侧电磁电缆上的电场传感器构成垂直于电磁电缆方向的电极对，测量垂直于电磁电缆方向的电场分量信号Εγ。由于每两条平行电磁电缆之间的间距至少在25米以上，用左右两侧平行电磁电缆上的电场传感器组成的电极对的极距至少在50米以上，这样大极距的电极对可以可靠地测量海水中的电场分量。此外，这一大极距电极对的极距也与沿缆方向安置的电极对的极距相等或相当，可以保证所测量到的沿缆方向和垂直于缆方向的电场分量EX和Ey均可靠。
[0022]本发明在两个相距数十米的电场传感器之间安置磁场传感器，将电场传感器和三分量磁场传感器完全分离开来，远处的电场传感器和其数据采集电路不会对磁场传感器产生任何干扰和影响。大大地提高了采集到的磁场数据的可靠性。
[0023]本发明是可以同时采集三分量磁场和沿缆方向和垂直缆方向电场分量Ex和Ey以及地震信号的拖缆式海洋可控源电磁和地震数据采集系统，可以测量海洋三分量磁场、沿电缆方向和垂直缆方向分布的电场分量Ex和Ey数据，也可以同时采集时间域和频率域的海洋电磁数据，以及海洋地震数据，数倍地提高了一次行进施工海洋地球物理数据采集量，能够有效提高探测精度，实现联合和综合应用海洋可控源时频电磁和地震勘探技术进行海洋油气资源和甲烷水合物的勘探与评价。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是拖缆式海洋可控源电磁数据采集系统示意图。
[0025]图2是拖缆式海洋可控源电磁和地震数据采集系统示意图。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图详细说明本发明。
[0027]拖缆式海洋可控源电磁勘探系统由图1中所示的拖缆船1，拖曳式偶极电流源2，偶极长度150米到250米，和9缆或更多的的海洋电磁数据采集系组成。每条缆上安置7对或更多的采集系，每对采集系由电场传感器(不极化电极对)3和三分量感应线圈式或三分量磁通门式磁场传感器4组成，电磁采集系在拖缆中可以均匀或非均匀分布。
[0028]电场传感器(不极化电极对)3的具体安置方式是在每两个间隔等间距距或不等间距的三分量感应线圈式或三分量磁通门式磁场传感器4之间的中部位置上安置一个电场传感器3 (不极化电极)，同缆相邻的两个电场传感器3 (不极化电极)对组成一个电极对，用以测量沿电缆方向分布的电场分量Ex。每个三分量感应线圈式或三分量磁通门式磁场传感器4则用于测量三分量磁场信号。
[0029]每个电极对3之间连接着一个带前置放大器的独立的32位模数转换器，模数转换器将测量到的沿电缆方向分布的电场模拟信号转化为数字信号。
[0030]每个三分量磁场传感器4输出端连接3个带前置放大器的独立的32位模数转换器，模数转换器将测量到的三分量磁场模拟信号转化为数字信号。
[0031]所述的电场传感器3为不极化电极制成的电场传感器。
[0032]所述的磁场传感器4为三分量感应线圈式或三分量磁通门式磁场传感器。转换后的海洋电磁数字信号由拖缆中的光纤电缆直接传输到船载的海洋电磁数据记录仪器中记录存储。
[0033]整个采集系由安装在船上的直流电源装置供电。
[0034]拖在水中的偶极电流源2提供可控的发射电流。其可控的发射电流逆变装置安放在甲板上。海洋电磁数据采集拖缆测量海洋中沿缆方向分布的电场信号Ex和三分量磁场信号。
[0035]拖缆式海洋可控源电磁和地震勘探系统由图2中所示的拖缆船1，拖曳式偶极电流源2，偶极长度150米到250米，拖曳式气枪震源6和三条或三条以上缆的海洋电磁和地震数据采集系组成。每条缆上安置多对采集系，每对采集系由电场传感器(不极化电极对)3、三分量感应线圈式或三分量磁通门式磁场传感器4和由水听器或加速度计构成的声波传感器7组成，电磁采集系在拖缆中可以均匀或非均匀分布，声波传感器7之间的间隔相坐寸O
[0036]电场传感器(不极化电极对)3的具体安置方式是在每两个间隔等间距或不等间距的三分量感应线圈式或三分量磁通门式磁场传感器4之间的中部位置上安置一个电场传感器3 (不极化电极)，同缆相邻的两个电场传感器3 (不极化电极)对组成一个电极对，用以测量沿电缆方向分布的电场分量Ex;每个三分量感应线圈式或三分量磁通门式磁场传感器4则用于测量三分量磁场信号。电场传感器3和磁场传感器4之间则安置一个由水听器或加速度计构成的声波传感器7。每个由水听器或加速度计构成的声波传感器7记录海洋地震信号。
[0037]每个电极对3之间连接着一个带前置放大器的独立的32位模数转换器，模数转换器将测量到的沿电缆方向分布的电场Ex模拟信号转化为数字信号。
[0038]相邻电磁和地震数据采集拖缆之间的电场传感器3和5组成另一个电极对并连接到一个带前置放大器的独立的32位模数转换器，模数转换器将测量到的垂直电缆方向分布的电场Ey模拟信号转化为数字信号。
[0039]每个三分量磁场传感器4输出端连接3个带前置放大器的独立的32位模数转换器，模数转换器将测量到的三分量磁场模拟信号转化为数字信号。
[0040]每个声波传感器7输出端连接到带前置放大器的独立的32位模数转换器，模数转换器将测量到的海洋地震信号转化为数字信号。
[0041]本发明采用电缆连接左右两侧平行电磁电缆上的电场传感器，则可利用左右两侧电磁电缆上的电场传感器构成垂直于电磁电缆方向的电极对，即相邻电磁和地震数据采集拖缆之间的电场传感器3和5组成另一个电极对，用以测量垂直于电缆方向分布的电场分量Εγ。由于每两条平行电磁电缆之间的间距至少在25米以上，用左右两侧平行电磁电缆上的电场传感器组成的电极对的极距至少在50米以上，这样大极距的电极对可以可靠地测量海水中的电场分量。此外，这一大极距电极对的极距也与沿缆方向安置的电极对的极距相等或相当，可以保证所测量到的沿缆方向和垂直于缆方向的电场分量E5^P Ey均可靠。
[0042]所述的电场传感器3和5为不极化电极制成的电场传感器。
[0043]所述的磁场传感器4为三分量感应线圈式或三分量磁通门式磁场传感器。
[0044]所述的声波传感器7由水听器或加速度计构成的声波传感器。
[0045]转换后的海洋电磁和地震数字信号由拖缆中的光纤电缆直接传输到船载的海洋电磁和地震数据记录仪器中记录存储。
[0046]整个采集系由安装在船上的直流电源装置供电。
[0047]拖在水中的偶极电流源2提供可控的发射电流。其可控的发射电流逆变装置安放在甲板上。在船尾拖曳两个、四个或更多的气枪震源6用以产生地震震源信号。
[0048]海洋电磁和地震数据采集拖缆测量海洋中沿缆方向和垂直电缆方向分布的电场信号Ex和Ey、三分量磁场信号和海洋地震信号。
【权利要求】
1.一种拖缆式海洋可控源电磁和地震数据采集系统，特点是由拖缆船(1)、拖曳式偶极电流源(2)、拖曳式气枪震源(6)和采集系统组成； 采集系统由安置在拖缆中均匀分布的缆向电场传感器(3)、三分量磁场传感器(4)和声波传感器(7 )组成，所述的电场传感器(3 )或三分量磁场传感器(4 )之间间隔距离相等或不相等，声波传感器(7)之间的间隔距离相等； 每两个电场传感器(3)之间安置一个三分量磁场传感器(4)，同缆相邻的两个电场传感器(3 )组成一个电极对，用以测量沿电缆方向分布的电场分量Ex ； 相邻电磁和地震数据采集拖缆之间的电场传感器(3)和电场传感器(5)组成另一个电极对，用以测量垂直电缆方向分布的电场分量Εγ; 每个三分量场磁传感器(4)用于测量三分量磁场信号； 电场传感器3和磁场传感器(4)之间则安置一个由水听器或加速度计构成的声波传感器； 每个由水听器或加速度计构成的声波传感器(7)记录海洋地震信号。
2.根据权利要求1所述的系统，特点是所述的间隔相等或不相等的距离为几米至几十米。
3.根据权利要求1所述的系统，特点是所述的电场传感器(3)和(5)为不极化电极对制成的电场传感器。
4.根据权利要求1所述的系统，特点是所述的磁场传感器(4)为三分量感应线圈式或三分量磁通门式磁场传感器。
【文档编号】G01V3/165GK104280781SQ201310292356
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】余刚, 何展翔 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司