震源系统的制作方法

本实用新型涉及海洋地震勘探技术领域，具体涉及一种震源系统。

背景技术：

海洋多道地震探测技术是获得海底地层结构、构造的重要手段，广泛应用于海洋油气勘探、海域天然气水合物勘查等。

现有技术中的海上地震勘探震源作业系统结构如图1所示，系统搭载在调查船上，主要包括地震震源1、地震信号接收系统两部分。震源1拖拽在调查船尾部。调查船同时还拖拽有若干拖缆2，拖缆2尾部设置有艉标3。海上地震作业时，将震源1的发射阵和地震拖缆2拖曳于地震调查船船尾海水中。震源1发射阵激发地震波，地震拖缆2接收地震反射信号。

海洋地震探测技术主要有两大采集方式，一是以低宽频声源为震源，震源激发地震波的典型频率范围在5-100hz之间，获得海底之下数公里深度的地质构造为目的探测方式；二是以高宽频声源为震源，震源的典型频率范围在200-1500hz之间，获得海底之下数百米深度的地层结构为目的探测方式。

海洋油气探测主要使用的是第一种采集方式，而天然气水合物勘查则多使用第二种采集方式。现有技术中，若要完成两种探测工作，通过使用不同的船只、不同的设备、不同的航次，分次进行作业。然而，海底深部赋存油气资源的海域其浅部地层亦可能有水合物赋存，海底浅层有水合物赋存海域也需要知道深部构造信息。海上调查工作艰辛、花费高昂，现有常规方法难以兼顾深层、浅层地震成像，两种海底资源的勘探难以共同进行，影响了海洋地震的效率，提高了海洋资源勘探的成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有海上地震采集作业中，每个航次只能单一使用一类震源，只能针对一类海洋资源进行勘探，地层穿透深度和地层分辨率不可兼顾的问题，提供一种在一个航次中同时对不同地层深度进行勘探的震源系统。

为了实现上述目的，本实用新型一些实施例中，提供如下技术方案：

在本实用新型一些实施例中，首先提供一种震源系统，配合调查船使用，所述调查船拖拽有拖缆，包括：

第一震源：拖拽在所述调查船上；

第二震源：设置于所述拖缆尾部；

数据系统：与第一震源及第二震源连接，用于向第一震源和第二震源发送激发控制信号，且，采集第一震源和第二震源的激发反馈数据；

所述第一震源和第二震源具有不同的激发频率，第一震源数量为一，第二震源包括一个，或，呈阵列排布的多个。

在本实用新型一些实施例中，所述数据系统包括处理器系统包括第一震源控制系统、第二震源控制系统、主服务器及距离计数单元；

所述第一震源控制系统经主控服务器与第一震源通信，用以控制第一震源激发；

所述第二震源控制系统经主控服务器与第二震源通信，用以控制第一震源激发；

所述距离计数单元用于对调查船行进距离进行计数，所述第一震源控制系统和/或第二震源控制系统被配置为可根据调查船行进距离产生对相应震源的激发信号。

在本实用新型一些实施例中，第二震源控制系统包括船端控制单元和震源端控制单元；

所述船端控制单元包括第二船端控制器，与主控服务器通信，将第二震源激发信号发送至主控服务器；

所述震源端控制单元包括第二震源端控制器，与主控服务器通信，接收第二震源激发信号；

所述拖缆尾部拖拽有艉标，所述艉标上设置有密封舱，所述震源端控制单元设置于密封舱内。

在本实用新型一些实施例中，所述第二震源为电火花震源，包括电极发射阵列；

所述第二震源端控制系统进一步包括控制脉冲能量源，包括电极驱动支路，每个第二震源对应一条电极驱动支路；

所述电极驱动支路包括储能单元和放电模块，放电模块的输入端与第二震源端控制器、储能单元连接，输出端与电极发射阵列连接，接收放电开闭控制信号，以控制储能单元与电极发射阵列之间的电连接。

在本实用新型一些实施例中，所述第二震源端控制单元进一步包括：

电压采样单元：与储能单元连接，进一步与第二震源端控制器连接，用于采集储能单元的电量并反馈至第二震源端控制器；

预充电单元，用于根据第二震源端控制器的指令，控制对储能单元的充电。

在本实用新型一些实施例中，所述拖缆沿长度方向顺次包括前导段、前减震段、工作段、后减震段，所述工作段包括多个工作子段；

所述拖缆还包括数传包，间隔设置在整个工作段的首位和各工作子段之间，用于工作子段的数据采集；

所述数据系统与数传包进行数据通信，用以为第二震源发送激发控制指令，及，采集地震信号。

在本实用新型一些实施例中，所述主服务器进一步连接综合导航系统，被配置为可根据导航信号产生第一震源的激发信号。

在本实用新型一些实施例中，所述数据系统进一步包括交换机及与第二震源数量相对应的接口单元，所述主控服务器经交换机连接至每个接口单元，每个接口单元对应连接至一个第二震源。

在本实用新型一些实施例中，所述第一震源为气枪震源。

较现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果在于：

本实用新型的震源系统，可以在一次海洋作业中，同时拖曳两类震源，一类是宽低频的震源，一类是宽高震源，两种震源具有不同深度的地层穿透能力，两类震源同时激发，地震波由地震拖缆记录，进而可在一次地震作业中，采集两类地震资料，分别满足两类海底资源调查需求，大大节省了海洋资源调查成本，成倍提高了海洋地震作业效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中震源系统结构示意图；

图2为本实用新型提供的震源系统结构示意图；

图3为本实用新型震源系统震源信号作业示意图；

图4为本实用新型震源系统作业时序示意图；

图5为本实用新型数据记录系统结构示意图；

图6为第二船端控制单元逻辑结构示意图；

图7为第二震源端控制单元逻辑结构示意图；

图8a为艉标型电火花震源水下拖曳体静止状态结构示意图；

图8b为艉标型电火花震源水下拖曳体工作状态结构示意图；

图9脉冲能量源电路图；

图10为拖缆结构示意图；

图11为缆芯结构示意图；

图12为本实用新型震源系统第一震源内触发模式流程图；

图13为本实用新型震源系统第一震源外触发模式流程图；

图14为气枪震源与4个电火花震源单次激发反射点相对位置关系示意图；

图15为气枪震源面元覆盖情况；

图16为电火花震源面元覆盖情况；

1-调查船；

2-拖缆；

3-艉标，301-密封舱；

4-第一震源；

5-第二震源，501-电极发射阵列；

6-海水层；

7-浅部地层；

8-深部地层；

9-第一震源激发信号；

10-第二震源激发信号；

11-前导段；

12-前减震段；

13-后减震段；

14-尾缆；

15-尾环；

16-工作子段；

17-数传包；

1801-电力输送缆；1802-内屏蔽层；1803-芳纶纤维承力层；1804-信号传输缆；1805-外屏蔽层；1806-外敷保护层。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不暗指相对重要性。“连接”、“通信”等，即可以指部件之间的直接连接，直接通信，也可以指部件间的间接连接，间接通信。

在本实用新型一些实施例中，首先提供一种震源系统，可用于海上勘探作业，配合调查船使用，所述调查船拖拽有拖缆2；震源系统结构参考图2，包括：

第一震源4：拖拽在所述调查船上，位移调查船尾部的海水中；第一震源也可被定义为主震源；

第二震源5：设置于所述拖缆2尾部；第二震源也可被定义为辅震源；

数据系统：又可定义为混叠采集数据记录系统，与第一震源4及第二震源5连接，用于向第一震源4和第二震源5发送激发控制信号，且，采集第一震源4和第二震源的激发反馈数据；

第一震源4和第二震源5具有不同的激发频率，第一震源4数量为一，第二震源5包括一个，或，呈阵列排布的多个。若为一个，则其被直接拖拽在调查船后方，若为多个，则每个第二震源5被一条拖缆2拖拽，多个震源5呈阵列被拖拽在调查船后。其中，拖缆2为第二震源提供能量和控制命令传输通道。

本实用新型中，拖缆2为一条或多条，用于接收地震信号并为拖曳在其尾部的第二震源5提供大功率电源传输通道；数据系统控制第一震源4和第二震源5的激发时序，并记录能量传输型多道地震拖缆上传的多道地震数据。其中，第一震源4和第二震源5的激发时序可通过数据系统进行设定。本实施例中，采用的激发方法为，第一震源4激发后，所有的第二震源5顺次激发，第二震源5第二震源在第一震源4的两次激发间隙内被激发。

震源系统的激发信号作用原理如图3所示。调查船行驶于海水层6，靠近海水层的底层定义为浅部底层7，比浅部底层7更深的为深部地层8。本实施例中，第一震源4采用气枪震源，激发地震波的典型频率范围在5-100hz之间，可获得海底之下数公里深度的浅部底层7地质构造回波数据。第二震源5为艉标型阵列式电火花震源，激发地震波的典型频率范围在200-1500hz之间，可获得海底之下数百米深度的深部地层8回波数据。

基于本实用新型提供的震源系统的结构，同时拖拽不同激发深度的震源，可在一个航次中，完成浅部地层7、深部地层8的地震回波数据的采集，可采集两类地震资料，分别满足两类海底资源调查需求，节省海洋资源调查成本，成倍提高了海洋地震作业效率。

在本实用新型一些实施例中，所述数据系统包括处理器系统包括第一震源控制系统、第二震源控制系统、主服务器及距离计数单元；可参考图5所示逻辑框图。第一震源控制系统经主控服务器与第一震源通信，用以控制第一震源激发；第二震源控制系统经主控服务器与第二震源通信，用以控制第二震源激发；具体的，数据系统还包括交换机及与第二震源数量相对应的接口单元，所述主控服务器经交换机连接至每个接口单元，每个接口单元对应连接至一个第二震源。

距离计数单元用于对调查船行进距离进行计数，第一震源控制系统和/或第二震源控制系统被配置为可根据调查船行进距离产生对相应震源的激发信号。

本实施例中，第一震源4和第二震源5均可采用距离信号作为激发触发信号。参考图4。第一震源采用定距激发模式，在调查船前行固定的距离(①)后主震源激发，例如每前进12.5m激发一次。

在第一震源4激发后，以第一震源4激发时刻为基准，混叠采集地震记录系统控制第二震源1至第二震源n开始轮流激发。第二震源也采用定距激发的模式，在第一震源4两次激发间隙内，调查船行走距离内被顺次激发。第一震源激发且调查船前进一定距离(③)辅震源1后激发，例如延后激发间距3.125m。其他辅震源分别延后一定距离(④)后顺序激发，例如延后激发间距3.125m。

第一震源激发的同时，混叠采集地震记录系统开始固定时长(②)的记录多道地震数据，例如多道地震数据记录时长6s。固定时长需要保证可以采集第一震源4以及所有第二震源5的数据。混叠采集地震记录系统开始多道地震数据记录，记录文件中包括第一震源激发产生的大深度地震数据和第二震源密集激发产生的浅层高分辨率地震数据。

在本实用新型一些实施例中，第一震源控制系统设置在调查船内；第二震源控制系统包括船端控制单元和震源端控制单元；其中，船端控制单元设置在调查船内，震源端控制单元设置在拖缆2末端，第二震源处。参考图8a和图8b，在本实用新型一些实施例中，第二震源为电火花震源，包括电极发射阵列501；

船端控制单元包括第二船端控制器，与主控服务器通信，将第二震源激发信号发送至主控服务器；

震源端控制单元包括第二震源端控制器，与主控服务器通信，接收第二震源激发信号，输出值电极发射阵列501；

拖缆尾部拖拽有艉标3，所述艉标3上设置有密封舱301，所述第二震源端控制单元设置于密封舱301内。

参考图6，第二船端控制单元，包括：cpu、fpga、存储器、上位电源控制、触发接口、上位i/o接口；可通过第二船端控制单元控制多个第二震源。

上位i/o接口，用于第二船端控制单元和第二震源端控制单元的通讯与电源连接。将第二船端控制单元的直流电源传输给第二震源端控制单元，将控制器fpga发送的命令传输给第二震源端控制单元，将第二震源端控制单元的状态信息发送给fpga。

触发接口，用于与混叠采集多道地震记录系统的接口，将混叠采集多道地震记录系统的震源触发信号传送给fpga。

上位电源控制，将交流市电(220vac电源或380vac电源)进行ac/dc变换，一路(高压dc电源)通过上位i/o接口下传，供脉冲能量源和下位控制器使用，另一路(低压dc电源)供上位控制器使用。

cpu，包括人机接口和配置软件(及其通用操作系统，如windows、linux等)。人机接口，包括键盘、鼠标、监视器。配置软件，用户可以设置多个震源水下拖体的工作参数、监控其工作状态，设置确认后将用户设置命令和参数发送给fpga保存、下发、执行。

参考图7和图9，第二震源端控制单元包括脉冲能量源，脉冲能量源接收第二震源端控制器的控制信号，用于向第二震源输出驱动脉冲，包括电极驱动支路，每个第二震源对应一条电极驱动支路；其中，第二震源端控制器采用mcu控制器，接收第二船端控制器的命令，包括激发能量、工作模式，作为第二震源端控制器的核心控制各模块的工作；第二震源端控制器与第二船端控制器之间通过下位i/o接口进行数据通信和电通信，通过下位i/o接口将第二船端控制器的直流电源传输给第二震源端控制器，将第二船端控制器发送的命令传输给第二震源端控制器，将第二震源端控制器的状态信息发送给第二船端控制器；

电极驱动支路包括储能单元和放电模块，放电模块的输入端与第二震源端控制器、储能单元连接，输出端与电极发射阵列连接，接收放电开闭控制信号，以控制储能单元与电极发射阵列之间的电连接。

在本实用新型一些实施例中，为了解决储能单元充电的问题，所述第二震源端控制单元进一步包括：

电压采样单元：与储能单元连接，进一步与第二震源端控制器连接，用于采集储能单元的电量并反馈至第二震源端控制器；

预充电单元，用于根据第二震源端控制器的指令，控制对储能单元的充电，可有效减少多路储能电容组充电期间对供电功率的瞬时需求，减小冲击电流干扰，降低功率损耗；

igbt变换电路：输入端连接至预充电单元，将直流电变为高频交流电，较高频率的交流电可以有效降低升压整流模块的体积和重量；igbt变换电路，受第二震源端控制单元中igbt控制电路控制，下位控制器可以根据多路储能电容组的电压开启、停止igbt变换电路的工作，进而开启、停止为多路储能电容组充电；

所述升压整流模块，输入端连接至igbt变换电路，输出端连接至储能单元，将高频交流电进行升压，升压之后ac/dc变换为直流高压电(可高达5600v)。

在本实用新型一些实施例中，所述数据系统进一步包括数据采集系统，用于采集经拖缆采集的震源反馈数据：

参考图10，所述拖缆2沿长度方向顺次包括前导段11、前减震段12、工作段、后减震段13、尾缆14和尾环15，所述工作段包括多个工作子段16；

所述拖缆2还包括数传包17，间隔设置在整个工作段的首尾和各工作子段16之间，用于工作子段16的集中数据采集；

所述数据采集系统与数传包17进行数据通信。

参考图3，拖缆2采集第一震源4和第二震源5激发后的地震波反馈数据，经数传包17传递至数据系统。

进一步对拖缆2的结构进行说明。

前导段11用于拖拽拖缆工作和信号传输，前减震段13用来降低船体给拖缆带来的震动，减小噪音，后减震段14用于平衡拖缆，减少拖缆的摆动，工作段是稀疏采样型海洋多道地震拖缆的主体，用于接收地震波，主要由地震道、数字包、缆芯和浮力充填物组成。其中，缆芯结构参考图11。缆芯的结构如图4所示，包括电力输送缆1801、内屏蔽层1802、芳纶纤维承力层1803、信号传输缆1804、外屏蔽层1805和外敷保护层1806。其中芳纶纤维承力层1803由芳纶纤维编织而成，承受海上作业时拖缆的拉力，保护电力输送缆和信号传输缆等不受力；信号传输缆1804，负责水听器信号的传输、拖缆尾部设备控制命令与状态的信号传输，可以是金属线缆或光纤；内屏蔽层1802，用于屏蔽外部电磁干扰；外敷保护层1806，为防水耐磨材料涂覆层，用于保护缆芯免受外力损伤，防水耐磨材料涂覆层可以采用聚醚型聚氨酯热塑性弹性体，可包含紫外线吸收剂、邻苯二甲酸二丁酯等填料助剂。电力输送缆1801分为两对线缆，一对双绞线缆为数传包供电，一对双绞线缆为尾部设备供电(拖缆尾部设备，包括电火花震源、等离子体震源、机电震动器、电海洋振动器，电磁震源、采用压电材料的震源以及采用磁致伸缩材料的震源等)；浮力充填物为固体柔性浮力填充物，为拖缆提供浮力，将拖缆配置为近零浮力，所述固体柔性浮力填充物为铰链低压高密度聚乙烯hdpe，可包含紫外线吸收剂、消泡剂等填料助剂。

在本实用新型一些实施例中，进一步提供一种震源系统的作业方法，采用上述震源系统，包括：

激发第一震源，并在调查船行进一定距离后，再一次激发第一震源；

每次第一震源被激发后，激发第二震源，其中，若第二震源为多个，则顺次激发第二震源；即在第一震源的两次激发间隙内，激发所有的第二震源；

在第一震源被激发后，记录第一震源激发地震数据及第二震源激发地震数据。

在本实用新型一些实施例中，第一震源激发后，定距激发第二震源；

所述定距激发第二震源的方法为，设定第二震源的激发间距s2，当第一震源激发后，调查船每行进距离s2，则一个第二震源被激发，直至所有第二震源激发完毕。

在本实用新型一些实施例中，作业方法进一步包括，定距激发第一震源；

所述定距激发第一震源的方法为，设定第一震源的激发间距s1，以第一震源当前激发时调查船所在位置为基准，当第一震源行进距离s1后，再一次激发第一震源。

第一震源的触发方式分为内触发和外触发。外触发由综合导航系统给主震源触发信号，内触发由混叠采集地震记录系统给主震源触发信号；在本实用新型一些实施例中，所述主服务器进一步连接综合导航系统，被配置为可根据导航信号产生第一震源的激发信号。不论第一震源外触发模式和内触发模式，第二震源激发均采用内触发。第二震源激发以主震源触发信号为基准，混叠采集地震记录系统定距激发第二震源，并记录第二震源激发时刻当前地震记录的数据点号。

当第一震源采用内触发方式，流程参考图12。通过cpu设定激发参数，包括第一震源激发间距d、地震文件记录时长t、第二震源数量n，第二震源延后激发间距d，辅震源激发间距δ等作业参数等。下达对第一震源的触发信号，第一震源被触发；混叠采集地震数据记录系统开始记录地震波数据；同时，对调查船的行进距离进行计数，当运动距离达到第二震源的激发间距时，激发第一个第二震源，随后，当调查船运动每次达到第二震源的激发间距，均触发一个新的第二震源，直至所有第二震源均完成触发；当调查船行进距离达到第一震源的触发间距后，第一震源再一次被触发，开启第二轮工作。

当第一震源采用外触发方式，流程参考图13。通过cpu设定激发参数，包括地震文件记录时长t、第二震源数量n，第二震源延后激发间距d，辅震源激发间距δ等作业参数等，随后进入作业模式；当收到综合导航系统的触发信号后，第一震源系统被触发，混叠采集地震数据记录系统开始记录地震波数据；同时，对调查船的行进距离进行计数，当运动距离达到第二震源的激发间距时，激发第一个第二震源，随后，当调查船运动每次达到第二震源的激发间距，均触发一个新的第二震源，直至所有第二震源均完成触发。

以上两种触发方式，(1)第二震源激发以第一震源触发信号为基准，其激发由混叠采集地震记录系统控制；(2)多道数据记录以第一震源触发信号为基准；当第一震源被触发后，数据系统开始记录地震数据；(3)第一震源数据和第二震源数据有数据系统分别记录；(6)由于混叠采集地震记录系统既负责多道地震数据的记录又负责辅震源的激发，所以混叠采集地震记录系统可以确定辅震源激发时刻对应的地震文件数据点号，因此辅震源炮时文件不需要记录辅震源激发的绝对时间(utc时间)，辅震源激发时刻对应的地震文件数据点号。(7)后处理人员根据辅震源炮时文件，对作业数据进行解混叠处理，分别得到一套第一震源数据和一套第二震源数据。

以下，提供一种震源系统的具体实施方式。

使用气枪震源作为第一震源，拖曳于船尾；

使用电火花震源作第二辅震源，拖曳于多道拖缆后方；

作业中，布放的地震拖缆前，将4条多道地震拖缆的尾部连接艉标型电火花震源；作业中，按照深层油气勘探作业的需求布放4条120道地震拖缆，道距6.25m，缆间距25m；

作业中，按照深层油气勘探作业的需求设置气枪震源的激发参数，正常激发；气枪震源采用等距激发，激发间隔为12.5m；调查船船速4节，激发时间间隔约6s；

作业中，按照浅层水合物勘探作业的需求设置电火花震源的激发参数，发挥电火花震源充电速度快、激发间隔短的优势，在气枪震源两次激发间隔之间，完成所有电火花震源的轮流激发；采用四个艉标型电火花震源作为辅震源，在气枪震源激发的同时开始激发第一个震源，之后每间隔3.125m激发另外一个震源；

作业中，使用多道地震拖缆使用与电火花震源主频相适应的采样率4khz接收地震波；

作业中，使用多道地震拖缆连续不间断接收地震波；

作业中，使用多道地震拖缆为尾部电火花震源提供能量传输通道和信号传输通道；

作业中，调查船航行速度控制在4-5节；

作业中，气枪震源与4个电火花震源单次激发反射点相对位置关系示意图，如图14所示。图中虚线为气枪震源激发反射点，实线为电火花震源激发发射点。

作业中，调查船行驶600s，气枪震源面元覆盖情况如图14所示，覆盖宽度50m范围内覆盖次数50次。

作业中，调查船行驶600s，电火花震源面元覆盖情况如图16所示，覆盖宽度50m范围内覆盖次数100-200次。

作业完成后，对作业数据进行解混叠处理，分别得到一套气枪震源数据和一套电火花震源数据。气枪震源数据地层穿透深度大，分辨率相对较低，满足油气资源勘探需求；电火花震源数据分辨率高，地层穿透较浅，满足天然气水合物资源勘探需求。

混叠采集地震记录系统开始多道地震数据记录，并记录辅震源炮时文件，炮时文件包括地震文件名、辅震源编号、辅震源炮号、激发时刻对应的数据点号。作业完成后，对作业数据进行解混叠处理，分别得到一套气枪震源数据和一套电火花震源数据。气枪震源数据地层穿透深度大，分辨率相对较低，满足油气资源勘探需求；电火花震源数据分辨率高，地层穿透较浅，满足天然气水合物资源勘探需求；在一个航次中，完成对不同地层深度的勘探。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。