[发明专利]声音传播速度建模方法、装置和系统

说明书

技术领域

[0001]本发明通常涉及在海洋地震探测中使用的海洋地震(勘探)方法和设备的领域，并且更具体地说涉及采用成本高效方式用于更精确地估计海洋环境中声音传播速度的方法和系统。

背景技术

[0002]海洋地震探测调查和绘制水体下的地下地质层的结构和特性的图。在所谓的海床地震中，包括地震接收器的绳缆从水面船体被布置在海床上。在拖曳海洋地震调查中，一条或多条拖曳海洋地震拖缆和拖曳声源被布置在船队中的一个或多个船体后。地震操作人员需要接收器的准确位置确定，并且定位用的典型使用方法基于水下声学测距。典型地，在3维、4维和超过/低于的拖曳海洋地震调查中，海洋地震拖缆排列使用声音距离测量以确定海洋地震拖缆中的地震接收器的位置。水中地震检波器接收器定位可通过全声学网络(有时称为IRMA-固有距离调制声学(intrinsic range modulated acoustics)实现，独立于海洋地震拖缆长度。该水中地震检波器也用作定位信号的接收器。不同于其中水中地震检波器位置的精度在声学定位节点之间降级的传统系统，Q-Marine技术在海洋地震拖缆的整个长度提供一致的精度。这种提高的接收器位置精度在地震数据表中转换为提高的高频率保持。并且更高频率转换成改进的垂直和侧向分辨率。称作Q-Technology^TM船的调查船可拖曳着具有25-50米间隙的多条1000-10,0000米绳缆执行地震调查，使用WesternGeco专利校准的Q-Marine^TM源。“Q”是先进地震技术的WesternGeco专利组件，用于提高的容器定位、描述和管理。

[0003]容器坐标估计总经常使用海洋声音信号传播时间，用于估计算法的某些部分。为了将海洋声信号传播时间转换为距离，需要海洋声传播速度。用于这种转换的值通常是海洋变量盐度、温度和压力的测量结果。这些变量用于最广泛接受的声速公式的任何一个中。

[0004]测量盐度、温度和压力至少有两种方法。一种使用可回收或可丢弃的声速探针。在它们经水柱下降期间，这些通常以固定间隔测量导电率(盐度)、温度和压力。这些或者已被存储或通信返回船只的测量值，然后被用于声速公式。

[0005]可选地，声音速度表可以沿海洋地震拖缆布置。这些设备采用至少两种原理工作。它们可以测量将用于声速公式的导电率(盐度)、温度和压力，或它们可以局部发射声脉冲并将其存储在固定已知长度的设备的另一端。经已知长度的传播时间给出声速。

[0006]除了上述测量机制外，比例因子的估计能够给出最匹配值，将例如根据最优准则、最小平方，导致测量值以某种最优方式拟合在一起。假设声音发射器/接收器对的成员之一的精确已知位置和该对成员之间的波场传播时间的精确测量值，如果沿波场轨迹(传播路径)的材料的传播速度特性已知或能够确定，则能够计算两者之间的距离。从几种这种距离，该对有缺陷定位的成员的位置能够由多侧边确定(有时不正确地称作三角测量)。如果该对的两个成员的位置不确定，可以使用诸如Kalman滤波的一些熟知的统计滤波方法。

[0007]取得传播模型估计的所有上述方法均存在缺点。在测量方法的情况中，如果声速探针经水柱垂直传播，它仅给出每个水平面的点测量。因此，如果存在水平声速梯度，对于排列展开的范围，测量是有误差的。人们可以简单地考虑测量多个点，但由于考虑设备、航行时间，测量操作的成本很高，这在操作上不可行，并且还存在健康、安全或环境危险。

[0008]通过给出声测量开始并被再次记录的平面或体积中的声速，沿海洋地震拖缆的测量似乎解决了这一问题。不幸地，由于声信号经常不是在一个平面传播，这在实际上是不充分的。而且，垂直声速分布图通常这样：声能量射线从平面折射离开，有时在诸如空气水平面或海洋底部表面的强密度界面反射，并且有时在源和接收器之间沿非直弯曲形状弯曲。此外，在海洋地震拖缆排列的水平范围，折射会不同，这样：对声能量传播通路(光线跟踪)建模需要许多水平和垂直测量点。

[0009]因此由于折射，任意点处的声速能够用于将传播时间转换为空间的基本假定是有缺点的，但在整个地震航海团体流行。与使用声速的多次局部测量相比，尺寸估计的方法是更好的选择。该尺寸估计方法试图根据类似最小平方的最佳准则结合所有测距。然而，单一尺寸估计的模型是：一个尺寸值应用于排列的整个范围，这不是最优的，因为虽然单一尺寸估计以一种最优方式消除了不同传播速度的距离误差，但在由于单一尺寸模型中的误差不是正态分布的一些情况中，仍存在残余误差。