[发明专利]用于连续数据采集的设备和方法

说明书

技术领域

本文公开的主题的实施方案通常涉及用于地球物理探测的连续数据采集的方法和系统，更具体而言，涉及其机构和技术。

背景技术

反射地震学是一种地球物理勘探的方法，用于确定大地的地下层的部分的特性，其为对于石油和天然气工业特别有用的信息。海上反射地震学基于将能量波发射至大地中的受控源的使用。通过测量反射返回至多个接收器所需的时间，能够估计造成这些反射的特征的深度和/或构成。这些特征可以与地下的碳氢化合物的沉淀相关。

对于海上应用，常用的源基本上为冲击波（例如，使压缩气体突然膨胀）。最常用的源中的一种为气枪。气枪在短时间内产生大量的声能。这样的源在特定深度处沿着方向X被船舶拖曳。来自气枪的声波在全部方向上传播。气枪瞬间释放较大的峰值声压和声能。图1显示了这样的源。该图示出了在较浅深度处拖曳在船舶101之后的源阵列104。当源阵列被激活时，声能被耦合到水中并且被传输到大地，其中部分能量从洋底113以及从岩层界面112（具有声阻抗变化的岩石层）部分地反射回来。用于记录反射的能量的传感器或接收器106包括水诊器、地震检波器和/或加速计。接收器能够封装在流体填充的或固体的拖缆105中，其也被船舶在较浅深度处拖曳。

目前，一艘船舶通常拖曳多个拖缆，其具有用于确保拖缆以固定距离隔开的分流器。为了在拖缆和源之间保持适当的间隔，船舶通常以大约4节（2m/s）的速度不断地向前移动。在一些情况下，拖缆能够受到控制，使得全部接收器位于共同的深度处，或者在另外的情况下，在每个拖缆中的接收器受到控制以跟随特定的深度剖面。

现代拖缆配备有水鸟、罗盘和GPS接收器浮标。水鸟为具有鳍片的设备，以与船舶通信来控制拖缆深度和横向空间位置的间隔被隔开。做为选择，接收器能够静止并且放置在海底作为自由节点或者在洋底电缆中。

基于传感器类型，返回能量在每个接收器位置处被记录为作为时间的函数的压力、速度或加速度变化。将在多个源和接收器位置处做出的记录组合能够用于形成大地的地下特征的图像。从反射地震学形成的图像有助于定位表示石油和/或天然气贮藏的结构。

但是，脉冲波源的频率内容不是完全可控的，并且气枪源的不同的数目、尺寸和/或组合是取决于特定勘测的需求进行选择。此外，脉冲波源的使用能够造成一定的安全性和环保担忧。

因此，可以使用的另一类源为振动源。对于振动源，源信号激励通常为线性调频信号（chirp）（在预定扫描带宽上对于预定时间间隔的扫描频率正弦波激励信号）。由于源阵列被移动的船舶拖曳，因此源阵列在给定的扫描长度上发射线性调频信号。通常而言，在某些仪器重置周期和/或监听时间之后，重复线性调频信号从而开始对于新的源/接收器位置的新的记录。因此，典型的原始记录包括扫描和监听时间。相关可以用于使数据分解（collapse）以产生类似于利用脉冲波源可以得到的记录。利用振动源，再通过相关以分解数据的技术称为可控震源（Vibroseis）。

相关的一种替代是源特征反卷积，借此，测量的源信号用于将扩展的源信号转换为脉冲，其包含某些形式的频谱分割的性能。在源特征反卷积中，利用不相关或相关数据取得接收的信号和测量的源信号的快速傅里叶变换（FFT）。频谱商数形成，其中在每个频率处接收的频谱被除以源频率频谱。包括所产生的谱商数的阵列利用反向傅里叶变换（IFFT）被转换回时域，以恢复大地脉冲响应。

通常而言，在海上勘测中获得的地震数据优于在陆地勘测中收集的数据。在水中的源耦合比陆地上的源耦合好得多且均匀得多。在陆地上，源耦合比在海中更为易变，这是因为振动器在表面上震动，该表面能够快速地从沙子变为岩石，变为树桩、道路、泥土等等。海上环境通常比陆地勘测的环境更为安静，从而得到具有更低的环境噪声水平的记录。

但是，在海上地震学中出现了一些特殊的问题。因为源处于水面以下的位置，因此这导致了被称为表面虚反射的表面反射波。表面的声反射系数基本上为-1，使得通过源辐射的向上压力波在远离水面向下反射时经受极性变换。这些虚反射对来自源的主要发射能量产生相消和相长干涉，以在辐射能量的功率谱中产生谱峰和凹陷。

图2描绘了由两个源生成的垂直传播信号的功率谱上的源虚反射的效果。曲线200对应于在20m深度处操作的源，并且在其频谱大约0、37.5、75、112.5和150Hz处具有凹陷。对于曲线202，源位于5m深度处，并且其频谱中的凹陷出现在0和150Hz处。图2中的曲线已经被归一化到它们各自的峰值。表面虚反射产生了相长能量以产生图2中的曲线峰值。