[发明专利]海底地震节点系统

说明书

技术领域

本发明涉及海洋地震探测领域。特别地，本发明涉及利用地震节点的海洋地震数据获取，以及一种节省功率而不牺牲预设勘测规范中的精度的方法。

背景技术

海洋地震探测方法使用发射地震信号的地震源，同时，接收设备测量在亚表面(sub surface)的间断点返回的(反射的/折射的)地震信号的振幅和到达时间。该间断点由在具有不同弹力特性的层间的分界面形成并且被称为地震反射层(reflector)。返回的地震信号在海底或接近海平面处被地震传感器记录。

在海洋地震探测中，两种主要的技术被用于记录返回的地震信号。一种是通过使用在船舶后拖曳的水听器电缆(hydrophone cable)。由于切变波(S-waves)不通过水柱传播，这种技术仅记录压力波(P-waves)。另一种技术是部署地震节点，该地震节点包括在海底的地震检波器和水听器。通过这样方法，压力波与切变波均被记录并且因此更有用的数据将被记录并且随后被处理并用于绘制(map)亚地表。

近些年，通过收集海底的地震信号来代替使用更常用的船舶拖曳水听器进行信号记录，已做出更大的努力来改善海洋地震调查结果。

我们将在下文中描述现存的、已知的使用位于海底的地震传感器进行海洋地震数据获取的方法。基本上目前所使用的主要有两种使用地震传感器收集地震数据的方法。

第一种方法是部署集成了地震传感器的海底电缆和从该地震传感器至海平面的电和/或光架线，在该海平面处地震信号被记录。地震信号由被源船舶拖曳和部署的地震源生成。在数据记录期间，电缆一般被附着至记录船舶或者电缆部署船舶。在最近几年中，略有不同的方法已经被使用，凭借的是分离电缆部署船舶已经被记录浮标所替代，记录浮标也可为电缆提供来自柴油发电机或者位于该浮标内的电池所生成的功率。然后所记录的数据的全部或者部分经由无线电链路从该浮标传输至源船舶或者电缆部署船舶。

目前所使用的第二种方法是通过使用远程操作的载具或简单地通过将地震节点投入海中并且随后使他们慢慢下降至海底将自主地震数据记录节点部署至海底和从海底重新获得自主地震数据记录节点。在近来的实例中，船舶通过传送可触发地震节点中的每一者中的机构的信号来重新获得地震节点，触发该机构可激活其漂浮设备或从锚固重力中释放地震节点以使地震节点能够自己慢慢上浮到海平面。另一种已经被应用的使用这些节点的方法是将自主地震节点附着至弹性绳索上，投下绳索中的松弛的地震节点，然后使其下降至海底。在记录完成后，通过用绞盘拉起绳索来重新获得节点。

使用目前的方法，船舶需要部署地震节点，并且在地震数据被记录后取回节点以备进一步使用。海洋环境在变化并且由于不同的天气条件，这并不总是能被最佳安排。在典型的数据获取过程期间，地震节点被长期放置在水下，一次可以是几天、几个星期或者几个月。在放置期间，地震节点中的振荡器可能会漂移并且因此由于诸如温度变化或重力在变化的采样地震数据中产生时间误差。

此外，自主地震节点将必须在没有任何附加电池充电的情况下工作这么长时间。因此，要求地震节点非常节能。

在近海石油或天然气勘探中，地震节点及其中的部分的记录精度是至关重要的。由于在地震节点或者其任何部分的精度误差，许多可用的碳氢化合物和天然气可能不被以足够品质地绘制出。

影响记录精度的重要因素中的一者是漂移。漂移是在地震节点的振荡器涉及指定的频率的增加或减小频率的比率。虽然比率不同，但所有的振荡器都将会经历频率改变。振荡器中的漂移会引起地震节点的振荡器的频率变化，这将会导致定时误差。振荡器的频率准确度是与指定目标频率间的偏移。振荡器的频率稳定性是在一段时间内测量的振荡器频率相对于其工作频率的传播(spread)。

影响漂移和然后的记录精度的一个重要因素是温度系数，其可影响振荡器的频率响应于温度变化将漂移多少。当在源船舶的较暖和的甲板上时，地震节点的振荡器以一个频率产生信号，但是当潜入冷水中时振荡器可能以不同的的频率产生信号。振荡器的频率漂移将会对记录精度产生负面影响。

除了由温度引起的漂移，振荡器也可能被由振动、重力、供电变化和/或其它因素引起的环境变化所影响。晶体老化是影响输出频率的另一因素。在晶体振荡器中的老化是由多种电动机械机构引起的。长期稳定性通常由百万分之(ppm)中的部分来表示。15ppm表示1ms间隔中的振荡器周期可以改变15ns。短期稳定性是振荡器内噪声信号的函数并且代表振荡器输出的相位调制。短期稳定性在时间域中可以被指定为抖动，但是取决于测量间隔。

图10中示出了不同类型的振荡器之间的比较。