[发明专利]海底四分量节点地震数据采集系统及其数据采集方法

说明书

本发明涉及一种海底四分量节点地震数据采集系统及其数据采集方法，包括沉放到海底的水声发射源潜标，海面带有GPS或北斗信号接收天线的浮标通过内置连续光栅光纤的光电复合缆与海底水声发射源潜标相连，海底四分量节点地震仪器顶部安装有水声应答器。海面浮标将定位和授时信号通过光电复合缆传送到海底的潜标内，布放到海底的四分量节点地震仪器通过工区四周布放的海底水声发射源潜标发出的水声信号进行精确定位与授时。海面浮标内置的复合调制解调仪器和连续光栅光纤缆实时测量从海面到海底的海水温度、压力、密度、含盐饱和度等参数，用于对海底潜标发射的水声信号速度进行修正，确保海底节点地震仪器的定位和授时精度满足误差要求。

技术领域

本发明属于海洋地球物理勘探技术领域，涉及一种海底四分量节点地震数据采集系统及其数据采集方法。

背景技术

海洋地震勘探是利用勘探船在海洋上进行地震勘探的方法。海洋地震勘探的原理、使用的仪器，以及处理资料的方法都和陆地地震勘探基本相同。海底地震勘探技术是海上地震勘探技术的一种，同样由震源和采集仪器组成。海底地震勘探技术大都采用非炸药震源(以空气枪为主)，震源漂浮在接近海面，由海上地震勘探船拖曳；采集仪器放到海底来接收震源发出、经过海底底层反射的纵横波信号。由于海水不能传播横波，只有把检波器放到海底才可接收到横波及转换波。其特点是在水中激发，水中接收，激发，接收条件均一；可进行不停船的连续观测。检波器最初使用压电检波器，现在发展到压电与振速检波器组合使用。海底地震勘探技术又可分为海底电缆勘探技术(Ocean Bottom Cable，简称OBC)和海底节点地震仪勘探技术(Ocean Bottom Node，简称OBN)。OBC技术是将成百上千个检波器连接在海底电缆上，由专用的放线艇在定位仪的引导下将采集电缆沉放到海底(海底电缆可以是一条或多条)，海底电缆的一端连接到固定的仪器船上(仪器船要在海上抛前后锚以保证船身不转向和船位不偏移)，而由海洋地震勘探船在海面四周按设计测线放炮的方式采集海底地震数据。

目前的海底地震数据采集方式主要有两种，一种是单分量、二分量、三分量或四分量海底地震数据采集缆(OBC)沉入海底采集地震数据，另一是独立的三分量或四分量海底地震数据采集站(OBS和OBN)沉底采集地震数据，两者都使用独立的海洋地震气枪激发源在水中拖移时激发。独立的海底地震数据采集缆和海底地震数据采集站如ION、Sercel、Fairfield和OYOGeospace等公司生产销售的各种OBC、OBS和OBN。

海底节点地震仪勘探技术(OBN)是把节点地震仪器放置水下无缆供电并且不进行通讯，每个节点地震仪器自主运行，完全独立于所有其它节点，可以连续采集数据数个月。OBN的数据采集工作是两船作业－震源船和节点地震仪器布放和回收船。节点地震仪器的布设方式和间距没有约束限制，适合全方位角勘探。布设节点地震仪器时，每个节点仪器上可能会附加沿绳线或钢丝缆，可轻松回收节点地震仪器，类似渔民回收长串列蟹笼。往数千米水深的海底布设节点地震仪器时，不适用附加沿绳线或钢丝缆，一般由ROV携带节点地震仪器在海底按照设计的测点坐标布设仪器，回收时，也是由ROV下潜到海底去逐一回收深水节点地震仪器。

由于没有供电与通讯电缆与海底节点地震仪器相连接，无法对海底节点地震仪器进行实时供电或电池充电，致使仪器需要携带大量的可充电电池以保证能长时间在海底工作，增加了节点地震仪器的生产成本、体积和重量，无法对投放在海底的节点地震仪器进行定位、无法实时监测海底节点地震仪器的工作状态、无法实时传输海底节点地震仪器采集的数据(仪器只能进行盲采)、无法给在海底工作的节点地震仪器进行授时，它们只能依靠价格昂贵的原子钟芯片给仪器授时，长期在海底工作时会由于原子钟芯片的时间漂移而带来授时误差。

光纤地震检波器具有灵敏度高、频带宽、高频响应好、具有平坦的频率特性响应、相位呈线性变化、技术参数一致性好、性能稳定可靠、无电无源、耐腐蚀、耐高温的优势，是地震检波器技术的发展方向。光纤检波器比常规的检波器具有更高的灵敏度、更好的高频响应特性，可实现多通道、大数据量、高速传输。而且由于前端没有电子元件，使其具有更高的可靠性，耐高温高压，无需供电，防水耐腐蚀，可长期布放，抗电磁干扰，通道串扰小。