海底地震節(jié)點系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋地震探測領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及利用地震節(jié)點的海洋地震數(shù)據(jù)獲取，以及一種節(jié)省功率而不犧牲預(yù)設(shè)勘測規(guī)范中的精度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋地震探測方法使用發(fā)射地震信號的地震源，同時，接收設(shè)備測量在亞表面(sub surface)的間斷點返回的(反射的/折射的)地震信號的振幅和到達(dá)時間。該間斷點由在具有不同彈力特性的層間的分界面形成并且被稱為地震反射層(reflector)。返回的地震信號在海底或接近海平面處被地震傳感器記錄。
[0003]在海洋地震探測中，兩種主要的技術(shù)被用于記錄返回的地震信號。一種是通過使用在船舶后拖曳的水聽器電纜(hydrophone cable) ο由于切變波(S_waves)不通過水柱傳播，這種技術(shù)僅記錄壓力波(P-waves)。另一種技術(shù)是部署地震節(jié)點，該地震節(jié)點包括在海底的地震檢波器和水聽器。通過這樣方法，壓力波與切變波均被記錄并且因此更有用的數(shù)據(jù)將被記錄并且隨后被處理并用于繪制(map)亞地表。
[0004]近些年，通過收集海底的地震信號來代替使用更常用的船舶拖曳水聽器進(jìn)行信號記錄，已做出更大的努力來改善海洋地震調(diào)查結(jié)果。
[0005]我們將在下文中描述現(xiàn)存的、已知的使用位于海底的地震傳感器進(jìn)行海洋地震數(shù)據(jù)獲取的方法?；旧夏壳八褂玫闹饕袃煞N使用地震傳感器收集地震數(shù)據(jù)的方法。
[0006]第一種方法是部署集成了地震傳感器的海底電纜和從該地震傳感器至海平面的電和/或光架線，在該海平面處地震信號被記錄。地震信號由被源船舶拖曳和部署的地震源生成。在數(shù)據(jù)記錄期間，電纜一般被附著至記錄船舶或者電纜部署船舶。在最近幾年中，略有不同的方法已經(jīng)被使用，憑借的是分離電纜部署船舶已經(jīng)被記錄浮標(biāo)所替代，記錄浮標(biāo)也可為電纜提供來自柴油發(fā)電機(jī)或者位于該浮標(biāo)內(nèi)的電池所生成的功率。然后所記錄的數(shù)據(jù)的全部或者部分經(jīng)由無線電鏈路從該浮標(biāo)傳輸至源船舶或者電纜部署船舶。
[0007]目前所使用的第二種方法是通過使用遠(yuǎn)程操作的載具或簡單地通過將地震節(jié)點投入海中并且隨后使他們慢慢下降至海底將自主地震數(shù)據(jù)記錄節(jié)點部署至海底和從海底重新獲得自主地震數(shù)據(jù)記錄節(jié)點。在近來的實例中，船舶通過傳送可觸發(fā)地震節(jié)點中的每一者中的機(jī)構(gòu)的信號來重新獲得地震節(jié)點，觸發(fā)該機(jī)構(gòu)可激活其漂浮設(shè)備或從錨固重力中釋放地震節(jié)點以使地震節(jié)點能夠自己慢慢上浮到海平面。另一種已經(jīng)被應(yīng)用的使用這些節(jié)點的方法是將自主地震節(jié)點附著至彈性繩索上，投下繩索中的松弛的地震節(jié)點，然后使其下降至海底。在記錄完成后，通過用絞盤拉起繩索來重新獲得節(jié)點。
[0008]使用目前的方法，船舶需要部署地震節(jié)點，并且在地震數(shù)據(jù)被記錄后取回節(jié)點以備進(jìn)一步使用。海洋環(huán)境在變化并且由于不同的天氣條件，這并不總是能被最佳安排。在典型的數(shù)據(jù)獲取過程期間，地震節(jié)點被長期放置在水下，一次可以是幾天、幾個星期或者幾個月。在放置期間，地震節(jié)點中的振蕩器可能會漂移并且因此由于諸如溫度變化或重力在變化的采樣地震數(shù)據(jù)中產(chǎn)生時間誤差。
[0009]此外，自主地震節(jié)點將必須在沒有任何附加電池充電的情況下工作這么長時間。因此，要求地震節(jié)點非常節(jié)能。
[0010]在近海石油或天然氣勘探中，地震節(jié)點及其中的部分的記錄精度是至關(guān)重要的。由于在地震節(jié)點或者其任何部分的精度誤差，許多可用的碳?xì)浠衔锖吞烊粴饪赡懿槐灰宰銐蚱焚|(zhì)地繪制出。
[0011]影響記錄精度的重要因素中的一者是漂移。漂移是在地震節(jié)點的振蕩器涉及指定的頻率的增加或減小頻率的比率。雖然比率不同，但所有的振蕩器都將會經(jīng)歷頻率改變。振蕩器中的漂移會引起地震節(jié)點的振蕩器的頻率變化，這將會導(dǎo)致定時誤差。振蕩器的頻率準(zhǔn)確度是與指定目標(biāo)頻率間的偏移。振蕩器的頻率穩(wěn)定性是在一段時間內(nèi)測量的振蕩器頻率相對于其工作頻率的傳播(spread)。
[0012]影響漂移和然后的記錄精度的一個重要因素是溫度系數(shù)，其可影響振蕩器的頻率響應(yīng)于溫度變化將漂移多少。當(dāng)在源船舶的較暖和的甲板上時，地震節(jié)點的振蕩器以一個頻率產(chǎn)生信號，但是當(dāng)潛入冷水中時振蕩器可能以不同的的頻率產(chǎn)生信號。振蕩器的頻率漂移將會對記錄精度產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0013]除了由溫度引起的漂移，振蕩器也可能被由振動、重力、供電變化和/或其它因素引起的環(huán)境變化所影響。晶體老化是影響輸出頻率的另一因素。在晶體振蕩器中的老化是由多種電動機(jī)械機(jī)構(gòu)引起的。長期穩(wěn)定性通常由百萬分之(ppm)中的部分來表示。15ppm表示Ims間隔中的振蕩器周期可以改變15ns。短期穩(wěn)定性是振蕩器內(nèi)噪聲信號的函數(shù)并且代表振蕩器輸出的相位調(diào)制。短期穩(wěn)定性在時間域中可以被指定為抖動，但是取決于測量間隔。
[0014]圖10中示出了不同類型的振蕩器之間的比較。
[0015]振蕩器從開啟到其輸出頻率達(dá)到必要的穩(wěn)定性之前也需要一些時間。根據(jù)不同的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和成本要求，開發(fā)出了不同類型的振蕩器?；诓煌瑴囟瓤刂品椒ǖ膶囟纫蕾嚨难a(bǔ)償已經(jīng)產(chǎn)生在振蕩器中；溫度補(bǔ)償晶體振蕩器“TCX0”，其使用溫度補(bǔ)償電路；恒溫控制晶體振蕩器“0CX0”，其使用恒溫槽(OVEN)控制晶體溫度。
[0016]在海底放置震蕩節(jié)點是昂貴并且耗時的，并且氣候可能限制適于數(shù)據(jù)獲取的時間，并且這可能導(dǎo)致沒有足夠功率來運(yùn)行包括振蕩器在內(nèi)的所有電子設(shè)備。此外，由于溫度變化等，許多類型的振蕩器將漂移，而其它的可能會使用很多功率以致其將會限制電子設(shè)備運(yùn)行的天數(shù)?，F(xiàn)有的振蕩器的物理尺寸和需要的電池電源組也可能受限。如果具有電導(dǎo)體的海底電纜被使用，則需要在船舶上的電源，但是水可能會進(jìn)入電氣終端和接插件，而因此影響電纜的可用性。同樣，電纜不能太長，因為太長會引起傳送電壓下降至不能接受的水平(電纜可有幾千米長)。
[0017]US 4281403公開了一種分散式地震數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，其中位于中心站較遠(yuǎn)處的單獨的記錄單元被用于記錄地震數(shù)據(jù)。該單元包括獨立的時間計數(shù)器和用于安排以期望的間隔與由中心站發(fā)起的地震沖擊同步的多個記錄周期的裝置。每個遠(yuǎn)程單元中的本地的時間計數(shù)器與中心站中的主時鐘時間計數(shù)器中的當(dāng)前值進(jìn)行比較。從各個遠(yuǎn)程單元時間計數(shù)器中讀取的本地累計時間計數(shù)和主時鐘累計時間計數(shù)被分別記錄在相應(yīng)遠(yuǎn)程單元中每一者中的檔案存儲介質(zhì)上的專門數(shù)據(jù)文件中。然后本地時鐘和主時鐘的累計時間的不同可以在針對遠(yuǎn)程單元中的每一者的全部記錄數(shù)據(jù)文件間線性地按比例分配，從而使其與主時鐘同步以及相互之間同步。
[0018]US 2005/0246137闡述了一種不需要線纜遙測或無線電遙測組件或無線電啟動的用于獲取地震數(shù)據(jù)的方法及系統(tǒng)。多個單獨的無線地震數(shù)據(jù)獲取單元被使用，其中單獨的數(shù)據(jù)獲取單元被起到數(shù)據(jù)傳感器記錄器和/或作為源事件記錄器的作用。每一個數(shù)據(jù)獲取單元以諸如排水量和時間的形式按時間記錄地震數(shù)據(jù)的獨立流。數(shù)據(jù)獲取單元不需要與其它數(shù)據(jù)獲取單元進(jìn)行無線電連接，也不需要與其它接收機(jī)單元或者源開始時間的直接同步。
[0019]US 2009/0080290公開了節(jié)點式地震數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，該節(jié)點式地震數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)將外部的、公用分布式時基用于系統(tǒng)操作的同步。該系統(tǒng)實施一種基于間歇接入公用遠(yuǎn)程時間基準(zhǔn)來更正本地時鐘的方法。該方法通過壓控振蕩器更正本地時鐘以負(fù)責(zé)在環(huán)境方面引入的定時誤差。該發(fā)明還提供了關(guān)于更正本地時鐘中的漂移的更穩(wěn)定的方法。
[0020]US 2010/0034053公開了用于獲取地震數(shù)據(jù)的方法，該方法通過使用多個自主地震數(shù)據(jù)獲取單元記錄地震數(shù)據(jù)，其中每個獲取單元包含數(shù)控溫度補(bǔ)償晶體振蕩器?？色@取與多個數(shù)控溫度補(bǔ)償晶體振蕩器相關(guān)聯(lián)的基于振蕩器的定時信號，并且使用來自第一和第二自主地震數(shù)據(jù)獲取單元的基于振蕩器的定時信號來確定時間更正。
[0021]US 7254093公開了包括水密封外殼的地震數(shù)據(jù)收集單元或吊艙(pod)。外殼儲藏其它組件，該其它組件可包括時鐘、電源、控制機(jī)構(gòu)及地震數(shù)據(jù)記錄器。更具體地，海底地震“0BS”類型的海底地震記錄器“SSR”單元包括一個或更多地震檢波器和/或水聽器傳感器、電源、地震數(shù)據(jù)記錄器、晶體振蕩器時鐘、控制電路，并且在萬向地震檢波器被使用并且切變數(shù)據(jù)被記錄的實例中，進(jìn)行圍繞或平衡(gimbal)。
[0022]US 7558157闡明了為了從一系列獨立的傳感器/節(jié)點或傳感器陣列中可靠地并準(zhǔn)確地實現(xiàn)無誤差數(shù)據(jù)，每個節(jié)點包括原子時鐘。此外，中心數(shù)據(jù)接收機(jī)/處理器也包括原子時鐘。每個節(jié)點傳送時間標(biāo)記的偽隨機(jī)碼。處理器將從節(jié)點傳送的時間標(biāo)記的偽隨機(jī)碼與其自身內(nèi)部的時間標(biāo)記的偽隨機(jī)碼進(jìn)行比較。通過在處理器中嵌入原子時鐘，與傳統(tǒng)的不具有內(nèi)部原子時鐘的GPS接收機(jī)相比，可改善數(shù)據(jù)更正和/或校準(zhǔn)。
[0023]US 8050140公開了以低截面套管(profile casing)為特點的獨立的海底吊艙。吊艙可能包括確定海底位置的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和用于計時的銣時鐘。受重力和溫度影響的時鐘能夠引起振蕩器頻率中的頻率偏移，從而導(dǎo)致地震數(shù)據(jù)中的誤差。使用不易受溫度和重力效應(yīng)或在地海的單元的方向影響的銣時鐘，將產(chǎn)生準(zhǔn)確的地震數(shù)據(jù)記錄。