地震浮缆系统及方法
阅读：274发布：2020-05-12
专利汇可以提供地震浮缆系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 地震 浮缆系统及方法。一种用来采集地震数据的地震浮缆系统，包括多个第一 电缆 段，其中每个电缆段中使用第一 传感器 配置，至少一个第二电缆段与一个或多个第一电缆段在操作上连接并使用第二传感器配置。在浮缆系统的各种 实施例 中，一个或多个第二电缆段与浮缆，浮缆阵列或地震排列稀疏地集成。第二传感器配置可以，例如包括传统 水 中听音器分布，第二传感器配置可以，例如包括至少像粒子速度传感器，压 力 梯度传感器， 加速 计和这些装置的组合中的一个这样的多元传感器。本发明对于衰减测量到的地震数据中的噪音有用，对 信号 消重影也一样。特殊的消重影程序包括分解粒子速度垂直分量的向上和向下部分，该粒子速度与来自 地层 的 声波 反射相关。，下面是地震浮缆系统及方法专利的具体信息内容。
1.一种用于采集地震数据的浮缆系统，包括：
多个第一电缆段，每个电缆段中使用第一传感器配置；
至少一个第二电缆段，与一个或多个第一电缆段在操作上连接并在其中使用第二传感器配置。
2.如权利要求1所述的浮缆系统，其中：
每个第一电缆段具有基本相同的长度；并且
每个第二电缆段具有的长度实质上比第一电缆段具有的长度小。
3.如权利要求1中所述的浮缆系统，其中第一电缆段在操作上串联以实质上限定单个浮缆。
4.如权利要求3中所述的浮缆系统，其中单个浮缆包括至少一个与第一电缆段在操作上串联的第二电缆段。
5.如权利要求4中所述的浮缆系统，其中第二电缆段包括两个或多个在操作上并联的电缆段。
6.如权利要求3中所述的浮缆系统，其中单个浮缆包括至少一个与一个或多个第一电缆段在操作上并联的第二电缆段。
7.如权利要求3中所述的浮缆系统，其中单个浮缆包括三个与一个或多个第一电缆段并联的第二电缆段。
8.如权利要求4中所述的浮缆系统，其中至少一个第二电缆段放置在单个浮缆中第一电缆段的上游。
9.如权利要求4中所述的浮缆系统，其中至少一个第二电缆段放置在单个浮缆中的两个第一电缆段之间。
10.如权利要求3中所述的浮缆系统，其中多个浮缆在操作上并联以实质上限定浮缆阵列。
地震浮缆系统及方法
[0001] 本申请是申请号为201210021967.9、申请日为2006年4月26日、 发明名称为“地震浮缆系统及方法”的发明专利申请的分案申请，该 母案申请是申请号为200610077091.4、申请日为2006年4月26日、 发明名称为“地震浮缆系统及方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
背景技术
[0003] 定义
[0005] “集群”指的是一起使用的多个(即多于一个)类似部件。
[0008] “多元”指的是包括两个或更多像水中听音器，地震检波器，加速 计，水中听音器的压力梯度配置这样的密集间隔的(在感兴趣的最小 波长的一小部分内)地震传感器的地震数据传感器组合。“4C”，比如， 指的是多元地震数据的特定形式，该多元地震数据由三个正交定向的 地震检波器或加速计与水下听音器的组合产生。
[0009] “在操作上连接”指的是直接或间接连接以发送或传导信息，力， 能量或物质。
发明内容
[0010] 一方面，本发明为采集地震数据提供浮缆系统。浮缆系统包括多 个使用第一传感器配置的第一电缆段，和至少一个与一个或多个第一 电缆段在操作上连接并使用第二传感器配置的第二电缆段。
[0011] 在浮缆系统的特定实施例中，每个第一电缆段的长度基本相同， 每个第二电缆段的长度基本上比第一电缆段的长度小。
[0012] 第一电缆段可以在操作上串联以基本确定单个浮缆。在这些实施 例中，单个浮缆可以包括至少一个与第一电缆段在操作上串联的第二 电缆段。因此，可以将一个或多个第二电缆段放置在单个浮缆内的第 一电缆段的上游，或放置在单个浮缆内的两个第一电缆段之间。
[0013] 作为选择，单个浮缆可以包括至少一个与一个或多个第一电缆段 在操作上并联的第二电缆段。这样，例如，单个浮缆可以包括三个与 一个或多个第一电缆段并联的第二电缆段。
[0014] 可以知道依照发明的浮缆系统，多个浮缆可以在操作上并联以基 本确定浮缆阵列。浮缆阵列可以包括至少一个第二电缆段，每个第二 电缆段与单个浮缆内的多个第二电缆段在操作上串联。因此，每个串 联的第二电缆段可以放置在单个浮缆内的各个第一电缆段的上游，或 放置在单个浮缆内的两个第一电缆段之间。
[0015] 做为选择，这样的浮缆阵列可以包括至少一个第二电缆段，每个 第二电缆段与浮缆在操作上并联。因此，每个第二电缆段可以放置在 两个浮缆之间，例如，以基本上确定小型浮缆。
[0016] 浮缆系统的特定实施例使用第二传感器配置，该配置适合测量频 带的高频部分的地震数据，例如，频率在大约16Hz到大约125Hz 范围内。这些实施例还使用第二传感器配置，这个配置适合测量频带 的低频部分的地震数据，例如，频率在大约2Hz到大约16Hz范围。
[0017] 在浮缆系统的特定实施例中，第一传感器配置包括传统水中听音 器分布，第二传感器配置包括多元传感器。更具体地，第一传感器配 置可以包括多个沿每个第一电缆段纵向分布的水中听音器。这样，第 一传感器配置可以包括纵向间隔的水中听音器，或者它可以包括纵向 间隔的水中听音器集群。
[0018] 在某些特定实施例中，水中听音器集群是经配置以确定压力梯度 配置的，这些特定实施例中的第一传感器配置使用水中听音器集群。 水中听音器集群相互之间有不超过大约3.125m的纵向间隔。因此， 每个水中听音器集群包括三个或更多水中听音器，这些水中听音器有 着相对较短的横向间隔，例如，相互之间的横向间隔不超过大约4-10 cm。
[0019] 做为选择，第一传感器配置可以包括多个依照第一间距纵向分布 的水中听音器，第二传感器配置可以包括多个依照与第一间距完全不 同的第二间距纵向分布的水中听音器。这样，例如，第一间距可以是 大约3.125m，6.25m或12.5m。第二间距可以在大约1.5m到大约3 m的范围之间。
[0020] 在浮缆系统的其它特定实施例中，第一传感器配置可以包括一个 或多个粒子运动传感器，例如粒子速度传感器，压力梯度传感器，加 速计或这些装置的组合。
[0021] 在浮缆系统的特定实施例中，第二传感器配置包括一个或多个粒 子运动传感器。这样，粒子运动传感器可以至少包括粒子速度传感器， 压力梯度传感器，加速计中的一个或这些装置的组合。
[0022] 做为选择，第二传感器配置可以包括一个或多个水中听音器。这 样，例如，第二传感器配置可以包括多个纵向间隔的水中听音器集群。 在特定实施例中，这些集群可以以在大约1.5m到大约3m范围的间距 间隔分开。
[0023] 另一方面，本发明提供地震勘测排列，包括水中行驶的拖船，多 个与拖船在操作上连接的第一电缆段和多个与拖船在操作上连接的第 二电缆段。每个第一电缆段中使用第一传感器，每个第二电缆段中包 括多个沿着它分布的震源。至少有一个第三电缆段与一个或多个第一 或第二电缆段在操作上连接。每个第三电缆段中使用第二传感器配置。
[0024] 在地震勘测排列的特定实施例中，第一传感器配置包括多个依照 第一间距纵向分布的水中听音器，第二传感器配置包括多个水中听音 器，这些听音器依照与第一间距完全不同的第二间距纵向分布。更具 体地，第一间距可以是大约3.125m，6.25m或12.5m，第二间距可 以在大约1.5m到大约3m的范围。
[0025] 在地震勘测排列的特定实施例中，至少一个第三电缆段使用多元 传感器，并与一个或多个第一电缆段在操作上连接。做为选择，至少 一个第三电缆段使用多元传感器并与一个或多个第二电缆段在操作上 相连。
[0026] 本发明进一步的方面涉及震源系统，包括多个第一电缆段，每个 第一电缆段有多个震源沿其分布。至少一个第二电缆段与一个或多个 第一电缆段在操作上相连。每个第二电缆段中包括一个或多个粒子运 动传感器。
[0027] 本发明中更进一步的方面涉及在地球表面的水体中采集地震数 据的方法。发明的方法包括以下步骤：用牵引震源组合生成声波，使 用多个第一电缆段测量来自地层的声波反射，其中每个第一电缆段使 用第一传感器配置，用至少一个第二电缆段测量来自地层的声波反射， 第二电缆段与一个或多个第一电缆段在操作上连接并使用第二传感器 配置。发明的方法可以用一个或多个这里所说的特定浮缆系统实施例 来实现。
[0028] 在发明方法的特定实施例中，第一传感器配置包含传统水中听音 器分布，第二传感器配置包含多元传感器。获取的水中听音器测量结 果可以用获取的多元测量结果进行消重影，例如，通过确定与来自地 层的声波反射相关的粒子速度垂直分量的上行部分。确定步骤可以根 据方程式完成：
[0029] 其中：
[0030] 是粒子速度垂直分量的上行部分，
[0031] Vz是粒子速度的垂直分量，
[0032] P是压力，
[0033] Kz是垂直波数的绝对值，
[0034] ω是角频率，以及
[0035] ρ是水的密度。
[0037] 为了详细了解了本发明的上述特征和优点，将参照附图中示意地 示出的具体实施例对上面已简要概述的发明做更特别的描述。尽管如 此，注意到附图只示意地示出了本发明的典型实施例，并不因此认为 限制了它的范畴，因为发明可以允许有其它同等有效的实施例。
[0038] 图1A是在平面图中示意地表示现有技术地震勘测排列。
[0039] 图1B是在前视图中示意地表示图1A中的地震勘测排列技术。
[0040] 图2依照本发明示出带有两个被第二电缆段分开的第一电缆段的 地震浮缆，这三个电缆段串联。
[0041] 图3依照本发明是带有交互的第一和第二电缆段的地震浮缆的示 意表示，第一和第二电缆段都串联。
[0042] 图4A示出图3中沿线段4A—4A的地震浮缆的剖面图表示。
[0043] 图4B示出图3中沿线段4B—4B的地震浮缆的剖面图表示。
[0044] 图5示依照本发明出带有多个在各自的上游位置与多个第二电缆 段分别串联的第一电缆段的地震浮缆。
[0045] 图6依照本发明示出带有多个与第二电缆段在操作上并联的第一 电缆段的地震浮缆阵列。
[0046] 图7依照本发明示出带有与第二电缆段并联的第一电缆段的地震 浮缆。
[0047] 图8A依照本发明示出带有与第二电缆段并联的第一电缆段的地 震浮缆的可替换形式。
[0048] 图8B示出图8A中沿线段8B—8B的地震浮缆的剖面图。
[0049] 图9A依照本发明示出带有与三个第二电缆段并联的第一电缆段 的地震浮缆。
[0050] 图9B示出图9A中沿线段9B—9B的地震浮缆的剖面图。
[0051] 图10依照本发明示出在震源阵列之间牵引的多元电缆段的前视 图。
[0052] 图11依照本发明示出在震源阵列之间牵引的可替换多元电缆配 置的前视图。
具体实施方式
[0053] 海洋地震采集勘测的执行通常包括一个或多个船，船牵引着至少 一个地震浮缆通过水体，该水体被认为是覆盖在一个或多个具有碳氢 化合物结构上。图1A-1B依照本发明受让人WesternGeco所有的商品 示出用来进行三维或四维勘测的特定海洋地震采集勘测排列(还简称 为“排列(spread)”)10。尽管如此，本领域的技术人员会知道，本发 明不局限于应用在特定排列10中。这样，本发明在很多其它系统采集 系统中都有效用。
[0054] 排列10的特征在于有多个部件，其中一些部件是可控的，被称 为排列控制部件。排列控制部件通常包括船舵R，船推进器P，船推 力器(未示出)，和一个或多个牵引装置用来驾驭否则构成排列10 的各种部件。
[0055] 更特别地，在WesternGeco所有并操作的QTM船的情形中，船11 被提供GPS接收器12，该GPS接收器与基于计算机的集成地震导航 (TRINAVTM)，震源控制器(TRISORTM)，和记录(TRIACQTM)系统14(总 称为，TRILOGYTM)耦合，QTM船还牵引多个震源16，尤其是美国专 利
4,757,482中描述的那种TRISORTM控制的多重气枪震源，以及四个 或更多基本相同的浮缆
18组成的浮缆阵列19。相关领域的技术人员 会明白，实际上，通过使用受让给WesternGeco的美国专利6,498,768 中描述的技术，可以牵引多达20个浮缆。浮缆18通过它们各自的引 线(lead-ins)20(也就是高强度钢或在船11与浮缆18之间传输电力、 控制和数据信号的纤维增强电缆)牵引。最外层浮缆18的跨度是由两 个叫做MONOWINGTM偏导器的可操纵的前端偏导器(SFEDs)控制 的，该偏导器在22处指出，与两个或更多最外层浮缆的各个前端24 相连。在受让给WesternGeco的美国专利5,357,892中详细描述的 SFED 22，与各个延展机绳索26协同作业，该延展机绳索26连接在 每个最外层浮缆18的前端24和其临近的浮缆的前端24之间，以帮助 维持浮缆18之间基本一致的间隔。
4,757,482中描述的那种TRISORTM控制的多重气枪震源，以及四个 或更多基本相同的浮缆
18组成的浮缆阵列19。相关领域的技术人员 会明白，实际上，通过使用受让给WesternGeco的美国专利6,498,768 中描述的技术，可以牵引多达20个浮缆。浮缆18通过它们各自的引 线(lead-ins)20(也就是高强度钢或在船11与浮缆18之间传输电力、 控制和数据信号的纤维增强电缆)牵引。最外层浮缆18的跨度是由两 个叫做MONOWINGTM偏导器的可操纵的前端偏导器(SFEDs)控制 的，该偏导器在22处指出，与两个或更多最外层浮缆的各个前端24 相连。在受让给WesternGeco的美国专利5,357,892中详细描述的 SFED 22，与各个延展机绳索26协同作业，该延展机绳索26连接在 每个最外层浮缆18的前端24和其临近的浮缆的前端24之间，以帮助 维持浮缆18之间基本一致的间隔。
[0056] 每个浮缆18包括多个(多达4000个)沿浮缆的长度间隔分布的 水中听音器传感器21。每个水中听音器21被分开地电线连接，使得 它的输出信号可以被分别数字化和滤波，从而允许执行受让给 WesternGeco的美国专利6,684,160中描述的被称为数字群形成的尖 端处理。
[0057] 每个浮缆18包括大量基本相同的“活跃”浮缆段18i，18ii， 18iii…18n，每段大约100米长，端部相连地连接在一起。每个活跃浮 缆段包括外层塑料皮，该塑料皮包含几种例如由Kevlar制造的延长压 力元件，还包括水中听音器21，该装置如受让给WesternGeco的美国 专利6,477,111中描述的煤油饱和的塑料泡沫间隔材料隔开。做为选 择，活跃浮缆段可以使用“固体”结构、基于光纤的配置或其它本领域 技术人员公知的配置。
[0058] 每个浮缆18还有多个内嵌浮缆操纵装置(SSD)38，也称为“鸟 (bird)”，诸如也被受让给WesternGeco的美国专利6,671,223中描 述的那种Q-FINTM鸟，它们每隔大约例如200m分布，用来控制浮缆 的深度并横向操纵它。另外，每个浮缆18有内嵌声发射器或“声波发 射器”40沿其分布，声波发射器交插在鸟38之间。声波发射器40是 定位和导航系统的一部分，它们的操作在美国专利4,992,990和 5,668,775中有描述，这两个专利都受让给WesternGeco.
[0059] 每个浮缆18还可以配有前段(36)和后段(44)，一般被称为“伸展” 段或“震动绝缘”段。前伸展段36的功能是机械地使浮缆18与船11 解除耦连，从而阻止来自船11的不希望的震动力作用于浮缆18，该 震动力可能将大量噪音引入记录的地震数据信号。后伸展段44对尾浮 标46有相似的功能，否则尾浮标会施加因拖曳导致的震动力。伸展段 包括外层塑料皮，导线，和浮飘装置，这方面与活跃浮缆段相似。然 而，不同的是伸展段通常没有水中听音器，而且缺少活跃段的延长压 力元件，尽管有像聚酰胺纤维绳索这样的弹性压力成分构成每个伸展 段的一部分，以便将其总伸展长度限制在预选限度内。典型的伸展段 可以是50-250米长，几乎能够伸展它本身长度的两倍。
[0060] 浮缆28的后端42，也就是，远离船11的一端，通过各自的后伸 展段44与各自的尾浮标46相连。尾浮标被提供各自的与声波发射器 40相似的声波发射器48，和各自的GPS接收器50。
[0061] 浮缆阵列19还在前端24区域被提供另外的浮标或浮筒52。更特 别地，另外的浮筒52分别在各自的水密光电T形连接器54处与浮缆 18相连，经常是四个最外层浮缆，以便于被浮缆牵引，水密光电T形 连接器54放置在最外层浮缆的前端24的两个伸展段36之间。可以与 尾浮标46基本相同的浮标52，被提供各自的声波发射器56和GPS 接收器58，通过各个伸展段60与它们各自的连接器54相连。尽管为 了清楚，浮标52在图1A中作为它们的浮缆的分支示出，实际上它们 基本上与浮缆18成一直线。
[0062] 震源16在62处也被提供GPS接收器和像水中听音器21这样的 声波接收器。震源16可以通过如受让给WesternGeco的英国专利申 请GB 0307018.2中描述的操纵装置17进行操纵。
[0063] 这样，当如上所述用QTM船进行地震采集勘测时，从船11调度 震源16和地震浮缆阵列19并在基本于图1A和图1B中示出的配置中 以大约5节的速度拖曳。每隔例如10秒左右周期性地发射震源16， 以声波的形式将地震能量发射到水中，导致一个或多个相干地传播到 水W下的地球E中的波场(看图1B)。当波场冲击地貌或地层之间 的界面4时，它们通过地球E和水W沿路径5反射到各种水中听音 器21，在水中听音器21处，波场(例如，压力波)被转换成电信号， 数字化，并通过浮缆18和引线20发送到船11上的记录/处理系统14 (看图1A)。通过对这些探测到的信号的分析，可以确定海底地层的 形状，位置和岩性。
[0064] 在海洋勘测中遇到一个问题，与在倒转地震垂直剖面或“VSP”中 一样，就是水柱回响。这个由水面和水床(以及海底边界)的固有反 射率引起的问题，可以进行如下解释。地震波从海床3或海底地层4 反射以基本向上的方向进入水中(例如,看波5,7).这样的波，称为“初 波”，通过水W传播并通过地震传感器21—无论在海床还是牵引阵中 (后者在图1A和图1B示出)—传感器会记录它的出现(即初波的特 性)。该波场继续例如沿路径7向上到达水面S，在这里它被向下反 射回去。该反射的(或“重影(ghost)”)波场8，也通过水W传播并 通过一个或多个传感器21，在这里它又被记录下来。依靠水底3地球 物质的自然特性，重影波场本身可以通过水向上反射，产生一系列的 一个或多个相续的重影反射或“多重波”。
[0065] 在海床地球物质特别硬的情形下，震源16产生的多余声能或噪 音也会在水柱中被捕捉到，以与反射地震波本身相同的形式回响。该 噪音常常有大振幅，结果，常常覆盖了研究中所寻找的相对较弱的地 震反射信号。地震波场的这个水中回响使地震数据变模糊，并使某些 频率放大而使其它的衰减，因此使得对水下地貌的分析变得困难。
[0066] 因此，消重影，或消除一个或多个重影波场，以及消除所谓的多 重波，对得到精确的地貌特征很重要。到目前为止已经提出了几种消 重影的解决方案，但是一般都不能令人满意，因为它们被一个或多个 以下的缺点所限制：
[0067] 需要近海面牵引的浮缆；
[0068] 解决方案只对第一重影陷波(notch)的一小部分有效；
[0069] DC和陷波频率(notch frequency)的差的信噪比；
[0070] 对在评估压力或粒子速度的垂直分量(Z)方面的二维假设的依 赖；和
[0071] 操作复杂性(例如所谓的上/下浮缆解)。
[0073] 这样，例如，存在对消重影解决方案的需要，该解决方案消除来 自频谱的重影陷波，以便可以在任何深度牵引一个或多个浮缆。在多 个深度进行牵引的自由带来多个操作上的优点。
[0074] 此外，存在对交叉线波场特性的需要，以便能够实现用来确定压 力或粒子速度的垂直分量(Z)的实三维解。
[0075] 已知的一种消重影解决方案，将波场分解为上行波场分量和下行 波场分量，这种解决方案对测量信号的消重影和噪音衰减都有用。尽 管如此，目前波场分解在商业应用中只用在海床勘测。因此存在对将 全波场成分应用于牵引海洋勘测的解决方案的需要。
[0076] 另外，众所周知，在地震采集勘测过程中，粗糙海洋效应可能非 常重要，它能将振幅和相位扰动引入测量信号和波至之后的离散尾波 波场。因此存在对能有效消除粗糙海洋效应的解决方案的需要。
[0077] 本发明如这里描述和要求的提出致力于解决这些和其它需要、目 标和优点。
[0078] 本发明提供减少地震采集勘测中“重影”和“多重波”的影响的解 决方案，该解决方案还可以用来衰减所测量地震数据中的噪音，适合 在大量地震采集系统中执行，包括传统的和“高端”浮缆。本发明包括 多种地震传感器或接收器配置，它们一般以在传统浮缆技术和非传统 浮缆技术(例如多元传感器)之间的混和解决方案为特征。因此，结 合进了本发明中几个方面的浮缆(或者通过分立的电缆段，或者通过 分离的单个浮缆，或者通过作为浮缆阵列或地震排列的一部分而结合) 一般将在下文中称为“混合浮缆”。
[0079] 地震波场使用在牵引浮缆(或浮缆阵列)中离散放置的传感器进 行空间取样通常有两个分离的因素控制。首先，地震波长必须被适当 地进行空间采样以防止出现空间混淆(例如频率模糊)。这样，例如， 如果假设水速为1500m/s，而且我们对高达125Hz的还原频率感兴趣， 那么采样条件为间隔大约6.25m，因为最小波长将针对与浮缆同线内 的水平传播的波(波场必须在每波长放置两个传感器下进行采样)。 这比传统地震工业中12.5m的间隔更有限制性，传统工业中假设整个 水平方向传播很小的能量。
[0080] 其次，浮缆中牵引引入的噪音，如浪涌噪声或隆波，以比水中音 速低得多的速度传播。幸运地，这种噪音的频率含量也非常低。尽管 如此，为了适当地对该噪音采样，希望间隔大约3.125m的传感器， 甚至还希望间隔更短(例如，1.5625m)的传感器。这种采样标准比 空间混淆标准更严格，但是原则上只是局部地需要这样密集的间隔， 因为空间滤波器的孔径(也称为假频滤波器和抗混淆滤波器)相对较 短(例如，2－5个传感器点)。因此，某些混合浮缆实施例(下面进 一步描述)使用间隔密集元素的短数字群以衰减噪音，但群与群之间 的距离相对较大以便在不需要记录高频信号的情况下捕捉信号。
[0081] 一些—而不是全部—混合浮缆实施例会使用多元传感器，并可能 因此被认为是多元浮缆和多元电缆段。这样，例如，某些多元中压力 (P)和垂直分量(Z)(例如粒子速度的)测量的有效性，混合浮缆允许 进行消重影，包括多重波消除，将被以与目前对海床记录所做的相似 的方式进行。假设压力和粒子速度记录都是高质量的，合并了两个测 量的多元浮缆会提供消重影数据的全带宽，而不在陷波频率牺牲信噪 比。这样，因而提供多个优点，包括：
[0083] 改善的解(高频率，短稳定小波)；和
[0084] 改善的反演(低频率，速度模型评估)。
[0085] 如本文中提出的与混合浮缆相关的确定性消重影方法论可以有 效地消除粗糙海洋扰动。粗糙海面的影响可能非常重要，并将振幅和 相位扰动引入信号和波至之后的离散尾波波场，消除粗糙海面扰动对 时移(四维)处理和分析尤其重要。通常，任何多道处理步骤都会抹 除在信号后引起噪音的扰动。可以从粗糙海面消重影中获益的处理的 一个特殊例子是多重波抑制。
[0086] 依照本发明的混合浮缆的特定实施例适用于分解为上行波场和 下行波场分量的全波场，例如，依照受让给Schlumbnerger的美国专 利6775618或都受让给WesternvGeco的国际专利申请WO 03/058281A1号和WO 2003/100461A3所教导的消重影，结果增加了 精确性和带宽。这是重要的因为它使得浮缆深度/操纵选择(像由上图 1A-B中所述的装置执行的那样)能够由具有减少的噪音的最优无噪音 时段的目标导向进行控制，防止电流影响，等等。
[0087] 用这种方法对记录的数据进行精确分解为目前正在研究的多重 波抑制和成像提供了几种解决方案，例如：初级波和多重波驱动成像 (下行波场在波动方程成像处理中被用作震源波场)；使用P,Z和震 源信号知识之间的三角关系评估震源信号(这对无数处理步骤是先决 的，例如表面相关多重波消除，或SRME)。另外，将波场分解为上 行和下行分量为衰减水中传播的例如发动机/推进机噪音或地震干涉 这样的噪音提供了新的可能性。
[0088] 本发明进一步的方面涉及到在牵引海洋环境中可以能够实现实 三维解的交叉线波场特性。到目前为止一般会在二维模式中想到消重 影，或至少在2.5D模式处理中。本发明展示出执行三维消重影解决方 案的效果，如受让给Schlumberger的同时待决的英国专利申请GB 0413151.2中所述。这样，依照本发明在近海面处牵引的混合浮缆允许 实测的地震数据垂直(Z)分量的三维消重影。这允许通过它们来自 平面的波至而识别衍射的多重波，且允许将衍射的多重波分解为上行 和下行的成分，从而多重抑制技术在除去这些多重波方面是有效的。
[0089] 交叉线波场特征包括，如粒子速度的交叉线成分的测量。因为这 与压力的一阶交叉线导数成比例，浮缆附近压力的泰勒展开式中两个 基本项(P和dP/dy)是自动已知的。此外，如果按照本发明的浮缆 是在海表面附近被牵引的，那么压力的二阶交叉线导数可确2 2
定，从而 泰勒展开式中三个基本项(P，dP/dy，和d P/dy)是已知的。泰勒 展开式会提供重要的额外信息并对P记录的内浮缆插入进行约束。在 目前使用的三维表面相关多重波消除方法中这是关键步骤。该科目中 的大部分研究集中在与内插法和来自记录(不完全)数据的新震源/ 接收器位置预测相关的问题上。另外，泰勒尺形式将允许记录的压力 数据从浮缆外推。这又会允许在时移(四维)勘测中实行数据内插以 便在基地勘测中更好地匹配记录位置。
定，从而 泰勒展开式中三个基本项(P，dP/dy，和d P/dy)是已知的。泰勒 展开式会提供重要的额外信息并对P记录的内浮缆插入进行约束。在 目前使用的三维表面相关多重波消除方法中这是关键步骤。该科目中 的大部分研究集中在与内插法和来自记录(不完全)数据的新震源/ 接收器位置预测相关的问题上。另外，泰勒尺形式将允许记录的压力 数据从浮缆外推。这又会允许在时移(四维)勘测中实行数据内插以 便在基地勘测中更好地匹配记录位置。
[0090] 这样，本领域的技术人员会知道，在一些情况下(如，单个波至)， 极化和事件波至方向的精确特性会允许过滤复合噪音现象和识别衍射 的多重波。
[0091] 本发明进一步的方面涉及在任何深度牵引混合浮缆的能力，因为 从频谱上消除了接收器表面重影陷波(notches)。这是可能的，因为 在某些混合浮缆实施例中提供的压力梯度/速度测量是纯动压测量的 互补测量，而且当压力在压力陷波频率上达到最小值时，上述测量达 到其最大值，反之亦然。
[0092] 浮缆深度和来自海面涌浪的噪音是直接相关的。将浮缆牵引得离 水面越近，压力陷波频率越高。因此，趋势是在浅海面牵引浮缆以取 回更高的频率。尽管如此，牵引得越浅，离海面涌浪越近，测量结果 变得越嘈杂。这种天气噪音是现在非操作性海洋勘测时间的最大组成 部分之一，也是在设计勘测时需要放在海洋环境中着重考虑的。因此 勘测深度的自由是关键的操作优点，通过减少不操作时间增加了操作 窗口。
[0093] 本发明的混合浮缆解决方案的特殊范例是多元浮缆，它不仅包括 记录传播地震波产生的动态压力的水中听音器，还有能在三个笛卡儿 方向Vx,Vy,Vz，测量如粒子速度向量(或粒子速度的时间导数，等等) 这样粒子运动的传感器。应当知道，其它粒子运动传感器，例如加速 计和压力梯度传感器(包括水中听音器集群装置)可以应用于这个优 点。
[0094] 带有例如压力测量和压力垂直梯度测量和/或加速度测量的多元 完全集成化浮缆解决方案的发展在技术上是复杂，昂贵而且耗时的。 一个特别的挑战是以节省成本的方式，实现将所需要的声学性能引入 直径相对较小例如45mm的浮缆。
[0095] 因此，本发明的一个方面涉及以下发现：多元传感器可以选择地 (例如稀疏地)与传统浮缆集成以达到很多与全集成方案(例如，浮 缆阵列，每个浮缆大量使用多元传感器)相同的结果，而不会遇到随 之而来的困难和成本。稀疏集成的多元浮缆解决方案可以使用短到1m 或更短的电缆段，该电缆段上装有粒子运动传感器，例如粒子速度传 感器，压力梯度传感器和/或加速计。这些短电缆段可以插在排列之前 (例如，在每个浮缆的前部)或分布于整个排列。
[0096] 多元传感器可以与地震排列的其它部分集成，在此处这些测量是 切实可行的并且特别关心的，如下文进一步描述的那样。此外，依照 本发明的混合浮缆，包括稀疏多元解决方案，可以用在其它方法和处 理技术中。
[0097] 如前面提及的，可以对声波波场进行分解从而使产生的量代表粒 子垂直速度或压力的上行和下行分量。下面的方程式对于将数据(在 频率波数域内)分解成上行和下行粒子速度是有用的：
[0098]
[0099] 其中：
[0100] 是粒子速度垂直分量的上行部分，
[0101] Vz是粒子速度的垂直分量，
[0102] P是压力，
[0103] Kz是垂直波数的绝对值，
[0104] ω是角频率，和
[0105] ρ是水的密度。
[0106] 方程式(1)可以作为沿每个浮缆的空间滤波器非常精确地实现。
[0107] 通过计算粒子速度的上行分量而不是压力可以获取许多优点，部 分原因是由于空间滤波器作用于压力记录而不作用于粒子速度的垂直 分量。因此，可以在单一的多元测量或在浮缆中的压力测量之间集成 的采样位置处实现消重影以及相关操作和处理。
[0108] 上面提及的分解和三维消重影技术可以因此完全应用于集成在 “传统浮缆”记录压力中的一个单一多元测量的极端情况。尽管消重影 数据只在多元浮缆测量的位置完成，这种“稀疏”解决方案由于许多原 因而重要，这些原因包括：消重影的校准处理方案；和例如帮助识别 并消除所谓的复合衍射多重波。
[0109] 另外，上面提及的用于所记录的压力数据的内插和外推的交叉线 波场特性技术依赖于压力数据的空间滤波，也因此可以应用于稀疏多 元配置(有一定限制)。
[0110] 在多元浮缆的发展中面临的一个特殊挑战是开发能同时覆盖所 关心的频带的上部分(例如大致16Hz-125Hz)和下部分(例如大约 2Hz-16Hz)的传感器。加速计、粒子速度传感器和压力梯度传感器代 表用来测量地震波场向量(声波/地震波通过时，各个粒子的运动方向) 的多种替换物的一些。本发明适合利用而且可以使用这些传感器中的 任何类型，其它的也一样。
[0111] 压力梯度传感器，例如，可以由至少两个接近的、横向间隔的水 中听音器组成(例如，隔开几厘米)，如2004年1月30日申请的英 国专利申请GB 0402012.9中所述的那样。通过计算在此配置中两个或 多个水中听音器的动态压力测量之间的差异获取压力梯度。该差异通 过运动方程(牛顿第二定律)又与粒子加速度成比例。为完整起见， 应记住一点，纯压力记录(即，由水中所音器记录的由于传播波而导 致的动态压力)应与压力梯度纪录并排获取，因为两个量在地震数据 处理中都需要。
[0112] 如前面提及的，对于压力梯度传感器的特殊挑战是保持浮缆的直 径纤细以减少拖曳，浮缆噪音，等等。这限制了构成压力梯度配置的 水中听音器之间的间隔或分离距离。分离距离的减少将使该配置丧失 取回最低频率的功能。因此这个问题尤其与横向方向上压力梯度的计 算有关。由于水中听音器的间隔大得多(例如，3.125m)，内嵌压力 梯度计算几乎没有问题，并且通常足够在所关心的整个频带上计算内 嵌压力梯度。
[0113] 因此，多元浮缆可以装备两组粒子速度(或同等物)传感器，如 下面进一步所述。可以优化传感器中的一组以取回所关心的频带的最 上部。这些传感器分布于整个浮缆，其间隔与取回所关心的下半部频 带的其它组传感器相比更密集。可以点缀也可以不点缀这两组浮缆， 这取决于特定配置。采集之后，来自两组传感器的地震数据被合并在 一起，使得所关心的频带的下半部来自较粗地分布的传感器而所关心 的频带的上半部来自较密地分布的传感器。
[0114] 现在参照图2，本发明一方面提供用来获取地震数据的混合浮缆 系统210(以单个浮缆示出)。浮缆系统210包括至少一对第一电缆 段212a，212b，每个电缆段中使用已知的传感器配置，包括但不局限 于传统水中听音器配置。第一电缆段以已知的方式构成(看上面浮缆 18的描述)，长度基本相同(例如，100米)。
[0115] 单个第二电缆段214通过各自的连接器或耦合器216a，216b， 与第一电缆段212a，212b在操作上串联，从而确定至少一部分单个浮 缆。第二浮缆段214的长度比第一浮缆段的长度小，其中使用了第二 传感器配置。第二配置是多元配置，使第二电缆段214成为稀疏集成 的、多元浮缆段。应该注意到第二电缆段的长度可以变化，如果需要， 甚至可以超过第一电缆段212a，212b的长度，
[0116] 图3是具有可替换的第一和第二电缆段的混和地震浮缆311的示 意性表示，它们都依照本发明串联。即使图中为了清楚只示出了两个 第二电缆段314a，314b，本领域的技术人员会知道该交替或交错电缆 配置可以延伸到整个浮缆311。
[0117] 浮缆311包括第一电缆段312a，312b，每个电缆段使用包括传 统水中听音器分布的第一传感器配置。更特别地，第一传感器配置可 以包括沿每个第一传感器312a，312b纵向分布的多个水中听音器。这 样，第一传感器配置可以包括纵向间隔的水中听音器，或者它可以包 括纵向间隔的水中听音器集群318。在描述浮缆311的实施例中，水 中听音器集群318相互之间可以有任何需要的纵向间隔L1。这样的间 隔，例如3.125米(123英寸)可以提供足够的间隔来在所关心的整个 频带上计算内嵌压力梯度，同时还产生足够的水中听音器“密度”以允 许数字群形成(例如，在上述QTM配置的船中)来衰减牵引产生的噪 音。尽管如此，应该知道为了便利可以使用其它长度的纵向间隔(例 如，大约6.25m，12.5m或其它)。
[0118] 图4A示出图3中沿线段4A—4A的浮缆311的横截面表示。在 使用水中听音器集群的特定实施例中，每个水中听音器集群包括至少 两个确定压力梯度配置的横向间隔的水中听音器。尽管只需要两个水 中听音器来测量在一个方向的波场梯度，沿倾斜仪测量的三个水中听 音器允许在浮缆311可能旋转和扭曲时独立于浮缆311的取向来确定 压力垂直梯度。因此，每个水中听音器集群确定一个压力梯度配置或 “传感器”，该压力梯度配置或传感器包括相互之间有最小横向间隔T1例如，大约3cm(～1.2英寸)的三个水中听音器，使得浮缆311相对 纤细。尽管这些图没有表示出记录纯压力数据的水中听音器，本领域 的技术人员会知道对于处理上面提及的多元数据，纯压力数据是需要 的，可以通过对水中听音器的响应取平均来获得，该水中听音器是压 力梯度配置的一部分，或者通过纳入另外的与压力梯度配置相邻的水 中听音器来获得。
[0119] 浮缆311进一步包括第二电缆段314a，314b，每个电缆段使用 包括非传统水中听音器分布的第二传感器配置。更特别地，本发明实 施例的第二传感器配置可以包括多个水中听音器集群319，它们依照 与第一电缆段312a，312b的间隔不同的分开距离或间隔，沿每个第二 电缆段314a，314b纵向分布。这一特征不是对所有的实施例都是必须 的(即，其它实施例的不同电缆段可以使用有相同纵向间隔的传感器)。
[0120] 另外，第二电缆段314a，314b可以比浮缆311的第一电缆段短。 在一些实施例中，第二电缆段还比第一电缆段粗以允许其中的水中听 音器进一步地横向间隔开。该配置将补充第一电缆段中窄的水中听音 器间隔(例如，分开3cm)的局限性，这个限制阻止大约16Hz以下 频率的取回。在一些实施例中对第二电缆段314a，314b使用非圆形横 截面以改进水中的流动属性，将会是有利的。因此图4B示出沿图3 中线段4B-4B的地震浮缆311的基本上三角形的剖面图表示。这样， 通过在第二电缆段314a，314b使用大约24cm的横向水中听音器间隔 T2，可以取回低到2Hz的频率。换句话说，像浮缆311那样配备的地 震浮缆可以取回从2Hz到向上的整个频带。
[0121] 在一些实施例中还需要第二电缆段314a，314b尽可能地短以辅 助数字群形成来衰减牵引导致的噪音。因此图3示出了有5个在密集 配置(例如间隔距离L2在大约1.5m到大约3m范围内(例如，1.5625m (～61.5英寸)))中纵向间隔的水中听音器的短集群，允许每个第二 电缆段314a，314b的长度被缩短(例如，缩短到大约9.375m(～369 英寸))。本发明也适合于其它配置。这样，例如，如果第二电缆段 内的水中听音器纵向间隔设置为0.78125m(～30.8英寸)，而且认为 三个间隔的水中听音器(或水冲听音器集群)是足够的，那么这些电 缆段可以短到3.125m(～123英寸)。应当知道本发明包括许多其它 传感器配置，包括传感器类型和定位，而且在所有配置中可以展示特 定的消重影效用，也可以不展示。
[0122] 由于只有频带的最下部(2Hz-16Hz)不必要在第一电缆段312a， 312b中取样，因此希望保证第二电缆段314a，314b之间的距离满足 声波/地震波的尼奎斯特准则(即，对存在的最高频率每周期取两个或 更多样品或测量)。对于与浮缆311同线内传播的波，低频带的最短 波长(93.75m)会出现在大约16Hz。因此以合适的空间间隔，例如大 约46.875m对这部分波场进行取样至少在理论上是很重要的。尽管如 此，由于波常常更多地从垂直方向到达，该空间间隔可以被释放以允 许更大的第二电缆段214a，214b间距(例如93.75m)。
[0123] 第二电缆段314a，314b可以选择使用包括其它多元传感器类型 的第二电缆传感器配置。这样，例如，在浮缆系统的特定实施例中， 第二传感器配置中包括一个或多个粒子运动传感器。这样，粒子运动 传感器可以包括至少粒子速度传感器，压力梯度传感器，加速计和它 们的组合中的一种。尽管如此，如果第二电缆段使用加速计而不是水 中听音器，它可能适合选择不适用于高频的传感器。在这种情形下， 第二电缆段314a，314b可能需要包含不同类型的粒子速度传感器(例 如，以并排的排列)，以允许对频带的最高频部分连续采样(以及， 当然，记录压力的水中听音器也一样)。
[0124] 图2-3示出使用与一个或多个第二电缆段在操作上串联的多个第 一电缆段的浮缆方案。虽然这些图中示出的第二电缆段连接在两个第 一电缆段之间，本发明不局限于此。
[0125] 为了消除重影和表面相关的多重波，在近偏移处得到地震波场的 特征尤其重要(例如，将波场分解为上行和下行分量或将数据内插/ 外推到避免交叉线或邻近线内偏移位置)。因此，现在参照图5，在 组成浮缆阵列519的多个离散混合浮缆511内，一个或多个使用多元 传感器配置的第二电缆段514可以放置在多个使用传统传感器配置 (例如纵向间隔的水中听音器)的互连的第一电缆段512的上游。
[0126] 作为选择，如图6中所示，每个都使用多元传感器配置的一个或 多个第二电缆段614可以以平行的方式放置在各自的多个相互连接的 第一电缆段612之间，每个第一电缆段使用传统传感器配置(例如， 纵向间隔的水中听音器)。第一电缆段612组成多个离散浮缆611， 而第二电缆段组成段混合浮缆611’。浮缆611和混合浮缆611’共同确 定浮缆阵列
619。
619。
[0127] 作为选择，依照本发明的地震浮缆可以包括与一个或多个第一电 缆段在操作上并联的至少一个第二电缆段。这样，图7示出带有第一 电缆段712与单个第二电缆段714并联的混和地震浮缆711。第二电 缆714包括第二传感器配置，比如上面描述的粒子速度，压力梯度和/ 或加速计。可释放的钳位组件713，与某些浮缆操纵装置(SSD)声 波收发器所使用的相似，或其它本领域的技术人员知道的钳位装置来 保证第二电缆段714连接到第一电缆段712。在第一和第二电缆段之 间的能量和通讯或者通过钳位组件713硬连接，或者通过已知的电感 耦合或声音耦合解决方案使之可行。
[0128] 图8A-8B示出对图7中介绍的装置的可替换平行配置。由此，短 电缆段814确定牵引在与浮缆811的中央电缆段812b横向距离很短的 地方的小型浮缆。浮缆811进一步包括在操作上连接的第一电缆段 812a，812c。电缆段812a-c中的每一个可以配备相同的传感器配置， 例如纵向间隔的水中听音器。电缆段812b在电缆段812a，812c之间 相互连接，与电缆段814协同确定与第一电缆段有不同传感器配置的 混合浮缆。半刚性的“抽头”装置813用来产生并维持小型浮缆814相 对于电缆段812b的合适的横向间隔和取向。小型浮缆814可以是包括 传统水中听音器的非常短瘦的电缆段，其相对稳定的几何形状—与电 缆段812b相比—可以用来构成例如与电缆段812b相结合的水中听音 器的“差分对”。这样小型浮缆814与电缆段812a-c协同确定浮缆811 的多元解决方案。小型浮缆814可以制作得纤细还有由于另外的原因： 它不需要包含像大直径电源线，压力件等重型建筑成分。
[0129] 可以给抽头83提供几种类型的机械的或机电的定向装置，该定 向装置适合于保持小型浮缆814与电缆段812b之间的理想的横向间隔 距离。适当装置的范例包括电动或水利驱动臂，浮飘装置，静态或受 控小翼，或这些装置的组合。抽头的荷载要求相当低，可以就其设计 的有关流动/湍流问题和使用的操作简易性进行优化。
[0131] 图9A-9B示出地震浮缆911具有通过电缆段912b互相连接的至 少两个第一电缆段912a，912c。电缆段912b与三个外层电缆段914a-c 并联，该电缆段912b可以配有与第一电缆段912a，912c具有的相同 的传感器配置(例如，纵向间隔的水中听音器)。三个外层电缆段代 表辐射分布的传感器类型和配置相同的小型浮缆。小型浮缆914也非 常适合使用传统水中听音器装置。小型浮缆914协同电缆段912b确定 混合电缆段。因此，压力测量结果的直接减法(矢量)将产生跨小型 浮缆间隔的压力梯度。实际上，该配置与和几何中心具有小型浮缆 914a-c的距离的半径的多元浮缆等效。应当理解为了便利可以使用各 种其它小型浮缆配置。
[0132] 本领域的技术人员会知道本发明提供了大量在地震勘测排列中 有用的配置。上述特定实施例都涉及本发明在一个或多个地震浮缆或 接收器电缆中的实现。本发明还展示了在地震排列其它领域的效用。 这样，例如，上述混合电缆段和/或混合浮缆配置也可以用在震源附近。
[0133] 图10示出简易化的地震排列1010(浮缆和其它部件为了清楚而 省略)，其中地震勘探船1011牵引多个在操作上连接的震源阵列1016， 该震源阵列配有牵引在震源阵列之间的上游位置的两个多元电缆段 1014。
[0134] 图11示出简易化的震排列1110(浮缆和其它部件为了清楚而也 被省略)，其中地震勘探船1111牵引多个在操作上连接的震源阵列 1116，该震源阵列配有牵引在震源阵列之间的下游位置的替选的多元 电缆配置1114、1114’。
[0135] 因此应当理解本发明在其各种实施例和执行方案中非常适合用 来在覆盖地层的水体中采集地震数据。特别地，可替换传感器配置(例 如，多元传感器)对所采集数据的消重影有用，在执行其它操作中也 一样(例如，噪音衰减)，也因此显著改进了地震勘测的结果。
[0137] 本说明书只是为了解释，不应该理解为限制意义。本发明的范畴 由权利要求中的语言确定。权利要求中术语“包括”的意思是“至少包 括”，因此权利要求中的元素清单是开放集合。同样，术语“包含”“带 有”和“由…构成”的意思都是指元素的开集。“一个”和其它单数术语指 的是包括其复数形式，除非特别排除的。
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