在一种海洋地震勘测中，勘测船沿着预定的路线拖动地震线缆阵列，其通 常被称为“拖缆”。当船拖动阵列时，例如气枪或者震动源的地震源将声波传送 进入水中。声波传播经过水并且最终被不同的地质特征反射。通过水返回的该 反射传播到拖缆。拖缆包含沿其长度分布的声学传感器，或者“水听器”。当反 射在声学接收器上经过，接收器感知所经过的波前的幅度。声学接收器接着传 输数据到勘测船以便收集，所述数据代表探测到的向地震线缆反向传播的波前 的幅度。
反射越过声学接收器在水中继续传播，直至到达水面。在水面，该反射被 再次反射。这些反射的反射有时被称为“多次”，即多次反射的简略，或者“虚反 射”。多次反射反向传播向下经过水，并且也将经过声学接收器。声学传感器再 次检测所经过的波前的幅度。声学接收器也将再次传输代表地震线缆上探测到 的幅度的数据以便在勘测船上收集。
从而，勘测数据不仅包含从最初反射获得的数据，而且包含从多次反射收 集的数据。来自多次反射的数据是不希望存在的，因为它不是所勘测地质构造 的代表。来自多次反射的数据而是代表表面。从更加技术的角度来看，多次反 射和反射发生“破坏性干涉”。简而言之，地震传感器检测任何经过的波前的幅 度，而不考虑其传播方向。
传统的方法通过两种方式处理这个问题。一种方式是在勘测中尝试减轻多 次反射的影响。第二种方式是在处理中尝试抵消多次反射。两种方法都有其缺 点。
在勘测中减轻多次反射通常包括以特定的方式对勘测的组件进行定位。例 如，如果地震线缆在接近4-5米的深度被拖动，虚反射经常可以很大程度上被 抵偿。然而，对拖缆进行定位可能是非常困难的。拖缆可能有数千米长。这典 型地产生相当大的惯性，这造成拖缆难于控制。拖缆也可能沿着其长度处于非 常不同的环境条件下—例如风和水流。这意味着拖缆可能经常被不精确地定位， 从而多次反射的不利影响没有被充分地减轻。
在处理过程中抵消多次反射典型地包含从多个要素预测实际的多次反射。 本领域已知多种多次反射预测技术。然而伴随所有的预测技术，都进行了假设 和概括。虽然这些概括和假设可能在统计上是可行的，它们应用到任何给定的 勘测或者勘测的任何给定部分时具有程度不同的精确度。在一些勘测中，它们 进而可能具有不利的影响或者另外产生误差。此外，这种方法延长了复杂的处 理，从而抬高成本。因此希望在不必消耗时间、精力和资源的情况下减轻多次 反射的影响，以便连续监测并且定位地震线缆。还希望能够通过实际的测量而 不是预测来减轻多次反射的影响。因此，希望不仅测量经过声学传感器的任何 给定波前的幅度，而且包括其向量或者说偏振。
本发明致力于解决或者至少减轻上面提到的一个或者所有问题。

在其不同的方面以及实施方式中，本发明包含一种质点运动传感器，其包 括：检测单元，能够从其位置变化检测质点运动向量；以及封装材料，检测单 元放置于其内，其中质点运动传感器关于其纵向轴对称并且具有与其体心一致 的重心。本发明还包含一种质点运动传感器，其包括：加速度计，能够从其位 置变化检测质点运动向量；以及封装材料，检测单元放置于其内。
在第二个方面，本发明包含一种装置，其包括：拖缆；沿着拖缆分布的多 个声学传感器；以及沿着拖缆分布的多个质点运动传感器，至少一个质点运动 传感器关于其纵向轴对称并且具有与其体心一致的重心。本发明还包含一种装 置，其包括：拖缆；沿着拖缆分布的多个声学传感器；以及沿着拖缆分布的多 个质点运动传感器。这些质点运动传感器中的至少一个包含加速度计，该加速 度计能够从其位置变化检测质点运动向量；以及检测单元放置于其内的封装材 料。
附图说明
通过参考后面的说明并结合随附的附图，可以理解本发明。其中类似的参 考数字标识类似的单元，其中：
图1A和图1B描绘了根据本发明一个方面实施的海洋地震勘测；
图2A、图2B描绘了用于图1A-图1B所示海洋地震勘测的两种可替换的 传感器装置；
图3A-图3B一般性地、概念性地例示了根据本发明质点运动传感器的一 个特定的实施方式，图3A为沿图3B中3A-3A线的局部剖面图；
图4描绘了可应用于一个特定实施方式中的三个单轴加速度计，在沿线、 交叉线、以及垂直方向上相互正交定向，在图5中以x、y和z标明；
图5为图4中单轴加速度计正交定向的沿线、交叉线、以及垂直方向；
图6-图7描绘了图3A-图3B的可选择的质点运动传感器实施方式。
本发明容许各种各样的修改和替换形式，附图在这里通过例子的详细描述 来说明特定的实施方式。然而应当理解，这里关于特定实施方式的描述不是为 了将发明限制到所公开的特定形式上，与此相反，目的是覆盖落入由所附的权 利要求确定的本发明主旨和范围的所有修改、等效、以及替换形式。

下面描述了本发明的示例性实施方式。为了清楚，在这个说明中没有描述 实际实现的所有特征。当然应当理解的是，在任何这样的实际实施方式的开发 中，必须确定许多特定的实现参数以获得开发者特定的目标，例如服从随一个 实现到另一个实现而改变的与系统相关的以及与商业相关的限制。
图1A-图1B例示了海洋勘测101中的勘测系统100，两者都是本发明相应 方面的示例性实施方式。在这个特定的实施方式中，勘测系统100通常包含由 勘测船106拖动的阵列103，在勘测船上有计算装置109。被拖动的阵列103包 括八个海洋地震线缆或者拖缆112(只示出一个)，例如其每一个可能有6km长。 注意到被拖动的阵列103中的拖缆112的数量对于本发明的实施是不重要的。 因此，可选择的实施方式可以使用不同数量的拖缆112。
还显示了由地震勘测船106拖动的地震源115，典型地为气枪或者气枪阵 列。注意到在可选择的实施方式中，地震源115可能不是由勘测船106拖动的。 代替的是，地震源115可能由第二艘船(未示出)拖动，悬挂在浮筒(也未示出)上 或者以本领域公知的一些其它方式使用。公知的地震源包含脉冲源，例如爆炸 物和气枪，以及以更加可控的幅度和频谱发射波的振动源。
在每个拖缆112的前部都是导向装置118(只示出一个)，在每个拖缆112的 后部都是尾部浮筒120(只示出一个)。导向装置118对拖缆112最靠近地震勘测 船106的前端113进行水平定位。尾部浮筒120在拖缆112最远离震勘测船106 的后端114产生牵引。由导向装置118和尾部浮筒120在拖缆112产生的张力 导致拖缆112大致线性的形状，如图1B所示。
位于导向装置118和尾部浮筒120之间的是多个地震线缆定位器件，公知 为“吊舱(birds)”122。吊舱122可以沿地震线缆以规则的间隔放置，例如每 200到400米。在这个特定的实施方式中，吊舱122用于控制拖缆112被拖动的 深度，典型地为数米。在一个特定的实施方式中，可操纵的吊舱118使用Q-finTM 可操纵吊舱来实现，如本发明受让人Western Geco(维斯特恩·格科)在其地震勘 测中所使用的。
设计、操作、以及使用这种可操纵吊舱的准则可以在名称为“Control System for Positioning of Marine Seismic Streamers”(海洋地震拖缆定位控制系 统)的PCT国际申请WO00/20895，在专利合作条约下于1999年9月28日申请， 以发明人yvind Hillesund(奥文德·海乐松德)等的受让人Services Petroliers Schlumberger(施鲁博格控股有限公司)的名义提出(“`895申请”)。然而，可以使 用任何类型的可操纵器件。例如，第二实施方式公开于名称为“Control Devices for Controlling the Position of a Marine Seismic Streamer”(控制海洋地震拖缆位 置的控制器件)的PCT国际申请WO98/28636，申请日为1997年12月19日， 以发明人Simon Bittleston(西蒙·比特莱斯顿)的受让人Geco AS的名义提出 (“`636申请”)。在一些实施方式中，吊舱118甚至可以省略。
拖缆112还包含沿其长度分布的多个测量探测器124(只示出一个)。现在转 向图2A，在所示的实施方式中，测量探测器124容纳有例如本领域所公知的声 学传感器200(例如水听器)、以及质点运动传感器203。质点运动传感器203不 仅测量所通过波前的幅度，而且测量其方向。从而，可能将代表例如反射135 的向上传播的波前、例如多次反射150的向下传播的波前的数据加以区别。合 适的质点运动传感器为本领域所公知并且可以用来实施质点运动传感器203。可 以使用任何本领域公知的合适的质点运动传感器来实施质点运动传感器203。
图3A-图3B一般性地、概念性地例示了根据本发明，质点运动传感器203 的检测元件300可以如何布置在拖缆112中。例如，检测元件300可以是地震 检波器或者加速度计。检测元件悬浮在流体303中。如果拖缆是流体填充拖缆， 则流体303可以是用来填充地震拖缆107的流体。在所例示的实施方式中，流 体303包含在拖缆112的壳体306中。在不同的实施方式中适合于这种用途的 典型流体是本领域公知的，包含地震线缆油或者一些其它适合的电介质流体。
检测元件300设计为和周围的介质密度相匹配。为了匹配周围介质的密度， 检测元件300本身应当被装入低密度材料以补偿其重量。对于例示的实施方式， 检测元件300的密度设计为匹配流体303的密度。例如流体303的流体的密度 是已知量，或者可以容易地确定。在本公开的帮助下，流体密度的确定在本领 域普通技术人员的能力范围之内。
然而从上面的讨论可以明显看出，一些拖缆112在结构上可以是固体或者 检测元件300可以放置在固体材料中。例如，适合于这类实施方式的示例性材 料可以包含泡沫聚合物材料、以及具有添加微球物的聚合物、或者低密度塑料。 在这些实施方式中检测元件300设计为匹配周围介质的密度，拖缆112在该介 质即水101中展开。根据本领域公知的因素，例如盐度、温度、以及深度，水 101的密度发生变化。在本公开的帮助下，周围介质预期密度的确定也应当在本 领域普通技术人员的能力范围之内。
检测元件300、流体303、水101、以及其它这些组件的密度可能与众多本 领域技术人员公知的因素有关而不同。例如除其它因素外，水101的密度可能 随温度、深度、盐度而改变。注意到，这样的改变可能导致检测元件300的选 择没有准确匹配周围介质的密度。虽然这将产生具有较小保真度的结果，这是 可以接受的。然而在某些情况，检测元件300和周围介质之间密度的不匹配可 能是充分严重的以致于使产生的数据的可靠性变得无效。
希望的是无论信号施加的角度如何，质点运动传感器203对于给定的信号 表现出相同的响应。为了质点运动传感器203对不同信号角度显示相同的响应， 它应当关于其纵向轴315的中心对称，并且具有相同的重心和体心(即在水中的 浮力中心)以便使扭曲和信号衰减最小化。在所例示的实施方式中，重心和体心 位于如图3A所示的点312，以及如图3B所示的纵向轴315上。这可以通过将 质点运动检测主体制成圆柱形来获得，从而允许地震线缆构件(例如压力构件、 电子和光学遥测构件以及电源)穿过质点传感器主体的中心并且仍然具有位于 主体轴上的体心和重心。
图3A-图3B中描绘的质点运动传感器203的实施方式表现出了这些性质。 它是圆柱形的，确定了孔309，线缆211可以穿过该孔，线缆包括例如电源线 206、命令和控制线209、以及数据线212，如图2A-图2B所示。通过电子构件 315提供关于纵向轴315的对称，并且通过适当地控制电子构件315的重量可以 将重心定位于体心312。注意到，在电子构件315和传感单元300包装在一起的 实施方式中，可以通过在如图3A所示电子构件315的位置放置平衡重量 (dummy weight)来获得同样的效果。
如上面表明的，检测元件300可以实施为加速度计。例如在图3A-图3B 的实施方式中，检测元件300可以实施为三轴的微电机系统(micro electro-mechanical system，“MEMS”)加速度计。然而注意到，考虑到上面所提 到的因素，本发明在质点运动传感器203设计和实施中容许广泛的变化。例如 作为单个的三轴MEMS加速度计的替代，可选择的实施方式可以使用彼此正交 装配的三个单轴MEMS加速度计。这样的实施方式可以在三个独立的方向上测 量加速度。例如，图4显示了彼此正交定向的三个单轴加速度计400，分别定向 在图5中x、y、以及z所标明的沿线、交叉线、以及垂直方向上。合适的MEMS、 单轴加速度计是商品化有现货供应的。
合适的MEMS加速度计是本领域公知的。例如，MEMS加速度计在下列 文献中公开：
美国专利许可5723790，名称为“Monocrystalline Accelerometer and Angular Rate Sensor and Methods for Making and Using Same”(单晶加速度计、 角速率传感器及其制造和使用方法)，公布于1998年3月3日，以GertAndersson 为发明人(“`790专利”)
美国专利申请号11/042721，名称为“System and Method for a Three-Axis MEMS Accelerometer”(三轴MEMS加速度计系统及方法)，申请日2005年6 月24日，公开日2005年7月28日，公开号2005/0160814A1，以Vladimir Vaganov 和Nikolai Belov为发明人；
美国专利申请No.11/000652，名称为“Micro-Machined Electromechanical System(MEMS)Accelerometer Device Having Arcuately Shaped Flexures”(具有 弓形弯曲的微电机系统加速度计器件)，申请日2004年11月30日，公开日2005 年9月15日，公开号2005/0202585A1，以MarkH.Eskridge为发明人；以及
国际专利申请号PCT/GB2004/001036，名称为“MEMS Accelerometers”(MEMS加速度计)，申请日2004年3月11日，公开日2004年 9月25日，公开号WO2004/081583，以Diana Hodgins和Joseph Mark Hatt 为发明人。
尤其是`790专利讲授的三轴加速度计为单晶半导体器件并且在三个正交 方向中的每个方向上的悬臂梁的自由端上使用惯性质量。然而，可以使用任何 合适的MEMS加速度计。
回到图3A-图3B，传播的波前会在拖缆112上施加轻微的力。由于检测元 件300和拖缆112是分离的，所述力并不等量地作用于检测元件300。从而，检 测元件300相对于拖缆112的位置将发生变化。例如响应于向上的传播波前， 检测元件300将移动到靠近圆柱形孔径309的第二位置。响应于向下传播的波 前，检测元件300将移动到远离圆柱形孔径309的第二位置。运动检测元件300 将探测这种位置变化。更具体地来说，检测元件300将探测一些和位置变化相 关联的向量大小。例如，加速度计将测量加速度并且速度计将测量速度。注意 到加速度和速度都是向量大小，不仅由幅度而且由方向来确定。
图6例示了一个实施方式，其中在中心312’周围对称地排列有三个单轴加 速度计303’(只示出一个)。在这个特定实施方式中，相关联的电子构件与加速度 计303’一起封装，因此没有分别显示。图7例示了类似的实施方式，但其中加 速度计303’(只示出一个)与相关联的电子构件315’分离封装。
注意到在图3A-图3B、图6和图7的实施方式中使用MEMS加速度计。 这些器件典型地使用半导体材料和微电子制造工艺来实施。因此它们在尺寸、 成本、以及可靠性方面相对于传统加速度计表现出巨大的优点。尤其是，MEMS 加速度计的小尺寸允许它们集成在海洋地震线缆中。
回到图2A，声学传感器200和质点运动传感器203以“共同的”位置容纳 在传感器探测器124中。共同的位置是所希望的，因为希望噪声测量尽可能合 理地接近地震数据获取的位置点。噪声数据获取和地震数据获取位置间的较大 距离将意味着在地震数据获取位置点上噪声测量的较小的精确度。然而，质点 运动传感器不需要放置在传感器探测器124内。例如图2B中所示的，质点运动 传感器203’可以放置在拖缆112中的填充流体的壳体205内。质点运动传感器 203和声学传感器200位置是“共同的”，充分靠近从而使获取的噪声数据合理地 代表所获取地震数据的噪声成分。
图2B中的质点运动传感器203’可以使浸入例如煤油的流体207的加速度 计。如果主要关注声学传感器200上的噪声等级，可以使用加速度计数据来校 正水听器数据。这在固体线缆中将尤其适用于煤油壳体(kerosene pocket)。流 体填充的壳体205内的压力分布和壳体205的振动相关。通过对沿线加速度的 噪声成分(振动)的良好估计，可以使用这种信息校正压力测量。可以使用机械滤 波效应、通过实验预测、解析分析、数值模拟或者这些的组合来隔离沿线加速 度的噪声成分。沿线振动和壳体内的压力分布之间的关系可以用实验、解析分 析、数值模拟或者这些的组合来发现。
参考图2A和图2B，所示的拖缆112包含电源线206、命令和控制线209、 以及数据线212。如本领域技术人员希望的，在地震勘测中不同的信号沿拖缆 112向上和向下传输。例如，传输电能到电子组件(例如声学传感器200和质点 运动传感器203)，控制信号发送到定位单元(没有示出)，并且反向传输数据到船 110。为此目的，拖缆112提供这些信号可以在其上传输的多条线路。本领域技 术人员可进一步理解，有多种技术可以用于改变为此目的所用线路的数量。所 例示的实施方式使用了用作三种功能的三条导线以便于示例的简单化而不致于 使本发明难于理解。进一步，拖缆112典型地还包含其它的结构，例如加固组 件(没有示出)，为了清楚起见而将其省略。
回到图1A和图1B，计算装置109和勘测船106的导航系统(没有示出)连 接。计算装置109从导航系统获取系统广泛的参数估计，例如拖动方向、拖动 速度、以及水流方向和测量的水流速度。在例示的实施方式中，计算装置109 监测每一个吊舱122的实际位置并且用拖缆112之间的期望位置或者期望最小 间隔进行编程。吊舱122的水平位置可以用本领域公知的多种技术得到。吊舱 122的垂直位置、或者深度典型地使用固定到吊舱122的压力传感器(没有示出) 来监测。
地质构造130表现地震反射体145。在本公开的帮助下，本领域技术人员 将意识到勘测的地质构造可以是非常复杂的。例如，可能出现代表多次向下倾 斜事件的多次反射体。为了清楚从而不致于使本发明难于理解，图1A和图1B 省略这些附加的复杂层次。
仍然参考图1A-图1B，当勘测船106拖动拖缆107越过预定图形的被测区 域时，地震源115根据常规实践产生大量地震勘测信号125。地震勘测信号125 传播并被地下地质构造130反射。本发明在如此复杂情况存在时仍然能够实行。 接收器106以常规方式探测来自地质构造130的反射信号135然后探测器124 中的设备产生代表反射135的数据，并且将地震数据嵌入到电磁信号。
接收器106产生的信号通讯到计算装置109。计算装置109收集地震数据 用于处理。计算装置109作为中心位于勘测船110上。然而，本领域技术人员 将意识到，在可选择的实施方式中，计算装置109的各种位置可以以整体或者 部分例如跨越地震记录阵列105而分布。
计算装置109可以本身处理地震数据、存储地震数据用于以后处理、传输 地震数据到远程位置用于处理、或者这些的某些组合。典型地，处理发生在勘 测船106上，或者因为希望维持产出而在以后的时间而非在勘测船106上。因 此根据本发明，数据可能被存储在可移动磁存储介质(没有示出)中或者从勘测船 106无线传输到处理中心140用于处理。典型地，在海洋勘测中，这将通过卫星 链路142和卫星143。注意到，一些可选择实施方式可能使用多种数据收集系统 120。
至此结束了详细描述。上面公开的特定实施方式只是示例性的，在这里教 导的帮助下，本领域技术人员可以以显而易见的不同但是等效的方式来修改和 实行本发明。而且，除了下面权利要求的描述之外，并没有意图限制本发明到 这里所示的结构细节或者设计。因此，上面公开的特定实施方式显然可以被替 换或者修改，所有这样的变化被认为在本发明的范围和主旨之内。从而，这里 所试图的保护如下面在权利要求中所阐述的那样。