技术领域
[0001] 本
发明涉及地震探测技术和地下层的地震成像。本发明特别但不排它地涉及
水下地震探测和生成海底地质结构的地震调查报告，但是，本发明也可应用于陆地应用，尤其在不利地形下。
背景技术
[0002] 探测海床下面的地下层的传统地震探测方法涉及生成
地震波并测量响应。地震波可以是简单的或复杂的，并可以在海平面上、在水面下或在海床上生成。响应通过一系列隔开的接收器检测，一系列隔开的接收器通常位于拖在探测船后面的缆上。一般说来，接收器在检测阶段保持静止，然后移动到不同
位置并重复该过程。
[0003] 对海底固态
岩石中的地震事件的响应包括压缩波(P波)和剪切波(S波)。P波被认为相当适合于成像结构，而S波的组合相当适合于确定岩石和液体特性。P波穿过岩石和
海水，而S波只穿过岩石。因此，如果接收器是浮在表面或表面下的
水听器，则它们将只检测P波。为了检测S波，需要使用位于海床上的地音仪。
[0004] 当可能由于沙漠条件、多山区域、冻土地带或其它极端条件而地形不利于部署接收器时，在陆地上也存在一些问题。
[0005] 人们还认识到，通过利用P波和S波两者，可以实现更好的地震成像。但是，人们发现，除了使用水听器之外，在海床上或在不利陆地区域放置或重新放置地音仪所带来的成本高得惊人。由于为了有效地检测S波，在每个记录位置需要三个独立
正交的地音仪，所以尤其如此。
[0006] 十多年来人们已经知道，由于在水底对剪切波(S波)的高
质量记录，海洋应用中地下的4C地震成像可以为探测添加更多更好的信息。不幸的是，主要由于极高获取成本和回报预测的不确定性的综合影响，4C成像没有取得预期的成功。成本因素与可用获取技术中的能
力问题有关。
[0007] 4C记录通常通过水听器和三个独立正交的地音仪进行。地音仪与海底耦合，因此，它们对地震P波和S波两者所产生的粒子速度是敏感的。这些技术使用海底的
传感器电缆或躺在海底上或植入海底中的地音仪
节点。4C地震获取由一系列移动信源和移动接收器操作组成。在独立信源船只进行了一系列断面拍摄之后，底部装备必须移动到下一个位置。由于获取时的这种静态记录成分并由于可用接收器的数量有限两者，使这些4C获取系统变得低效。由于与沿着水底移动笨重装备和地音仪耦合两者有关的物理问题，可靠性受到负面影响。
[0008] 最后，人们还认识到，通过避免需要将检测装置放在海床上，即，测量来自与海床隔开的位置的S波，并因此使检测装置相对于海床得到有效重新
定位，可以极大地降低进行这种地震成像，尤其是S波测量的成本效率。这也可以应用于不利陆地地形下的地震成像。
[0009] 但是，如上所述，S波不穿过海水，也不穿过大气，使远离海床或陆地表面的直接感测变得不可能。远程感测存在进一步的固有问题，因为检测装置经受可以使检测装置得不到有效定位的海流或大气条件，并且将噪声带入测量结果中，使对结果进行关联变得非常困难。
发明内容
[0010] 因此，本发明的目的是提供一种地震探测方法，其中检测P波和S波两者，但比已知技术更简单和更便宜。
[0011] 根据本发明的一个方面，提供了一种包含如下步骤的地震探测方法：生成地震事件；将地震事件应用于地球表面；利用干涉仪来检测对事件的响应，其中，在地球表面与干涉仪之间存在相对运动，检测的响应包括地球表面内的P波和S波；以及分析检测的响应；以及其中：检测步骤包括从与地球表面隔开的位置，监视和记录以地球表面上的粒子运动形式的对地震事件的响应，检测步骤是在响应周期内执行的，响应周期是地震事件之后的预定时间周期；以及分析步骤包含分析在记录的响应周期内对地震事件的响应中地球表面上的粒子运动；所述相对运动具有包括横向分量Vt和纵向分量Vl的总速度Vtot；干涉仪的操作包括：将相干光的对象光束引向地球表面上的测量位置，从而在所述表面与测量位置之间存在相对运动；沿着一般在横向上延伸的直线将检测器阵列排列在干涉仪上，检测器排列成以代表不同灵敏度方向的不同
角方向来检测光线；产生与对象光束至少部分相干的相干光的参考光束；将参考光束与来自表面的反射对象光束组合，以产生提供有关表面与干涉仪的相对运动的信息的斑纹图案中的交叉干涉；借助于检测器来检测斑纹图案和交叉干涉图案；确定阵列中的哪个检测器对总运动速度Vtot具有零或最小灵敏度，从而识别具有与Vtot正交的灵敏度方向线的检测器；监视具有零或最小灵敏度的检测器中的瞬时变化，从而查明由Vl的变化引起的Vtot的方向随时间的变化；以及确定Vl的瞬时变化。
[0012] 根据本发明的另一个方面，提供了一种用于进行地震探测的装置，包含：用于生成地震事件的部件；用于将地震事件应用于地球表面的部件；用于检测包括地球表面内的P波和S波的对事件的响应的干涉仪，其中在地球表面与干涉仪之间存在相对运动；以及用于分析检测的响应的部件；以及其中：干涉仪被安排成在地震事件之后的预定响应周期内，从与地球表面隔开的位置，监视和记录地球表面上的粒子运动形式的对地震事件的响应；所述相对运动具有包括横向分量Vt和纵向分量Vl的总速度Vtot；干涉仪包含：将相干光的对象光束引向地球表面上的测量位置，从而在所述表面与测量位置之间存在相对运动的部件；沿着一般在横向上延伸的直线排列在干涉仪上的检测器阵列，检测器排列成以代表不同灵敏度方向的不同角方向来检测光线；用于产生与对象光束至少部分相干的相干光的参考光束的部件；将参考光束与来自表面的反射对象光束组合，以产生提供有关表面与干涉仪的相对运动的信息的斑纹图案中的交叉干涉的部件；借助于检测器来检测斑纹图案和交叉干涉图案的部件；确定阵列中的哪个检测器对总运动速度Vtot具有零或最小灵敏度，从而识别具有与Vtot正交的灵敏度方向线的检测器的部件；监视具有零或最小灵敏度的检测器中的瞬时变化，从而查明由Vl的变化引起的Vtot的方向随时间的变化的部件；以及确定Vl的瞬时变化的部件。
[0013] 本发明还可以推广到利用如上所述的方法和/或装置来生成地震调查报告的方法，以及以这种方式生成的报告。
[0014] 表面上的粒子将响应P波和S波两者的刺激，因此，它们的运动将代表两种波。由于这些运动是从远处检测的，不需要与表面
接触，因此不需要在重新定位检测装置之前拆除，避免了
现有技术的缺点。
[0015] 最好，对象光束和参考光束从干涉仪发出。干涉仪可以在横向上恒速运动，以及所述表面可以在除横向之外的方向上相对断续地运动。
[0016] 最好，相干光束是
激光束。最好，对象光束被扩展以照射被研究对象。
[0017] 测量位置可以是被研究对象表面上的点或线。阵列中的每个检测器最好由一般与横向平行或一般与横向成直角延伸的一行检测器组成。检测器可以采取全场检测器阵列的形式。最好，光束刚好在被检测器检测之前被成像光学部件成像。成像光学部件可以包含透镜系统或曲面镜。
[0018] 最好，每个检测器元件包含一行分立检测器，以及最好，该行与横向检测器线平行，以及检测器包含全场检测器阵列。干涉仪可以包括在该行检测器之前的成像光学部件；成像光学部件包含成像透镜、透镜系统或曲面镜。
[0019] 可以存在同时用在不同位置的几个干涉仪。最好，将响应变换成数字形式并以数字形式记录。最好，分析步骤包含分析表面粒子位移、和/或速度和/或
加速度。
[0020] 海下应用中表面粒子速度的z分量类似于将借助于安装在监视设备上的水听器测量的压力分量。这种冗余测量可以用于校准系统并使它更抗环境噪声和系统噪声。在陆地上可以使用等效布置。
[0021] 从地球表面散射的
镜面反射是许多散射子波的贡献，所述散射子波具有由距离表面上的每个点的光路长度确定的恒定相对
相位。由于来自表面的反射中光路长度不同，将反射光与相干参考光束组合产生了复杂的干涉图案。从已知参考图像中减去干涉图案的初始成像处理步骤揭示了由地震事件引起的3D粒子位移的瞬时
进程。而且，通过选择多个参考图像来降低斑纹去相关效应，可以提高
信噪比。最后成像处理步骤产生由3D粒子位移引起的光路变化的绝对强度
信号。最后，使强度信号经受恢复正被讨论的地震S波信号的
信号处理步骤。
[0022] 由于表面与干涉仪之间的相对运动，光检测器看到的斑纹图案可能在地震时间内变化。当仪器正在移动时，斑纹图案移动得非常快，因此，必须比每隔1毫秒快得多地进行斑纹监视，以便能够每毫秒一次地检测/识别并因此监视相同斑纹组。
[0023] 由于地震
波长，粒子速度在表面上的5米圆盘内可能是同相的。因此，可以使用多组空间分布仪器来提高一个地震记录信道中的信噪比。
[0024] 本发明尤其适用于海洋地震，其中，地球表面是海床，地震事件应用于大海或直接应用于海床，以及干涉仪在海床上方与之隔开。最好，干涉仪在响应周期内位于海底上方1到15米的位置上，并另外可以包括分开记录P波的地音仪。但是，本发明也可应用于地形或主要条件不利的陆地应用。在这样的情况下，干涉仪在陆地表面上方与之隔开。
[0025] 仪器可以像，例如，拖缆或一系列拖缆那样拖在表面或海下船只、陆地车辆或飞机的后面。因此，可能存在安装在多条缆上的多个干涉仪，每条缆上的仪器最好相互隔开小于所发送地震事件的波长的距离，以防止记录波场的空间
混叠。可替代地，仪器可以处在自推进海下船只、陆地车辆或飞机上。在这样的布置中，车辆、船只或飞机最好是无人的，并且除了干涉仪之外，最好包括rf(射频)发送器/接收器和天线、声
调制解调器、声
外壳传感器、底部传感器、深度传感器
和声跟踪系统。在每一种情况中，分析步骤都应该包括从检测的响应中消除代表干涉仪运动所引起的干扰的噪声。这种运动可以通过三个独立
加速度计来测量，并然后从仪器测量的相对运动中减去。
[0026] 最好，检测其运动的粒子是海底或陆地上的沙粒。
[0027] 最好，地震事件包含波长在5到100米范围内以及持续时间从2毫秒到1000毫秒的地震波。取决于探测目标的深度和地震P和S速度，最好，响应周期从5到20秒。地震事件可以利用海面船只上的装置来生成。它可以在大海的表面上或表面下生成。该事件可以利用陆地
震源原理，由震源在海床上生成，在这种情况下，可以生成P和S波。可替代地，它也可以以任何已知方式在陆地上生成。
[0028] 干涉仪在发送周期内，最好以1到5米每秒的范围内的速度，尤其以3到4米每秒的速度运动。取样速率最好是1到2毫秒。
[0029] 显然，由于干涉仪一边记录一边在水中运动，附加了不想要的动态分量(拖曳噪声)。通过标准时间和空间
滤波器可以从记录中分离出这个噪声的一部分。在可以被除去之前，必须计算/预测落在粒子速度的频带内的噪声。
[0030] 通过处理来自在相同时间但从不同地方或多或少记录波前的相同部分的几个干涉仪的数据，可以部分预测/消除船只/车辆/飞机/电缆的相对运动。这可以借助于小于地震波波长的仪器分离来取得。如果记录的
分辨率足够好，则可以通过
图像分析来导出仪器的相对定位，因此可以预测拖曳噪声。
[0031] 可以以与分散用于纯P波地震获取的海洋多条拖缆相似的几何结构，但在与海底或陆地表面尽可能接近的深度拖曳OBM。
附图说明
[0032] 本发明可以以各种方式付诸实施，现在参照附图来描述本发明的一些
实施例，在附图中：
[0033] 图1是用在海洋应用中的整个系统的示意图；
[0034] 图2、3和4是三种不同数据获取方案的示意性平面图；
[0035] 图5是示出本发明的一般原理的示意图；
[0036] 图6是接收信号可以沿着一行检测器出现的一种方式的图形描绘；
[0037] 图7是如图6所示的曲线的修正形式；
[0038] 图8是示出本发明应用于海底处的地震信号的检测、与图5类似的图形；
[0039] 图9示出了使用光学元件来修正系统；
[0040] 图10示出了可替代实施例；
[0041] 图11更具体地示出了检测器的灵敏度线；
[0042] 图12更具体地示出了海底处的地震信号的检测；
[0043] 图13示出了用在本发明中的两种可替代的透镜配置；
[0044] 图14示出了使用参考光束的相位调制来补偿干涉仪的运动；以及[0045] 图15示出了将本发明应用于3维测量。
具体实施方式
[0046] 参照图1，操作由表面船只11控制。震源12位于海床13上，以及一系列移动仪器单元14(示出其中的两个)监视海床13对信源12所生成的地震波的响应。仪器单元14处在海床13上方大约一米的位置。
[0047] 仪器单元14的每一个都包括由光发送器和接收器、水听器、加速度计和处理单元构成的干涉仪。下面将描述它的操作。
[0048] 水听器表现为测量海底13上方的地震P波。加速度计测量0-200赫兹范围内的仪器振荡。处理单元用于从取得的测量结果中过滤噪声、识别和检测成像对象、测量成像对象值并将那些值转换成粒子速度。
[0049] 在使用时，信源12生成作为P波和S波穿过岩床15传播的具有持续5到20秒周期的响应的地震波。初始地震波在各种
地层边界上反射和/或折射，并且返回P和S波在表面包括泥土、沙子和岩石的海底13处引起高达200赫兹范围内的振荡。干涉仪14通过将光施加于底部13并以0.000001到4毫秒，但一般小于1毫秒的取样速率记录反射光(即，摄像机14拍摄底部13)，来有效地监视海底13的响应。实际上，随着海底13的粒子响应于返回P和S波而运动，这构成了它们的电影(这正确吗？)。
[0050] 返回P波还穿过水16从海床13向上行进，并被水听器以1到4毫秒的取样速率检测，并且将这个数据传送到处理单元。加速度计将与振荡相对应的噪声数据传送到处理单元。
[0051] 处理单元分析从接收器、水听器和加速度计收集的数据，并生成补偿了仪器运动的海底粒子的响应的记录。然后，将标准原理用于结构、地层特征、和岩石和液体参数的地震处理解释和表征，可以分析这个记录。
[0052] 因此，对于来自源12的每个地震冲击，所有干涉仪14同时以2到4毫秒样本记录海底13的波场响应。仪器14执行包括降低噪声、提高分辨率、和识别成像对象的预处理步骤。从样本中计算和除去摄像机单元动态分量。然后，导出Vx、Vy和Vz(S波的三个速度分量)和P(来自P波的压力)并存储在四条地震迹线上。每2到4毫秒重复一次这个过程。
[0053] 在可替代实施例中，震源未处在海床上的固定位置上，而事实上是可以，例如，处在船只11上的运动P波源。生成的P波穿过水16行进并进入岩床15，在其中像如前所述的P和S波那样传播和反射/折射。
[0054] 图2示出了一种布置，其中震源21是运动的，并包括运动的干涉仪22的阵列，以及运动的地震接收器23。在每个阵列中示出了四个仪器，但可以是更大数量。理想的布置包括间距50到400米的1到3个源。地震接收器23与源也相隔25到400米的距离，并以1到4毫秒的取样速率记录5到20秒(取决于发送周期)。干涉仪22和地震接收器23以
1到5毫秒的速度运动。底部的源是固定的，而浮动、拖曳的源是运动的。地震接收器是存储所有测量结果、控制操纵、可以从中分配
能量、以及操作人员所在的中心。这类似于目前拖曳震源和接收器并将记录/存储地震信息的地震船。
[0055] 图3示出了一种可替代布置，其中，数量上1到3个最佳的源31以1到5毫秒的速度运动，而干涉仪32和地震接收器33固定。间距类似于前一种布置中的那些。
[0056] 图4示出了对应于图1，源41(在数量上也是1到3个最佳)固定，而干涉仪42和地震接收器43可运动的第三种布置。间距和速度与第一种布置相同。
[0057] 仪器通常安装在缆上并与缆连接，所述缆拖在船只的后面或通过专用海下推进设备拖曳。仪器相对于海床的位置通过声学技术来确定，所述缆通过缆上的“翅膀”来操纵。缆上的垂直力由重物或压舱物平衡。所述缆提供仪器阵列之间的机械连接，还提供能量和通信传送。在典型布置中，存在每条拖曳一个仪器阵列的几条缆。
[0058] 船只或拖曳设备包括导航装备和数据存储设备，仪器也具有数据存储设备。
[0059] 可替代地，仪器之间的连接可以是无线的，例如，取代电缆或除了电缆之外，还有无线电连接。
[0060] 参照图5，激光束被扩展成沿着如图5所示的直线照射被研究对象(OUI，object under investigation)。OUI可以是海底或像
旋转机器部分的表面那样的其它对象。
[0061] 在可以是点，但这里是OUI表面上的线的测量位置与干涉仪(光头)之间存在相对运动。所述相对运动具有如图5所示的横向速度分量Vt以及纵向速度分量Vl。在实际测量状况下，可以是OUI运动，或可以是干涉仪运动，或两者。为了简单起见，将这个运动描述成仿佛只有OUI运动。假设速度分量对于沿着对象上的激光线的所有点都是相同或近似相同的。激光线通常具有有限长度(从毫米到米)，或在特殊应用中，它可以在大距离上保持连续。
[0062] 本发明主要用于检测纵向速度分量Vl的瞬时变化(AC电平)。根据激光束的方向和OUI振荡(波)的方向，Vl可以具有在平面外和进入OUI表面两者的分量。OUI可以是平坦或弯曲表面。
[0063] 如图5所示，一行检测器元件排列在基本上与横向速度分量Vt相同的方向上。每个检测器元件也可以被检测器阵列或横向检测器线取代，对于图5中的检测器线上的每个位置，这使得可以对几个检测器元件求平均。可替代地，可以使用整个全场检测器阵列。检测器元件或检测器阵列还被一个或多个参考光束照射，一个或多个参考光束至少部分与从OUI反射的对象光相干(在图5中未示出参考光束)。在该行检测器的前面，存在成像透镜、透镜系统或像曲面镜那样的其它成像光学部件。成像光学部件将OUI上的激光线成像到该行检测器上。
[0064] 取代对象表面上的激光线，可以存在沿着对象上的相似线扫描的扫描激光点。最好，如果使用全场检测器阵列，我们也可以照射对象表面上的全场，以便将对象的照射部分成像到检测器阵列上。
[0065] 照射OUI的激光束也可被会聚或发散，焦点在距离源的不同距离上，包括OUI下面或外面的点。但是，最好，用于对象照射的激
光源处在图5中的透镜的孔隙中或附近。这意味着，照射和观察方向是平行的。激光束可以在不同角方向指向OUI。
[0066] 纵向速度分量Vl的改变意味着总速度Vtot的方向将改变。借助于本发明，我们检测Vtot方向的瞬时变化，并因此检测纵向速度分量Vl的瞬时变化。
[0067] 位于沿着检测器线或检测器阵列中的特定位置上的干涉仪中的每个检测器元件具有它自己的特定灵敏度方向。图5中的直线SDL代表如此的直线或方向。干涉仪和激光束沿着角方向放置和排列，使得至少一个检测器或一组检测器具有与速度Vtot正交的灵敏度方向线SDL。如果将全场检测器阵列与全场对象照射一起使用，则存在都具有与速度Vtot正交的灵敏度方向的跨过阵列的一行检测器。
[0068] 具有与速度Vtot正交的灵敏度线SDL的检测器元件将对速度Vtot没有灵敏度。具有其它灵敏度方向的所有其它检测器元件将获得速度Vtot的较小或较大部分。
[0069] 干涉仪中的每个检测器元件检测对象光与参考光之间的干涉，以及检测器元件上的强度由如下方程给出：
[0070]
[0071] 其中，I是检测器元件上的总光强；
[0072] Iref是参考光强；
[0073] Iobj是对象光强；
[0074] μ是0与1之间的因子，并取决于光的相干性等；
[0075] αdiff是对象光与参考光之间的初始光学相差；
[0076] αdisp是由对象位移引起的附加光学相差。
[0077] 方程(1)还可以写成：
[0078] I＝Iback+Imod·cos(αdiff+αdisp)(2)
[0079] 其中，Iback是背景电平；
[0080] Imod是调制电平。
[0081] 当我们具有以如图5所示的速度Vtot的运动时，根据给定检测器元件的灵敏度方向线SDL与速度Vtot的方向之间的角度，这个检测器元件的相位αdisp将以相位速度ω转动。如果对于特定检测器元件，这个角度等于或非常接近90°，那么，这个检测器元件的相位αdisp将不转动，或将变化非常小或非常缓慢。对于具有其它灵敏度方向的其它检测器元件，相位αdisp将转动，随着SDL线相对于速度Vtot的方向越来越偏离90°，相位αdisp将转得更快。
[0082] 从方程(2)可以看出，当相位αdisp随时间转动时，检测器处的强度I将是正弦调制的。这意味着，相对于速度Vtot的方向具有90°或接近90°灵敏度方向(SDL)的检测器将具有与具有其它灵敏度方向的检测器相比缓慢调制的强度。在下文中，我们将相对于速度Vtot具有90°灵敏度方向SDL的检测器称为零检测器。通常，零检测器始终在改变位置，使得随着时间流逝，沿着该行检测器或在检测器阵列内的不同检测器将被识别为零检测器。
[0083] 本发明的主要原理是检测和定位零检测器，也就是说，定位强度I的变化相对缓慢的检测器位置。这可以通过，例如如下方式之一来完成。
[0084] 1.通过以快速取样
频率取样检测器或检测器阵列，并计算与从前样本的信号的差值。如果我们调用来自检测器S的电或
数字信号，我们将具有
[0085] S(t)＝K·I(t)(3)
[0086] 其中，S是来自检测器的信号(电或数字)；
[0087] K是常数；
[0088] t是时间；
[0089] I是检测器上的强度。
[0090] 现在，查看信号S的瞬时频率，我们将找到具有最低频率S的检测器代表零检测器。
[0091] 2.通过使用具有相对低取样频率和每个样本相对长曝光周期的检测器。这样，具有比检测器在时间上可以分辨的更快强度起伏的检测器将给不出、或给出相对低的信号S起伏(低幅度)，因为强度起伏将被平均掉。换句话说，信号S不能跟上强度I的快速调制。图6示出了信号如何沿着一行检测器出现的例子。在信号S的幅度随如图6所示的正弦函数减小的同时，信号S的频率随相对于零检测器的距离增加而增大。除了接近零检测器的检测器元件之外，方程(3)对于这种方法是无效的，因为这些检测器的强度起伏慢得足以让检测器分辨出来。可以通过沿着检测器线的空间滤波(参看图6)，和通过分析瞬时起伏两者，来识别和定位零检测器。
[0092] 3.通过组合上述方法的方法，其中，分析检测器的瞬时频率以及信号幅度。
[0093] 由于OUI的表面粗糙性和激光的高度相干特性，从OUT反射的对象光一般具有斑纹性质。这也可以从图6的曲线中看出。当干涉仪相对于OUI运动或反过来时，作为运动的结果，斑纹将一般在空间上去相关，以及方程(3)中的Iobj和αdiff两者将随时间变化。这些随机变化将给出如从方程中看到的强度起伏，但这些随机强度起伏通常比由相对对象运动Vtot引起的强度变化慢，至少对于远离零检测器的检测器是这样。如上所述的随机起伏可以用于获取(参见图7)导致更平滑强度曲线的平均效应，其中我们还滤波和整流了信号。平均效应可以通过对来自几个相邻检测器元件或检测器阵列的信号求平均获得，或平均效应可以通过在时域中求平均而获得。平均或平滑效应可以使检测和定位零检测器的确切位置变得更容易。如果在沿着检测器线的几个或许多点取样图7中的曲线，则可以使用计算“
重心”(＝零检测器)的
算法。Iobj和αdiff的去相关速度取决于激光束的形状、尺寸和焦点(参考之前
专利)。
[0094] 图8示意性地示出了本发明如何用于检测海底的地震信号。干涉仪沿着虚线运动，以及只要我们具有如图所指的幅度的单频、稳态地震信号，跨过海底运动的测量点的总(相对)速度在图中的向量VtotA与向量VtotB之间变化。零检测器将在检测器线上的位置A与B之间行走。如果横向速度Vt是1米每秒，以及地震幅度在50赫兹上是100毫微米，那么，纵向速度幅度将是31.4微米每秒，以及总速度Vtot的方向将以+/-0.0018°变化。通过处在海底上方5米的干涉仪，以及通过0.3米的OUI上的激光线的长度、和50毫米的检测器阵列长度，则检测器线上的位置A与B之间的距离将是近似26微米，这通常是
像素大小为7微米的4个像素的距离。
[0095] 有关零检测器的检测的记录算法的例子如下：
[0096] 1.以给定取样频率从沿着检测器线的所有检测器元件i中获取信号Si(t)(t ＝时间)；
[0097] 2.对所有像素计算Si(t)随时间的变化 Si(t)/ t；
[0098] 3.对于所有像素在某段时间内对 Si(t)/ t求和并求平均，也可以在几个相邻像素上对 Si(t)/ t求平均。如图x所指，这些相邻像素的一些也可以位于横向上；
[0099] 4.沿着检测器线进行空间滤波，以找出零检测器的位置。
[0100] 也可以使用其它算法，其中，沿着检测器线的信号S的时间评估用于定位零检测器。
[0101] 本发明也可以使用1维“位置灵敏检测器”来分辨强度移动的小变化(零检测器的小移动)。位置灵敏检测器可以基于几个相邻检测器元件之间的耦合或关联技术，并可以以这种方式来提高灵敏度。
[0102] 为了将对象上的30厘米激光线成像到5米远的50毫米检测器线上，可以使用近似0.7米的焦距。透镜与检测器线之间的光学距离相对较大，但参见图9，可以使用反射镜或其它光学元件以获取总尺度更小的折叠光路。
[0103] 也可以通过利用检测器前面的不同透镜、透镜系统或其它成像元件来提高或降低系统的灵敏度。也可以使用曲面镜。我们也可以具有并排2条或更多检测器线的组合系统，其中，一个系统可以具有在检测器前面的不同透镜系统，而其它检测器线具有不同的透镜或成像系统。这样，一个检测器系统可以具有高灵敏度，而其它系统具有较低的灵敏度，但在地震幅度方面和整个干涉仪的未对准方面以及与速度方向Vtot相比在激光束方向方面具有较大的动态范围。在实际设计中，透镜或成像元件可以在一个方向上较长以及在另一个横向上较窄。
[0104] 如果将反射镜安装在成像系统与检测器之间或在成像系统之外，那么，如图9所示，将通过倾斜这些反射镜的一个或多个来调整检测器元件的灵敏度方向线。如果干涉仪以随时间变化的角位置运动，那么，可能要求相应地调整灵敏度方向。
[0105] 检测器线、或检测器阵列或位置灵敏检测器可长可短，如果(最好)使用若干激光束和成像系统，则其可以从几微米到几米。
[0106] 如果使用具有不同灵敏度的两条或几条平行检测器线，则最不灵敏的检测器线系统(具有最大动态范围)可以用于调整具有较高灵敏度的其它检测器线的灵敏度方向，使得它们可以找到它们的各自零检测器并在它的有限动态范围内工作。
[0107] 本发明还可以通过使用如上所述的反射镜的动态操纵来使用灵敏度方向的动态操纵。由来自如上所述的一条或多条平行检测器线的反馈信号来控制反射镜的操纵，使得在使用一条或多条检测器线时，在检测器线上或多或少地保持零检测器位置不变。这样，操纵反馈信号将给出有关地震信号的信息。
[0108] 地震信号的测量可以具有从相对高地震幅度开始然后幅度逐渐减小的几秒的持续时间。在测量周期内可以调整和改变本发明的动态范围和灵敏度。这可以通过使用两条或更多条平行检测器线，或通过改变或调整检测器线前面的光学元件来完成。
[0109] 本发明的另一种设计显示在图10中。
[0110] 在这种情况下，将激光束引向被研究对象(OUI)，以便照射表面上的单个点(图10中的测量点)。激光束可以会聚或发散，其焦点在距所述源的不同距离，包括OUI下面或外面的点。光束也可以具有不同形状(圆形、长方形等)，以及取代一点，光束也可以朝向表面下的一条线聚焦。
[0111] 如图10所示，检测器元件线排列在基本上与横向速度分量Vt相同的方向上。如前所述，每个检测器元件可以被检测器阵列取代。检测器元件或检测器阵列也被一条或多条参考光束照射，一条或多条参考光束至少部分与从OUI反射的对象光相干(在图10中未示出参考光束)。从OUI上的测量点反射的光线也可以被反射镜反射或被其它元件或被其它部件引导，使得可以以除如图10所示之外的其它方式，来物理放置和几何排列所述检测器线或检测器阵列。
[0112] 在图10中，示出了零平面。这是穿过测量点并与速度向量Vtot正交的空间平面。如前所述，位于沿着检测器线的特定位置的每个检测器元件具有它自己的特定灵敏度方向。图10中的直线SDL代表如此的直线或方向。
[0113] 干涉仪和激光束以角方向放置和排列，使得检测器线上的至少一个检测器或检测器阵列具有与零平面平行并实际上位于零平面内的灵敏度方向线SDL。对于如图10所示的布置，检测器元件的灵敏度方向不是从测量点(OUI上的激光斑点)到检测器元件的直线。检测器元件的灵敏度方向显示在图11中。
[0114] 灵敏度方向线SDL在零平面内的检测器元件将对速度Vtot没有灵敏度，但具有其它灵敏度方向的所有其它检测器元件将拾取速度Vtot的较小或较大部分。
[0115] 有关光强的方程对于这种光学配置与对于以前的配置相同，因此，方程(1)和(2)仍然有效。
[0116] 图12示意性地示出了本发明如何用于检测海底的地震信号。只要我们具有如图所指的幅度的单频稳态地震信号，跨过海底运动的测量点的总(相对)速度在图中的向量VtotA与向量VtotB之间变化。零检测器将在检测器线上的位置A与B之间行走。如果横向速度Vt是1米每秒，以及地震幅度在50赫兹是100毫微米，那么，纵向速度幅度将是31.4微米每秒，以及总速度Vtot的方向将以+/-0.0018°变化。如果干涉仪处在海底上方5米的位置，则检测器线上的位置A与B之间的距离将是314微米，这通常是像素大小为7微米的40个像素距离。
[0117] 此外，通过这种光学配置，我们可以使用“位置灵敏检测器”来分辨强度移动的小变化(零检测器的小移动)。这种配置与第一种配置之间的主要差异在于未使用成像光学部件，以及所述检测器元件线将通常更长。
[0118] 但是，如图13所示，也可以通过在检测器前面使用正负透镜、透镜系统或其它成像元件，来提高或降低这第二种配置的灵敏度。也可以使用曲面镜。此外，在这种情况下，我们也可以具有并排2条或更多条检测器线的组合系统，其中，一个系统可以具有在检测器前面的不同透镜系统(或没有透镜)，而其它检测器线具有不同透镜或成像系统。
[0119] 如前所述，检测器线、或检测器阵列或位置灵敏检测器可长可短；如果(最好)使用几条激光束，则其可以从几微米到几米或甚至沿几百米的距离连续。如果检测器线的长度受到限制，则零检测器位置可以终止在检测器线阵列的外部，因此，没有沿着该线的检测器元件成为零检测器。在这种情况下，可以调整激光束的方向，直到零检测器位置进入检测器元件线的范围(长度)内。另外，如果去往检测器线的光线在到达检测器之前通过反射镜反射，则可以使这些反射镜倾斜，以便为系统获得适当的灵敏度方向。
[0120] 通过这第二种配置，可以使激光束动态操纵，其中光束的操纵由来自如上所述的一条或多条平行检测器线的反馈信号来控制，使得在使用一条或多条检测器线时，在检测器线上零检测器位置或多或少保持不变。如前所述，操纵反馈信号将给出有关地震信号的信息。最好只在一个方向，基本上在与速度Vtot相同的方向上控制激光束，并且，速度Vtot通常与检测器线的方向相同或几乎相同。
[0121] 一般说来，与前面参照图5所述的系统不同，图10中的系统将具有较高的灵敏度，但随着与OUI的距离增大具有较小的动态范围。由于零检测器区域将随着距离增大而更宽，与OUI的距离可以由系统利用来自检测器线的数据S求出。
[0122] 第二种配置与第一种相比的缺点是，干涉仪与OUI之间的距离变化可能沿着检测器线给出假信号。这些假信号可能较小，但如果系统被安排成分辨非常小的幅度，这种错误源可能是限制因素。
[0123] 相位调制
[0124] 如果系统(第一和第二种配置两者)的激光束和灵敏度方向拾取了干涉仪或OUI的运动的大部分，那么，参见图14，可以使用参考光束的相位调制来补偿这个。这描述在GB-A-2411001中。
[0125] 如果系统拾取了干涉仪的运动的相对大部分，则这意味着速度Vl变大，使得Vl可能具有顶上带有小的“AC”分量的大的恒定(“DC”)分量。可以通过利用参考光束的相位调制来除去Vl的大DC分量。相位调制实际上意味着，我们在检测器线上向一侧(左侧或右侧)移动图7中的曲线。表达这种情况的另一种方式是表述成，当使用参考光束的相位调制时，零线或零平面和总速度Vtot之间的角度变成不同于90°。
[0126] 如果例如以相对于干涉仪的传播方向向前或向后的角度来引导激光束(参照图8和图12)，那么，速度Vl将获得较小或较大的“DC”电平。在这种情况下，可以使用相位调制来补偿这个。
[0127] 当使用相位调制时，我们将“人造”纵向速度放在系统上。如果我们模拟具有给定幅度和频率的正弦变化速度Vl，以及如果我们沿着检测器线在这个相同频率上找到相应的零检测器“幅度”，那么，我们实际上可以从这个数据中计算横向速度Vt。
[0128] 3维测量
[0129] 如果使
用例如像图5和/或图10中的那几个那样的三个分立单元，则本发明可以用于测量3维空间位移。图15示出了这样的例子，其中，用3维测量海底的地震信号。图中的每条激光束可以是如前所述的激光束或激光线。通过如图15所示的布置，将在速度方向上指向前的单元中需要相位调制。
[0130] 假设OUI振荡(波)的波长大于OUI上激光束中的灵敏度线所投射的位置之间的距离。
[0131] 如果我们具有在大型系统阵列中运动、像如图5所示的那个那样的大量系统，我们可以在较大海底区域上进行测量。我们也可以使用从相同照射线或照射点反射的光可被不同相邻检测器系统拾取的组合系统，以便以不同灵敏度方向获取测量结果。
