專利名稱：用于雙傳感器海洋地震拖纜的傳感器分組及地震勘測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及海洋地震勘測系統(tǒng)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及海洋地震拖纜 中具有質(zhì)點運動傳感器和壓力傳感器的傳感器組的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域公知的海洋地震勘測系統(tǒng)包括傳感器電纜，其被稱為“拖纜(streamer) ”， 在水體中牽引所述拖纜以獲得由水中一個或多個地震能量源以所選時間致動而產(chǎn)生的地 震信號。拖纜包括沿著該拖纜以間隔開的位置安排的多個地震傳感器。典型地，以多個間 隔開的組或“陣列”來布置所述傳感器，其中在每個這樣的組或陣列中所選數(shù)目的傳感器以 相對靠近的間隔(例如0.7米)安排，并且以某一方式組合來自組中所有傳感器的信號以 生成單個傳感器信號的等同物。傳感器組可以被相對較長的間隔(例如12. 5米)彼此分 開以便提供來自沿著該拖纜以間隔開的位置安排的多個單獨傳感器的信號的等同物。上面 解釋的傳感器分組和信號組合被用來降低由地震傳感器檢測的信號中某些類型的噪聲。本領(lǐng)域中公知的被稱為“雙傳感器”拖纜的一種地震拖纜包括在基本上并置的組 中安排的質(zhì)點運動響應(yīng)傳感器(例如地震檢波器)和壓力或壓力時間梯度響應(yīng)傳感器(例 如水中地震檢波器(hydrophone)) 二者。在授予Tenghamn等人且與本發(fā)明一起被共同擁 有的美國專利No. 7，239，577中公開了這種拖纜的一個示例。在前述專利中詳細(xì)描述了這 種雙傳感器拖纜的特定使用。本領(lǐng)域中公知，在具有質(zhì)點運動傳感器的地震拖纜(包括雙傳感器拖纜)中，該質(zhì) 點運動傳感器容易受到由水中拖纜的移動而生成的噪聲的影響。在授予Vaage等人且與本 發(fā)明一起被共同擁有的美國專利No. 7，359，283中描述了一種考慮這種噪聲的用于處理傳 感器地震拖纜信號的技術(shù)。在前述專利中所描述的方法包括使用來自壓力響應(yīng)傳感器的信 號來合成低頻(例如大約20Hz以下)質(zhì)點運動信號；以及將所合成的低頻分量添加到由該 質(zhì)點運動傳感器在所合成的信號頻率界限以上進(jìn)行的測量。實際上在這種方法中沒有使用 由該質(zhì)點運動傳感器在合成頻率界限以下測量的質(zhì)點運動信號。結(jié)果，可能不能獲得潛在 有價值的低頻質(zhì)點運動信息。一種降低由運動傳感器檢測的信號中的地震頻帶的較低部分中的噪聲的方法是 使用單個傳感器測量。為此，有必要具有優(yōu)選地在組長度上等距的相對較密集隔開的傳感 器。這樣的傳感器布置因為沿著拖纜的功耗限制以及處理大量傳感器數(shù)據(jù)中的限制而不可 行。仍存在對包括質(zhì)點運動傳感器的地震拖纜的改進(jìn)結(jié)構(gòu)和信號處理技術(shù)的需要，其 可以衰減質(zhì)點運動傳感器信號中的運動感應(yīng)噪聲的影響。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于海洋地震勘測的方法包括在水體中牽引拖纜。所述拖 纜包括多個間隔開的傳感器組，每個所述傳感器組包括多個在縱向上間隔開的壓力傳感器和質(zhì)點運動響應(yīng)傳感器。響應(yīng)于地震能量源的致動在每個傳感器處檢測信號。組合在每個 組中所選頻率以上的所采樣的運動信號的分量以生成相應(yīng)的組運動信號。所選頻率以下的 運動響應(yīng)信號的分量被速度濾波。將經(jīng)過速度濾波的信號與組運動信號組合以生成對應(yīng)于 每個傳感器組的全帶寬運動響應(yīng)信號。根據(jù)下面的描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將顯而易見。


圖1示出牽引根據(jù)本發(fā)明的示例拖纜的地震勘測船的示例。圖2示出圖1所示的拖纜的示例傳感器組。圖3示出使用具有如圖2所示的傳感器組的在圖1中示出的拖纜的示例信號處理 方法的流程圖。
具體實施例方式在圖1中示意性示出示例地震采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括沿著諸如湖或大海之類的水 體11的表面移動的地震勘測船10。該地震勘測船10可以包括在其上通常以12示出并且 為方便起見被稱為“記錄系統(tǒng)”的儀器，除了別的功能之外，所述儀器包括用于確定船10 的測地位置、用于控制一個或多個地震能量源14 (下面進(jìn)一步解釋)的致動、以及用于檢測 并進(jìn)行由沿著一個或多個地震傳感器拖纜16以間隔開的位置安排的地震傳感器檢測的信 號的時間索引記錄的設(shè)備(未單獨示出)。該記錄系統(tǒng)12可以包括通用可編程計算機(未 單獨示出)，其用于根據(jù)下面將進(jìn)一步解釋的技術(shù)來處理信號。拖纜16可以由地震勘測船10或另一個船(未示出)牽引。為了清楚地說明，在 圖1中僅示出一個拖纜16，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到多個這樣的拖纜通常將由勘測 船10或由另一個船使用某一牽引儀器(未示出)牽引以保持拖纜處于相對于彼此且相對 于牽引船(例如勘測船10)的中心線的所選橫向位置。一個或多個地震能量源14可以由地震勘測船10或由另一個船(未示出)牽引。 一個或多個地震能量源14可以是空氣槍(air gun)、水槍(water gun)、海洋振動器或這種 設(shè)備的陣列。一個或多個地震能量源14在所選時間被致動并且來自其的能量通常向下行 進(jìn)通過水11 (如在20A和21A處示出的那樣)直到它到達(dá)水底部22以及水底部22下面的 地層23、25中的一個或多個聲阻抗邊界24為止。所反射的地震能量通常向上行進(jìn)(在20B 和21B處示出)并且由拖纜16中的地震傳感器(下面參考圖2解釋)檢測。在本示例中， 地震傳感器可以被安排在多個縱向間隔開的傳感器組18中。記錄系統(tǒng)12可以記錄通常相 對于一個或多個地震能量源14的致動時間而索引的所檢測到的地震信號。圖2示出地震傳感器組18的示例。該地震傳感器組18可以包括多個彼此以所選 間隔(例如0.5米)安排的個體壓力響應(yīng)或壓力時間梯度響應(yīng)傳感器31以形成壓力響應(yīng) 或壓力時間梯度響應(yīng)傳感器組30 ( “壓力傳感器組”)。壓力傳感器組30中的個體傳感器 31 ( “壓力傳感器”)可以是例如響應(yīng)于壓力或壓力時間梯度而生成電或光信號的水中地震 檢波器。在一些示例中，來自壓力傳感器組30中的個體壓力傳感器31的信號可以通過電或 光連接個體壓力傳感器31的信號輸出而被組合，以使得該壓力傳感器組30有效地生成可 以被傳送到記錄系統(tǒng)(圖1中的12)的一個壓力響應(yīng)信號。來自壓力傳感器組30的壓力響應(yīng)信號可以以模擬形式傳送或者可以使用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(未示出)在沿著拖纜(圖 1中的16)的某一位置(未示出)處被數(shù)字化。在一些示例中，在每個壓力傳感器組30中 可能存在十六個壓力傳感器31，但是每個壓力傳感器組中的壓力傳感器的精確數(shù)目不是本 發(fā)明的范圍的限制。傳感器組18還可以包括多個間隔開的質(zhì)點運動響應(yīng)傳感器33，它們共同形成質(zhì) 點運動響應(yīng)傳感器組32( “運動傳感器組”)。該質(zhì)點運動響應(yīng)傳感器33( “運動傳感器”) 可以是地震檢波器、速度計、加速計或本領(lǐng)域中公知的任何其它質(zhì)點運動敏感設(shè)備。運動傳 感器可以是1、2或3軸傳感器。運動傳感器33可以被布置成使得該運動傳感器組32的縱 向中心近似與壓力傳感器組30的縱向中心并置。在本示例中，在運動傳感器組32中可以 存在三十個或更多運動傳感器33。在本示例中，運動傳感器33可以是三軸微機電系統(tǒng)(“MEMS”)加速計。可以在一 些示例中使用的MEMS加速計的一個非限制性示例是由恩斯赫德(ENSCHEDE)的7521 PR, Pantheon，6a的XSENS按型號表示MTi售出的。MEMS加速計的另一個非限制性示例是由馬 薩諸塞州02062的諾伍德的第三技術(shù)大道的Analog Devices有限公司按型號表示ADXL50 售出的。這樣的加速計具有響應(yīng)于沿著三個通常正交的方向中的每一個的加速的檢測元 件。該運動傳感器33可以生成與沿著每個檢測元件的敏感軸施加的加速量有關(guān)的電或光 信號。將諸如MEMS加速計之類的設(shè)備用作運動傳感器33的可能益處是它們的小尺寸、重 量和電功耗使得有可能在運動傳感器組31中使用相對大量的運動傳感器33。在本示例中， 運動傳感器33可以彼此基本上均勻地間隔開，包括在沿著拖纜(圖1中的16)的相鄰傳感 器組18之間。使用每個運動傳感器組31中相對大量的運動傳感器33并且前述均勻間隔 有可能進(jìn)行將在下文中進(jìn)一步解釋的某些類型的信號處理。運動傳感器組32可以在接近運動傳感器組32的便利位置處具有與其相關(guān)聯(lián)的信 號處理單元36 (例如混合的信號數(shù)字信號處理器)。該信號處理單元36可以包括實現(xiàn)單獨 檢測并且處理來自每個運動傳感器33中的每個檢測元件(未單獨示出)和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn) 換電路(未單獨示出)的信號的內(nèi)部多路復(fù)用器(未單獨示出)。該信號處理單元36還可 以被編程為根據(jù)來自每個運動傳感器33中的每個檢測元件的信號來計算每個運動傳感器 33的運動波場的垂直分量和每個運動傳感器33的總運動波場中的任一項或二者。有可能 使用所述加速計來計算運動波場的垂直分量，因為存在兩個或三個正交檢測元件，從而有 可能確定每個檢測元件檢測到的由地球重力產(chǎn)生的加速度的分量。由此可以確定每個運動 傳感器33的重力取向，從而實現(xiàn)運動波場的垂直分量的分解。從信號處理單元36輸出的 信號可以被傳導(dǎo)到記錄系統(tǒng)(圖1中的12)以用于將進(jìn)一步解釋的處理。典型地，諸如在圖1中的16處所示的拖纜在牽引船之后延伸幾千米，并且可以包 括諸如上面解釋的幾百個或更多傳感器組(圖2中的18)。因為在典型的拖纜中存在結(jié)果 產(chǎn)生的非常大數(shù)目的個體地震傳感器，所以在根據(jù)本發(fā)明的示例信號處理技術(shù)中，可以處 理來自個體運動傳感器(圖2中的33)的信號以降低被傳送到記錄系統(tǒng)(圖1中的12)的 信號數(shù)據(jù)的量，并且同時處理來自個體運動傳感器(圖2中的33)的信號以使得可以衰減 來自其的運動感應(yīng)噪聲。所述運動感應(yīng)噪聲的衰減可以實現(xiàn)根據(jù)運動傳感器信號來確定低 頻地震信號分量。在本描述中使用的術(shù)語“低頻”和“高頻”分別意指低于和高于所選頻率 閾值的頻率，在來自運動傳感器(圖2中的33)信號中存在低于所選頻率閾值的可觀的運動感應(yīng)噪聲。在本文的背景技術(shù)部分參考的Vaage等人的‘283專利中解釋這樣的頻率閾 值，并且其通常在20Hz到30Hz的范圍內(nèi)。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例信號檢測和處理技術(shù)的流程圖。在40處，信號處理單 元(圖2中的36)可以數(shù)字化且以與所感興趣的地震頻率范圍中的最高頻率有關(guān)的采樣率 采樣在每個運動傳感器(圖2中的33)中的每個感測元件的信號輸出。例如，對于IOOHz 到200Hz的地震頻率上限，這樣的采樣率可以是200到400Hz。在42處，可以使用上文所解 釋的所選頻率閾值來將數(shù)字采樣的運動傳感器信號分成低頻分量信號和高頻分量信號。來 自每個運動傳感器組(圖2中的32)中的所有運動傳感器(圖2中的33)的高頻分量信號 可以被組合、相加或求和以生成單個組運動傳感器信號。組運動傳感器信號可以是運動波 場的垂直分量、求和的垂直和橫測線(crossline)分量，或者可以是如上文所解釋的總運 動波場?？梢栽谛盘柼幚韱卧?圖2的36)中執(zhí)行前述任一運動波場的計算。由此可以以 所選的數(shù)字采樣率來將如此確定的組運動信號傳送給記錄系統(tǒng)(圖1中的12)。在44處，來自每個個體運動傳感器(圖2中的33)的低頻分量信號可以被傳送到 記錄系統(tǒng)(圖1中的12)。在一個示例中，這樣的傳送可以處于與閾值頻率有關(guān)的較低采樣 率。例如，如果閾值頻率是20Hz，則可以以40Hz的采樣率將個體運動傳感器信號的低頻分 量傳送到記錄系統(tǒng)(圖1中的12)。這樣的較低頻率傳送可以保存用于其它信號(例如高 頻分量信號)的拖纜遙測能力?？梢詫⒃谟涗泦卧?圖1中的12)中完成的信號記錄用作信號輸入來如下文所解 釋的那樣在記錄系統(tǒng)(圖1中的12)中的計算機上、或在另一個可編程計算機(其可以位 于任何地方)上進(jìn)一步處理被傳送到記錄系統(tǒng)(圖1中的12)的前述信號。在46處，個體運動傳感器信號的低頻分量可以被速度濾波。這樣的速度濾波可以 是例如頻率-波數(shù)(f_k)濾波，或傾斜疊加(tau-p)濾波。速度濾波的速度閾值可以被選 擇以從信號排除具有比水中的聲速(大約每秒1500米)更低速度的任何分量。預(yù)期運動 感應(yīng)噪聲具有比水中的聲速更低的速度。通過使用相對大量的運動傳感器(圖2中的33) 以及它們之間基本上均勻的間隔來使得速度濾波切實可行。在48處，然后求和來自每個運動傳感器組(圖1中的32)的經(jīng)過速度濾波的低頻 分量信號。然后將經(jīng)過求和的來自每個組的低頻分量信號與來自相同運動傳感器組的高頻 分量信號求和以產(chǎn)生每個運動傳感器組的全帶寬運動傳感器信號。相對來說，該全帶寬運 動傳感器信號可以無運動感應(yīng)噪聲。在50處，可以以本領(lǐng)域中公知的任何方式將來自每個運動傳感器組的全帶寬運 動信號與來自每個對應(yīng)壓力傳感器組的壓力傳感器組信號組合以用于組合運動和壓力信 號處理。例如，參見授予Paffenholz等人的美國專利No. 6，021，092或授予Barr等人的美 國專利No. 5，163，028。這樣的組合可以產(chǎn)生例如其中來自水表面的地震能量反射的影響已 被衰減的地震信號。這樣的地震信號可以被稱為“消除虛反射的(deghosted)”地震信號。在另一個示例中，其中不限制拖纜(圖1中的16)的遙測能力，有可能將來自每個 個體運動傳感器(圖2中的33)和每個個體壓力傳感器(圖2中31)的全帶寬信號發(fā)送到 記錄單元(圖1中的12)以用于記錄?？梢栽谟涗泦卧械挠嬎銠C或另一個計算機上執(zhí)行 如參考圖3所解釋的信號處理。然而，在本示例中，如先前所解釋的那樣，可以通過在與可 觀的運動感應(yīng)噪聲的頻率界限有關(guān)的所選頻率處將全帶寬運動傳感器信號分成高頻分量和低頻分量來生成運動傳感器組信號。來自每個組(圖2中的32)中的運動傳感器的高頻 分量信號可以在計算機中而不是如參考圖2所解釋的那樣通過信號處理單元(圖2中的 36)被組合或相加。低頻分量可以如上文所解釋的那樣被速度濾波，并且處理的剩余部分可 以如上文參考圖3所解釋的那樣執(zhí)行。類似地，來自個體壓力傳感器的壓力信號可以被組 合以在計算機中生成每個壓力傳感器組(圖2中的30)的壓力傳感器組信號。根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以提供改進(jìn)的地震數(shù)據(jù)，因為基本上降低了噪聲對質(zhì) 點運動傳感器信號的低頻部分的影響。盡管已經(jīng)參考有限數(shù)目個實施例描述了本發(fā)明，得益于本公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員 將會認(rèn)識到可以設(shè)計不偏離如本文所公開的本發(fā)明的范圍的其它實施例。相應(yīng)地，本發(fā)明 的范圍應(yīng)該僅由所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種用于海洋地震勘測的方法，包括牽引水體中的至少一個地震拖纜，所述拖纜包括多個間隔開的傳感器組，每個傳感器 組包括多個在縱向上間隔開的質(zhì)點運動響應(yīng)傳感器；響應(yīng)于地震能量源的致動在每個質(zhì)點運動響應(yīng)傳感器處檢測信號；求和每個組中所選頻率以上的質(zhì)點運動響應(yīng)信號的分量以生成相應(yīng)的組運動信號；速度濾波所選頻率以下的運動響應(yīng)信號的分量；以及將經(jīng)過速度濾波的信號與組運動信號組合以生成對應(yīng)于每個傳感器組的全帶寬運動 響應(yīng)信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述速度濾波包括排除低于水中聲速的信號分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述速度濾波包括頻率-波數(shù)濾波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述速度濾波包括傾斜疊加濾波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中以與所選頻率有關(guān)的采樣率將低于所述所選頻率 的運動信號的分量傳送到記錄系統(tǒng)，所述采樣率低于與所感興趣的地震頻率范圍的上限有 關(guān)的數(shù)字采樣率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述所選頻率與運動響應(yīng)傳感器信號中的牽引運 動感應(yīng)噪聲的頻率有關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述所選頻率是大約20Hz。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個拖纜包括多個壓力響應(yīng)傳感器組， 每個基本上與每個質(zhì)點運動響應(yīng)傳感器組并置，并且其中所述方法還包括響應(yīng)于所述地震能量源的致動來檢測壓力響應(yīng)信號；以及將所述壓力響應(yīng)信號與全帶寬運動響應(yīng)信號組合以生成消除虛反射的地震信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中以對應(yīng)于所感興趣的最大地震頻率的速率來在所 述拖纜中數(shù)字地采樣檢測到的運動響應(yīng)信號，并且其中以與所述所選頻率有關(guān)并低于數(shù)字 采樣率的采樣率來將低于所述所選頻率的運動響應(yīng)信號傳送到記錄系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將高于所述所選頻率的運動響應(yīng)信號分量在所 述拖纜中組合以生成相應(yīng)的組運動響應(yīng)信號，并且將所述相應(yīng)的組運動響應(yīng)信號從所述拖 纜傳送到記錄系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于雙傳感器海洋地震拖纜的傳感器分組及地震勘測方法。一種用于海洋地震勘測的方法包括牽引水體中拖纜。所述拖纜包括多個間隔開的傳感器組，每個所述傳感器組包括多個在縱向上間隔開的壓力傳感器和質(zhì)點運動響應(yīng)傳感器。響應(yīng)于地震能量源的致動檢測在每個傳感器處的信號。組合在每個組中所選頻率以上的所采樣的運動信號的分量以生成相應(yīng)的組運動信號。所選頻率以下的運動響應(yīng)信號的分量被速度濾波。將經(jīng)過速度濾波的信號與組運動信號組合以生成對應(yīng)于每個傳感器組的全帶寬運動響應(yīng)信號。
文檔編號G01V1/38GK102004265SQ201010267429
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者S·R·L·滕漢恩 申請人:Pgs地球物理公司