專利名稱：用于基于陸地的地震數(shù)據(jù)采集的方法和裝置的制作方法
用于基于陸地的地震數(shù)據(jù)采集的方法和裝置本申請是國際申請日為2004年9月21日的、名稱為“用于基于陸地的地震數(shù)據(jù)采集的方法和裝置”的發(fā)明專利申請No. 200480042443. I (PCT/US2004/030870)的分案申請。 本申請針對的分案申請?zhí)枮?01010163040. X。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及地震勘探的領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及一種用于地震勘探的方法和裝置，特別地涉及一種完備的基于陸地(land-based)或可在海中部署的地震檢波器系統(tǒng)。地震勘探通常利用一個(gè)地震源來生成一個(gè)傳播進(jìn)地球并被地下地震反射層(即在以不同彈性為特征的地下巖性或流體層之間的界面)部分反射的聲信號。由位于地表或其附近的地震接收機(jī)探測并記錄該反射的信號(被稱為“地震反射”)，從而形成一個(gè)地下的地震勘測。因此能夠處理記錄的信號或地震能量數(shù)據(jù)以得出與巖性的地下地層有關(guān)的信息，并將這種特征識(shí)別為例如巖性的地下地層邊界。通常，地震接收機(jī)被排列成一個(gè)陣列，其中該陣列由均由接收機(jī)串組成的一行測量站組成，所述接收機(jī)是為了從接收機(jī)線之下的地震剖面中記錄數(shù)據(jù)而排列的。對于在較大區(qū)域中的數(shù)據(jù)以及對于地層的三維表示，可以并排地設(shè)置多個(gè)單行的陣列，以便形成接收機(jī)的網(wǎng)格。通常，遠(yuǎn)距離地設(shè)置或分散測量站及其接收機(jī)。在例如陸地地震勘探中，可以以空間上多樣化的方式，例如其中每條線延續(xù)5000米、接收機(jī)間隔25米并且相鄰行間距 500米的典型網(wǎng)格配置，來部署成百上千的被稱為地震檢波器的接收機(jī)。通常，在單個(gè)雙絞線上，以串并聯(lián)組合連接幾個(gè)接收機(jī)，以形成用于一個(gè)測量站的單個(gè)接收機(jī)組或信道。在數(shù)據(jù)收集處理期間，數(shù)字化來自每個(gè)信道的輸出并為后續(xù)分析而記錄。依次的，通常將接收機(jī)組連接到電纜，其用于與所述接收機(jī)通信并向通常被稱為“儀器車”的位于中心位置的記錄儀傳輸收集到的數(shù)據(jù)。更具體地說，當(dāng)在陸地上實(shí)施這種勘測時(shí)，使用電纜遙測(cable telemetry)在各個(gè)接收機(jī)、測量站以及儀器車之間傳輸數(shù)據(jù)。其它系統(tǒng)使用無線的方法來傳輸數(shù)據(jù)，以便各個(gè)接收機(jī)和測量站并不相互連接。還有其它系統(tǒng)在每個(gè)測量站臨時(shí)保存數(shù)據(jù)，直到該數(shù)據(jù)被提取。如在本說明書的各處所使用的，“基于陸地地震系統(tǒng)”將包括用于海岸過渡帶例如淺灘或沼澤中的地震系統(tǒng)。關(guān)于大多數(shù)基于陸地地震系統(tǒng)的操作，現(xiàn)有技術(shù)通常需要一些外部生成的控制命令以便啟動(dòng)和獲得用于每個(gè)爆破的數(shù)據(jù)，引起保存的地震數(shù)據(jù)被發(fā)送回儀器車并引起任何其它數(shù)據(jù)例如質(zhì)量控制數(shù)據(jù)被發(fā)送回儀器車。這樣，地震接收機(jī)單元必須或者物理上連接到中央控制記錄站，或者是通過無線技術(shù)可連接的。如上所述，那些熟悉技術(shù)的人將理解某些環(huán)境可能向連接和控制地震的傳統(tǒng)方法提出極端的挑戰(zhàn)，例如擁塞的或海洋的環(huán)境，崎嶇的山地環(huán)境以及叢林或偏遠(yuǎn)的沙漠位置。在互相連接的硬布線的接收機(jī)陣列必須定期地移動(dòng)以覆蓋較大區(qū)域的情況下，還可能發(fā)生困難。無論什么情況，每種連接，不管經(jīng)由物理電纜或通過無線技術(shù)，都有其自身的缺點(diǎn)。在電纜遙測系統(tǒng)中，大陣列可能導(dǎo)致大量昂貴的并且難以處理、部署或操作以及維修的導(dǎo)電電纜。在以極端或腐蝕條件為特征的惡劣環(huán)境例如咸水、炙熱、砂質(zhì)荒漠或植被蔓生的潮濕叢林中，可能需要昂貴的電纜鎧裝。而且，傳統(tǒng)的布線還需要在電纜和傳感單元之間的物理連接。由于這對連接到電纜的硬布線接收機(jī)串來說，通常是不實(shí)際的，更傳統(tǒng)的技術(shù)是在接收機(jī)串和遙測電纜(telemetry cable)之間使用外部布線和連接器。在電纜和傳感器之間的所述連接點(diǎn)尤其容易被損壞，特別是在極端或腐蝕環(huán)境中。當(dāng)然，對于在物理上用電纜連接在一起的系統(tǒng)，更容易向測量站/單元提供電源，以使數(shù)據(jù)采集與爆破時(shí)間同步，來進(jìn)行質(zhì)量控制檢查并且另外的控制所述單元。應(yīng)當(dāng)注意無論是布線的或無線的系統(tǒng)，現(xiàn)有技術(shù)的地震記錄系統(tǒng)使接收機(jī)組件 (即地震檢波器)與所述單元的無線電控制組件和/或記錄組件相分開，以至于所述單元可以提供任何機(jī)載的記錄。迄今為止，傳統(tǒng)上認(rèn)為在現(xiàn)有技術(shù)中，以此方法可以最大化地震檢波器與地球耦合。在這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，需要外部布線將一個(gè)單元的地震檢波器組件與該單元的記錄和/或無線電遙測組件相連接。因而，當(dāng)使一個(gè)獨(dú)立單元的各種組件部分用電纜相互連接時(shí)，上述的由共同布線系統(tǒng)單元而產(chǎn)生的許多缺點(diǎn)同樣存在。在使用無線技術(shù)或者單元及其傳感器的操作是通過預(yù)先編程的情況下，控制并監(jiān)視該單元及傳感器變得更加困難。例如，由于如上所述各個(gè)傳感單元并未用導(dǎo)線連接，確保記錄與爆破時(shí)間同步是至關(guān)緊要的。因此，如上所述，需要精確的機(jī)載時(shí)鐘。關(guān)于這一點(diǎn)， 在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間觸發(fā)用于傳感和記錄的每個(gè)單元必須與爆破一致。一種普通的在這方面的現(xiàn)有技術(shù)是利用一個(gè)從控制臺(tái)發(fā)送來的命令信號接通系統(tǒng)，啟動(dòng)傳輸從先前的爆破中保存的數(shù)據(jù)并啟動(dòng)對當(dāng)前的爆破收集數(shù)據(jù)，其被臨時(shí)寫入存儲(chǔ)器中直到在下一次爆破時(shí)被發(fā)送回控制臺(tái)。確保單元有足夠的功率迄今為止同樣受到關(guān)注。許多現(xiàn)有技術(shù)專利專注于在數(shù)據(jù)采集/記錄期間接通傳感器并且在休眠間隔期間給傳感器斷電的技術(shù)和裝置。在美國專利第6，070，129號中講述了一種表示現(xiàn)有技術(shù)的基于陸地系統(tǒng)，其是關(guān)于來自多個(gè)采集單元的地震數(shù)據(jù)的壓縮和分配，每個(gè)單元適合于采集、臨時(shí)保存和壓縮向中央控制和記錄站分散傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。每個(gè)采集單元被硬布線到多個(gè)分散的地震檢波器/接收機(jī)，該采集單元從其中接收數(shù)據(jù)。每個(gè)采集單元還用于從中央控制和記錄站中接收操作指令。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在從一個(gè)特定爆破采集數(shù)據(jù)的期間，向中央控制和記錄站發(fā)送來自先前爆破的部分?jǐn)?shù)據(jù)以允許質(zhì)量控制檢查并確保采集單元正確地工作。來自任何給定爆破的數(shù)據(jù)可能是分散的并且經(jīng)由多個(gè)發(fā)送信道且在連續(xù)的發(fā)送窗口期間發(fā)送，以減少數(shù)據(jù)流中的變化。每種引用的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備包含一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的缺點(diǎn)之一是需要觸發(fā)和停用所述用于記錄和操作的單元，包括數(shù)據(jù)和質(zhì)量控制傳輸。對于基于陸地系統(tǒng)，這通常需要從儀器車經(jīng)由電纜或無線電信號發(fā)送一個(gè)控制信號。然而，外部控制可能是不合需要的，因?yàn)樗笤谙到y(tǒng)中進(jìn)行信號傳輸以及額外的元件。當(dāng)然，任何類型的用于傳輸電信號的控制信號布線都是不合需要的，因?yàn)檫@增加了處理和控制單元的復(fù)雜度的級別，并且需要外部連接器或耦合。在極端環(huán)境，無論是過渡帶水的腐蝕環(huán)境還是戈壁的高溫腐蝕環(huán)境中，這種布線和連接器尤其容易滲漏和損壞。在利用外部電氣布線與單元的分散元件互相連接的單元，例如如同在美國專利第 5，189，642號中所講述的，以及其中地震檢波器組件與電子器件組件相分離的類似設(shè)備中， 存在相似的問題。而且，就系統(tǒng)的電子器件分散的程度而言，系統(tǒng)故障的可能性將增加。
許多現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)還使用無線電遙測術(shù)而不是記錄單元機(jī)載的數(shù)據(jù)，來收集數(shù)據(jù)。當(dāng)然，這種系統(tǒng)受到無線電傳特性的限制，例如射頻頻譜許可證限制、范圍限制、視線障礙物、天線限制、數(shù)據(jù)速率限制、功率限制等。這樣，提供一種并不要求從控制臺(tái)或者對在地震數(shù)據(jù)采集單元元件之間的單元本身的外部通信/電源布線的基于陸地地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將是合乎需要的。同樣地，該單元將進(jìn)行記錄或者操作而無需任何類型的外部控制信號。換句話說，該單元將以“停止即忘 (drop and forget) ”為基礎(chǔ)來操作。同樣地,該設(shè)備應(yīng)當(dāng)容易維修而無需打開設(shè)備來執(zhí)行例如數(shù)據(jù)提取、質(zhì)量控制和能源補(bǔ)給的活動(dòng)。該設(shè)備還應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)為耐腐蝕、極端環(huán)境，這在地震勘探中是經(jīng)常遇到的。該設(shè)備還應(yīng)當(dāng)允許由無線電發(fā)送回質(zhì)量控制數(shù)據(jù)，以確定系統(tǒng)的遠(yuǎn)程單元是否正確地操作而無需控制信號或嘗試向一個(gè)爆破周期關(guān)聯(lián)質(zhì)量控制數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種通過部署多個(gè)連續(xù)操作的自治的無線的完備的地震記錄單元或箱體來收集地震數(shù)據(jù)的基于陸地的系統(tǒng)?？梢匀』叵惹坝伤鱿潴w記錄的地震數(shù)據(jù)并且所述箱體可被充電、測試、重新同步，并且可以重新啟動(dòng)操作而無需打開該箱體。更具體地說，所述單元是完備的以至于所有電子器件被安放在外殼之內(nèi)或之上， 包括一個(gè)地震檢波器組件、一個(gè)地震數(shù)據(jù)記錄設(shè)備以及一個(gè)時(shí)鐘。一個(gè)電源或者被包含在外殼之內(nèi)，或者也可以從外部連接到外殼。所述時(shí)鐘可以連接到一個(gè)有多個(gè)自由度的萬向平臺(tái)以最小化重力對時(shí)鐘的影響。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述時(shí)鐘是一個(gè)銣(rubidium)鐘。銣鐘更不容易受到溫度或重力影響或單元的方向。在另一實(shí)施例中，所述單元包括一個(gè)石英鐘，并且石英鐘可根據(jù)晶體老化的影響而被校正。電源最好是安放在單元外殼之內(nèi)的可在密封環(huán)境中工作的可再充電電池，例如鋰離子電池。作為替代地，電源可以結(jié)合一個(gè)連接到單元外殼的燃料電池或太陽能電池。所述完備的地震單元可以在單元外殼之內(nèi)包括一個(gè)傾斜儀。當(dāng)本發(fā)明使用傾斜儀的數(shù)據(jù)用于幾個(gè)不同的發(fā)明功能，例如上述的石英鐘校正過程時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的地震單元均沒有在一個(gè)包括單個(gè)完備的組件的地震單元之內(nèi)結(jié)合一個(gè)傾斜儀。相反地，這種現(xiàn)有技術(shù)單元有容納分離的元件的分離的附著組件。例如，一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)單元可以有一個(gè)容納傾斜儀的組件，同時(shí)有一個(gè)分離的組件容納地震檢波器。當(dāng)然，一個(gè)傾斜儀還可用于確定單元的垂直方向以便可以相應(yīng)地校正對應(yīng)的地震數(shù)據(jù)。本發(fā)明的一個(gè)特征是以時(shí)間連續(xù)的方式獲得并利用傾斜儀數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有技術(shù)單元通常使用在所述外殼之外的裝置來確定單元的垂直定向，并且在地震記錄開始時(shí)從中僅僅一次生成方向數(shù)據(jù)。就對使用這種現(xiàn)有技術(shù)單元采集的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行方向校正的程度而言，所述校正僅僅根據(jù)單元的初始方向。然而，已經(jīng)注意到由于地震單元受到已知范圍從水流到被牛踢的外力，單元的方向在部署過程中可能改變。這樣，在本發(fā)明中，由傾斜儀測量垂直方向數(shù)據(jù)作為時(shí)間的函數(shù)以便地震數(shù)據(jù)可被相應(yīng)地校正。關(guān)于可能影響所收集地震數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的傾斜、定時(shí)或類似數(shù)據(jù)的校正，所有現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備都在一個(gè)處理中心進(jìn)行這種校正。當(dāng)部署機(jī)載單元時(shí)，任何現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備都不在機(jī)載單元中進(jìn)行這種校正。這樣，本發(fā)明的一種方法是當(dāng)部署機(jī)載單元時(shí)，在機(jī)載單元中進(jìn)行這種校正。本發(fā)明完備的地震單元還可以包括一個(gè)羅盤。相對于用于總體勘測的參照系，羅盤數(shù)據(jù)可用來提供用于每個(gè)獨(dú)立單元的方向參照系數(shù)據(jù)。如同傾斜儀，現(xiàn)有技術(shù)并未將羅盤結(jié)合到容納地震采集單元的所有元件的單個(gè)完備的組件中。就將羅盤結(jié)合進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)地震單元中的程度而言，羅盤已被容納在一個(gè)與其它元件例如地震檢波器分離的組件中。當(dāng)然，許多現(xiàn)有技術(shù)單元并不完全確定單元的指向方向，因而并未結(jié)合羅盤。相反地，使用一個(gè)傾斜儀來僅僅采集垂直方向的數(shù)據(jù)。當(dāng)本發(fā)明的完備的多方向傳感單元同時(shí)包括結(jié)合傾斜儀使用的羅盤時(shí)，可以確定單元的特殊三維定向。任何現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備都未在單個(gè)完備的單元組件上同時(shí)結(jié)合羅盤和傾斜儀的組合，尤其是用于所述功能。在本發(fā)明的另一特征中，在向區(qū)域輸出之前觸發(fā)所述單元并且一旦收回則停用所述單元，以便它從部署時(shí)間之前到收回時(shí)間之后連續(xù)地采集數(shù)據(jù)。同樣地在一個(gè)實(shí)施例中， 單元在部署之前開始記錄數(shù)據(jù)。因此，在需要信號檢測的時(shí)刻之前，穩(wěn)定了被觸發(fā)并在部署之前開始記錄的系統(tǒng)。這最小化了在電子器件操作中的改變狀態(tài)將會(huì)干擾信號檢測和記錄或影響時(shí)鐘同步的可能性。在本發(fā)明的另一特征中，所述地震數(shù)據(jù)記錄設(shè)備包括環(huán)繞式存儲(chǔ)器并且進(jìn)行連續(xù)的記錄，即使當(dāng)不使用的時(shí)候。這避免了啟動(dòng)或開始指令的必要，確保了在所需的記錄時(shí)間穩(wěn)定所述單元，并用于從先前的記錄中備份數(shù)據(jù)直到先有數(shù)據(jù)被改寫。只要時(shí)鐘同步，這種記錄設(shè)備隨時(shí)適合于部署。而且，例行操作例如數(shù)據(jù)收集、質(zhì)量控制測試以及蓄電池充電可以進(jìn)行而無需中斷記錄。作為被合并進(jìn)地震單元的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的一個(gè)元素，連續(xù)操作也是合乎需要的， 并且在從一個(gè)初始位置例如存儲(chǔ)位置向區(qū)域中的一個(gè)部署位置傳輸所述單元時(shí)，用于測量單元的X、y和Z位置信息。一種慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以包括傳感器例如加速計(jì)以跟蹤x、y和Z 位置信息，以及一個(gè)羅盤和傾斜儀以確定方向。這種系統(tǒng)可用于確定在區(qū)域中單元的部署位置。每個(gè)單元可以包括一個(gè)通信入口，從而通常在從部署中收回所述單元之后，允許單元經(jīng)由該通信入口與一個(gè)主控制站相連接。通過所述入口，可以下載記錄在單元中的信息，可以向單元電池再次充電，可以實(shí)施對單元的質(zhì)量控制檢查，可以重新啟動(dòng)記錄并且可以恢復(fù)單元而無需打開或拆卸單元。每個(gè)單元可以包括一個(gè)獨(dú)特的識(shí)別裝置，例如射頻標(biāo)識(shí)符(RFID)標(biāo)記或類似標(biāo)識(shí)符標(biāo)志以允許在處理獨(dú)立單元時(shí)跟蹤它們。同樣地，每個(gè)單元可以包括一個(gè)全球定位系統(tǒng)(“GPS”)。由于獨(dú)立單元是完備的，與標(biāo)識(shí)符標(biāo)志相關(guān)的位置信息允許隨機(jī)地處理并保存單元，但允許在一個(gè)爆破周期期間，取回來自多個(gè)單元的數(shù)據(jù)并依照單元的位置相繼地排序。因此，避免了以相繼順序保持單元的需要。無需按順序收回或彼此相鄰地保存在一條接收機(jī)行上可能相互臨近的單元。


圖I是本發(fā)明的地震記錄儀單元的切口俯視圖。圖2是圖I的單元的正視圖。
圖3是圖I的單元的后視圖。圖4是圖I的單元的俯視圖。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的詳細(xì)說明中，采用相同的標(biāo)記來指定在各處相同的部分。為了簡化描述，可以忽略設(shè)備的各種物品例如扣件、配件等。然而，那些熟悉技術(shù)的人將意識(shí)到可以隨意地采用這種常規(guī)設(shè)備。參照圖1，表示了本發(fā)明的一種地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或箱體10。箱體10由一個(gè)具有一個(gè)定義內(nèi)部隔間16的隔板14的外殼12組成。最好密封外殼12以阻止水、灰塵或其它碎片進(jìn)入隔間16。安放在隔間16之內(nèi)的是至少一個(gè)地震檢波器18、一個(gè)時(shí)鐘20、一個(gè)電源 22、一個(gè)控制裝置23以及一個(gè)地震數(shù)據(jù)記錄儀24。在本實(shí)施例中，箱體10是完備的，以至于電源22滿足箱體10的所有功率需求。同樣地，控制裝置23提供了用于箱體10的所有控制功能，排除了外部控制通信的必要。在一個(gè)替代實(shí)施例中，如下所述，電源22可以從外部附著到外殼12。那些熟悉技術(shù)的人將意識(shí)到箱體10是一個(gè)完備的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其不需要外部通信或控制以便記錄地震信號。進(jìn)一步地，應(yīng)當(dāng)指出地震檢波器18被安裝在箱體10 之內(nèi)，因此不需要外部布線或連接。已經(jīng)確定利用一個(gè)緊湊的外殼和定位所述地震檢波器 18在外殼壁附近，地震檢波器18可以有效地與地球耦合，以至于通過箱體10向地震檢波器 18發(fā)送的地震數(shù)據(jù)并未被干擾所破壞。除非特別表示，在本發(fā)明中使用的對地震檢波器的所有引用都包括傳統(tǒng)的地震檢波器以及其它已知用于探測地震波活動(dòng)的設(shè)備或方向傳感器，包括但不限于加速計(jì)，并且對加速計(jì)的引用同樣地包括其它方向傳感器，包括但不限于地震檢波器。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，已發(fā)現(xiàn)利用四個(gè)以四面體構(gòu)型放置的地震檢波器18a、 18b、18c、18d以便每個(gè)地震檢波器測量多個(gè)平面中的數(shù)據(jù)是有利的。在標(biāo)準(zhǔn)的三維空間配置中，相互間隔90°來放置三個(gè)地震檢波器，并且每個(gè)地震檢波器測量單個(gè)X、y或z平面中的信號。在一個(gè)使用四個(gè)地震檢波器的配置中，地震檢波器的方向垂直于四面體表面的平面，以便每個(gè)地震檢波器測量x、y、z坐標(biāo)系中多平面的部分。例如，一個(gè)地震檢波器可以測量X平面和z平面中的地震數(shù)據(jù)。四個(gè)或多個(gè)地震檢波器的地震檢波器配置是合乎需要的，因?yàn)樵谔囟ㄆ矫嬷械牡卣饳z波器故障的情況下，它們提供了地震單元中的冗余。本發(fā)明的另一實(shí)施例利用一個(gè)安放在箱體10之內(nèi)的地震檢波器19作為驅(qū)動(dòng)電源來測量箱體10與地球的耦合度。那些熟悉技術(shù)的人將理解在地震單元和地球之間的物理耦合已成為地震數(shù)據(jù)采集行業(yè)中主要考慮因素之一。本發(fā)明包括了一個(gè)驅(qū)動(dòng)地震檢波器以測試該耦合。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)地震檢波器可被用作電源向箱體10引入能量即振動(dòng)，而不是僅僅利用地震檢波器來探測能量。換句話說，可以驅(qū)動(dòng)在箱體10之內(nèi)的地震檢波器，從而引起箱體10振動(dòng)。這種結(jié)合其它機(jī)載地震檢波器使用的驅(qū)動(dòng)地震檢波器可用于確定在箱體10和地球之間的物理耦合度。如果箱體10與地球很好地耦合，由地震檢波器生成的振動(dòng)能將通過箱體的耦合結(jié)構(gòu)(例如尖劈52)傳輸，以及分散在地球之內(nèi)。在此情況下，其它用于探測振動(dòng)能的機(jī)載地震檢波器將以第一低水平探測能量。而另一方面，如果在箱體 10和地球之間沒有好的耦合，生成的振動(dòng)能將不會(huì)被傳輸進(jìn)地表。在此情況下，其它用于探測振動(dòng)能的機(jī)載地震檢波器將以比第一低水平高得多的第二級水平來探測能量。任何現(xiàn)有技術(shù)地震單元都沒有教導(dǎo)一種測試在單元和地球之間的耦合度的機(jī)載系統(tǒng)。這是真實(shí)的，在某種程度上因?yàn)槿魏维F(xiàn)有技術(shù)設(shè)備都未包括一個(gè)在此所描述的完備的地震記錄單元。相反地，現(xiàn)有技術(shù)單元將地震檢波器組件與單元其余的電子器件相分隔。 在此情況下，在分散的獨(dú)立地震檢波器組件中，包括一個(gè)電源并且由電子器件來控制該電源是不切實(shí)際的。上述系統(tǒng)是所希望的，因?yàn)樗杀挥糜谝环N只有少至兩個(gè)地震檢波器的系統(tǒng)中，其中一個(gè)地震檢波器起能源的作用并且另一個(gè)地震檢波器起能量接收機(jī)的作用。 進(jìn)一步地，這種系統(tǒng)允許使用至少一個(gè)用于雙重目的的地震檢波器，即該地震檢波器可用于在耦合測試期間生成能量，但也可以用于以探測模式在地震勘探期間探測地震。當(dāng)然，就地震檢波器僅僅專用作能源的情況而言，它無需與另一個(gè)地震探測地震檢波器一起被放置在單元中。因此，例如，一個(gè)用于測量x、y和z平面中的地震能量的有三個(gè)地震檢波器的組件可被放置在箱體10之內(nèi)以最大化其探測地震能量的能力，例如箱體10的底部附近，而一個(gè)專用作能源的第四地震檢波器可被放置在箱體10之內(nèi)以最大化振動(dòng)能在箱體10之內(nèi)的分布，例如接近箱體10的頂部。在本發(fā)明的一個(gè)重要特征中，時(shí)鐘20是一個(gè)銣鐘。迄今為止，銣鐘尚未被用于地震勘探，這部分是由于與傳統(tǒng)的石英驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘相比的費(fèi)用。然而，因?yàn)楸景l(fā)明的箱體10是用于獨(dú)立于其方向有效地操作的，所以必須利用不易受到可能禁止傳統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)石英鐘的操作的方向影響的時(shí)鐘。而且，銣鐘更不易受到可能禁止現(xiàn)有技術(shù)時(shí)鐘的操作的溫度和重力影響。通過使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)以保持時(shí)鐘20處于對性能更有利的方向的機(jī)械化萬向平臺(tái) 21，還可以最小化重力對時(shí)鐘20的影響。換向平臺(tái)21最好可以以至少三個(gè)自由度旋轉(zhuǎn)，盡管換向平臺(tái)21可以有較少的自由度，仍可被用于所需目的。這比根本未使用萬向鐘平臺(tái)的現(xiàn)有技術(shù)地震單元有所改進(jìn)。單元10還可以包括傾斜儀25。傾斜儀25及由其生成的數(shù)據(jù)可以用于幾個(gè)不同的目的，包括但不限于，時(shí)鐘數(shù)據(jù)的校正或垂直方向的確定。而且，以時(shí)間的函數(shù)來測量這種傾斜儀數(shù)據(jù)。因此，傾斜儀數(shù)據(jù)最好以時(shí)間連續(xù)方式與數(shù)據(jù)組相關(guān)，以便在特定時(shí)間生成的數(shù)據(jù)組與在相同時(shí)間生成的傾斜儀數(shù)據(jù)相關(guān)。盡管現(xiàn)有技術(shù)地震單元并未在單個(gè)完備的多方向傳感單元中合并傾斜儀，就已經(jīng)對由現(xiàn)有技術(shù)單元生成的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行方向校正的程度而言，已經(jīng)從在爆破周期開始時(shí)生成的方向數(shù)據(jù)中來校正在爆破周期期間生成的所有地震數(shù)據(jù)，以進(jìn)行這種校正。爆破周期或部署期間內(nèi)地震單元方向的改變會(huì)導(dǎo)致不精確。在一個(gè)實(shí)施例中，最好實(shí)時(shí)地在單元中進(jìn)行所有這些傾斜儀的校正。在所述相同的巖脈中，單元10可以包括一個(gè)羅盤27，迄今為止其尚未被用于單個(gè)完備的多方向傳感單元中。羅盤27及由其生成的數(shù)據(jù)可用于提供相對于總體勘測參照系的用于每個(gè)獨(dú)立單元的方向參照系數(shù)據(jù)。而且，當(dāng)結(jié)合傾斜儀數(shù)據(jù)使用時(shí)，可以確定單元的具體三維方向以便可以進(jìn)一步改善地震數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。電源22最好是一個(gè)鋰離子電池。就現(xiàn)有技術(shù)地震檢波器系統(tǒng)使用了機(jī)載電池的程度而言，與由外部電纜來提供電源相反，現(xiàn)有技術(shù)電池是鉛酸、堿性或非可再充電電池。 任何現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)都未使用鋰離子電池。而且，由于本發(fā)明箱體的密封、完備的特性，利用并不排煙的電池例如鋰離子型電池是合乎需要的。在一個(gè)替代實(shí)施例中，電源22可以包括
9一個(gè)向外附著到外殼12的燃料電池或太陽能電池。當(dāng)然，盡管這種電源元件并未包含在外殼12之內(nèi)，對本發(fā)明來說，箱體10在其作為獨(dú)立單元操作而無需從一個(gè)與該箱體分離的源中獲得通信、控制信號或電源的意義上，仍然是完備的。在圖2、3和4中，表示了箱體10的外部。定義外殼12的隔板14可以包括一個(gè)第一平板26和一個(gè)第二平板28，由隔板14的一部分沿著它們的外圍將它們連接在一起。每個(gè)平板定義一個(gè)外表面50。盡管在示意的實(shí)施例中平板26和28是圓盤形的以便箱體10 總體上有輪子的形狀，但箱體10可以是任何形狀只要其在功能上與此一致。外表面50可以有凸起51，例如背脊或凹槽，以增強(qiáng)在箱體10和地球之間的耦合。在圖4所示的實(shí)施例中，凸起51在表面50上形成V形花紋?？梢蕴峁└黠@的凸起例如尖劈52以在箱體10 被部署之后阻止其移動(dòng)并且改善耦合。每個(gè)單元可以包括一個(gè)獨(dú)特的識(shí)別裝置，例如射頻標(biāo)識(shí)符(RFID)標(biāo)記40或類似的標(biāo)識(shí)符標(biāo)志以允許在部署和收回期間，當(dāng)處理獨(dú)立單元時(shí)跟蹤它們。同樣地，每個(gè)單元可以包括一個(gè)GPS傳感器42，其允許確定該單元的位置(就單元被部署在GPS有效的位置中
而曰)。圖I還表示了一個(gè)無線電天線44，其與一個(gè)安放在外殼12之內(nèi)的無線電單元45通信。還可以在外殼12上安放一個(gè)用于準(zhǔn)許與箱體10通信的連接器46。這種通信可以在箱體10被放置在中心指令單元的時(shí)候、甚至在操作者去往箱體的部署位置取回?cái)?shù)據(jù)的情況下發(fā)生。為了與箱體10通信，連接器46可以是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的插頭連接器或者可以是一個(gè)不需要硬布線的紅外或類似連接器。經(jīng)由連接器46，可以維護(hù)箱體10而無需移去平板 26,28之一或者打開外殼12。特別地，連接器46允許運(yùn)行質(zhì)量控制測試、提取記錄的地震數(shù)據(jù)、使時(shí)鐘20同步以及向電源22再次充電。還可以提供一個(gè)密封的連接器帽47以保護(hù)連接器46。對于在水中使用或其它濕的環(huán)境，連接器帽47最好是水密的。利用這種連接器帽47，連接器46可以是滿足箱體所需功能的任何標(biāo)準(zhǔn)連接器，并且無需是通常要求經(jīng)受極端或腐蝕環(huán)境的外部連接器的類型。本發(fā)明的地震數(shù)據(jù)記錄單元的一個(gè)功能是單元的連續(xù)操作。在本發(fā)明的這一特征中，在將單元放置在地表之前，即在部署之前啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集。例如，可以在將單元運(yùn)往區(qū)域之前在中心位置觸發(fā)單元。從而，使被觸發(fā)并且在部署之前開始采集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)在時(shí)間同步和地震數(shù)據(jù)記錄之前被穩(wěn)定是合乎需要的。這最小化了電子器件操作中改變的狀態(tài)將會(huì)影響數(shù)據(jù)完整性的可能。在一個(gè)相似的實(shí)施例中，在沿著接收機(jī)行放置之前啟動(dòng)數(shù)據(jù)記錄。這再次允許單元在時(shí)間同步和地震數(shù)據(jù)記錄之前穩(wěn)定是合乎需要的。為此，系統(tǒng)穩(wěn)定的一個(gè)元素是時(shí)鐘穩(wěn)定。在系統(tǒng)的各種元件中，眾所周知時(shí)鐘通常需要很長時(shí)間來穩(wěn)定。因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，無論單元連續(xù)地探測數(shù)據(jù)或連續(xù)地記錄數(shù)據(jù)，時(shí)鐘總是保持運(yùn)行。在先前兩種方法的任意一種中，可以在多個(gè)部署和收回周期中使用單元而無需中斷單元的連續(xù)操作。因此例如，在部署之前啟動(dòng)記錄。在繼續(xù)記錄的同時(shí)，設(shè)備被部署、收回并重新部署。只要存儲(chǔ)器是足夠的，可以保存在多個(gè)部署和重新部署周期內(nèi)的連續(xù)記錄。關(guān)于這一點(diǎn)，就地震數(shù)據(jù)單元包括環(huán)繞式存儲(chǔ)器的程度而言，即使當(dāng)未在地震探測中使用的時(shí)候，它也可以連續(xù)地記錄。因此，除了上文描述的優(yōu)勢，啟動(dòng)或開始指令變得不必要。進(jìn)一步地，利用環(huán)繞式存儲(chǔ)器的連續(xù)記錄作為從先前記錄中采集的數(shù)據(jù)的備份，直到先前的數(shù)據(jù)被改寫的時(shí)候。一個(gè)額外的優(yōu)勢是只要使時(shí)鐘同步，設(shè)備隨時(shí)可以部署。就在單元被收回之后繼續(xù)記錄而言，可以進(jìn)行例行操作例如數(shù)據(jù)取回、質(zhì)量控制測試和蓄電池充電而無需中斷記錄。這種系統(tǒng)的一個(gè)好處是當(dāng)實(shí)施質(zhì)量控制測試時(shí)，設(shè)備可被用于記錄質(zhì)量控制測試數(shù)據(jù)而不是地震數(shù)據(jù)。換句話說，數(shù)據(jù)輸入從地震數(shù)據(jù)變化到質(zhì)量控制數(shù)據(jù)。一旦完成了質(zhì)量控制，設(shè)備可以重新開始記錄地震數(shù)據(jù)或其它所需的數(shù)據(jù)， 例如與位置和定時(shí)相關(guān)的數(shù)據(jù)。盡管在一個(gè)實(shí)施例中時(shí)域地描述了 “連續(xù)”的單元操作作為設(shè)置操作參數(shù)以在單元的部署之前啟動(dòng)操作，對在此使用的“連續(xù)”的意義來說，單元操作的時(shí)間間隔可以僅僅在一個(gè)爆破之前被啟動(dòng)并在一連串爆破或爆破周期內(nèi)繼續(xù)，并且還可以在一連串爆破或爆破周期內(nèi)包括單元的連續(xù)記錄。在另一實(shí)施例中，盡管連續(xù)地操作，參數(shù)可被設(shè)置以周期性地在預(yù)設(shè)的指定時(shí)間記錄。本發(fā)明地震單元的上述連續(xù)操作尤其適合于結(jié)合本發(fā)明獨(dú)特的定位方法來使用。 特別地，隨著單元從一個(gè)初始位置例如存儲(chǔ)位置轉(zhuǎn)移到區(qū)域中的一個(gè)部署位置，記錄單元的x、y和z位置信息。該位置信息可以使用一個(gè)測量在每個(gè)x、y和z維度中的運(yùn)動(dòng)以及繞著每個(gè)X、y和z軸的角度運(yùn)動(dòng)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)來確定。換句話說，隨著單元從初始位置移動(dòng)到部署位置，系統(tǒng)測量它的六個(gè)自由度，并且利用這種測量信息來確定部署位置的地點(diǎn)。 在首選實(shí)施例中，可以利用加速計(jì)來確定這種X、y和z空間信息。可以利用一個(gè)傾斜儀和一個(gè)羅盤或其它定向設(shè)備例如陀螺儀，來確定角度方位即傾斜和方向信息。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用三個(gè)加速計(jì)和三個(gè)陀螺儀來生成用于確定單元的部署位置的慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)。在任何情況下，通過將作為時(shí)間函數(shù)的加速計(jì)和傾斜及方向定向信息與單元的初始位置和在初始部署時(shí)刻的速度相結(jié)合，可以確定單元的移動(dòng)路徑以及單元的部署地點(diǎn)。 時(shí)間采樣將以適當(dāng)?shù)拈g隔進(jìn)行，以得到所需的準(zhǔn)確性。在各個(gè)測量元件之間的時(shí)間采樣可以變化。例如，與來自加速計(jì)的數(shù)據(jù)相比，可以更緩慢地采樣來自羅盤的用于測量方向的數(shù)據(jù)和來自傾斜儀的用于測量傾斜的數(shù)據(jù)。迄今為止，任何地震單元都尚未以此方法使用一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)來確定地點(diǎn)。關(guān)于這一點(diǎn)，本方法和系統(tǒng)替代了利用其它技術(shù)(例如通過 GPS等)來確定地點(diǎn)的需求。因?yàn)樵趩卧苿?dòng)并被部署在區(qū)域中的時(shí)候，單元已經(jīng)記錄數(shù)據(jù)，x、y和z位置信息被順利地記錄在單元中，并且成為單元的完整數(shù)據(jù)記錄的一部分。就時(shí)鐘20是石英鐘而言，本發(fā)明的一種方法是進(jìn)行時(shí)鐘校正來補(bǔ)償時(shí)鐘石英的老化。特別地，已經(jīng)確定地震數(shù)據(jù)會(huì)受到在所述單元的石英鐘之內(nèi)的石英老化的影響。通常，對于一個(gè)給定石英的老化曲線是關(guān)于時(shí)間的初始期間的對數(shù)、并且在時(shí)間的延長期間中逐漸過渡為更線性的曲線。因而，曲線在老化過程開始時(shí)有顯著的傾斜，并且隨著時(shí)間的流逝由于老化過程繼續(xù)而有更線性、平緩的傾斜。關(guān)于這一點(diǎn)，在部署期間開始時(shí)，地震單元將趨向于有程度較大的石英老化。在任何情況下，在部署之前，通過描繪在時(shí)間的延長期間天數(shù)(例如十五至二十天)內(nèi)相對于時(shí)間的石英老化，可以確定時(shí)鐘石英的特征曲線。在操作中，可以在部署時(shí)間以及部署結(jié)束時(shí)測量石英頻率。利用該信息，可以識(shí)別老化曲線的適用部分，并且可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)在該期間內(nèi)收集的地震數(shù)據(jù)。
當(dāng)然，一種最小化石英老化的影響的方法是在部署單元之前預(yù)先老化時(shí)鐘的石英。這多少相當(dāng)于在部署之前啟動(dòng)單元的操作，以便如上所述允許單元穩(wěn)定。通過預(yù)先老化石英，可以避免特征曲線的指數(shù)部分以便校正信息本質(zhì)上僅僅是線性的。換句話說，預(yù)先老化使老化斜率穩(wěn)定，并且簡化了對于石英老化的地震數(shù)據(jù)校正。關(guān)于這一點(diǎn)，每次地震單元斷開電源并重新接通，必須重新特征化所述時(shí)鐘的石英。然而，通過多個(gè)操作周期，更快地達(dá)到老化曲線的直線部分，即石英老化穩(wěn)定的部分。盡管上文所述，無論石英是否被預(yù)先老化，任何現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備或地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)都尚未按照在此所描述的來校正石英老化。盡管已經(jīng)在此詳細(xì)描述了本發(fā)明的某些特征和實(shí)施例，很容易理解本發(fā)明包括在下述權(quán)利要求的范圍和精髓之內(nèi)的所有修改和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，包括a、圓盤形的外殼；b、安放在所述外殼內(nèi)的至少一個(gè)地震檢波器；C、安放在所述外殼內(nèi)的時(shí)鐘；d、安放在所述外殼內(nèi)的電源；以及e、安放在所述外殼內(nèi)的地震數(shù)據(jù)記錄儀。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其中，所述外殼包括第一圓形平板、第二圓形平板以及連接所述第一平板和第二平板的圓形隔板。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其中，所述外殼包括第一平板和第二平板，所述第一平板和第二平板由在它們之間延伸的隔板連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其中，所述隔板的特征在于高度并且所述平板的特征在于寬度，其中隔板高度小于平板寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng),其中,所述外殼是低剖面外殼。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)具有負(fù)浮力。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其中，所述地震檢波器是能夠在有角度地相互定向的至少兩個(gè)方向上測量地震信號的多組件地震檢波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其中，所述地震檢波器對著所述平板安裝。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其中，所述地震檢波器基本上沿著穿過所述第一平板和第二平板的軸定位。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng),其中,所述外殼是基本對稱的。
11.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其中，所述外殼具有第一軸和第二軸， 其中所述外殼關(guān)于第一軸和第二軸中的每個(gè)軸基本上對稱。
12.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng),其中，所述外殼的特征在于高度和直徑，其中所述直徑大于所述高度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其中，所述高度不超過所述直徑的 50%。
14.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng),其中，至少一個(gè)平板由內(nèi)表面和外表面限定，其中所述外表面設(shè)置有用于增強(qiáng)系統(tǒng)與海底的耦合的凹槽。
15.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng),其中，至少一個(gè)平板由內(nèi)表面和外表面限定，其中所述外表面設(shè)置有用于增強(qiáng)系統(tǒng)與海底的耦合的凸起。
16.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng),其中，至少一個(gè)平板由內(nèi)表面和外表面限定，其中所述外表面設(shè)置有用于增強(qiáng)系統(tǒng)與海底的耦合的背脊
17.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng),還包括水下測音器。
18.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，還包括安放在所述外殼內(nèi)的減震器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其中，所述減震器安放在所述隔板周圍。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其中，每個(gè)所述平板的特征在于外周并且所述減震器包括延伸超出所述平板的外周的凸起。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其中，所述減震器由凸起截面限定并且使所述截面的形狀為圓形。
22.根據(jù)權(quán)利要求I的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其中，所述電源在所述系統(tǒng)被部署在水下的同時(shí)向所述系統(tǒng)提供全部電力。
23.一種地震數(shù)據(jù)采集單元，包括a、由單個(gè)殼體形成的全封的外殼，所述外殼包括有第一外周的第一平板和有第二外周的第二平板，其中所述平板通過一圓形隔板沿著它們的外周相連接，所述隔板在所述客體內(nèi)限定了一個(gè)內(nèi)部隔間；b、從內(nèi)部固定在所述外殼內(nèi)的至少一個(gè)地震檢波器；C、安放在所述外殼之內(nèi)的時(shí)鐘；d、電源;以及e、安放在所述外殼內(nèi)的地震數(shù)據(jù)記錄儀。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的單元，其中，元件b-c中的每個(gè)包括電連接并且任何元件b-c之間的所有電連接都包含在所述外殼內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的單元，其中，所述外殼限定一外表面，并且所述外表面設(shè)置有用于增強(qiáng)所述單元與地的耦合的至少一個(gè)尖劈。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的單元，還包括安放在所述外殼內(nèi)的GPS位置傳感器。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的單元，還包括安放在所述外殼內(nèi)的無線電單元。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的單元，還包括與所述地震檢波器、時(shí)鐘、電源和地震記錄儀中的至少一個(gè)進(jìn)行電通信的外部連接器，所述連接器延伸穿過所述外殼的隔板并且以從所述隔板的外表面嵌入的方式安放在所述隔板內(nèi)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的單元，還包括安放在所述外部連接器上的水密耐壓帽。
30.根據(jù)權(quán)利要求23的單元，其中，所述平板是平的并且彼此平行。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于基于陸地的地震數(shù)據(jù)采集的方法和裝置。一種地震勘探方法和由連續(xù)記錄的完備的無線地震檢波器單元或箱體組成的單元。所述完備的單元可以包括傾斜儀、羅盤以及機(jī)械萬向的時(shí)鐘平臺(tái)。在收回時(shí)，由所述單元記錄的地震數(shù)據(jù)可被提取并且所述單元可被充電、測試、使重新同步，并且操作可被重新啟動(dòng)而無需打開單元的外殼。所述單元可以包括額外的地震檢波器以機(jī)械地振動(dòng)單元來測量在單元和地球之間的耦合度。所述單元可以針對在時(shí)鐘內(nèi)出現(xiàn)的石英老化的影響來校正地震數(shù)據(jù)。通過從初始位置跟蹤線性和角加速度，可以確定所述單元的部署位置。所述單元可以利用多個(gè)有角度地相互定向的地震檢波器，以便冗余地測量在一個(gè)特定平面中的地震活動(dòng)。
文檔編號G01V1/16GK102590855SQ20111043677
公開日2012年7月18日 申請日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月28日
發(fā)明者克利福德·H·雷, 哈爾·B·海古德, 格倫·D·菲塞勒 申請人:費(fèi)爾菲爾德工業(yè)公司