專利名稱：用于地震數(shù)據(jù)采集的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地震探查領(lǐng)域。具體地說，本發(fā)明涉及地震探査的方法和設(shè)備，更具體地說，本發(fā)明涉及利用海底測震儀系統(tǒng)的海洋地震探査。
背景技術(shù)：
地震探査一般利用地震能源以產(chǎn)生ー個聲音信號，該信號傳播進入土壤并被地表下的地震反射器(即，地表下巖性層或流體層之間的界面，其特征是有不同的弾性)部分地反射。位于地球表面或附近的地震接收器檢測和記錄被反射的信號(稱之為“地震反射”)，·從而產(chǎn)生地表下的地震探査。然后，可以處理被記錄的信號或地震能量數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生有關(guān)巖性地表形成物的信息，從而識別這些特征，例如，巖性地表形成物的邊界。典型的是，地震接收器被鋪設(shè)成ー個陣列，其中地震接收器陣列是由沿一行分布的單串接收器構(gòu)成，為的是記錄該行接收器以下的地震剖面。對于在大面積上的數(shù)據(jù)和形成物的三維表示，必須并排地設(shè)置多串接收器，因此，形成ー個接收器網(wǎng)格。通常，在陣列內(nèi)的接收器是互相遠離的。例如，在陸地地震探査中，可以按照不同空間的方式部署幾百至幾千個稱之為地震檢波器的接收器，例如，典型的網(wǎng)格配置，其中每串接收器延伸1600米，每隔50米有一個檢測器，相繼各串之間的間隔為500米。在海洋探查中，有接收器的拖曳式浮筒，它們稱之為水聽器，連接在拖曳船之后可以長達12000米。一般地說，幾個接收器連接成并行-串行組合，在單個雙扭線上形成單個接收器組或管道。在數(shù)據(jù)收集過程中，來自每個管道的輸出被數(shù)字化和記錄，用于隨后的分析。這些接收器組通常連接到電纜，用干與接收器的通信并傳輸被收集的數(shù)據(jù)到處在中心位置的記錄儀。更具體地說，在陸地上進行這種探查時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娎|遙測技術(shù)用于通過電纜互連的檢測器單元。其他的系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線方法，因此，各個檢測器単元不是互相連接的。在數(shù)據(jù)被提取之前，其他的一些系統(tǒng)暫時存儲這些數(shù)據(jù)。雖然檢測和記錄地震反射的基本過程在陸地與在海洋環(huán)境下是相同的，但海洋環(huán)境有ー些獨特的問題，這是因為覆蓋在地球表面上有大量的水，最顯著的是，高壓深水活動和鹽水活動的腐蝕環(huán)境。此外，即使簡單的部署和取回也是復(fù)雜的，因為各種操作必須在地震探査船舶的甲板下進行，其中諸如波浪，天氣和有限空間等的外來因素可以大大影響這種操作。在ー個普通的海洋地震探査方法中，地震操作是在水體的表面上進行的。海洋船舶拖曳浮筒中埋入用于檢測通過水柱的反射能量的水聽器。浮筒通常是由水聽器串，其他的導(dǎo)電體以及用于提供近似中間浮力的材料構(gòu)成。制成的浮筒漂浮在水面上。相同或其他類似的海洋船舶拖曳聲能源，例如，空氣槍，發(fā)射能量脈沖，向下傳輸進入到水下的地表巖性形成物。
放置在海底上的系統(tǒng)也被使用多年。這種裝置通常稱之為“0BC”(海底電纜)或“0BS”(海底地震計)系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)使用三組主要類型的海底設(shè)備以測量海底上的地震信號。第一種類型設(shè)備是OBC系統(tǒng)，類似于拖曳式浮筒，它是由包含地震檢波器和/或水聽器的電纜構(gòu)成，并鋪設(shè)在海底上，其中檢測器単元是與電纜遙測互連。通常，地震船舶部署電纜離開船頭或船尾，并取回船舶相反端的電纜。這種OBC系統(tǒng)可以有電纜實際配置產(chǎn)生的缺點。例如，在部署三維地震檢波器吋，因為電纜和地震檢波器與海底上沉淀物的耦合不是堅固的，沉淀物之外的水平運動，例如，海底流動，可以造成錯誤的信號。在這相同的情況下，由于它的伸長型結(jié)構(gòu)，在試圖記錄剪切波數(shù)據(jù)時，OBC系統(tǒng)僅在沿電纜的主軸上有滿意的耦合。此外，需要使用三個船只進行這種操作，除了地震能源船舶以外，還有用于電纜部署所需的特殊裝備船舶，和用于記錄所需的單獨船舶。記錄船舶通常是穩(wěn)定地固定到電纜，而部署船舶通常是與接收器線部署和取回電纜作恒定的運動。因為記錄船舶與電纜有恒定的實際接觸，需要努力保持船舶的位置，波動作和海流的力量可以在電纜內(nèi)產(chǎn)生很大的張力，從而增加斷裂電纜或設(shè)備失效，以及引入干擾信號到電纜的可能性。最后，這種電纜系統(tǒng)有很高的資本投資和昂貴的操作費用。 第二種類型記錄系統(tǒng)是OBS系統(tǒng)，其中傳感器裝置和電子裝置被拋錨在海底上。該裝置使信號數(shù)字化和通常利用電纜傳輸數(shù)據(jù)到無線電単元，該無線電單元固定到拋錨的電纜并浮動在水面上。浮動的發(fā)射器單元發(fā)射數(shù)據(jù)到記錄地震數(shù)據(jù)的水面船舶上。在地震探査中，通常部署多個發(fā)射器単元。第三種類型地震記錄裝置是稱之為海底地震記錄儀(SSR)的OBS系統(tǒng)。這些裝置包含密封的傳感器裝置和電子裝置，并記錄海底上的信號。數(shù)據(jù)的檢索是通過從海底上取回該裝置。這種裝置通常是可再用的裝置。本發(fā)明的重點是SSR型OBS系統(tǒng)。SSR型OBS系統(tǒng)一般包括ー個或多個地震檢波器和/或水聽傳感器，功率源，地震數(shù)據(jù)記錄儀，晶振時鐘，控制電路，以及在利用有常平架的地震檢波器和記錄剪切數(shù)據(jù)情況下，還包括羅盤或常平架。除了通過電纜從外部提供功率以外，功率源通常電池組。在現(xiàn)有技術(shù)OBS系統(tǒng)利用機載電池而不是外部電纜提供功率時，現(xiàn)有技術(shù)電池是鉛酸電池，鹼性電池或不可再充電的電池。所有現(xiàn)有技術(shù)的OBS系統(tǒng)通常要求，能夠打開各種單元以便進行各種維護，質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)提取活動。例如，從現(xiàn)有技術(shù)單元中提取數(shù)據(jù)要求，能夠打開或拆卸各個單元以便提取數(shù)據(jù)。同樣地，必須打開該單元以便替換廢舊電池。關(guān)于OBS系統(tǒng)的定時功能，在傳感器數(shù)據(jù)的定時與地震能源的觸發(fā)之間的同步是重要的，為的是使地震源事件與反射事件匹配。在過去，OBS系統(tǒng)中一直使用各種晶振時鐘以實現(xiàn)這種功能。晶振時鐘是相對地廉價和準(zhǔn)確。然而，這種現(xiàn)有技術(shù)時鐘的ー個缺點是，時鐘晶體受到重力和溫度的影響。這種重力和溫度的影響可以使振蕩器頻率發(fā)生頻移，從而導(dǎo)致地震數(shù)據(jù)的誤差。此外，由于晶體受到重力的影響，OBS系統(tǒng)的取向可以影響時鐘的運行。由于時鐘通常是固定在OBS裝置內(nèi)，為了使OBS系統(tǒng)在海底上合適取向時有正確的取向，OBS系統(tǒng)在海底上的任何取向誤差可以導(dǎo)致時鐘的不準(zhǔn)確性。最后，這種時鐘往往有漂移和時移的特征，這是由于溫度變化和時效造成的，它同樣可以導(dǎo)致被記錄地震數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性。雖然可以對溫度老化和時移得到的數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)修正，但是現(xiàn)有技術(shù)的裝置不能修正重力對晶體時鐘的影響。至多，現(xiàn)有技術(shù)僅能修正溫度對晶體時鐘的影響。較現(xiàn)代的OBS系統(tǒng)還可以包含用于校正傾斜的機械裝置，即，常平架。常平架是這樣ー種裝置，它允許沿ー個或多個方向作自由的角運動，并可用于確定OBS系統(tǒng)在海底上的取向。常平架產(chǎn)生的取向數(shù)據(jù)可用于調(diào)整地震檢波器記錄的地震數(shù)據(jù)。在現(xiàn)有技術(shù)利用常平架的情況下，它們往往是作為地震檢波器中的ー個部分，稱之為“常平地震檢波器”。這些現(xiàn)有技術(shù)機械常平架的ー個缺點是該裝置所允許的有限角度取向。例如，至少ー種現(xiàn)有技術(shù)裝置允許常平架有360°的轉(zhuǎn)動，但常平架的俯仰角僅局限于30°。在這種裝置中，為了能使這種現(xiàn)有技術(shù)常平架正確地運行，OBS系統(tǒng)本身必須停放在海底上的基本理想位置。為了使OBS系統(tǒng)至少基本上不是沿水平方向取向，例如，朝上或朝下，現(xiàn)有技術(shù)的機械常平架就不能正常地工作。機械性質(zhì)的其他常平架裝置不局限于30 °，然而，在這種機械常平架裝置中，該裝置中的機械阻尼可以破壞被記錄信號的保真度。最后，地震檢波器的常平架裝置是昂貴的，并且比沒有常平架的地震檢波器要求更多的空間。在利用多個地震檢波器的OBS系統(tǒng)中，由于它的尺寸和空間要求，給地震檢波器安裝常平架是不切實際的。關(guān)于取向，OBS系統(tǒng)在海底上的定位對于正確地解釋該系統(tǒng)記錄的地震數(shù)據(jù)是必需的。被處理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性部分地取決于處理該數(shù)據(jù)所用定位信息的準(zhǔn)確性。由于常規(guī)的定位裝置，例如，GPS，不能在水環(huán)境下工作，在海底上建立OBS系統(tǒng)定位的傳統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)方·法包含聲納設(shè)備。例如，在聲納系統(tǒng)中，OBS裝置可以利用脈沖信號以確定它的位置。在任何的情況下，被處理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接地取決于確定OBS系統(tǒng)的定位精確度。因此，理想的是，我們需要利用這樣的方法和裝置，它產(chǎn)生可靠的定位信息。同樣地，我們還需要確?？梢詫崿F(xiàn)OBS裝置在海底上的預(yù)期定位。關(guān)于上述OBS系統(tǒng)的運行，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)通常要求ー些外部產(chǎn)生的控制命令，為的是起動和獲得每次拍攝的數(shù)據(jù)。因此，地震接收器單元必須實際連接到中央控制記錄站或可以通過無線技術(shù)進行“連接”。如上所述，專業(yè)人員能夠明白，某些環(huán)境可以對連接和控制檢測器的常規(guī)方法造成很大的挑戰(zhàn)，例如，擁擠或深的海洋區(qū)域，崎嶇的高山區(qū)和叢林。在某些情況下還可以出現(xiàn)各種困難，其中需要定期地移動接收器陣列以覆蓋較大的區(qū)域。不管是利用實際的電纜或通過無線技木，每種類型的連接有它自身的缺點。在電纜遙測系統(tǒng)中，大的陣列或長的浮筒導(dǎo)致大量的電纜鋪設(shè)，這是昂貴的，而且很難處理，部署或進行操作。在使用海底電纜鋪設(shè)的情況下，在超過500英尺的深水中，腐蝕的環(huán)境和高的壓カ往往需要昂貴的電纜保護外套。此外，常規(guī)的電纜鋪設(shè)還需要在電纜與傳感器単元之間有實際的連接。在電纜上利用硬線連接傳感器往往是不切實際的，較普通的技術(shù)是利用電纜與傳感器之間的外部連接使電纜與傳感器連接。這種在電纜與傳感器之間的連接是特別脆弱的，特別是在腐蝕和高壓的海洋環(huán)境下。當(dāng)然，利用通過電纜連接在一起的系統(tǒng)，給傳感器提供功率，使傳感器與拍攝時間以及傳感器之間的同步，和控制傳感器是十分容易的。應(yīng)當(dāng)注意，不管是電纜或無線系統(tǒng)，其中需要鋪設(shè)外部電纜以連接設(shè)備的傳感器裝置與該單元中的記錄和/或無線電遙測裝置，它存在許多上述的缺點。具體地說，現(xiàn)有技術(shù)的OBS系統(tǒng)包括安裝在運輸器上分開的檢測和記錄/無線電遙測單元裝置。分開的單元有通過電纜連接在一起的外部連接器，它們具有與在水面上的中央控制的電纜相同的問題。各個檢測単元，即，地震檢波器，與其余電路部分之間分開的主要原因是，需要確保地震檢波器被有效地耦合到海底。在利用無線技術(shù)或傳感器的運行是通過預(yù)編程的情況下，傳感器的控制變得更加困難。例如，確保記錄操作與拍攝定時同步是十分重要的，因為各個傳感器沒有通過導(dǎo)線連接在一起。因此，需要有上述準(zhǔn)確的機載時鐘。在這一方面，在合適的時間激勵用于檢測和記錄的每個單元必須與拍攝同歩。確保各個單元有足夠的功率也是我們所關(guān)心的問題。許多現(xiàn)有技術(shù)的專利集中討論各種技術(shù)和機構(gòu)，用于在數(shù)據(jù)收集和記錄期間給傳感器供電以及在休眠期間關(guān)閉傳感器的電源。人們已經(jīng)提出各種措施以克服上述的缺點。例如，在US Patent No. 5，189，642中描述ー種海底地震記錄儀。這個專利公開ー個長的豎立機架，它是由空間隔開的水平環(huán)形板通過垂直支架件連接構(gòu)成。每個支架件是由互相可滑動的嵌套管子構(gòu)成，并利用夾具機構(gòu)互相固定。平衡環(huán)可拆卸地固定到下平板。地震檢波器裝置也固定到下平板。泡沫浮標(biāo)固定到上平板。控制裝置從上平板向下延伸?？刂蒲b置 內(nèi)安裝功率源，地震數(shù)據(jù)記錄儀器，羅盤和控制電路。外部硬線電路連接控制裝置與地震檢波器。該系統(tǒng)不利用任何的硬線通信鏈路到海面監(jiān)測站，而是利用聲音或預(yù)編程裝置以控制該單元。在釋放到水中吋，假設(shè)平衡環(huán)可以提供足夠的質(zhì)量，用于保持該系統(tǒng)豎立并在下沉之后耦合地震檢波器到海底。為了減小波或水流運動產(chǎn)生的地震檢波器噪聲作用到浮標(biāo)和控制裝置的可能性，一旦該系統(tǒng)耦合到海底，釋放每個支架的夾具機構(gòu)，從而允許控制裝置和浮標(biāo)向上滑動到嵌套支架，使地震檢波器與該系統(tǒng)的其他部分隔離。一旦完成地震記錄，從機架上釋放平衡環(huán)，而該系統(tǒng)在平衡器的正浮力作用下可以上升到水面。聲變換器，無線電信標(biāo)和閃光燈可用于定位和取回該系統(tǒng)。在US Patent No. 6，024，344中描述另ー種海洋地震數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。該專利描述一種在深水中部署和定位地震數(shù)據(jù)記錄儀的方法。在水面船舶上，數(shù)據(jù)記錄儀固定到部署在水中的半剛性導(dǎo)線。由于導(dǎo)線的剛性，它的功能是在記錄儀與沉入海底的導(dǎo)線之間確定ー個固定的間隔。該導(dǎo)線還可以給相鄰的記錄儀之間以及記錄儀與船舶之間提供電通信的功率和信號。一旦記錄儀放置在合適的位置，它們是被預(yù)設(shè)的時鐘或利用通過水或通過導(dǎo)線傳輸?shù)目刂菩盘柤?。在完成?shù)據(jù)收集之后，取回導(dǎo)線和記錄儀。部署是利用放置在水面船舶上的纜線機完成的。如‘344專利中的圖I所示，當(dāng)船舶是沿離開導(dǎo)線和記錄儀的方向運動時，部署操作發(fā)生在船舶的船尾。這個專利還描述需要按照順序的方式存放記錄儀，為的是便于在數(shù)據(jù)收集期間部署和跟蹤OBS系統(tǒng)的海底位置。GeoPro提供ー種獨立的OBS系統(tǒng)，S卩，沒有電纜的OBS系統(tǒng)，它是由430mm直徑的玻璃球構(gòu)成，其中包含該系統(tǒng)的所有電路元件，包括電池，無線電信標(biāo)，地震數(shù)據(jù)記錄單元，聲釋放系統(tǒng)，深海水聽器，和三個安裝常平架的地震檢波器。玻璃球安裝在加重的導(dǎo)軌上，它可以抑制玻璃球的浮力并使OBS系統(tǒng)拋錨到海底。地震檢波器放置在與導(dǎo)軌鄰近的玻璃球底部。為了在完成數(shù)據(jù)收集之后恢復(fù)OBS系統(tǒng)，發(fā)射聲命令信號到玻璃球并被深海水聽器檢測。該信號激勵聲釋放系統(tǒng)，它可以使玻璃球與保持在海底的在加重導(dǎo)軌分離。在玻璃球的正浮力作用下，自由浮動系統(tǒng)上升到海面，其中無線電信標(biāo)發(fā)射用于定位和取回玻璃球的信號。這種具體設(shè)計的ー個缺點是，地震檢波器沒有直接耦合到海底。相反，被地震檢波器記錄的任何地震信號必須傳輸通過導(dǎo)軌和玻璃球的底部，在這種情況下，該地震信號經(jīng)受上述的噪聲和其他的失真。應(yīng)當(dāng)注意，這種組合設(shè)計代表現(xiàn)有技術(shù)中利用的許多圓柱和球體形狀，因為眾所周知，這種形狀對于經(jīng)受在海洋環(huán)境下可能發(fā)生的高壓是更有效。
K. U. M.和SEND提供一種沒有電纜的OBS系統(tǒng)，它包括在頂部的桿和在底部形成三腳架的框架。泡沫浮力裝置固定到該桿。ー個錨固定到三腳架的底部并把框架固定到海底。安裝在框架的三腳架部分上的壓カ圓柱包含地震記錄儀，電池和釋放系統(tǒng)。水聽器固定到框架上，為的是從海面上接收命令信號并激勵釋放系統(tǒng)?？蓸休S轉(zhuǎn)動的起重機臂也固定到框架上，而起重機臂可釋放地固定到地震檢波器単元。在部署時，起重機臂最初保持在垂直的位置，而地震檢波器単元固定到起重機臂的自由端。當(dāng)框架接觸到海底時，起重機臂從框架中伸出，并釋放地震檢波器単元到離框架系統(tǒng)約I米的海底上。硬線允許在地震檢波器単元與記錄儀之間實現(xiàn)電通信。地震檢波器單元本身是直徑約為250_的非対稱圓盤，它的ー個側(cè)面是平坦的，而另ー個側(cè)面是拱頂形狀。地震檢波器単元的平坦面上有槽溝，并在被起重機臂釋放時接觸到海底。在完成數(shù)據(jù)收集之后，ー個聲信號激勵釋放系統(tǒng)，它可以使錨與框架系統(tǒng)分離。泡沫浮力裝置可以使框架系統(tǒng)和地震檢波器上升到海面，其中利用無線電信標(biāo)定位和取回該系統(tǒng)。SeaBed Geophysical出售命名為CASE的無電纜OBS系統(tǒng)。這個系統(tǒng)包括控制単元，即，電子裝置，和由電纜互相連接的節(jié)點單元或地震檢波器?？刂茊卧凸?jié)點單元安裝在長的框架上?？刂茊卧签`個管狀體，它包含電池，時鐘，記錄単元和應(yīng)答器/modem，可·以與水面進行水聲通信。節(jié)點單元包括地震檢波器，水聽器，傾斜儀和可替換的套筒，其中套筒在水聽器以下形成向下開ロ的圓柱形。節(jié)點單元與長的框架和控制單元是可分離的，但是經(jīng)外部電纜保持與控制單元的通信。這種管狀體的使用可以代表現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計，因為系統(tǒng)的外殼必須設(shè)計成可以經(jīng)受該裝置所承受的高壓力。在部署期間，整個單元下降到海底，其中遠程操作的車輛(與OBS系統(tǒng)分開的)用于使節(jié)點單元與框架脫離,而使節(jié)點單元放入到海底，從而推動開ロ的套筒進入海底沉積物。長的框架包含一個可以固定部署和取回電纜的環(huán)。利用通信變換器和modem控制該系統(tǒng)并發(fā)射地震數(shù)據(jù)到水面上。每個參照的現(xiàn)有技術(shù)裝置都有現(xiàn)有技術(shù)中的ー個或多個缺點。例如，US PatentNo. 5，189，642的OBS系統(tǒng)以及GeoPro和K. U. M. /SEND的裝置是直立的系統(tǒng)，每個系統(tǒng)有相對高的垂直斷面。因此，被這些系統(tǒng)收集的地震數(shù)據(jù)經(jīng)受作用到該裝置上水運動產(chǎn)生的噪聲。此外，我們觀察到，在這種高斷面OBS系統(tǒng)下海底運動產(chǎn)生的剪切運動可以造成OBS系統(tǒng)的巖石運動，特別是從單元的底部到頂部的平移運動，從而進ー步降低被記錄數(shù)據(jù)的保真度。此外，這些現(xiàn)有技術(shù)裝置都是非対稱的，因此，它們的位置僅可以有単一的取向。通常，這是通過特別加重OBS運輸器的一端實現(xiàn)的。然而，這種裝置可能必須通過幾百英尺海水并接觸到往往是崎嶇不平的海底，該海底上可能散布各種碎片。所有這些因素可以導(dǎo)致系統(tǒng)在放入海底時有不正確的取向，從而影響該系統(tǒng)的運行。例如，在這種現(xiàn)有技術(shù)OBS系統(tǒng)是由它的ー個側(cè)面安放的情況下，地震檢波器根本不與海底耦合，從而使該裝置不可使用。此外，不正確的取向可能干擾系統(tǒng)的釋放機構(gòu)，從而破壞該系統(tǒng)的恢復(fù)。這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的高斷面也是不理想的，因為這種單元很容易被纏繞到捕魚線，捕蝦網(wǎng)，各種類型纜線或其他的碎片上，它們可能就在地震記錄活動的鄰近區(qū)域內(nèi)。另ー方面，具有較小斷面的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)，例如，海底電纜，往往具有弱的耦合能力或在放置時需要利用昂貴的設(shè)備作為輔助裝置，例如，R0V。海底電纜的伸長形狀可以導(dǎo)致僅在單個取向上有“良好的”耦合，即，沿電纜主軸的取向。此外，即使沿它的主軸，但由于電纜與海底之間實際接觸面積很小，耦合因崎嶇不平的海底或海底附近的其他障礙物而受到損害。這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的另ー個缺點是，需要激勵和去激勵用于記錄和運行的単元。這通常需要一個來自水面船只的控制信號，一般是通過聲傳輸或通過從水面到該單元延伸的電纜。任何類型的外部控制是不理想的，因為它要求在系統(tǒng)中的信號傳輸和附加的元件。雖然聲傳輸可用于某些數(shù)據(jù)的傳輸，但是它對實現(xiàn)同步的目的通常是不可靠的，因為存在未知的傳輸路徑變化。當(dāng)然，用于傳輸電信號的任何類型控制信號是不理想的，因為它增加單元處理和控制的復(fù)雜性并需要外部的連接器或耦合。在深海地震探査的高壓和腐蝕環(huán)境下，這種電纜和連接器對于泄漏和故障是特別靈敏的。類似的問題還出現(xiàn)在這樣ー些単元中，它們利用外部電線連接該單元的分布元件，例如，在US Patent No. 5, 189，642所公開的或類似的裝置中，其中地震檢波器裝置是與電路裝置分開的。此外，在系統(tǒng)的電子元件是分布式的情況下，系統(tǒng)的故障可能性就増大。許多現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)還利用無線電遙測技木，而不是利用機載單元記錄數(shù)據(jù)以收集 數(shù)據(jù)。當(dāng)然，這種系統(tǒng)有無線電傳輸特性所強加的限制，例如，無線電頻譜特許的約束，距離限制，視線遮擋，天線限制，數(shù)據(jù)速率限制，功率約束，等等。利用浮力裝置取回的那些OBS単元是不理想的，因為典型的去耦裝置使該單元增加額外的費用和復(fù)雜性，通常必須進行激勵以釋放該系統(tǒng)到水面上。此外，這種系統(tǒng)通常丟棄部分的単元，即，加重的錨或?qū)к?，從而使它成為海底上的碎片。在部署期間，由于它們是自由浮動的，這種系統(tǒng)很難定位在海底上的理想位置。雖然上述的故障是由于錯誤的取向，但是在取回時，盡管存在無線電信號和信標(biāo)，自由浮動的系統(tǒng)很難定位和在海上迷失。同樣地，在強浪的情況下，這些單元是很難控制的，通常要與水上航標(biāo)或船只發(fā)生碰撞，給系統(tǒng)帶來潛在的危險。在這相同的情況下，在部署和取回時對各個單元的控制是很困難的。在利用剛性或半剛性纜線系統(tǒng)以固定距離和定位各個記錄単元的情況下，這種纜線不是柔軟的，重量很大并很難操作。這種纜線不允許在部署時進行校正。例如，如上所述，理想的網(wǎng)格布局可以識別沿直線的各個單元的具體位置。若布局船只漂移或使纜線鋪設(shè)在離開預(yù)期直線的位置上，則必須重新定位水面上的船只，使它返回到那條直線上。然而，由于纜線的剛性，纜線的錯誤定位部分可以使該電纜上的所有其他単元偏離預(yù)期的直線。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中取回電纜利用的當(dāng)前步驟容易使纜線受到不適當(dāng)?shù)膽?yīng)力。具體地說，從海底取回纜線的廣泛可接受的方法是返回到直線上，或驅(qū)動船只到在船頭上取回纜線的直線上。這種方法是不理想的，因為必須仔細地調(diào)整船只的速度和纜線絞盤的速度，為了使纜線上沒有過大的張カ或拉力。這種調(diào)整往往是困難的，因為各種外來的因素作用到船只上，例如，風(fēng)，波浪和水流。不能控制纜線的張カ或拉カ可以影響曳拉整個長度電纜線以及與它固定的単元，從而損傷整個纜線和所有的単元。這種方法的另ー個缺點是，若船只運動太快，它可以造成纜線松弛，并使纜線在船只下漂浮，可以被纏繞到船只的推進器中。最后，在現(xiàn)有技術(shù)中都沒有描述ー種用于處理上述OBS単元的后甲板系統(tǒng)，不管它是單元的存放或単元的部署和取回。隨著深水地震記錄儀陣列的尺寸變得越來越大，需要ー種包括這種陣列用于有效存放，跟蹤，服務(wù)和處理幾千個記錄器単元的系統(tǒng)變得更加重要。添加的水面船舶是昂貴的，以及需要有操作船舶的人員。添加的人員和船舶還增加事故和受傷的可能性，特別是在天氣可以迅速惡化的公海環(huán)境下。因此，理想的是提供ー種不需要外部通信/電源電纜的地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，或者從水面上或者在地震數(shù)據(jù)收集單元本身，而不是操作任何類型的外部控制信號。換句話說，該單元應(yīng)當(dāng)在“drop and forget”的基礎(chǔ)上運行。同樣地，該裝置應(yīng)當(dāng)是容易地操作，不需要打開裝置以完成諸如數(shù)據(jù)提取，質(zhì)量控制和功率補充的活動。該裝置還應(yīng)當(dāng)設(shè)計成能夠承受深水海洋應(yīng)用中普遍存在的腐蝕和高壓カ環(huán)境。該單元應(yīng)當(dāng)配置成盡量減小海流的噪聲和盡量增大該裝置與海底之間的耦合。在這相同的情況下，該裝置應(yīng)當(dāng)設(shè)計成有正確的取向，可以使該裝置在接觸海底時有最大的耦合，而不需要諸如ROV的外部設(shè)備的輔助，并減小不正確取向的可能性。同樣地，該裝置應(yīng)當(dāng)不容易被捕蝦網(wǎng)，捕魚線纏繞。該裝置應(yīng)當(dāng)包含對取向不靈敏的定時機構(gòu)。類似地，取向應(yīng)當(dāng)不影響地震檢波器的常平操作。
·
該裝置應(yīng)當(dāng)是容易被部署的，而且還能夠放置在有高可信度的某個位置上。同樣地，該裝置是容易地被取回，它不需要浮動裝置或釋放機構(gòu)，而且在取回時該單元的部件不應(yīng)當(dāng)遺留在海洋中。此外，應(yīng)當(dāng)有這樣的裝置和取回過程，它在連接地震単元的纜線時可以減小潛在損壞的張力。還應(yīng)當(dāng)提供ー種容易處理幾百或幾千個記錄器単元的系統(tǒng)，該單元包括部署在海洋環(huán)境下的ー個陣列。這種系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠部署，取回，跟蹤，保持和存放各個記錄器単元，與此同時，可以減小人カ和附加水面船舶的需要。該系統(tǒng)在這種活動期間應(yīng)當(dāng)盡可能減小對各種單元的潛在損壞。同樣地，該系統(tǒng)中需要包含各種安全裝置，它可以減小對操作記錄器単元的人員的傷害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種用于收集海洋環(huán)境下地震數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，其中通過部署多個連續(xù)エ作的無線，獨立的海底傳感器単元或容器，每個容器的特征是対稱的，淺斷面箱體，和獨特的外部緩沖墊，可以提供海底耦合并防止被捕魚網(wǎng)纏繞。利用柔軟的非剛性，非導(dǎo)電的纜線，各個容器之間可以互相固定，纜線用于控制容器在水下的部署。該容器是從海洋船舶的獨特配置的甲板上被部署和取回的，其中甲板上有傳送帶系統(tǒng)和處理系統(tǒng)，各個容器可以與非剛性纜線固定和分離。在一個實施例中，作為部分的甲板配置，各個容器是以自動電唱機方式被隨機地存放在開槽架上。當(dāng)存放在開槽架內(nèi)時，可以檢索該容器在以前記錄的地震數(shù)據(jù)，并可以對該容器充電，測試和再同歩，且在不需要打開容器的條件下，可以再起動它的運行。在部署和取回期間，可以處理非剛性纜線和固定到纜線上的容器，借助于水面船舶的運動，可以減小被部署的纜線內(nèi)形成張カ的可能性。這包括獨特配置的非剛性纜線系統(tǒng)，它設(shè)計成在纜線中已達到某個張力水平時可以自動地剪切分開。更具體地說，每個単獨的傳感器単元包括圓盤狀的不透水箱體，該箱體是由兩個平行圓形平板構(gòu)成，在它們的邊緣是用淺側(cè)壁連接在一起，從而形成ー個圍繞圓板的軸對稱的封裝，和相對于圓板的直徑有非常淺的斷面，其形狀很像ー個車輪。該箱體是從內(nèi)部被支承的，可以在外部壓カ下保護箱體的完整性，并在單元箱體與地震檢波器之間提供堅實的機械耦合。在本發(fā)明的一個實施例中，該單元有這樣的配置，它可以與海底有效地耦合并收集地震數(shù)據(jù)，不管圓板側(cè)面是在哪個位置，從而排除現(xiàn)有技術(shù)中的許多取向問題。該圓板可以包含脊紋，凸臺，或槽溝，為的是增強與海底的耦合。在一個實施例中，在該單元淺壁的周圍設(shè)置ー個緩沖墊，緩沖墊的截面設(shè)計成迫使該單元是停放在該包裝的ー個圓板側(cè)面上，從而導(dǎo)致該單元與海底之間形成緊密的耦合。在至少ー個實施例中，提供的緩沖墊設(shè)計成可以防止該單元被捕蝦網(wǎng)或捕魚線纏繞。該單元利用幾個用于連接到纜線的不同裝置。在一個實施例中，每個單元包含一個偏心的閉鎖機構(gòu)，允許該單元固定到纜線上。在另ー個實施例中，固定夾是在箱體側(cè)面的偏離中心的位置上。在另ー個實施例中，固定夾是在形成箱 體的単元中一個圓板的中心位置上。該單元是獨立的，因此，所有的電子元件設(shè)置在箱體內(nèi)，它包括多向地震檢波器裝置，地震數(shù)據(jù)記錄裝置，功率源和時鐘。在本發(fā)明的一個實施例中，時鐘是銣鐘。銣鐘對于溫度或重力效應(yīng)或該單元在海底上的取向是很不靈敏的。在另ー個實施例中，該單元包含晶體時鐘和傾斜儀。最好是，機載單元利用傾斜儀對晶體時鐘的重力效應(yīng)進行實時校正。功率源最好是在密封環(huán)境下工作的可再充電的電池，例如，鋰離子電池。包含傾斜儀的単元還可以利用傾斜儀數(shù)據(jù)以完成晶體時鐘校正以外的各種功能。例如，本發(fā)明的一個特征利用傾斜儀數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)平衡。具體地說，在本發(fā)明中，利用傾斜儀數(shù)據(jù)，從數(shù)學(xué)上完成地震檢波器的平衡，因此，它與単元的取向無關(guān)，如同機械常平架。當(dāng)然，傾斜儀數(shù)據(jù)也可用于確定一個單元在海底上的位置，這在現(xiàn)有技術(shù)中是經(jīng)常利用這種數(shù)據(jù)。然而，與現(xiàn)有技術(shù)裝置不同，本發(fā)明的ー個特征是按照時間連續(xù)的方式得到和利用傾斜儀數(shù)據(jù)。一旦在地震記錄開始時，現(xiàn)有技術(shù)單元通常僅僅確定單元的位置。但是，我們觀察到，単元的位置在部署過程中可能發(fā)生變化，因為該單元受到諸如水流，蝦線等外力的影響。因此，在本發(fā)明中，測量的傾斜儀數(shù)據(jù)作為時間的函數(shù)。這是在運行期間通過多次完成的，所以，可以根據(jù)需要校正地震數(shù)據(jù)。關(guān)于傾斜，定時或類似數(shù)據(jù)的校正，這些數(shù)據(jù)可以影響被收集的地震數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所有的現(xiàn)有技術(shù)裝置是在處理中心進行這種校正。沒有ー種現(xiàn)有技術(shù)裝置是在部署時或在部署船舶上利用機載單元作這種校正。因此，本發(fā)明的ー個方法是在部署的同時利用機載單元作這種校正。該單元還可以包括羅盤，水聽器，聲位置變換器，和/或ー個或多個加速度計。羅盤數(shù)據(jù)可以給每個單元提供相對于參照系的參照系數(shù)據(jù)，用于總體探査。在本發(fā)明的ー個實施例中，諸如加速度計的傳感器用于跟蹤単元在下降通過水柱并停留在海底時的位置。具體地說，這種傳感器提供慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)并在該單元傳輸通過水柱時記錄X，y和z位置的信息。這個位置信息以及初始的位置和速度信息用于確定該單元的最終位置。在本發(fā)明的另ー個特征中，該單元是在地震船舶上時被激勵，而一旦被從海洋上拉出時被去激勵，因此，它是在從部署時間之前到取回時間之后連續(xù)地獲取數(shù)據(jù)。同樣地，在一個實施例中，該單元是在部署到水中之前開始記錄數(shù)據(jù)。被激勵并在部署在水中之前開始記錄的系統(tǒng)是在需要信號檢測的時間之前被穩(wěn)定。這可以減小電子元件運行的變化狀態(tài)干擾信號檢測和記錄的可能性。 在本發(fā)明的另一個特征中，地震數(shù)據(jù)記錄裝置包含卷繞式存儲器，即使不在使用時，也連續(xù)地記錄。這可以避免起動或開始指令的需要，從而確保該單元在所需的記錄時間內(nèi)是穩(wěn)定的，并作為以前記錄的后備數(shù)據(jù)，直至以前的數(shù)據(jù)被覆蓋為止。只要時鐘是同步的，這種記錄裝置在任何時間都準(zhǔn)備部署。此外，諸如數(shù)據(jù)收集，質(zhì)量控制測試和電池充電的例行操作可以在不中斷記錄的條件下進行。在這種連續(xù)記錄単元的情況下，該單元可用在陸地上或海洋環(huán)境下。非剛性纜線的使用是本發(fā)明的另ー個特征。雖然在很早的現(xiàn)有技術(shù)中已使用繩索作為水面浮動地震裝置的牽引索，在此之前，在OBS系統(tǒng)互相連接的情況下，現(xiàn)有技術(shù)僅利用剛性或半剛性鋼絲繩?，F(xiàn)有技術(shù)OBS系統(tǒng)使用鋼絲纜線的ー個理由是需要電路互連該系統(tǒng)。然而，在本發(fā)明中，使用非剛性纜線是因為上述的容器是獨立地工作的，它不需要與外部的通信或連接。本發(fā)明的非剛性纜線最好是由合成纖維材料制成，例如，聚酯，并利用保護性壓模包層封裝，例如，聚氨基甲酸酯箱體。在一個實施例中，非剛性纜線是由12股編織的聚酯內(nèi)芯構(gòu)成。壓模上有肋骨或槽溝以減小在水中的阻力。本發(fā)明的非剛性纜線在容器的獨特部署方法中也是有用的。具體地說，非剛性纜線僅有輕微的負浮力。當(dāng)纜線固定在兩個容器之間時，每個容器遠的負浮力遠大于纜線的·負浮力，當(dāng)兩個連接的容器下沉通過水柱時，非剛性纜線上的拉カ遠遠大于作用在単元上的拉力，因此，它可以作為減速傘或制動器，從而使容器的下降減慢并使容器保持在豎直位置。這對于必須放置在特定取向的単元是特別理想的，例如，有非対稱緩沖墊配置的那些容器，因為當(dāng)纜線固定到頂板上中心安裝的連接器時，在它向下穿過水柱并停留在海底過程中，它的功能是保持単元的取向。此外，由于本發(fā)明的纜線是非剛性的，相鄰容器之間的纜線是松弛的。船舶駕駛員可以利用這種松弛的纜線，在部署容器時校正下降的位置。同樣地，非剛性纜線可以增強本發(fā)明的獨特取回方法，其中當(dāng)船舶是順纜線驅(qū)動吋，纜線是在船舶的尾部被取回。這樣ー來，水在纜線上產(chǎn)生的拉カ可以使纜線減速到船舶之后，從而減小對纜線的過大張力，并確保纜線不太可能被纏繞到船舶的推進器中。在本發(fā)明的一個實施例中，在地震船舶的甲板上，存放系統(tǒng)包含一個有多行和多列槽溝的存放架，該存放架設(shè)置成可以放置各個單元。每個槽溝包含通信端ロ，因此，當(dāng)單元放置在槽溝內(nèi)時，該單元通過通信端ロ與主控制站聯(lián)系。通過該端ロ，可以下載在該単元上記錄的信息，單元電池可以被充電，可以在該単元上進行質(zhì)量控制檢查，可以重新啟動記錄操作，以及該単元可以被重新激勵。在本發(fā)明的另ー個實施例中，存放系統(tǒng)包含重疊的U形旋轉(zhuǎn)式傳送帯。每個傳送帶包含輥筒，允許記錄単元沿著旋轉(zhuǎn)式傳送帶的路徑按照傳送帶方式運動，直至該單元到達通信端ロ的鄰近。不管利用哪種存放系統(tǒng)，存放系統(tǒng)可以配置成有標(biāo)準(zhǔn)的8’ X20’ X8’的集裝箱尺寸，因此，可以容易地利用標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱船只運輸裝載的存放系統(tǒng)和任何地震単元。每個單元可以包含獨特的識別裝置，例如，射頻識別(RFID)標(biāo)記或類似的識別標(biāo)記，當(dāng)這些單元是在甲板上時被處理時，可以對它們進行跟蹤。同樣地，如上所述，每個単元包含聲位置變換器或加速度計，用于確定単元在海底上的位置。由于各個單元是獨立的，與識別標(biāo)記相關(guān)的位置信息允許這些単元是隨機地被插入到存放架上，但是按照該單元在海底上的以前位置，允許檢索和順序排列多個單元的數(shù)據(jù)。因此，不需要保持這些單元是順序排列的。在接收器線上已經(jīng)相鄰的各個單元在存放架上的存放不必是相鄰的。此外，在甲板上總體部署和取回各個單元基本上是自動進行的。甲板配置包括與存放架相鄰并延伸到與水面相鄰的甲板邊緣的傳送帶系統(tǒng)。機器臂用于在存放架與傳送帶之間移動各個單元。在一個實施例中，放置的纜線機和纜線盤/箱是為了放開非剛性纜線，為了使它與傳送帶系統(tǒng)相鄰并在船舶的側(cè)面。當(dāng)各個單元放置在固定到非剛性纜線的傳送帶系統(tǒng)上吋，允許在運行時固定各個單元。此外，專業(yè)人員可以明白，纜線的放開速度不是恒定的，因為船舶通過水面的運動不是恒定的，即使是在風(fēng)平浪靜的海面上。因此，為了避免在纜線中出現(xiàn)太大的張力，它可以導(dǎo)致纜線的破壞和單元的曳行，以及為了使単元準(zhǔn)確地停放在海底上，不斷地調(diào)整放開纜線進入水中的速度，用于補償船舶在水上的錯誤和不可預(yù)測的運動。因此，必須連續(xù)地調(diào)整裝載固定到纜線上的各個單元的傳送帶速度。在本發(fā)明的另ー個實施例中，傳送帶是與被纜線機放開的纜線相交。在相交點，地震単元固定到纜線，而被固定的單元隨后被釋放到水中。在固定站下游的纜線夾是在單元固定之前牢固地抓住纜線，從而在該單元固定到纜線時去掉上游纜線的張力。纜線夾可以包含釋放系統(tǒng)，它要求操作員使用雙手打開纜線夾，從而減小該操作員在釋放単元時的危險，并使上游纜線再次是在張力下。關(guān)于纜線中的張力，纜線是被分段的，且利用獨特設(shè)計的斷開連接器使各個纜線段互相連接。該連接器包括互相嵌套的第一裝配件和第二裝配件。每個裝配件固定到纜線·段的一端，因此，當(dāng)各個裝配件互相固定在一起吋，多個纜線段形成較長的一段纜線。若纜線中的張カ大于剪切銷的剪切限制，則剪切銷就斷開，并使纜線分開。此外，雖然本發(fā)明的一個實施例利用夾具機構(gòu)，它允許各個単元直接被夾住到一段纜線上，本發(fā)明的另ー個實施例利用固定纜線的套筒。夾具機構(gòu)可以固定被模壓臺肩限定的套筒。在相鄰一段纜線之間的固定臺肩在現(xiàn)有技術(shù)中是普遍的，但本發(fā)明的套筒可以被夾住或放置在一段纜線周圍并固定，而不需要切割纜線。在該實施例中，套筒被固定到纜線上是借助于插入銷釘通過套筒和纜線，它是在垂直于纜線軸的X和y平面上。臺肩是在每個套筒的兩端被模壓到銷釘上。雖然在套筒的相對兩端上的模壓可用于限定沿套筒的固定區(qū)，但是套筒可以包含喇叭ロ，可以進一歩限定這種固定區(qū)。


圖I是本發(fā)明地震記錄單元的剖面圖。圖2是圖I所示單元的前視圖。圖3是圖I所示單元的后視圖。圖4是圖I所示單元的頂視圖。圖5是有圓形緩沖墊剖面的單元的后視圖。圖6是有楔形緩沖墊剖面的單元的后視圖。圖7是有圖6所示楔形緩沖墊的單元的頂視圖。圖8是有鉸接式單元的立視圖。圖9是非剛性纜線的剖面端視圖。圖10是剪切銷連接器的剖面?zhèn)纫晥D。圖11是圖10所示剪切銷連接器的立視圖。圖12是容器固定纜線套筒的剖面?zhèn)纫晥D。圖13是圖12所示固定套筒的立視圖。
圖14是地震系統(tǒng)部署和取回船舶的側(cè)視圖。圖15是說明自動的速度匹配的容器下水系統(tǒng)和容器存放系統(tǒng)的后甲板布局。圖16是自動電唱機方式存放架的側(cè)視圖。圖17是圖15所示甲板布局的端視圖。圖18是圖15所示甲板布局的立視圖。圖19是說明半自動容器固定系統(tǒng)的后甲板布局。圖20說明ー種在船尾上的容器取回方法。圖21說明在部署期間固定到非剛性纜線的多個單元。
具體實施例方式在本發(fā)明的詳細描述中，采用相同的參考數(shù)字指出相同的部件，為了簡化描述，可以省略諸如固定件，裝配件等的各項部件。然而，專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)明白，根據(jù)需要可以采用這種普通的部件。參照圖1，圖I表示本發(fā)明的地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)或容器10。容器10是由不透水的箱體12構(gòu)成，不透水的箱體12有限定內(nèi)部不透水分隔室16的側(cè)壁14。在分隔室16內(nèi)至少設(shè)置ー個地震檢波器18，時鐘20，功率源22，控制機構(gòu)23和地震數(shù)據(jù)記錄儀24。在該實施例中，容器10是獨立的容器，因此，功率源22可以滿足容器10的所有功率需要。特別是，功率源22給水下部署的地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)提供全部的功率。同樣地，控制機構(gòu)23可以提供容器10的所有控制功能，它不需要外部的控制通信。容器10有負浮力的重量，因此，它在水柱中部署時，可以沉到海底。專業(yè)人員可以理解，容器10是獨立的地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，為了記錄地震數(shù)據(jù)，它不需要外部的通信或控制。還應(yīng)當(dāng)注意，地震檢波器18是安裝在容器10內(nèi)，因此，它不需要外部的布線或連接。已經(jīng)證明，利用以下詳細描述的實例設(shè)計，地震檢波器18可以有效地耦合到海底，因此，通過容器10傳輸?shù)竭_地震檢波器18的地震數(shù)據(jù)不會受到干擾而被破壞。雖然以上已描述各個基本的単元，容器10還可以包含羅盤36和傾斜儀38。此外，在該優(yōu)選實施例中，地震檢波器18是由三個地震檢波器構(gòu)成的檢波器組合，用于檢測沿X，y和z軸中每個軸的地震波。除非具體地說明，本發(fā)明中利用的地震檢波器包含常規(guī)的地震檢波器以及用于檢測地震波的其他已知裝置，它包括，但不限于，加速度計。在本發(fā)明的另ー個實施例中，我們發(fā)現(xiàn)，利用在四面體配置上放置的四個地震檢波器是有利的，每個地震檢波器測量多個平面上的數(shù)據(jù)。在標(biāo)準(zhǔn)的三維配置中，三個地震檢波器放置成互相隔開90°，和每個地震檢波器測量單個x，y或z平面上的信號。在四個地震檢波器的配置中，地震檢波器的取向是垂直于四面體的平面，因此，每個地震檢波器測量在X，y，z坐標(biāo)系統(tǒng)中多個平面上的信號。例如，ー個地震檢波器測量X平面和z平面上的地震數(shù)據(jù)。四個或多個地震檢波器的地震檢波器配置是理想的，因為它們在特定平面上地震檢波器故障的事件中可以提供地震単元的冗余度。現(xiàn)有技術(shù)OBS系統(tǒng)中沒有ー個系統(tǒng)是利用四個或多個地震檢波器按照這種方式檢測地震數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的ー個重要特征中，時鐘20是銣鐘。在此之前，在地震探査中沒有使用過銣鐘，部分的原因是，它的價格高于傳統(tǒng)的晶體驅(qū)動時鐘。然而，因為本發(fā)明的容器10試圖在幾個取向的ー個取向中能夠最有效地工作，需要利用這樣ー種時鐘，它對于取向效應(yīng)是不靈敏的，取向效應(yīng)可以妨礙傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)晶體時鐘的運行。此外，銣鐘對于溫度和重カ效應(yīng)是較不靈敏的，這些效應(yīng)可以妨礙現(xiàn)有技術(shù)時鐘在海洋環(huán)境下的運行。功率源22最好是鋰離子電池。在現(xiàn)有技術(shù)OBS系統(tǒng)利用機載電池的情況下，不是利用外部電纜提供功率，現(xiàn)有技術(shù)電池是鉛酸電池，堿性電池或非充電電池。現(xiàn)有技術(shù)的OBS系統(tǒng)沒有利用鋰離子電池。然而，由于本發(fā)明容器的密封和獨立性質(zhì)，需要利用這樣的電池，例如，鋰離子型電池，它不排出煙霧，而且是容易充電的。在圖2和3中，可以理解容器10的ー個特征，即，容器 10的淺斷面配置。具體地說，箱體12包括第一平板26和第二平板28，它借助于側(cè)壁14沿著它們的邊緣連接在一起。在一個實施例中，平板26和28是圓盤狀，因此，箱體12的總體形狀是輪子的形狀?？梢岳斫?，在任何情況下，可以理解每個平板26，28的特征是寬度(W)，而側(cè)壁14的特征是高度(H)，其中平板26，28的寬度W大于側(cè)壁14的高度H。當(dāng)然，在平板26，28是圓盤狀的情況下，應(yīng)當(dāng)用直徑D代替寬度W。然而，為了便于描述淺的斷面，不管箱體12是圓形并用直徑D描述或用高度H描述，淺斷面的特征是相同的。雖然沒有限制總的淺斷面，但是，在ー個實施例中，高度H不大于寬度W或直徑D的50%。在一個非限制性例子中，容器10的高度H約為6. 5英寸，而容器10的寬度/直徑約為18. 5英寸。如在附圖中所示，容器10基本上是圍繞它的X軸和y軸是外部対稱的，因此，在部署容器10時，容器10的取向是不重要的，它可以停留在任何一個側(cè)面30，32上，仍然可以有效地耦合到海底。因此，與現(xiàn)有技術(shù)OBS系統(tǒng)比較，它設(shè)計成僅在一個“豎直”位置上安放到海底。此外，由于容器10有淺的斷面，它在邊緣34上的平衡通常是不穩(wěn)定的。因此，只要容器10的邊緣34接觸到海底，容器10就會傾翻并安放在兩個側(cè)面30，32中的ー個側(cè)面上。容器10還包含用于支承平板26，28的內(nèi)助33，因為容器10需要承受海洋環(huán)境的高壓特性。內(nèi)助33可以防止平板26，28的“顫動”或運動，否則會造成與地震波檢測的干擾。與現(xiàn)有技術(shù)不同，此處描述的容器10實際上是ー個地震檢波器的箱體，因此，地震波可以不受畸變地傳輸通過容器的平板到達地震檢波器18。在這一點上，由于容器10有淺的斷面和堅實的性質(zhì)，地震檢波器18在箱體12內(nèi)的固定點變得不重要，從而可以克服與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計相關(guān)的問題。每個單元可以包含唯一的識別裝置，例如，射頻識別(RFID)標(biāo)記40或用于跟蹤各個單元的類似識別標(biāo)記，如果它們是在甲板上按照以下描述的方式進行處理。同樣地，每個単元可以包含聲位置變換器42，可以確定該單元在海底上的位置。圖I還畫出用于測量壓カ的水聽器44和可以與容器10通信的連接器46，如果容器10是在甲板上或設(shè)置在以下描述的存放架上。連接器46可以是標(biāo)準(zhǔn)的銷釘連接器，或可以是紅外或類似的連接器，它在與容器10通信時不需要硬的連線。借助于連接器46，可以對容器10提供服務(wù)而不需要取下ー個平板26，28或打開箱體12。具體地說，連接器46可以進行質(zhì)量控制測試，提取被記錄的地震數(shù)據(jù)，使時鐘20同步和再充電功率源。因為連接器46僅僅是在水上使用的，還可以提供不透水，抗壓カ的連接器罩47以保護連接器46。利用這種連接器罩47，連接器46可以是滿足該容器所需功能的任何標(biāo)準(zhǔn)連接器。連接器46可以不是那種通常要求承受高壓，腐蝕環(huán)境的外部連接器。
最后，圖I表不任選的固定夾48,用于夾住和操作容器10。固定夾48放置在箱體12上，因此，固定夾48與從容器10延伸的任何硬件，例如，變換器42或水聽器44，之間的徑向角是鈍角或鋭角。在所示的實施例中，徑向角是銳角。具體地說，在部署或取回諸如容器10的裝置之后，在操作容器時，這種裝置可以撞擊船只或其他設(shè)備的側(cè)面，它有可能破壞從這些裝置伸出的硬件。通過放置固定夾48到箱體12的邊緣上，因此，從箱體12的中心延伸通過固定夾48的徑向軸小于90°，它與從箱體12的中心延伸通過變換器42的徑向軸分開，可以減小這個硬件遭破壞的可能性。在本發(fā)明的一個實施例中，它不包含固定夾48，而是閉鎖機構(gòu)固定到側(cè)壁14，最好是在這樣的位置上，可以減小從容器10凸出的設(shè)備遭破壞的可能性。一種有效的閉鎖機構(gòu)是有相對夾爪的偏心閉鎖機構(gòu)，它可以被打開和閉合，允許該單元固定到用于部署的纜線上。閉鎖機構(gòu)還可以傾斜地固定到側(cè)壁14，所以，閉鎖機構(gòu)的主軸與容器10的z軸不相交。而且，這種取向還可以保護從容器10凸出的硬件。圖4表不一個或兩個圓板26, 28的外表面50。具體地說，外表面50上可以有凸臺·51，例如，脊紋或槽溝，用于增強容器10與海底之間的耦合。在所示的實施例中，凸臺51在表面50上形成回紋狀圖形。圖4和5還畫出ー個固定夾54，用于夾住和操作容器10，因此，當(dāng)容器10是被與固定夾54固定的纜線下降通過水柱吋，圓板26，28可以基本保持水平的位置。因此，固定夾54可以是在一個圓板26，28的中心軸上，或放置在容器10的重心之上的一個圓板26，28上?；氐綀D4-8，本發(fā)明的ー個特征是，在容器10的周圍包含緩沖墊52。圖4_8說明三種不同配置的緩沖墊52，其中的配置稱之為緩沖墊52a，緩沖墊52b和緩沖墊52c。在任何一種情況下，緩沖墊52有幾個功能。第一，當(dāng)容器10的邊緣34接觸到海底上時，它的形狀可以使容器10的兩個表面30，32之一到達海底。緩沖墊52的另ー個功能是保護容器10和任何的外部裝置，例如，它可以是從箱體12凸出的變換器42。最后，緩沖墊可以有這樣的形狀，它可以避免容器10被捕蝦網(wǎng)和捕蝦鏈纏繞。在任何的情況下，緩沖墊52可以具有以上ー些或所有這些功能。如上所述，緩沖墊52可以有幾種設(shè)計。在圖5中，畫出的緩沖墊52a是圍繞箱體12設(shè)置的剖面圖，而在圖4中，看到的緩沖墊52a是容器10的頂視圖。具體地說，緩沖墊52a有圓形或彎曲的斷面55。如圖所示，緩沖墊52a包含嵌入到槽溝58中的臺肩56，槽溝58是由圍繞箱體12的邊緣限定。緩沖墊52a的一部分60延伸到箱體12的邊緣之外，可以保護箱體12的邊緣34。由于緩沖墊52a的圓形性質(zhì)，如果容器10開始停放在海底上，則容器10滾動或傾斜到平板26，28的耦合面上，從而使平板26，28與海底保持垂直。此外，緩沖墊52a的功能可以保護容器10免遭震動，并在操作容器10期間可以保護操作員。圖6和7表示另ー種緩沖墊斷面，其中緩沖墊52b有楔形斷面62。同樣地，緩沖墊52b包含嵌入到槽溝58中的臺肩56，槽溝58是由圍繞箱體12的邊緣限定。緩沖墊52b的一部分64延伸到箱體12的邊緣之外，可以保護箱體12的平板26，28和邊緣34。圖6和7所示的緩沖墊52b還包含空腔66，空腔66可以用作握住和操作容器10的手柄。在緩沖墊52b的實施例中，可以理解，我們要求有緩沖墊52b的容器10在海底上有這樣的取向，緩沖墊52b的楔形面向下。因此，在這個實施例中，平板28是容器10的頂部，而平板26是容器10的底部。在圖6和7的緩沖墊52b實施例中，附加的緩沖墊部分68安裝在頂板28上。緩沖墊部分68有圓形斷面70，它過渡到楔形斷面62。在一個實施例中，玻璃珠可以模壓或包含在緩沖墊部分68中，用于增加緩沖墊部分68的浮力。通過增加在容器10頂部的浮力，可以確保容器10有正確的取向，S卩，當(dāng)容器10傳輸通過水拄并停放在海底上時，楔形緩沖墊52b是面向下。當(dāng)容器10耦合到海底時，鏈或其他的線可以被拉向容器10，該鏈只是沿著緩沖墊52b的楔形面滑動并到達容器10的頂部。緩沖墊部分68還可以防止鏈或線抓住任何的設(shè)備，該設(shè)備可能是從容器10的面向上的平板表面上凸出。圖8表示另ー個實施例的緩沖墊52，其中緩沖墊52c包括有窄邊74和寬邊76的擋板或楔72。寬邊76被固定，并絞接在兩個固定夾78之間，固定夾78固定到箱體12的側(cè)壁14。最好是，固定夾78有這樣的形狀，它們的外邊緣80形成有楔72面的基本平坦的過·渡面。在部署期間，容器10可以停放在任何ー個平板面26，28上，而絞接的楔72下垂到海底，它形成斜面或套筒，當(dāng)拉動容器10時，捕蝦鏈或類似的線是在斜面或套筒上。按照這種方式，緩沖墊52c迫使鏈到達容器10的頂部，從而防止該鏈咬住容器10。圖9表示本發(fā)明的柔軟，非剛性纜線82。具體地說，纜線82包括內(nèi)芯84和外包層86。內(nèi)芯84是由非剛性材料制成。在本發(fā)明中，非剛性材料是絞股或纖維狀的非導(dǎo)電材料，例如，繩索。我們發(fā)現(xiàn)，合成纖維材料是優(yōu)選的材料，雖然本發(fā)明也可以利用其他的材料。在一個非限制性例子中，合成纖維是聚酷。在一個實施例中，內(nèi)芯84是由扭轉(zhuǎn)的繩纖維形成的單個繩股88構(gòu)成，其中繩股88被編織在一起形成內(nèi)芯84。外包層86是模壓在內(nèi)芯84上。外包層86上還有肋或槽90，可以減小在水中的阻力。在一個實施例中，外包層86可以是聚氨基甲酸酯制成?？梢岳斫?，由于容器10不需要外部通信或電源，纜線82是由非導(dǎo)電材料制成。上述纜線82是低彈性和沒有蠕變的高強度纜線。與現(xiàn)有技術(shù)的剛性纜線不同，纜線82沒有轉(zhuǎn)矩，即，在負載下的扭轉(zhuǎn)。此外，與現(xiàn)有技術(shù)的剛性和半剛性纜線比較，纜線82的重量輕并容易被操縱。因此，利用纜線82，可以沿接收器線部署容器10，其中各個容器10是以ー定的間距沿纜線82被固定。如圖9和10所示，本發(fā)明的一個特征是把纜線分段并在各個纜線段94之間利用斷線連接器92。連接器92包含第一裝配件96，第一裝配件96嵌入在第二裝配件98內(nèi)。剪切銷100插入通過裝配件96，98，可以使這兩個裝配件固定在一起。利用任何標(biāo)準(zhǔn)的方法，可以使這些裝配件固定到纜線段94的相鄰自由端。在一個實施例中，每個裝配件96，98分別有內(nèi)孔102，104，它是從第一端106延伸到第二端108。在第二端108，每個裝配件有穿過每個裝配件的相對側(cè)面的孔徑97，99。當(dāng)裝配件96放置在第二裝配件98內(nèi)時，可以使孔徑97，99對準(zhǔn)，剪切銷100嵌入通過對準(zhǔn)的孔徑97，99，并在各自的第二端108使裝配件96,98連接。在它們各自的第一端106，被限定在每個孔102，104內(nèi)是臺肩110。每個裝配件插入到纜線98的自由端上，而擋塊112固定到該纜線，因此，擋塊112緊靠臺肩110，并在纜線的一端夾住裝配件。在另ー個實施例中，從第二端108延伸到第一端106的內(nèi)孔可以逐漸變細，并利用大于該內(nèi)孔直徑的擋塊使裝配件固定到纜線的自由端。
在任何的情況下，每個裝配件96，98固定到纜線段94的一端，因此，當(dāng)裝配件固定在一起時，多個纜線段形成一根較長的纜線。若較長的纜線中的張カ大于剪切銷的剪切極限時，則剪切銷就斷開，從而使較長的纜線分割開。因為剪切銷是容易被插入和去掉的，在特定的環(huán)境或情況下，可以容易地調(diào)整連接纜線的剪切極限。例如，在某些條件下，可能要求剪切極限為50001bs的剪切銷，而在其他的情況下，可能要求剪切極限為SOOOlbs的剪切銷。若連接器是在剪切力下被分割開的，則一旦纜線被取回，通過替換斷開的剪切銷，可以容易地重新固定這些裝配件。這種斷開式系統(tǒng)是理想的，因為當(dāng)纜線的張力超出它的工作極限時可以快速地嚙合。例如，在現(xiàn)有技術(shù)的剛性和半剛性纜線中。有時可以產(chǎn)生300001bs或更大的張力。在這種負載下快速嚙合的纜線可能造成損壞和傷害。更理想的是取回一段分開的纜線，而不是遭遇到這種損壞和傷害。在這種系統(tǒng)的另一個特征中，固定到容器的纜線的斷開張カ大于固定纜線段的連接器的斷開張力。因此，在斷開張カ的情況中，纜線段是在容器與纜線分開之前就斷開。這是理想的，因為定位和取回一段可以嚙合的纜線比定位和取回可能已與纜線分開的容器容 易得多。圖12和13表示ー個夾緊機構(gòu)120，它允許地震単元被直接夾緊到一段纜線上，而不需要在許多現(xiàn)有技術(shù)裝置中切割纜線。夾緊機構(gòu)120包含帶軸孔123的套筒122，通過它可以使套筒122裝配到纜線上(未畫出)。夾緊機構(gòu)120還包含模壓的凸肩124，126，它們設(shè)置在套筒122的相對兩端?？讖?28穿過套筒122的每一端，最好是在垂直于套筒122軸的X和y平面上。在所示的實施例中，套筒122包含可以固定地震単元的環(huán)形部分130。在另ー個實施例中，套筒122可以是沒有環(huán)形部分130的管狀。套筒122可以整體地制成，或可以是被夾在一起的兩個半部分，如圖13所示，其中套筒的第一個半部分132和套筒的第ニ個半部分134是圍繞纜線(未畫出)被夾緊的，并利用線夾136被固定在一起。在安裝到纜線上時，一根銷釘穿過孔徑128，用于固定從纜線上滑動的夾緊機構(gòu)120。凸肩124，126被模壓到套筒122的兩端，它有助于是固定銷被固定。套筒122的兩端還可以是喇叭ロ，它有助于凸肩124，126被固定。因此，不是切割纜線并在纜線的兩個自由端之間固定夾緊機構(gòu)，本發(fā)明的套筒可以夾緊或滑動到一段纜線上，并在不切割纜線的條件下被固定，在沿X和y平面上利用銷釘固定該機構(gòu)可以防止夾緊機構(gòu)120相對于纜線的轉(zhuǎn)動，并防止沿纜線的軸向滑動。圖14-19表示地震系統(tǒng)部署和取回船舶的后甲板。圖14大致畫出ー個有工作甲板202的地震系統(tǒng)部署和取回船舶200，在甲板202上設(shè)置地震部署和取回系統(tǒng)204，用于部署和取回纜線206。地震部署和取回系統(tǒng)204的一個部件是存放架208，用于存放固定到纜線206的OBS單元。應(yīng)當(dāng)理解，存放架208是可縮放的，以滿足特定容器存放需要和船舶的空間限制。在圖14和15，提供四個存放架208以便使特定船舶200的容器存放容量最大化。從圖16中可以看出，每個存放架208包括多行210和多列212槽溝214，其中每個槽溝214中設(shè)置成放置ー個容器216。雖然槽溝214的尺寸可以隨存放的具體OBS単元的尺寸而變化，該優(yōu)選實施例描述的存放架208用于放置上述淺斷面的圓盤形容器，它通常表示成容器10。參照圖17，每個槽溝214有通信端ロ 218，當(dāng)容器216放置在槽溝214中時，允許在容器216與主控制站(未畫出)之間進行通信。在一個實施例中，通信端ロ 218是經(jīng)容器10 (見圖I)中所示的連接器46與容器216鏈接。如上所述，鏈路可以是通信端ロ 218與連接器46之間的硬導(dǎo)線，或可以利用一些其他的方法，例如，紅外連接器。不管是什么情況，當(dāng)放置在槽溝214中時，通過端ロ 218可以下載在容器216上記錄的信息，可以給單元電池再充電，可以在該単元上進行質(zhì)量控制檢查，可以同步時鐘，可以起動記錄操作，以及可以再激勵該單
J Li o在另ー個實施例的存放架208中，各行和各列槽溝是由單個疊層的旋轉(zhuǎn)式傳送帶代替，該傳送帶最好是半圓形或U形。每個旋轉(zhuǎn)式傳送帶包含滾筒，允 許記錄単元沿著傳送帶方式的傳送帶路徑運動，直至該單元到達與通信端ロ相鄰。傳送帶路徑的形狀最好是半圓形或U形，允許記錄単元被插入到傳送帶的第一端并從第二端上取下。這種配置允許容器被插入并同時從傳送帶上取下。作為ー個例子，傳送帶的第一端可以與清潔站相鄰，用于清洗從海底取回的容器，而傳送帶的第二端可以與部署站相鄰，允許容器再被固定到部署纜線上。不管使用哪種存放系統(tǒng)，存放系統(tǒng)可以配置成有標(biāo)準(zhǔn)的8，X20’ X8’的集裝箱尺寸，因此，存放系統(tǒng)和其中放置的任何地震単元可利用標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱船只以容易地運輸。在圖15，17和18中可以看出，在一個實施例的系統(tǒng)204中，后甲板系統(tǒng)基本上是自動化的。除了存放架208以外，還畫出ー個容器部署系統(tǒng)219，它是與存放架208相鄰，并延伸到與水面相鄰的甲板202的邊緣。拾取和放置系統(tǒng)220用于在存放架208與部署系統(tǒng)219之間移動単元216。雖然可以利用各種自動化或半自動化的拾取和放置系統(tǒng)220，但在所示的實施例中，一個或多個單軸往返運輸裝置221用于在ー個或多個抓機臂223之間移動容器216，抓機臂223可以在存放架208，往返運輸裝置221與部署系統(tǒng)219之間移動容器 216。更具體地說，部署系統(tǒng)219包括平行于非剛性纜線206的傳送帶滾動床226，和與傳送帶226 —起運動的容器部署滑動裝置228。纜線機222和纜線卷盤/箱224放置成直線移動非剛性纜線206，它是與部署系統(tǒng)219相鄰并在船舶的側(cè)面之上。在纜線206被連續(xù)地鋪設(shè)在水中的同時，即，在運行中，容器216固定到非剛性纜線206，其中利用滑動裝置228加速容器216達到纜線206的速度。在纜線206的速度與容器216的速度基本相同時，容器216被固定到纜線206，此時，從滑動裝置228上釋放容器216并繼續(xù)沿被纜線推進的傳送帶226運動，容器是該纜線固定的。傳送帶226有第一端230和第二端232，其中拾取和放置系統(tǒng)220放置在第一端230的鄰近，而ー個或多個纜線機222放置在第二端232的鄰近，因此，容器216大致是沿傳送帶226從第一端230運動到第二端232。容器滑動裝置228同樣是在軌道或框架234上運動，至少部分是沿一段傳送帶226。在準(zhǔn)備部署容器216時，它是利用抓機臂223從存放架208上被拉下，并在往返運輸裝置221上運動到與傳送帶226的第一端230相鄰的位置。抓機臂223放置容器216到滑動裝置228上，它同樣放置在與傳送帶226的第一端230相鄰的軌道234上。一旦容器216放置在滑動裝置228上，滑動裝置228沿傳送帶226被加速到傳送帶226的第二端232。當(dāng)滑動裝置228的加速達到纜線206的速度時，容器216被夾住或固定到纜線206上。在一個實施例中，容器216包含帶爪的夾子，一旦達到固定速度，夾子可以在纜線206周圍閉合。在這個實施例中，容器216可以被直接夾住到纜線206上，或可以被夾住到在纜線206上設(shè)置的固定套筒。在任何一種情況下，纜線機222繼續(xù)拉動纜線206，使纜線206沿傳送帶226運動，直至它被部署在船只200的邊緣上。ー個或多個RFID閱讀器240可以沿拾取和放置系統(tǒng)220和部署系統(tǒng)219放置，用于跟蹤特定容器216沿甲板202的運動。這種跟蹤對于上述的部署和取回系統(tǒng)204是特別理想的，因為容器216具有獨立的性質(zhì)，它不要求各個單元在甲板202上被操作并插入到存放架208上時保持特定的順序。換句話說，由于本發(fā)明的各個容器10是獨立的，且每個容器的海底位置和取向信息是被記錄在容器內(nèi)以及在該位置上記錄的地震數(shù)據(jù)，當(dāng)它們是從海洋上被取回，操作和存放時，這些單元不需要按順序或接收器線順序被保持。在這方面，相鄰的各個單元不需要沿特定的順序通過系統(tǒng)204，且不需要在存放架208上相鄰地存放，而是可以隨機地被插入到存放架208上。專業(yè)人員可以理解，鋪設(shè)纜線206到水中的速度是不斷地被調(diào)整的，為的是補償船舶220在水中的不規(guī)則和不可預(yù)測的運動。在優(yōu)選的實施例中，可以連續(xù)地調(diào)整用于傳·送與纜線206固定的単元216的滑動裝置228的速度，從而允許容器216在運行時被平滑地固定到纜線206上。雖然以上描述的傳送帶226，滑動裝置228和纜線206是沿直線排列的，但是應(yīng)當(dāng)明白，非直線排列也包含在本發(fā)明中，只要這種安排可以加速海洋地震単元，為了使該單元可以固定到運動的纜線上。如上所述，可以利用部署系統(tǒng)219實踐本發(fā)明的ー種方法，S卩，在運行中固定和釋放地震単元216，而不需要在鋪設(shè)到水中時停止纜線206的運動。該方法可以與部署系統(tǒng)219結(jié)合使用，它包括以下的步驟提供一條以給定速度運動并沿纜線路徑的纜線，沿與該纜線路徑相鄰的路徑加速地震単元，直至該地震単元以大致纜線的速度運動，并在二者運動時固定地震単元到纜線上。按照這種方法，地震単元可以固定到纜線上并釋放到水中，在部署期間不需要停止和起動纜線和船舶，從而減小沿接收器線鋪設(shè)一段纜線所需的時間。在圖19所示的本發(fā)明另一個實施例中，半自動傳送帶250是與從纜線盤/纜線箱224中拉出并利用纜線機222鋪設(shè)的纜線206相交。在這種情況下，存放架208和拾取和放置系統(tǒng)220安排在傳送帶250的任ー側(cè)，其配置類似于圖15所示。然而，不是使纜線206與傳送帶250相鄰，而是纜線206在空間上與傳送帶250隔開。在這個實施例中，傳送帶250是由第一端252和第二端254限定。傳送帶250的一部分256是彎曲的，允許容器216運動離開固定容器216的纜線206到達在傳送帶250第二端254的纜線206。圖中還畫出第ニ個傳送帶258，它是在固定到纜線206之前用于存放容器216。第二個傳送帶258是從與拾取和放置系統(tǒng)220相鄰的位置移動容器216到傳送帶250的第一端254。固定站260被限定在纜線206與傳送帶250的相交點上。在固定站260，海洋地震単元216固定到纜線206，而被固定的單元隨后被釋放到水中。在一個實施例中，纜線爪262放置在固定站260的下游。在部署容器216時，纜線爪262是在單元216被固定站260固定之前牢固地夾住纜線206，從而去掉纜線爪262上游的線張力，允許單元216被安全地固定到纜線206。這在半自動配置中是特別理想的，其中操作員手動地固定単元216到纜線206上。在任何的情況下，纜線爪釋放系統(tǒng)264可以包含在固定站260中，在釋放纜線爪262和纜線206中有張カ時，可以減小操作員與纜線206相鄰或接觸的可能性。在該優(yōu)選的實施例中，釋放系統(tǒng)264包含第一按鈕266和第二按鈕268，必須同時啟動這兩個按鈕，為了使纜線爪262釋放。所以，理想的是，單個操作員必須順序地使用雙手以激勵釋放系統(tǒng)264，因此，釋放系統(tǒng)263的功能是安全裝置，它可以減小操作員的危險。雖然沒有必要，但是在圖19所示的本發(fā)明實施例中，在后甲板上裝備兩個纜線部署系統(tǒng)，其中ー個系統(tǒng)是在甲板202的端ロ側(cè),而另ー個系統(tǒng)是在甲板202的右舷側(cè),在它們之間放置存放架208，拾取和放置系統(tǒng)220，和傳送帶250。傳送帶250彎曲到兩個側(cè)面，而每個纜線部署系統(tǒng)包含纜線盤/箱224，纜線機222，固定站260和纜線爪262。這種雙重系統(tǒng)具有冗余度，并在ー個系統(tǒng)不能工作時，可以確保地震操作不會被延遲。本發(fā)明地震數(shù)據(jù)記錄単元的一個功能是該單元的連續(xù)運行。在本發(fā)明的這個特征中，在放置該單元到地球表面之前起動數(shù)據(jù)采集。在一個優(yōu)選實施例中，海洋地震單元被激勵，并在部署到水中之前開始采集數(shù)據(jù)。在部署之前被激勵并開始采集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)在需要檢測信號時間之前是穩(wěn)定的。這可以減小電子操作的變化狀態(tài)時中斷信號檢測的可能性。當(dāng)然，在這種連續(xù)數(shù)據(jù)采集單元的情況下，新穎性是該單元的“連續(xù)”性質(zhì)，且這種功能可應(yīng)用在陸地或在海洋的環(huán)境下?！ぴ陬愃频膶嵤├校谘亟邮掌骶€放置之前起動數(shù)據(jù)記錄。例如，海洋地震數(shù)據(jù)記錄單元是在部署船舶上時就被激勵，并在部署到水中之前開始采集數(shù)據(jù)。同樣地，這可以使単元在需要信號記錄時間之前被穩(wěn)定。為此目的，系統(tǒng)穩(wěn)定的ー個要素是時鐘穩(wěn)定。在該系統(tǒng)的各種要素中，眾所周知，時鐘的穩(wěn)定通常需要很長的時間。因此，在本發(fā)明的ー個實施例中，不管該単元是連續(xù)地檢測數(shù)據(jù)或連續(xù)地記錄數(shù)據(jù)，時鐘總是保持工作的。在以上兩個方法的任何ー個方法中，在不中斷単元的連續(xù)運行條件下，可以在部署和取回的幾個循環(huán)中利用該單元。因此，在部署之前起動記錄操作。在繼續(xù)進行記錄的同時，該裝置被部署，取回和再部署。只要存儲器是足夠的，可以在部署和再部署的幾個循環(huán)中保持這種連續(xù)的記錄。在這一方面，在地震數(shù)據(jù)單元包含卷繞式存儲器的情況下，甚至在地震檢測中不使用時可以連續(xù)地記錄。因此，除了上述的優(yōu)點以外，起動或開始指令是沒有必要的。此外，利用卷繞式存儲器的連續(xù)記錄功能是作為記錄之前采集數(shù)據(jù)的備份，直至以前的數(shù)據(jù)被寫入。另ー個優(yōu)點是，只要時鐘是同步的，該裝置可以在任何時間都是準(zhǔn)備好部署的。在単元被取回之后記錄繼續(xù)進行的情況下，可以進行例行的操作，例如，數(shù)據(jù)收集，質(zhì)量控制測試，和電池充電，而不需要中斷記錄。這種系統(tǒng)的ー個優(yōu)點是，可以利用該裝置記錄質(zhì)量控制測試數(shù)據(jù)，而不是在進行質(zhì)量控制測試時記錄地震數(shù)據(jù)。換句話說，數(shù)據(jù)輸入是從地震數(shù)據(jù)改變成質(zhì)量控制數(shù)據(jù)。一旦完成質(zhì)量控制，該裝置可以恢復(fù)記錄地震數(shù)據(jù)或其他所需的數(shù)據(jù)，例如，與位置和定時有關(guān)的數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，海洋地震単元包含慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，用于測量単元在傳輸通過水柱和停放在海底時的X，y和z位置信息。一般地說，這種系統(tǒng)測量沿X，y和z方向中每個方向的運動，以及圍繞每個x，y和z軸的角運動。換句話說，該系統(tǒng)測量単元從船舶到海底運動時的6個自由度，并利用這種測量信息以確定在海底上的位置。在這個優(yōu)選實施例中，利用加速度計，可以確定這種x，y和z方向的信息。利用傾斜儀和羅盤或其他的取向裝置，例如，陀螺儀，可以確定角的取向，即，傾斜和方向。在本發(fā)明的一個實施例中，利用三個加速度計和三個陀螺儀，可以產(chǎn)生用于確定該單元海底位置的慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
在任何的情況下，通過組合加速度計以及傾斜和方向信息作為時間的函數(shù)，可以確定該単元在被釋放到水柱中時的初始位置和速度，該單元通過水柱的運動路徑。更重要的是，可以確定該單元在水柱底的位置，即，該單元在海底的位置。在合適的時間間隔上進行時間抽樣以得到所需的精確度。各種測量分量之間的時間抽樣可以不同。例如，用于確定方向從羅盤得到的數(shù)據(jù)抽樣，以及用于測量傾斜從傾斜儀得到的數(shù)據(jù)抽樣速度慢于從加速度計得到的數(shù)據(jù)抽樣速度。在此之前，沒有一個其他的海洋単元利用ー個或多個加速度計按照這種方法確定位置。在這一方面，該方法和系統(tǒng)可以代替其他的技術(shù)確定海底位置的需要，例如，通過聲位置變換器，等等。盡管有以上的描述，這種位置確定方法的功能特別適用于上述連續(xù)的記錄方法。因為單元在釋放到水柱的頂部時已準(zhǔn)備記錄數(shù)據(jù)，X，y和z位置信息可以被該単元容易地記錄，并成為該單元完整數(shù)據(jù)記錄的一部分。本發(fā)明還提供ー種與纜線固定的OBS単元300的獨特取回方法，如圖20所示。具 體地說，我們發(fā)現(xiàn)，在船舶306尾端304上的取回纜線302是在船舶移動前端308時首先在沿纜線的方向放下纜線302，為的是減小取出纜線時在海底310上的阻力，并防止纜線302的過度張力或“拉力”，這種情況在現(xiàn)有技術(shù)取回方法中是很普遍的。具體地說，在本發(fā)明的方法中，OBS單元和纜線上的水曳カ可以使纜線302減速或翻轉(zhuǎn)在船舶306之后，如在312所示，利用水柱作為震動吸收器并減小過度的張力。在這個方法中，調(diào)整船舶306的速度不如像在現(xiàn)有技術(shù)的取回方法中那么重要。此外，當(dāng)船舶是沿與它相反的方向運動吋，因為纜線302是在船舶之后的水中翻轉(zhuǎn)312，它不太可能被船舶的推進器纏繞，這種情況在利用現(xiàn)有技術(shù)方法中是可能發(fā)生的。當(dāng)然，專業(yè)人員明白，在本發(fā)明的方法中，可以在船舶的船首或船尾上取出纜線，只要該船舶是沿纜線的方向運動，且纜線的取出是在船舶的尾端。在任何的情況下，浮動釋放系統(tǒng)314也可以固定到纜線，通常是在被部署纜線的一端或兩端，可以至少使部分的纜線上升到水面，利用以上描述的方法取回容易被纜線扣住。這種方法在專業(yè)領(lǐng)域中是熟知的，并可以包含一個浮動裝置，它是在所需的取回時間從海底附近被釋放，或漂浮在水面上的浮動裝置，但是在部署時保持與纜線的固定。本發(fā)明的非剛性纜線也包含在圖21所示容器的獨特部署方法中。具體地說，利用非剛性纜線402至少使兩個OBS單元400栓系在一起。纜線402和OBS單元400被部署在水柱404中。因為OBS単元400的負浮力遠遠大于非剛性纜線的負浮力，這些單元有在纜線之前沉入通過水柱的趨勢，因此，連接兩個OBS単元的纜線段在兩個單元之間被減速，如406所示。纜線下降通過水柱的曳カ功能是斷裂，從而減慢單元的下降并允許単元放置在海底408上更容易被控制。具體地說，減慢效應(yīng)可以控制各個單元的取向，例如，與圖6和7所示楔形緩沖墊的配合的那些單元。此外，非剛性纜線使單元緩緩地停放在海底上，允許各個單元與海底有一致的耦合。這是對現(xiàn)有技術(shù)方法的改進，因為現(xiàn)有技術(shù)方法利用剛性或半剛性纜線部署OBS単元。這種纜線有可以與各個單元一起較快地沉入通過水柱的趨勢。換句話說，這種纜線沒有與本發(fā)明的重量輕，非剛性纜線相同的曳カ特性。在利用這種現(xiàn)有技術(shù)方法的纜線和OBS単元中，當(dāng)単元快速傳輸通過水柱時，各個單元的取向是非常容易地發(fā)生不穩(wěn)定，例如，顫動或翻轉(zhuǎn)。
本發(fā)明部署方法的另ー個優(yōu)點是，在部署纜線和一旦停放在海底上時，非剛性纜線可以松弛地形成在兩個相鄰的單元之間。事實上，我們發(fā)現(xiàn)，在一般的部署操作吋，如上所述，兩個単元之間的非剛性纜線長度一般遠遠大于這兩個單元停放在海底上時的實際間隔。換句話說，一旦停放在海底上，在相鄰單元之間的非剛性纜線有很大的松弛度。因此，本發(fā)明的非剛性纜線不能把兩個單元分隔開。在任何的情況下，船舶操作員可以利用在非剛性纜線中形成的松弛度，校正它在被鋪設(shè)時的接收器線。具體地說，若鋪設(shè)船舶漂移或使被鋪設(shè)的接收器線偏離理想的接收器線，則水面上的船舶可以重新定位，使其余的非剛性纜線和被固定的単元開始返回到理想的接收器線上。纜線的非剛性性質(zhì)造成的纜線松弛度允許操作員回到接收器線上，并使其余的各個單元大致停留在它們沿預(yù)期線的理想位置上。與此對比，若這種單元被固定到剛性或半剛性纜線上，則該纜 線沒有任何可調(diào)整的松弛度，而沿理想接收器線上的其余単元不可能停留在沿接收器線的理想位置上。此外，一旦OBS単元400是在海底的位置上，這些單元之間的纜線402是松弛的，如410所示。這可以使各個單元“去耦合”，并防止多余噪聲沿纜線的傳輸。在時鐘20是晶體時鐘的情況下，來自傾斜儀38的信息可用于校正重力對時鐘定時的影響。在現(xiàn)有技術(shù)中，傾斜儀的信息僅被用于校正地震數(shù)據(jù)。除了利用晶體時鐘校正溫度影響以外，沒有其他類型的晶體可用于這種時鐘的校正。因此，本發(fā)明的ー個特征是，利用傾斜儀的信息校正時鐘定時的不準(zhǔn)確性，它起源于作用到晶體時鐘上的重力效應(yīng)。這種時鐘校正可以在數(shù)據(jù)記錄時對機載的容器進行，或應(yīng)用于已從容器中提取的數(shù)據(jù)。同樣地，來自傾斜儀38的信息可用于對地震數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)平衡操作。在現(xiàn)有技術(shù)中校正地震數(shù)據(jù)是為了調(diào)整取向，這種校正是基于船載的現(xiàn)有技術(shù)OBS系統(tǒng)上安裝的機械常平架。然而，典型的機械常平架可以造成數(shù)據(jù)保真度的惡化，這是由于常平架在它船只上受到的阻力。在本發(fā)明的一個特征中，我們已經(jīng)確定，非常平的數(shù)據(jù)校正或“數(shù)學(xué)平衡操作”優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的常平操作方法。因此，本發(fā)明可利用傾斜儀的信息按照數(shù)學(xué)方法調(diào)整容器垂直取向時的地震數(shù)據(jù)。這種數(shù)學(xué)平衡操作可以在數(shù)據(jù)記錄時的機載容器上實施，或可應(yīng)用于已從容器中提取的數(shù)據(jù)。此外，來自羅盤36的信息可用于進ー步改進數(shù)學(xué)平衡操作以調(diào)整単元的旋轉(zhuǎn)取向。具體地說，羅盤數(shù)據(jù)可以與數(shù)學(xué)平衡操作中的傾斜儀數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，更完全地校正由于容器取向所影響的地震數(shù)據(jù)。雖然此處已詳細地描述本發(fā)明的某些特征和實施例，容易明白，在以下權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)，本發(fā)明包括所有的改進和提。
權(quán)利要求
1.一種海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，包括 a.銣時鐘；和 b.至少一個地震檢波器。
2.—種海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，包括 a.數(shù)學(xué)常平架；和 b.至少一個地震檢波器。
3.一種用于部署在海水柱中的海底地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 a.至少兩個海洋地震數(shù)據(jù)收集單元；和 b.使所述單元互相拴系在一起的柔軟的非剛性纜線。
4.按照權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述纜線有第一曳力，而所述單元有第二曳力，第二曳力小于該纜線的第一曳力。
5.按照權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述纜線是非導(dǎo)電的。
6.一種用于記錄水下地震數(shù)據(jù)的方法，包括 a.提供一個獨立的地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少有一個地震檢波器，從時鐘和地震數(shù)據(jù)記錄儀； b.提供一個主時鐘； c.在水中部署地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)之前，同步所述從時鐘與所述主時鐘； d.在水中部署地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)之前，起動地震檢波器的運行以檢測地震數(shù)據(jù)； e.在水中部署地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)； f.在水中定位地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)； g.由地震數(shù)據(jù)記錄儀啟動數(shù)據(jù)記錄； h.利用地震能源以產(chǎn)生一個聲音信號，并傳播到水下的土壤中； i.從水中取回地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)；和 j.在從水中取回地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)之后，檢索在地震數(shù)據(jù)記錄儀上記錄的數(shù)據(jù)。
7.一種用于記錄水下地震數(shù)據(jù)的方法，包括 a.提供一個獨立的地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少有一個地震檢波器，從時鐘和地震數(shù)據(jù)記錄儀； b.提供一個主時鐘； c.在水中部署地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)之前，同步所述從時鐘與所述主時鐘； d.在水中部署地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)之前，由地震數(shù)據(jù)記錄儀啟動數(shù)據(jù)記錄； e.在水中部署地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)； f.在水中定位地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)； g.利用地震能源以產(chǎn)生一個聲音信號，并傳播到水下的土壤中； h.從水中取回地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)；和 i.在從水中取回地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)之后，檢索在地震數(shù)據(jù)記錄儀上記錄的數(shù)據(jù)。
8.按照權(quán)利要求7的方法，還包括步驟從從水中取回地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)之后，檢索在地震數(shù)據(jù)記錄儀上記錄的數(shù)據(jù)。
9.按照權(quán)利要求7的方法，還包括步驟a.在水中部署地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)之后，識別時間間隔的開始，而在從水中取回地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)之前結(jié)束該時間間隔； b.其中在識別的時間間隔期間記錄的數(shù)據(jù)是從地震數(shù)據(jù)記錄儀上檢索的。
10.按照權(quán)利要求7的方法，還包括步驟同步地震能源與主鐘。
11.按照權(quán)利要求7的方法，還包括步驟定位與海底土壤相鄰的地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。
12.按照權(quán)利要求7的方法，還包括步驟耦合地震數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)與水下的土壤。
全文摘要
用于地震數(shù)據(jù)采集的方法和設(shè)備。一種海洋地震探查方法和系統(tǒng)，包括連續(xù)記錄的獨立海底容器，其特征是它有淺斷面箱體。外部緩沖墊用于促進海底耦合并防止魚網(wǎng)纏繞。各個容器是利用柔軟的，非剛性，非導(dǎo)電纜線拴系在一起以控制容器的部署。從船只的甲板上部署和取回容器，該甲板配置成有存放系統(tǒng)和處理系統(tǒng)，可以在運行時使容器固定到纜線上。存放系統(tǒng)是有槽溝的自動電唱機式配置，其中各個容器被隨機地存放在槽溝中，在不打開容器的條件下可以進行提取數(shù)據(jù)，充電，測試和同步的操作。容器可以包含慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以確定海底位置和定時的銣鐘。該系統(tǒng)包含數(shù)學(xué)常平架。纜線可以包含剪切耦合，它設(shè)計成在纜線張力達到某個水平時自動地切斷。
文檔編號G01V1/22GK102788992SQ20121024344
公開日2012年11月21日 申請日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月21日
發(fā)明者克利福德·H·雷, 哈爾·B·海古德, 格倫·D·菲斯利爾, 詹姆斯·N·湯普森 申請人:費爾菲爾德工業(yè)公司