專利名稱:分布式海洋地震源控制系統(tǒng)和方法
本發(fā)明涉及控制和監(jiān)視一組海洋地震源(以下稱為一個(gè)“組合源”)的方法與儀器，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及通過(guò)從船體到置于海洋地震組合源附近水中的電子部件的傳輸通訊線路來(lái)傳送數(shù)字式源控制信號(hào)的方法和儀器。電子部件產(chǎn)生源觸發(fā)信號(hào)并傳給該組合源中選定的各個(gè)地震源。放置在組合源的各個(gè)源內(nèi)或源附近的傳感器所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳送給電子部件進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，再傳輸給船體。
在海底和其它水下區(qū)域的傳統(tǒng)勘探技術(shù)中，一條船拖著一個(gè)或多個(gè)能夠在水中產(chǎn)生聲能的地震源。通常用空氣槍作為地震源，雖然還有許多其它類型的市場(chǎng)上可買到的合適的海洋地震源，諸如水槍或套筒式爆炸裝置。由空氣槍產(chǎn)生的沖擊波穿過(guò)水和海底，進(jìn)入水下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中。每個(gè)地質(zhì)結(jié)構(gòu)反射每一沖擊波的一部分能量，它們被拖在船后面的長(zhǎng)條狀物體上的聲接受器(稱為“水中地震檢波器”)所感受。在船上錄下由水中地震檢波器所產(chǎn)生的信號(hào)。然后分析所記錄的數(shù)據(jù)來(lái)提供關(guān)于該地質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造以及在那些結(jié)構(gòu)中石油貯藏的信息。
本文中所用術(shù)語(yǔ)“水”的含義包括沼澤地的水，泥漿和含有足夠水份使本發(fā)明可以實(shí)施的任何其它流體。
在地震勘探船后面拖著的組合源中可以有多至50個(gè)以上的空氣槍。一個(gè)典型的組合源可以有4至12個(gè)空氣槍。這些空氣槍充以壓縮空氣，一般每隔幾秒鐘點(diǎn)一次火。為了改進(jìn)由這樣的空氣槍產(chǎn)生的沖擊波的質(zhì)量，每個(gè)組合源中的空氣槍可以有不同的氣室，其大小由40立方英寸到400立方英寸以上。對(duì)每個(gè)組合源所選的氣室大小，由地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的巖石類型以及所要求的穿透深度和分辨率決定。
為了給空氣槍提供電子控制信號(hào)和壓縮空氣，一種常用的技術(shù)是用一根單獨(dú)的空氣管道和一根單獨(dú)的電纜從勘探船連到每一個(gè)空氣槍。例如，切爾明斯基(Chelminski)的美國(guó)專利U.S.4，038，630(1977年7月26日)公開(kāi)了由勘探船上拖下來(lái)的一個(gè)空氣槍組合源和通過(guò)捆成一捆的單獨(dú)的空氣管道和單獨(dú)的控制電線給空氣槍供應(yīng)空氣和電子控制信號(hào)。由于一個(gè)組合源一般包含至少四個(gè)空氣槍，并且可能包含12個(gè)或12個(gè)以上的空氣槍，所以通向該組合源的這一捆空氣管道和電線一般非常笨重，非常不方便。為了在空氣槍組合源和拖該組合源的勘探船之間提供牢固的機(jī)械連接，切爾明斯基提出在這捆空氣管道和電線之外再使用一根單獨(dú)的牽引纜索。同時(shí)使用一根牽引纜索和一捆空氣管道和電線是極其不方便的。
另一種常用技術(shù)是用一根大直徑的輸送空氣的軟管把壓縮空氣從地震勘探船上的儲(chǔ)氣箱輸送到組合源上的一個(gè)多分支管路，再由小的分布式管道輸送給組合源中的每一個(gè)空氣槍。每個(gè)空氣槍的控制電線、加強(qiáng)拖船與拖著的空氣槍組合源之間機(jī)械連接的纜索與該輸送空氣的軟管捆在一起，組成一根連接該組合源與該勘探船的臍帶式纜索(本文中也稱之為“臍帶”)。圖1是一根普通的這種臍帶式纜索的橫截面圖，所取的截面垂直于臍帶的縱軸。圖1的臍帶1包括輸送空氣的軟管3、與金屬導(dǎo)線5相同的16根電線，用加強(qiáng)抗拉強(qiáng)度的部件6、7、8包起來(lái)的鋼骨架2，以及電絕緣的保護(hù)封套9、10和11。鋼骨架2包住供氣管12。形如圖1所示的普通臍帶操縱不方便，并且由于含有許多單獨(dú)的電線也難于和終端設(shè)備相連。
一般情況下，海洋地震源(或若干組合源)以某種方式靠近水面放置。通常，這些組合源由長(zhǎng)的鏈條或類似的設(shè)備懸掛在一般是園形的、梨形的、或者園柱形的浮標(biāo)上。例如，吉爾斯(Giles)的美國(guó)專利U.S.3，491，848(1970年1月27日)公開(kāi)了由一條船拖著一根第一纜索，沿著該纜索放置了許多漂浮部件，同時(shí)拖著一根第二纜索，沿著該纜索放置了同樣個(gè)數(shù)的海洋地震源。每個(gè)地震源用一根單獨(dú)的繩索懸掛在相應(yīng)的漂浮部件下面。
通常，將一個(gè)海洋地震源(或組合源)放在偏離拖船航路的側(cè)邊某一向后距離的位置上，所用的方法是由該船拖一個(gè)適用的掃雷器(可以從市場(chǎng)商品中選擇)，并且在該掃雷器下面懸掛一個(gè)或多個(gè)地震源(或者在該掃雷器后面拖一個(gè)或多個(gè)地震源)。例如，伊特里阿(Itria)等的美國(guó)專利U.S.4，087，780(1978年5月2日)公開(kāi)了在一只地震勘探船后面用一根拖繩拖著一個(gè)可操縱的掃雷器，并且在該掃雷器下面懸掛一個(gè)或多個(gè)空氣槍。
美國(guó)專利U.S.3，491，848(前面已引)公開(kāi)了另一種在偏離拖船航路的側(cè)邊放置海洋地震源的技術(shù)，其中掃雷器由一條小船拖在纜索的一端，沿該纜索放置著飄浮部件。這小船用另一條纜索拖著海洋地震源，每個(gè)源用一條單獨(dú)的繩索懸掛在浮標(biāo)下面。美國(guó)專利U.S.3，491，848中公開(kāi)的技術(shù)是昂貴且不方便的，它要使用幾條纜索，特別是它要使用一條或多條沿其放置海洋地震源的粗大笨重的纜索，每一條這樣的纜索又包含了一根或多根單獨(dú)用于每個(gè)地震源的電線。
本發(fā)明的系統(tǒng)是一個(gè)包含一個(gè)或多個(gè)子組合地震源的海洋地震勘探系統(tǒng)，每個(gè)子組合源又包含一個(gè)或多個(gè)適于放置在勘探船附近水域中的海洋地震源，一個(gè)適于放置在每個(gè)子組合源附近水域中的源控制組件，以及一條能夠從船到源控制組件傳送數(shù)字化的組合源結(jié)構(gòu)和點(diǎn)火時(shí)間信號(hào)的傳輸線路。在該源控制組件中，利用裝在各個(gè)源內(nèi)或源附近的傳感器側(cè)得的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。該組件中產(chǎn)生的源觸發(fā)信號(hào)被送往某個(gè)指定的源。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，該傳輸線路對(duì)每個(gè)子組合源有一個(gè)單獨(dú)的信號(hào)傳輸元件(諸如一根同軸電纜，一對(duì)雙絞金屬導(dǎo)線，或光導(dǎo)纖維)。這一信號(hào)傳輸元件可以放在總供氣管中(其構(gòu)成連接船體和各個(gè)源上的局部供氣管的臍帶式纜索的一部分)。在另一個(gè)實(shí)施例中，該傳輸線路包括一對(duì)微波的或超高頻的無(wú)線電遙測(cè)接口。為了把這些傳輸接口與系統(tǒng)的其它部件連接起來(lái)，在兩個(gè)實(shí)施例中都提供了一條合適的數(shù)據(jù)總線。
可以由一條船用一條主臍帶纜索拖住一個(gè)或多個(gè)子組合地震源。每個(gè)子組合源最好裝在一條由轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器連接到主臍帶纜索上的附屬臍帶纜索上。為了控制子組合源向后偏離船體的位置，最好在主臍帶遠(yuǎn)離船的那一端裝一個(gè)掃雷器。
在工作狀態(tài)下，系統(tǒng)的觸發(fā)與選定的組合源的各個(gè)地震源的點(diǎn)火是同步的，并且由該組合源的各個(gè)源提供數(shù)字化輸入以進(jìn)行分析。提供組合源的結(jié)構(gòu)和點(diǎn)火時(shí)間信息的數(shù)字化信號(hào)從船體傳給每一個(gè)源控制組件。從傳感器(諸如放在子組合源的選定源附近的水中地震檢波器和放在子組合源的選定源內(nèi)的源點(diǎn)火時(shí)間傳感器)得到的信息被送往相連的組件，在那里進(jìn)行數(shù)字化，然后用來(lái)計(jì)算點(diǎn)火時(shí)間的調(diào)整量，或者傳送到船體上去。在每個(gè)源控制組件中需要時(shí)間調(diào)整，以利用各個(gè)源內(nèi)或源附近的傳感器接收到的數(shù)據(jù)保證各個(gè)源同步點(diǎn)火。然后產(chǎn)生源觸發(fā)信號(hào)并傳送給相連的子組合源的選定源。
圖1是一根傳統(tǒng)的臍帶式纜索的橫截面圖，所取的截面垂直于纜索的縱軸。
圖2是本發(fā)明的海洋地震勘探系統(tǒng)的較佳實(shí)施例的簡(jiǎn)化頂視圖。
圖3是本發(fā)明的數(shù)字化臍帶式纜索的一個(gè)較佳實(shí)施例的橫截面圖，所取截面垂直于纜索的縱軸。
圖4是本發(fā)明的系統(tǒng)的又一個(gè)實(shí)施例的部分透視圖，它包括一個(gè)空氣槍，一根含有供氣管的臍帶，一個(gè)信號(hào)傳輸元件，一個(gè)捆在一起的加固件，一個(gè)接在信號(hào)傳輸元件和空氣槍之間的源控制組件，一個(gè)把空氣槍與臍帶連在一起的局部加固件和局部供氣管。
圖5是本發(fā)明的較佳實(shí)施例中使用的轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器的透視圖，表示如何使用轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器來(lái)連接圖3所示的臍帶式纜索。
圖6是在圖5所示的轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器僅帶有一根臍帶式纜索時(shí)，該連接器的透視圖，表示能夠讓空氣流過(guò)該轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器的方式。
圖7是說(shuō)明本發(fā)明的源控制組件和在其工作期間信號(hào)流入流出組件的方式的方框圖。
參考圖2說(shuō)明本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)較佳實(shí)施例。圖2所示的海洋地震勘探系統(tǒng)包括船21，它拖著長(zhǎng)條形物體27和分組為子組合地震源33、35、37、39的一個(gè)組合地震源。長(zhǎng)條形物體27包含許多水中地震檢波器(沒(méi)有畫出來(lái))。子組合地震源33、35、37、39中的每一個(gè)又含有一個(gè)或多個(gè)海洋地震源59(它可以是空氣槍或其它常用的海洋地震源)。雖然圖2所示的每個(gè)子組合源中含有三個(gè)地震源，但是應(yīng)該認(rèn)為每個(gè)子組合源中可以含有任何數(shù)目的地震源。子組合源33通過(guò)主臍帶23、連接器49、附屬臍帶41，和船21相連。類似地，子組合源35通過(guò)主臍帶23、連接器51、附屬臍帶43，和船21相連，子組合源37通過(guò)主臍帶25、連接器53、附屬臍帶45，和船21相連;子組合源39通過(guò)主臍帶25、連接器55、附屬臍帶47，和船21相連。
臍帶23、25、41、43、45、47中的每一個(gè)都含有一條供氣管和一個(gè)加固件。連接器49、51、53、55都允許空氣從主臍帶流向附屬臍帶。船21帶有一個(gè)壓縮空氣源(沒(méi)有畫出來(lái))，由它通過(guò)臍帶向各子組合源供氣。
子組合源33、35、37、39中的每一個(gè)都含有一個(gè)用來(lái)支承相應(yīng)的地震源的普通型式的漂浮元件61，和用來(lái)使子組合源中的這些源保持在靠近水面相互離開(kāi)選定距離的位置上的任何附屬硬件(圖2中沒(méi)有畫出來(lái))。最好用繩索或類似的東西(圖2中沒(méi)有畫出來(lái))將地震源和附屬硬件懸掛在漂浮元件61上。
每個(gè)子組合源含有一個(gè)源控制組件57。每個(gè)源控制組件57含有接收和貯存從船體傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)的電路，產(chǎn)生使子組合源中的每個(gè)地震源觸發(fā)點(diǎn)火的源觸發(fā)信號(hào)的電路，接收由子組合源的源內(nèi)或源附近的傳感器所測(cè)得的信號(hào)，把這些測(cè)得的信號(hào)數(shù)字化，并送給傳輸線路以送回船體的電路。源控制組件的這種結(jié)構(gòu)和工作方式將在以后參考圖7作更為詳細(xì)的討論。
在一個(gè)較佳實(shí)施例中(下面將參考圖3來(lái)討論)，臍帶23、25、41、43、45、47中的每一個(gè)都含有一個(gè)或多個(gè)信號(hào)傳輸元件，用來(lái)在船和選定的源控制組件之間傳送數(shù)字信號(hào)(諸如來(lái)自放在子組合源附近的傳感器的數(shù)據(jù)，或者來(lái)自船體的組合源結(jié)構(gòu)信號(hào))，通過(guò)采用信號(hào)多路傳輸技術(shù)以及使每根臍帶中信號(hào)傳輸元件的數(shù)目減到最小，降低每根臍帶的尺寸和成本。最好對(duì)每個(gè)子組合源提供一個(gè)單獨(dú)的信號(hào)傳輸元件。
在另一個(gè)較佳實(shí)施例中(也將在以后更為詳細(xì)地討論)，在船和源控制組件之間通過(guò)一條諸如微波線路或超高頻無(wú)線電系統(tǒng)那樣的傳輸線路來(lái)轉(zhuǎn)送數(shù)字信號(hào)。
在主臍帶23的一端裝有掃雷器29(它可以是常用的那種)，以控制與主臍帶23相連的子組合源33、35的向后偏離的位置?？梢钥吹?，主臍帶在掃雷器29和連接器49之間的那部分不必含有供氣管。因而，主臍帶23的供氣管只需從船體延伸到連接器49。主臍帶在掃雷器29和連接器49之間的那部分僅需包含一個(gè)加固部件，以及用來(lái)給掃雷器提供控制信號(hào)的任何信號(hào)傳輸元件。類似地，在主臍帶25的一端裝有掃雷器31(它可以是常用的那種)，以控制與主臍帶25相連的子組合源37、39向后偏離的位置?？梢岳斫猓嘤诨蛏儆趦蓚€(gè)的子組合源可以通過(guò)一根附屬臍帶和一個(gè)相應(yīng)的連接器連接到主臍帶23、25中的任一個(gè)上。位于主臍帶一端的掃雷器使我們能夠控制每一個(gè)用(主臍帶與附屬臍帶之間的)連接器連在該主臍帶上的子組合源向后偏離的位置，在下面將參考圖4、圖5討論的較佳實(shí)施例中，它們之間沒(méi)有相對(duì)移動(dòng)。
圖3是適宜用作圖2系統(tǒng)的主臍帶或附屬臍帶的一種臍帶的較佳實(shí)施例的橫截面圖，其參考號(hào)碼為100。臍帶100含有一個(gè)圍住空腔101的內(nèi)襯102(它可以用尼龍做成)。空氣可以通過(guò)空腔101流動(dòng)。因而，下文有時(shí)把空腔101與內(nèi)襯102合起來(lái)稱為“供氣管”。內(nèi)襯102的外面包有一層加固材料104(它可以用E.I.Dupont De Nemours and Company制造的KEVLAR纖維做成)。在加固材料104外面包有外皮106(它可以用聚乙烯做成)。在外皮106外面包有一層加固層108以增加抗拉強(qiáng)度。加固層108最好如圖3所示的那樣由兩層或兩層以上的金屬鎧裝組成，不過(guò)，也可以使用任何具有足夠強(qiáng)度且大小合適的其它構(gòu)件。在加固層108外面再包一層最好由尿烷做成的外保護(hù)套110。在空腔101內(nèi)放著細(xì)長(zhǎng)的信號(hào)傳輸元件112。信號(hào)傳輸元件包含一根中央導(dǎo)線116和外同軸導(dǎo)線114。作為圖3所示實(shí)施例的一種變型，放在空腔101中用來(lái)作為信號(hào)傳輸元件的是一對(duì)雙絞金屬導(dǎo)線或一根光導(dǎo)纖維。
在另一個(gè)較佳實(shí)施例中，用作本發(fā)明的系統(tǒng)中的主臍帶和附屬臍帶的那些臍帶與臍帶100基本相同，只是在其供氣管中沒(méi)有放置信號(hào)傳輸元件。在這個(gè)較佳實(shí)施例中，通過(guò)由一對(duì)適當(dāng)?shù)倪b測(cè)接口(下面將參考圖7來(lái)說(shuō)明)發(fā)送和接收微波或無(wú)線電波，在船和源控制組件之間傳輸信號(hào)。
在又一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)的主臍帶和附屬臍帶具有圖4所示的形式。圖4所示的臍帶150包括供氣管151，信號(hào)傳輸元件152，加固件154，并且最好使用緊固件或類似的東西(圖4中沒(méi)有畫出來(lái))使這三個(gè)元件基本上互相平行且緊靠成一捆。信號(hào)傳輸元件152可以是一根同軸電纜(如圖4所示)，一根纖維光纜，或一對(duì)雙絞金屬導(dǎo)線，這由它們?cè)谑袌?chǎng)上可否買到來(lái)選擇。用一根鋼索做加固件154(如圖4所示)是適宜的。
圖4中的源控制組件200與信號(hào)傳輸元件152相連，并且連到局部信號(hào)傳輸元件160的一端。局部信號(hào)傳輸元件的另一端與空氣槍162相連。來(lái)自船體的源控制信號(hào)經(jīng)過(guò)元件152傳送給源控制組件200。來(lái)自放置在空氣槍162內(nèi)或其附近的傳感器(圖4中沒(méi)有畫出來(lái))的信號(hào)通過(guò)局部傳輸元件160傳送給源控制組件200。按照來(lái)自該傳感器的信號(hào)以及來(lái)自船體的源控制信號(hào)，在組件200中產(chǎn)生源觸發(fā)信號(hào)(其產(chǎn)生方式將在下面參考圖7進(jìn)行討論)，并通過(guò)局部傳輸元件160傳送給空氣槍162。
局部加固件164把空氣槍162和加固件154連接起來(lái)。由連接器156接在供氣管151上的局部供氣管158從供氣管151向空氣槍162供氣。
可以理解，可以用類似的方法把多個(gè)空氣槍或其它地震源接在供氣管151和加固件154上，構(gòu)成一個(gè)子組合源。通過(guò)類似于160的局部信號(hào)傳輸元件，可以把多個(gè)空氣槍(或其它地震源)與源控制組件200相連。還應(yīng)理解，希望用浮標(biāo)懸掛組合源，使子組合源定位在靠近水面附近。
供氣管151以及加固件154上可以隨意地連接多個(gè)子組合源。在這種情況下，加固件154上還捆有類似于每個(gè)子組合源的信號(hào)傳輸元件152的信號(hào)傳輸元件，它與屬于每個(gè)子組合源的源控制組件相連。
在本發(fā)明使用圖3所示的那種臍帶的一個(gè)較佳實(shí)施例中，子組合源中的每個(gè)地震源通過(guò)一根局部供氣管和一個(gè)局部加固件(它可以類似于圖4中所示的那些局部加固件)和相應(yīng)的拖動(dòng)臍帶相連。最好把每一個(gè)局部加固件都用螺栓固定在或者縛在一個(gè)框架上，再把這框架懸掛在一個(gè)漂浮物體或浮標(biāo)上?？梢园衙總€(gè)局部供氣管直接和相應(yīng)臍帶的供氣管相連，或者先和一個(gè)多分支管路相連，再將該多分支管路與相應(yīng)的臍帶相連。在后一種情況下，多分支管路(其可以從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的多分支管路中選擇)從臍帶向局部供氣管分送壓縮空氣。
在使用圖3所示的臍帶的較佳實(shí)施例中，和圖4中所示的實(shí)施例一樣，每個(gè)子組合源的一個(gè)單獨(dú)的源控制組件與相應(yīng)臍帶的信號(hào)傳輸元件相連，在使用數(shù)據(jù)傳輸線路(代替與臍帶相連的信號(hào)傳輸元件)的較佳實(shí)施例中，每個(gè)源控制組件通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線路與船體通訊，并通過(guò)每個(gè)地震源的局部信號(hào)傳輸元件與子組合源中的各個(gè)地震源通訊。
在使用上述任一種臍帶的實(shí)施例中，可以在長(zhǎng)條狀物體27內(nèi)或緊靠著它放置一個(gè)子組合源。在這樣的實(shí)施例中，使子組合源的源控制組件與船相連的臍帶放在長(zhǎng)條狀物體之內(nèi)，或者用螺栓固定在該長(zhǎng)條狀物體旁邊。通過(guò)把子組合源安放得緊靠著長(zhǎng)條狀物體內(nèi)的第一組水中地震檢波器，使相應(yīng)的那組水中地震檢波器和子組合源之間始終保證零偏離關(guān)系。如果使用圖3所示的那種臍帶，那么其供氣管和信號(hào)傳輸元件最好加在長(zhǎng)條狀的拖索上(“引入線”)，并且從長(zhǎng)條狀物體的一端把上述子組合源插入長(zhǎng)條狀物體中。
在使用圖3所示的臍帶的那種圖2實(shí)施例的變型中，最好使用圖5和圖6所示的轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器170，把各個(gè)附屬臍帶連在相應(yīng)的主臍帶上。圖5和圖6是轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器170的兩個(gè)透視圖。在圖5中，附屬臍帶171通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器170與主臍帶172連接。轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器170包括雙叉式元件173、氣室174、管道175和176(僅在圖6中畫出)。管道175和176中的每一個(gè)均與氣室174牢固地互相共線連接，并且它們中的每一個(gè)與元件173可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連，以使氣室174可以相對(duì)于元件173繞管道175、176的公共軸轉(zhuǎn)動(dòng)。元件173、氣室174和管道175、176中的每一個(gè)都有一個(gè)中央通道。這些通道互相連接，使得氣體可以通過(guò)該通道從臍帶172流向臍帶171。圖6中畫出了氣室174的中央通道177。
氣室174有兩個(gè)端部178和181。它們將臍帶172的兩個(gè)部分以一定的方式連接起來(lái)，以使高壓空氣可以從臍帶172內(nèi)部的供氣管179沒(méi)有嚴(yán)重泄漏地流向中央通道177。元件173的端部180連到臍帶171的一端，以使空氣可以從元件173沒(méi)有嚴(yán)重泄漏地流向臍帶171內(nèi)部的供氣管(沒(méi)有畫出來(lái))。
圖3所示臍帶的這種簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，使我們可以用轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器170既快又省地把任何兩根這樣的臍帶連接起來(lái)。采用轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器，使我們可以使用各種各樣的子組合源結(jié)構(gòu)。在主臍帶的供氣管中，為每個(gè)子組合源放置一條單獨(dú)的信號(hào)傳輸元件的實(shí)施例中，一個(gè)給定的子組合源的信號(hào)傳輸元件可以容易地穿過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器的中央通道進(jìn)入相連的附屬臍帶。
參考圖7描述本發(fā)明的源控制組件的結(jié)構(gòu)和工作方式。源控制組件57適于放在含有地震源59的子組合海洋地震源附近的水域中。該子組合源中的其它源與源控制組件相連的方式，和地震源59一樣。傳感器212(它可以是一個(gè)水中地震檢波器，一個(gè)測(cè)量鄰近地震源的深度的深度傳感器，或者一個(gè)監(jiān)測(cè)提供給源59的空氣的壓力的氣壓傳感器)放置在源59附近的水中?？拷植抗夤?圖7中沒(méi)有畫出來(lái))裝有供氣關(guān)閉閥214(通常，是一個(gè)電磁閥)，它裝在源59上，并按照來(lái)自組件57的電控制信號(hào)控制通過(guò)局部供氣管的空氣流量。在船21上配置了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)190和遙測(cè)接口192。
通路196代表源控制組件57和船21上的設(shè)備之間的信號(hào)流。備有一個(gè)包括船21上的遙測(cè)接口192和組件57中的遙測(cè)接口194的遙測(cè)通訊線路(諸如一個(gè)微波或超高頻無(wú)線電系統(tǒng))。在使用微波通訊線的實(shí)施例中，遙測(cè)接口192、194最好各有一個(gè)拋物線天線。在另一個(gè)實(shí)施例中，船21和組件57之間的信號(hào)流是由諸如纖維光纜、同軸電纜、或雙絞金屬導(dǎo)線那樣的信號(hào)傳輸元件傳輸?shù)摹Ｔ谔岬降娜我粚?shí)施例中，數(shù)據(jù)總線220(它可選自傳統(tǒng)式的，諸如Ethernet或別的適當(dāng)?shù)牡貐^(qū)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)總線)把遙測(cè)接口192和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)190連接起來(lái)。數(shù)據(jù)總線230(它也可以用傳統(tǒng)式的，諸如VME總線)把遙測(cè)接口194和組件57的其余元件連接起來(lái)。
裝在船21上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)190產(chǎn)生源控制信號(hào)，它包含諸如所要求的組合源結(jié)構(gòu)和組合源中各個(gè)源的點(diǎn)火時(shí)間等信息，并對(duì)操作者提出的技術(shù)要求作出反應(yīng)。然后，把這些源控制信號(hào)傳送給選定的某個(gè)源控制組件。另外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)190產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)并把它們傳送給源控制組件，并且它還需要從每個(gè)組件得到數(shù)字化數(shù)據(jù)。從組件收到的數(shù)字化數(shù)據(jù)貯存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)190中?；蛘哂捎?jì)算機(jī)系統(tǒng)190發(fā)送給一個(gè)單獨(dú)的地震記錄單元(沒(méi)有畫出)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)190最好有能力(在陰極射線管單元上或者作為打印顯示)不僅顯示各個(gè)的和總合的地震源信號(hào)的時(shí)域與頻域，而且顯示各地震源的發(fā)展過(guò)程記錄。
遙測(cè)接口194接收由遙測(cè)接口192發(fā)送的來(lái)自計(jì)算機(jī)系統(tǒng)190的數(shù)字信號(hào)，并把它們提供給微處理器202。數(shù)據(jù)總線230把隨機(jī)存取存貯單元204與微處理器202以及組件57的其它元件連接在一起。從傳感器212來(lái)的模擬數(shù)據(jù)(由參考號(hào)232代表)以及從放在地震源59內(nèi)的傳感器來(lái)的模擬數(shù)據(jù)(由參考號(hào)234代表)提供給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器206，在那里這些數(shù)據(jù)被濾波、放大和數(shù)字化?？刂茊卧?08通過(guò)數(shù)據(jù)總線230與微處理器202連接，按照微處理器202的指令產(chǎn)生源觸發(fā)信號(hào)(由參考號(hào)236代表)，并將該源觸發(fā)信號(hào)提供給地震源59，控制單元208還按照微處理器202的指令產(chǎn)生供氣控制信號(hào)(由參考號(hào)238代表)，并將該供氣控制信號(hào)提供給供氣電磁閥214。
自檢單元210最好包括一個(gè)測(cè)量該組件內(nèi)部電源(沒(méi)有畫出來(lái))電壓的電壓傳感器，一個(gè)測(cè)量該組件內(nèi)部壓力的壓力傳感器，以及一個(gè)用于內(nèi)部組件診斷的脈沖信號(hào)發(fā)生器。
在工作時(shí)，來(lái)自船21上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)190的源控制信號(hào)由遙測(cè)接口194接收并提供給微處理器202，該源控制信號(hào)含有關(guān)于所要求的組合源結(jié)構(gòu)和一次給定發(fā)射的點(diǎn)火時(shí)間的信息(術(shù)語(yǔ)“發(fā)射”表示一個(gè)特別選定的組合源中的全部地震源的一次特定的點(diǎn)火)。還由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)190向微處理器202(以及該系統(tǒng)的所有其它的源控制組件)提供時(shí)鐘信號(hào)，以使與各個(gè)微處理器相連的子組合源同所有其它子組合源同步點(diǎn)火。還從模/數(shù)轉(zhuǎn)換器206的輸出端向微處理器202提供來(lái)自傳感器(諸如傳感器212以及放在地震源59內(nèi)的傳感器)的數(shù)字信號(hào)。
在兩次發(fā)射之間，微處理器202對(duì)每個(gè)需要產(chǎn)生源觸發(fā)信號(hào)的源(產(chǎn)生的方式是使這些源觸發(fā)信號(hào)同時(shí)觸發(fā)點(diǎn)火該子組合源中的所有源)確定相應(yīng)的時(shí)間調(diào)整量。來(lái)自傳感器212(以及類似的與其它源相連的傳感器)的關(guān)于子組合源中每個(gè)地震源附近的水中真實(shí)壓力的數(shù)據(jù)，在微處理器中與提供給每個(gè)地震源點(diǎn)火線路的電流數(shù)據(jù)(由一個(gè)放在地震源內(nèi)的適當(dāng)傳感器所測(cè)量)進(jìn)行相關(guān)處理，計(jì)算每個(gè)源的時(shí)間調(diào)整量。
從與該組件相連的傳感器接收來(lái)的數(shù)據(jù)被濾波、放大、貯存，并通過(guò)傳輸線路傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)190。這樣的數(shù)據(jù)最好包括關(guān)于子組合源狀態(tài)的信息，諸如內(nèi)部地震源時(shí)間傳感器信號(hào)，鄰近范圍的水中地震檢波器信號(hào)(來(lái)自鄰近子組合源的地震源的水中地震檢波器)，接線狀態(tài)信息(指明該組件是與主機(jī)聯(lián)機(jī)的，還是脫機(jī)的，還是備用的)，在微處理器中產(chǎn)生的點(diǎn)火時(shí)間調(diào)整量，每個(gè)源的有效點(diǎn)火時(shí)間，關(guān)于源的點(diǎn)火失靈或不希望的自發(fā)點(diǎn)火的信息，供氣關(guān)閉閥的狀態(tài)，以及內(nèi)部電子檢驗(yàn)的狀態(tài)。
源控制組件57的上述結(jié)構(gòu)使每個(gè)子組合源中的各個(gè)源使用船上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)190同使用微處理器202一樣，有同樣的控制靈敏度。這種控制能力保證側(cè)向沿著地震線具有連貫的源信號(hào)。源信號(hào)中不希望有的側(cè)向變化可能被錯(cuò)誤地解釋為所調(diào)查的地下結(jié)構(gòu)的地質(zhì)狀態(tài)有變化。
應(yīng)當(dāng)理解這里所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的概念，而不應(yīng)該把這些實(shí)施例當(dāng)作對(duì)本發(fā)明的限制。這里描述的方法和裝置可以在不偏離本發(fā)明的精神下，在所附的權(quán)利要求
范圍內(nèi)進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一個(gè)用于調(diào)查水下區(qū)域的海洋勘探系統(tǒng)，包括一只船；至少一個(gè)海洋地震源；一根具有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，并且包含一根第一供氣管的第一臍帶；各地震源用的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管。每個(gè)這樣的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管都有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，每個(gè)所說(shuō)的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管的第一端與相應(yīng)的地震源連在一起，而所有局部供氣管的第二端與第一臍帶相連，其連接方式允許氣體從該第一臍帶流向該局部供氣管；一個(gè)適于放在水中，且與局部信號(hào)傳輸元件的第二端相連的第一源控制組件，該第一源控制組件能夠?yàn)槊總€(gè)源產(chǎn)生一個(gè)源控制信號(hào)，并把任何選定源的該源觸發(fā)信號(hào)傳送給相應(yīng)的局部信號(hào)傳輸元件；以及一個(gè)能夠在船和第一源控制組件之間傳送數(shù)字信號(hào)的第一傳輸線路。2、權(quán)利要求
1的系統(tǒng)還包括一個(gè)由船拖著的，含有許多水中地震檢波器的長(zhǎng)條形物體，其中所說(shuō)的第一臍帶這樣安裝，使至少有一個(gè)海洋地震源和第一源控制組件定位在至少一個(gè)水中地震檢波器附近。3、一個(gè)用于調(diào)查水下區(qū)域的海洋勘探系統(tǒng)，包括一只船;由至少一個(gè)海洋地震源組成的一組海洋地震源;一根具有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，并且包含一根第一供氣管的第一臍帶;各地震源用的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管，每個(gè)這樣的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管都有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，每個(gè)所說(shuō)的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管的第一端與相應(yīng)的地震源相連，而所有局部供氣管的第二端與第一臍帶相連，其連接方式允許氣體從第一臍帶流向該局部供氣管;一個(gè)適于放在水中，且與局部信號(hào)傳輸元件的第二端相連的第一源控制組件，該第一源控制組件能夠?yàn)槊總€(gè)源產(chǎn)生一個(gè)源觸發(fā)信號(hào)，并把任何選定源的該源觸發(fā)信號(hào)傳給相應(yīng)的局部信號(hào)傳輸元件;一個(gè)與第一臍帶相連的第一轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器;一根具有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，并且包含一根第二供氣管的第二臍帶，該第二臍帶的第一端與該第一轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器相連;以及一個(gè)能夠在船和第一源控制組件之間傳送數(shù)字信號(hào)的第一傳輸線路。4、權(quán)利要求
3的系統(tǒng)還包括一個(gè)和第一臍帶相連的第二轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器;一根具有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，并且包含一根第三供氣管的第三臍帶，該第三臍帶的第一端與第二轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器相連;由至少一個(gè)適于放在水中的地震源組成的第二組地震源;以及第二組中各地震源用的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管，每個(gè)所說(shuō)的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，每個(gè)所說(shuō)的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管的第一端與第二組中不同的地震源相連，而所有與第二組源相連的局部供氣管的第二端與第三臍帶相連，其連接方式允許空氣從該第三臍帶流向該局部供氣管。5、權(quán)利要求
1或3的系統(tǒng)還包括一個(gè)與第一臍帶的第一端相連的掃雷器。6、權(quán)利要求
5的系統(tǒng)，其中第一傳輸線路還能夠從船體向該掃雷器傳送掃雷器控制信號(hào)，并且該掃雷器適合于由該掃雷器控制信號(hào)控制。7、權(quán)利要求
1或3的系統(tǒng)還包括一個(gè)定位在某個(gè)地震源附近的傳感器;以及一個(gè)能把該傳感器產(chǎn)生的信號(hào)傳送給源控制組件的信號(hào)傳輸元件。8、一個(gè)海洋地震組合源，包括至少一個(gè)海洋地震源;一根具有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，并且包含一根第一供氣管和一個(gè)第一信號(hào)傳輸元件的第一數(shù)字式臍帶;各地震源用的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管，每個(gè)所說(shuō)的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，每個(gè)所說(shuō)的局部信號(hào)傳輸元件的第一端和相應(yīng)的地震源相連，而所有局部供氣管的第二端與第一供氣管相連;一個(gè)第一源控制組件，連接到該第一信號(hào)傳輸元件和該局部信號(hào)傳輸元件的第二端，按照第一信號(hào)傳輸元件提供的控制信號(hào)，為每個(gè)源產(chǎn)生一個(gè)源觸發(fā)信號(hào)，并把任何選定源的該源觸發(fā)信號(hào)送給相應(yīng)的局部信號(hào)傳輸元件。9、權(quán)利要求
8的組合源還包括一條包含許多水中地震檢波器的長(zhǎng)條形纜索，其中所說(shuō)的第一數(shù)字式臍帶這樣安裝，使至少有一個(gè)地震源和第一源控制組件定位在至少一個(gè)水中地震檢波器附近。10、權(quán)利要求
8的組合源，其中第一信號(hào)傳輸元件放在第一供氣管里面。11、一個(gè)海洋地震組合源，包括至少一個(gè)海洋地震源;一根具有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，并且包含一根第一供氣管和一個(gè)第一信號(hào)傳輸元件的第一數(shù)字式臍帶;一個(gè)裝在該第一數(shù)字式臍帶的第一部分和第二部分之間的第一轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器，它有一個(gè)第一主通道以及一個(gè)可與第一主通道交換流體的第一局部通道，所說(shuō)的第一轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器和該第一數(shù)字式臍帶相連，以便由該第一主通道供給流體，并且允許該第一信號(hào)傳輸元件經(jīng)過(guò)該第一轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器，從該第一數(shù)字式臍帶的第一部分延伸至該第一數(shù)字式臍帶的第二部分;一根具有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，并且含有一根第二供氣管和一個(gè)第二信號(hào)傳輸元件的第二數(shù)字式臍帶，所說(shuō)的第二數(shù)字式臍帶的第一端和所說(shuō)的第一轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器相連，以便由所說(shuō)的第一局部通道供給流體，并且允許該第二信號(hào)傳輸元件經(jīng)過(guò)所說(shuō)的第一轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器從該第二數(shù)字式臍帶延伸出去，和第一信號(hào)傳輸元件相連;各地震源用的局部信號(hào)傳輸元件和適于氣體流過(guò)的局部供氣管，每個(gè)所說(shuō)的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，每個(gè)所說(shuō)的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管的第一端與相應(yīng)的地震源相連，而所有局部信號(hào)傳輸元件的第二端與所說(shuō)的第二數(shù)字式臍帶相連，其連接方式允許氣體從第二數(shù)字式臍帶流向每個(gè)局部供氣管;以及一個(gè)接在第二信號(hào)傳輸元件和局部信號(hào)傳輸元件之間的第一源控制組件，按照從第二信號(hào)傳輸元件收到的控制信號(hào)，為每個(gè)源產(chǎn)生一個(gè)源觸發(fā)信號(hào)，并且把任何選定源的該源觸發(fā)信號(hào)傳送給相應(yīng)的局部信號(hào)傳輸元件。12、權(quán)利要求
11的組合源還包括一個(gè)裝在該第一數(shù)字式臍帶的第三部分和第四部分之間的第二轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器，所說(shuō)的第二轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器有一個(gè)第二主通道和一個(gè)可與第二主通道交換氣體的第二局部通道，所說(shuō)的第二轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器和該第一數(shù)字式臍帶相連，以便由該第二主通道供給流體，并且允許該第一信號(hào)傳輸元件經(jīng)過(guò)第二轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器，從第一數(shù)字式臍帶的第三部分延伸至該第一數(shù)字式臍帶的第四部分;一根具有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，并且包含一根第三供氣管和一個(gè)第三信號(hào)傳輸元件的第三數(shù)字式臍帶，所說(shuō)的第三數(shù)字式臍帶的第一端和所說(shuō)的第二轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器相連，以便由所說(shuō)的第二局部通道供給流體，并且允許第三信號(hào)傳輸元件經(jīng)過(guò)所說(shuō)的第二轉(zhuǎn)動(dòng)式T形連接器，從該第三數(shù)字式臍帶延伸出來(lái)，和第一信號(hào)傳輸元件相連;由至少一個(gè)海洋地震源組成的第二組海洋地震源;第二組中各地震源用的局部信號(hào)傳輸元件和適于氣體流過(guò)的局部供氣管，每個(gè)所說(shuō)的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管有一個(gè)第一端和一個(gè)字二端，每個(gè)所說(shuō)的局部信號(hào)傳輸元件和局部供氣管的第一端與相應(yīng)的地震源相連，而所有的局部供氣管的第二端(其第一端和第二組中的地震源相連)與第三數(shù)字式臍帶相連，其連接方式允許氣體從第三數(shù)字式臍帶流向所說(shuō)的局部供氣管;一個(gè)第二源控制組件，按照第三信號(hào)傳輸元件提供的控制信號(hào)，為第二組中的每個(gè)源產(chǎn)生一個(gè)源觸發(fā)信號(hào)，并把第二組中任何選定源的該源觸發(fā)信號(hào)傳送給相應(yīng)的局部信號(hào)傳輸元件。13、權(quán)利要求
11的組合源，其中第一信號(hào)傳輸元件放在第一供氣管里面。14、權(quán)利要求
8或11的組合源還包括與第一數(shù)字式臍帶的第一端相連的一個(gè)掃雷器。15、權(quán)利要求
8或11的海洋地震組合源還包括一個(gè)裝在某一地震源附近的傳感器;以及一個(gè)信號(hào)傳輸元件，能把該傳感器接收的信號(hào)傳送給與所說(shuō)的那個(gè)源相連的源控制組件。16、權(quán)利要求
14的組合源，其中該第一信號(hào)傳輸元件與該掃雷器相連，以便可以通過(guò)該第一信號(hào)傳輸元件把掃雷器控制信號(hào)傳送給該掃雷器。17、一種使用一只船和許多海洋地震源的海洋地震勘探方法，包括如下步驟從船體輸送一個(gè)數(shù)字化的源控制信號(hào)給放在海洋地震源附近的一個(gè)源控制組件;按照該源控制信號(hào)，在該源控制組件中為一個(gè)選定組中的每個(gè)源產(chǎn)生一個(gè)源觸發(fā)信號(hào);以及按照該源觸發(fā)信號(hào)使選定的海洋地震源觸發(fā)點(diǎn)火。18、權(quán)利要求
17的方法還包括如下步驟產(chǎn)生一個(gè)壓力信號(hào)，表示至少一個(gè)海洋地震源附近的外部壓力;以及按照該壓力信號(hào)校正所說(shuō)的源觸發(fā)信號(hào)，以使每個(gè)源的實(shí)際源點(diǎn)火時(shí)間與所要求的源點(diǎn)火時(shí)間之間的誤差為最小。19、權(quán)利要求
18的方法還包括如下步驟將該壓力信號(hào)數(shù)字化;以及將該數(shù)字化的壓力信號(hào)傳送給船體。20、權(quán)利要求
17的方法還包括如下步驟對(duì)于每個(gè)源的點(diǎn)火，產(chǎn)生一個(gè)表示該點(diǎn)火發(fā)生時(shí)間的點(diǎn)火信號(hào);以及按照該點(diǎn)火信號(hào)校正所說(shuō)的源觸發(fā)信號(hào)，以使每個(gè)源的實(shí)際源點(diǎn)火時(shí)間與所要求的源點(diǎn)火時(shí)間之間的誤差為最小。21、權(quán)利要求
20的方法還包括如下步驟將該點(diǎn)火信號(hào)數(shù)字化;以及將該數(shù)字化的點(diǎn)火信號(hào)傳送給船體。22、權(quán)利要求
17的方法，其中所說(shuō)的那些地震源通過(guò)一條臍帶由船拖著，并且所說(shuō)的源控制信號(hào)由船體通過(guò)一個(gè)放在該臍帶內(nèi)的信號(hào)傳輸元件送給源控制組件。23、權(quán)利要求
17的方法還包括如下步驟將選定的某一個(gè)海洋地震源點(diǎn)火;對(duì)于每個(gè)源的點(diǎn)火，產(chǎn)生一個(gè)表示該點(diǎn)火發(fā)生時(shí)間的點(diǎn)火信號(hào);將該點(diǎn)火信號(hào)數(shù)字化;以及將該數(shù)字化的點(diǎn)火信號(hào)傳送給船體。
專利摘要
海洋地震勘探系統(tǒng)和方法，使用許多海洋地震源、源控制組件和傳輸線路。在每個(gè)源控制組件中，利用放在子組合源中各個(gè)源內(nèi)或源附近的傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生源點(diǎn)火時(shí)間調(diào)整量和源觸發(fā)信號(hào)，并把該源觸發(fā)信號(hào)提供給子組合源中選定的源，使其觸發(fā)點(diǎn)火。子組合源通過(guò)含有加固件和供氣管的臍帶式纜索拖在勘探船后面，主臍帶上可以連接許多附屬臍帶，每條附屬臍帶拖著一個(gè)子組合源。為控制子組合源向后偏離的位置，最好在主臍帶末端裝一個(gè)掃雷器。
文檔編號(hào)G01V1/02GK86102257SQ86102257
公開(kāi)日1986年10月15日 申請(qǐng)日期1986年3月4日
發(fā)明者格登·羅伯特·馬西森, 迪維·雷蒙德·洋格, 比利·約·普羅普斯特 申請(qǐng)人:?？松a(chǎn)研究公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan