CN101680961A - 用于有效获取宽方位角被拖曳拖缆地震数据的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于海洋地震勘测的技术，包括方法和装置。在一方面，该方法包括在大致为曲线的前进路径上拖曳包括源和多条拖缆的地震散布设备，其中拖缆被主动操控。源发射并在曲线上获取数据。在另一方面，该方法是只利用单艘船执行的或者大致为曲线的前进路径是正弦曲线前进路径。在另一方面，该方法可以包括双圆形发射。而且，在另一方面，本发明包括由安装在拖船上的计算装置构成的装置，该计算装置从海洋地震拖缆接收定位数据。它还编程成：使拖船在大致为曲线的前进路径上行驶并主动地操控海洋地震拖缆通过大致为曲线的前进路径。

Description

用于有效获取宽方位角被拖曳拖缆地震数据的方法

对相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求标题为“Methods forEfficiently Acquiring Wide-Azimuth Towed Streamer Seismic Data”、以发明人Nicolae Moldoveanu和Steven Fealy的名义于2007年5月17日提交的美国临时申请序列号No.60/938,547(代理人案号594-25633-PRO)的优先权。

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求标题为“Methods forEfficiently Acquiring Wide-Azimuth Towed Streamer Seismic Data”、以发明人Nicolae Moldoveanu和Steven Fealy的名义于2007年8月31日提交的美国临时申请序列号No.60/969,203(代理人案号594-25633-PRO3)的优先权。

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求标题为“Methods forEfficiently Acquiring Wide-Azimuth Towed Streamer Seismic Data”、以发明人Nicolae Moldoveanu和Steven Fealy的名义提交的美国临时申请序列号No.60/966,534(从2007年8月9日提交的美国申请序列号No.11/836,675转换而来，其请求书是于2007年8月31日提交的)(代理人案号594-25633-US-PRO2)的优先权。

本申请根据35 U.S.C.§120要求标题为“Methods for EfficientlyAcquiring Wide-Azimuth Towed Streamer Seismic Data”、以发明人Nicolae Moldoveanu和Steven Fealy的名义于2007年8月9日提交的美国申请序列号No.11/836,675(代理人案号594-25633)的优先权，该申请转换成其请求书于2007年8月31日提交的美国临时申请序列号No.60/966,534(代理人案号594-25633-US-PRO2)。

技术领域

本发明涉及海洋地震数据获取方法的领域。更具体地，本发明涉及用于实现高质量、拖曳阵列(towed-array)海洋地震勘测的方法。

背景技术

海洋地震获取勘测(marine seismic acquistion survey)一般涉及拖曳至少一条地震拖缆(streamer)通过水体的一艘或多艘船，其中所述水体被认为是位于一个或多个碳氢化合物承载地层的上面。如受益于本公开物的本领域技术人员将理解的，“海洋”勘测不仅可以在咸水环境下执行，而且也可以在淡水和半咸水中执行。如在本领域环境下所使用的，术语“海洋”不限于咸水。

WesternGeco L.L.C.目前进行了高分辨率的Q-MARINE^TM勘测，在有些实例中覆盖了很多平方公里。利用WesternGeco所拥有的校准的Q-MARINE^TM源，称为Q-TECHNOLOGY^TM船的勘测船可以进行拖曳多条1,000m-10,000m线缆的地震勘测，其中线缆的交叉线间隔(crossline separation)为25m-50m。“Q”是针对改进的储藏(reservoir)位置、描述和管理的先进地震技术的WesternGeco所拥有系列。对于关于Q-MARINE^TM的附加信息，完全校准的点接收器海洋地震获取与处理系统，以及Q-Land^TM和Q-Seabed^TM，见http://www/westerngeco.com/q-technology.

在世界上的许多地区，位于结构复杂地区的碳氢化合物储藏即使利用先进的拖曳阵列获取方法也可能不能充分地示出。例如，马来西亚的浅但结构复杂的St.Joseph储藏产生油和气，但其位于勘测与成像具有很多挑战的地区。强流动、无数障碍和基础结构与困难的近地面条件结合在一起，可能会阻碍传统的勘测尝试，从而成像错误的储藏砂层、盐丘及其它地质特征。

为了在具有成像与后勤挑战组合的区域中实现高密度的勘测，可以使用高轨迹密度和近间隔拖缆。但是，除非拖缆操控(steering)设备是密切监视和控制的，否则这将会造成拖缆线缆与相关联设备的缠绕和损坏的可能。宽方位角拖曳拖缆(wide-azimuth towed streamer)勘测数据一般是利用多艘船获取的，例如：一艘拖缆船和两艘源船；两艘拖缆船和两艘源船；或者一艘拖缆船和三艘源船。为了获取宽或丰富方位角的勘测数据，可以想像包括拖缆、拖缆船及源船的许多可能的海洋地震散布设备(marine seismic spread)。

几种宽或丰富方位角的技术对本领域是已知的。Cole，R.A.等人的“A circular seismic acquisition technique for marine threedimensional surveys”，Offshore Technology Conference，OTC 4864，May 6-9，1985，Houstion，Texas描述了用于获取围绕海底盐丘的三维海洋勘测数据的同心圆发射(shooting)策略。另一种技术是由Cole，R.A.等人在1988年SET会议上给出的论文“Three dimensional marinedata acquisition using controlled streamer feathering”中描述的，其中提出了重叠圆的获取。当次地下特征(如盐丘)已知的时候，同心圆技术可能是有用的。相对于传统的获取，重叠圆技术可以提高获取效率。

尽管用于海洋地震数据获取与处理的先进技术的Q系列可以提供对于许多储藏管理判定所期望的具体图像，包括获取宽和/或丰富方位角数据的能力，但以较少成本获取更高质量海洋地震数据或者在增加方位角和偏移的多样性的同时增加交叠是海洋地震行业的不变的目标，而且将被看作是本领域的发展。

本发明针对克服，或者至少减少，以上所阐述的一个或多个问题的影响。

发明内容

在第一方面，本发明包括一种方法，包括：在海底地质区域(sub-sea geologic region)上在大致为曲线的前进路径中拖曳包括一个源和多条海洋地震拖缆的海洋地震散布设备，其中海洋地震拖缆包括多个声音接收器；主动地操控海洋地震拖缆通过大致为曲线的前进路径；使源发射，同时在大致为曲线的前进路线中拖曳海洋地震散布设备；及在大致为曲线的前进路径中利用接收器记录来自海底地质特征的反射。

在第二方面，本发明包括一种方法，基本上包括：使单艘船行驶，其在海底地质区域上在大致为曲线的前进路径中拖曳海洋地震散布设备，其中海洋地震散布设备包括一个源和一组海洋地震拖缆，而海洋地震拖缆包括多个声音接收器；主动地操控海洋地震拖缆通过大致为曲线的前进路径；使源发射，同时在大致为曲线的前进路径中拖曳海洋地震散布设备；及在大致为曲线的前进路径中利用接收器记录来自海底地质特征的反射。

在第三方面，本发明包括一种方法，包括：在海底地质区域上在正弦曲线的前进路径中拖曳包括一个源和一组海洋地震拖缆的海洋地震散布设备，其中海洋地震拖缆包括多个声音接收器；及在在该正弦前进路径中行进的同时获取地震数据。

在第四方面，本发明包括一种方法，包括：在海底地质区域上在第一圆形路径中拖曳包括第一个源和第一组海洋地震拖缆的第一海洋地震散布设备，其中海洋地震拖缆包括多个声音接收器；并在海底地质区域上在第二非重叠的圆形路径中拖曳包括第二个源和第二组海洋地震拖缆的第二海洋地震散布设备，其中海洋地震拖缆包括多个声音接收器；及在沿大致为曲线的前进路径行进的同时获取地震数据。

在第五方面，本发明包括一种装置，包括：拖船；海洋地震拖缆的阵列；及安装在拖船上的计算装置。阵列中的每条拖缆都包括：地震线缆；沿线缆长度位于线缆上的多个接收器；及多个操控设备。该计算设备从海洋地震拖缆接收定位数据并被编程以：使拖船在海底地质区域上在大致为曲线的前进路径中行驶；并主动地操控海洋地震拖缆通过大致为曲线的前进路径。

为了提供对本发明某些方面的基本理解，以上给出了本发明的简化概述。这个概述不是本发明的详尽概观。它并不意图确定本发明的关键或决定性元件，或者刻画本发明的范围。其唯一的目的就是要以简化的形式给出一些概念，作为随后讨论的更具体描述的前序。

附图说明

可以获取本发明目标及其它期望特征的方式在以下描述和附图中解释，在附图中：

图1是本发明第一实施方式的平面、俯视示意图；

图2是在发射与记录勘测期间，被图1的实施方式中大致为圆形的行驶路线所覆盖的勘测区域的平面图的计算机化再现；

图3是本发明第二实施方式的平面、俯视示意图；

图4是说明根据本发明一种方法用于1000mx1000m地下区域的偏移和方位角分布的计算机再现；

图5是说明利用本发明方法获取的针对特定地震数据库的交叠、偏移和方位角分布的计算机显示屏的打印；

图6-图9是本发明其它可选实施方式的平面、俯视示意图；

图10A和图10B说明了本发明的另一种实施方式，它在收集四维(“4D”)或者时延海洋地震数据中是有用的；

图11是本发明一种实施方式的平面或俯视示意图，其中通常的前进路径是正弦形曲线或正弦曲线；

图12是与图1所给出路径对称的正弦曲路线径的平面图；

图13是两条正弦曲线组合的另一个平面图；

图14A-14B示出了为覆盖整个勘测区域而在x-方向移动了DX(图14A)并在y-方向移动了DY的正弦曲线(图14B)；

图15是为覆盖部分勘测区域而分别在x-和y-方向移动了DX和DY的几条正弦曲线的计算机模拟；

图16A-16B说明了在将另一艘源船添加到拖缆船以获取正弦曲线的情况下的其它可能的配置；

图17说明了拖缆船上的源可以装备双源阵列，s1和s2；但是用于正弦曲线发射几何结构的典型源配置是单个源阵列；

图18-图19说明了本发明的某些优点；

图20说明了从源到接收器的测量到的实际偏移对额定偏移之间的比率；

图21绘出了从正弦曲线获取几何结构生成的一系列库(bin)的偏移方位角分布；

图22是用于正弦曲线获取的向量偏移分量；

图23是采用圆形发射的本发明另一种实施方式的平面、俯视示意图；及

图24A-24B示出了例如可以用在本发明某些方面中的机架安装式计算机系统。

尽管本发明容许各种修改和可选形式，但其特定实施方式已经通过示例在附图中示出并在这里进行了具体描述。但是，应当理解，这里对特定实施方式的描述不是要将本发明限定到所公开的特定形式，相反，本发明是要覆盖落在属于由所附权利要求定义的本发明范围内的所有修改、等价物和可选方式。

具体实施方式

以下将描述本发明的一个或多个特定实施方式。特别指出本发明不是要限定到在此所包含的实施方式与说明，本发明还包括属于以下权利要求范围的那些实施方式的修改形式，包括实施方式的部分及不同实施方式的要素的组合。应当理解，在任何这种实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，必须作出很多特定于实现方式的决定，以实现开发者的特定目标，例如与系统相关和商业相关的约束相符合，这种约束可能是随着实现方式的不同而变化的。此外，还应当理解，这种开发投入可能是复杂而耗时的，但勿庸置疑，它仍然是受益于本公开物的那些普通技术人员进行设计、制作和制造的例行任务。除非明确地指示为“关键的”或者“必需的”，否则本申请中没有什么被认为是对于本发明关键或必需的。

现在将参考附图描述本发明。各种结构、系统与设备在附图中示意性地示出，这仅仅是为了解释的目的，因此不会用本领域技术人员众所周知的那些细节来混淆本发明。勿庸置疑，附图被包含以便描述和解释本发明的说明性例子。

在此所使用的词汇和短语应当理解和解释为具有与相关领域中技术人员对那些词汇和短语理解一致的意思。这里相一致地使用的术语或短语并不暗示术语或短语的特定定义，即与本领域技术人员所理解的普通和习惯意思不同的定义。对于术语或短语意图具有特定含义，即除本领域技术人员所理解的含义以外的含义，这种特定的定义将明确地在说明书中以直接并不含糊地为该术语或短语提供特定定义的明确方式来阐述。

本发明涉及用于有效获取海洋地震数据的方法，其中“效率”可以被认为是更成本有效的，其中使用了较少的地震资源，还利用最小的海洋地震设备提供了改进的地震成像。例如，如以下将更充分地解释的，尽管在其它实施方式中也可以使用附加的源船，但有些实施方式可以只采用一艘船。可以利用本发明获取比利用到目前为止所采用的基于平行获取几何概念的技术所获取的方位角勘测更丰富的方位角勘测。

在此所公开的技术可能特别适用于获取宽和/或丰富方位角海洋地震数据，并且在穿过大致为曲线的前进路径的同时获取这种数据，其中路径可以表征为线圈图案式或路径。当在俯视图中观看时，本发明中有用的特定前进路径可以类似于重叠的圆，就像在被弄平的线圈中一样。与传统的线性勘测相比，利用这种技术进行发射勘测的时间可能更长。如果利用通常平行行驶的4艘船配置可以获取相同的勘测，则所需的总时间可以更短。但是，多艘船进行海洋地震数据获取的总成本更高，且多艘船不是总可用的。

本发明方法的独特特征是每次发射的方位角都在改变。这排除了所获取方位角的冗余性。相反，传统的海洋获取是基于暗示方位角冗余性的平行获取几何结构。通过添加额外的船或者通过利用不同的交叉线偏移重复勘测，可以利用传统平行几何结构获取更宽的方位角。但是，这两种选项都增加了地震勘测的成本。

尽管根据本发明可以采用源拖船和拖缆拖船的许多配置，但根据在此所公开的技术，利用拖曳多条拖缆的单艘拖缆船和最少一个源阵列，可以获取丰富或宽方位角的拖曳拖缆海洋地震勘测。在特定的实施方式中，该方法包括采用定位装置或系统(例如基于卫星的系统)定位拖缆和/或源、一个或多个拖缆操控设备、一个或多个源阵列操控设备和/或一个或多个噪声衰减装置或系统。称为Q-MARINE^TM并在以下进一步讨论的一种合适的系统，包括这些特征并且在本发明的方法中可能是有用的。

现在转向附图，图1描述了在实践根据本发明的一种方法中有用的第一实施方式10。图1描述了地震源6的大致为曲线的前进路径或行驶路线和大致为圆形的拖缆4，如在粗黑线中所示。在这种实施方式中，拖缆4和宽或丰富方位角源6是被相同的船8拖曳的，但这不是必须的。换句话说，拖缆4通常遵循具有半径R的圆形行驶路线2，其中R的范围可以从大约5,500m到7,000m或者更大。

行使路线或路径2并不是真正的圆形，因为一旦第一圈基本上完成，散布设备(spread)10将在y-方向(垂直)稍微移动值DY，如在图2中所说明的。散布设备还在x-方向(水平)移动值DX。应当指出，“垂直”和“水平”是关于绘图平面定义的。至少由于以下特征，这对于例如使用商标Q^TM的源船和使用商标Q-MARINE^TM的海洋地震数据获取系统是可能的：精确的定位系统；拖缆操控；及由于单个传感器获取和精细采样的先进噪声衰减能力。但是，应当指出，其它传统的海洋地震散布设备和船也可以使用，只要它们可以被充分地控制即可。可以使用的海洋地震散布设备的一个例子是实心拖缆(solid streamer)。

图2是在发射和记录勘测期间被图1地震散布设备和方法的大致为圆形的行驶路线所覆盖勘测区域俯视图的计算机化再现，其中从一个圆到另一个圆的移位在垂直方向是DY，而在水平方向是DX。在图2中，应当指出，几个大致为圆形的行驶路线2(只示出了一个)覆盖勘测区域。在这个例子中，当第一个大致为圆形的行驶路径2完成时，船8(在图1中示出)在垂直方向沿切线移动特定距离DY，并开始新的大致为圆形的路径2。直到在垂直方向到达勘测边界，可以获取几个大致为圆形的曲路线径2。然后可以类似的方式获取新的一系列大致为圆形的路径2，但原点在水平方向移动了DX。这种发射方式继续，直到勘测区域被完全覆盖。

用于实践本发明中方法的设计参数包括圆的半径R，该半径是散布宽度及期望的覆盖交叠的函数；DY，y-方向的滚动；DX，x-方向的滚动。DX和DY是拖缆散布宽度和要获取的期望覆盖交叠的函数。圆的半径R可以比在转向时所使用的半径更大，而且是拖缆散布宽度的函数。半径R的范围可以从大约5km到大约10km。在一种特定的实施方式中，半径R的范围是从6km到7km。

在给定区域所获取的总公里数依赖于圆的半径R和值DX与DY。利用在此所公开的线圈发射技术所获取的总发射数随着增加的半径R而增加。DX和DY的范围可以从大约0.5W到大约2W，或者从大约0.5W到大约W，其中W是拖缆散布宽度。其中DX＝DY＝W的特定实施方式给出了表面接收器覆盖的连续性。其中DX＝DY＝0.5W的特定实施方式给出了地下中点覆盖的连续性。DX和DY的值可以相同或不同，而且每个的范围都可以从大约500m到大约1200m或者更多。DX和DY的值可以基于勘测目标而选择。例如，对于开发类型的勘测，DX和DY应当小于用于勘探勘测的值。而且，由于DX和DY确定源采样，因此处理需求应当在设计勘测时考虑。

本技术包括其中拖缆拖船和其它船顺时针或逆时针行进的方法。一个方向不比另一个方向有本质的优点，且顺时针对逆时针方向可以在每个新扫描开始时作为水流(current)的函数进行选择。通常，因为浪费时间，所以从一个圆到另一个圆改变方向是不实际的(例如，顺时针，然后逆时针)。

图3是本发明第二实施方式20的平面、俯视示意图。在这种实施方式中，沿大致为圆形的前进路径或线圈路径2’拖曳源6’的源拖船12与拖缆拖船8结合使用，其中拖缆拖船8沿其自己大致为圆形的前进路径或线圈路径2拖曳源6和拖缆4。源拖船12的一种可能位置在图3中等于R-dR的半径处示出。

图6示出了第三实施方式30，其中没有示出拖船，包括在与源6相同的大致为圆形的前进路径2上行进的第二个源6’，其中源6与拖缆船关联。源6’位于拖缆4后面特定的间隔或距离I，I不是关键的，但可以从大约0.5L到2.0L或者更多，其中L是拖缆长度。

用于获取丰富和/或宽方位角拖曳拖缆勘测的本发明各种实施方式的方法的两个可能优点在图4和图5中示出。如在图4的计算机再现中所示出的，收集丰富的方位角和偏移分布，并获取非常高的交叠，如在图5中显而易见的，计算机屏幕显示的拷贝指示本发明丰富的结果。

另一种可能性是拖缆拖船和至少一个源拖船遵循大致闭合的曲线，如在图7中示意性示出的。船本身在图7中没有示出，只示出了它们通常的前进路径。拖缆拖船在大致闭合的曲线上前进，穿过以下点：A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、G、K、E、L、C、M、A。拖缆拖船在点A开始并返回到同一个点。一旦完成第一条路径，散布设备就可以从点A在x-方向移动特定距离DX并在y-方向移动DY，并开始新的曲线，如在图8中示意性示出的。图8是被DX和DY距离隔开的两条闭合曲线的例子。第二条路径的路线点是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、1。

闭合曲线可以作为一系列切线圆生成，如在图9中示意性示出的。在这种线圈发射获取的方法中，拖缆拖船行进1/2圆并移动到下一个圆(“图8”图案)，直到到达勘测界限。然后，船将在相反的方向行进，以获取另一个半圆。下一系列的圆将在x-方向和y-方向分别移动DX和DY。闭合曲线在一个方向的范围及在一个区域所获取的闭合曲线的总数依赖于勘测尺寸。

本发明的方法可以在4D或时延海洋地震数据获取中使用。考虑一种获取发射图案，如在图10A中所示出的。初始勘测(或基线)是利用非常“紧的”曲线发射图案获取的(三维或四维基线)。这种发射图案导致宽或丰富的方位角数据。这种地震数据是非常精细采样的，而且提供了良好的基线勘探勘测。时延勘测的目标是确定在储藏中由于碳氢化合物产生而发生的变化。因此，在特定的实施方式中，仅需要获取足够的地震数据来监视储藏中的变化，而不需要像勘探勘测中那样使用时延地震来解释地质情况。

因此，尽管有必要具有重复的覆盖，但不需要再次进行所有先前的获取行进(traverse)。根据本发明的这个方面，后续的时延勘测可以利用更松的曲线发射图案获取，其中线圈覆盖先前的获取轨迹，但没有那么多。这在图10B中示出，其中虚线曲线代表没有重复的来自图10A基线勘测的行进。这使得能够以用于4D或时延分析的成本有效方式使用宽或多方位角获取。与匹配所获取新线圈图案的原始数据集的子集相比，对时延的数据处理可以重复。

为了进一步理解本技术及其实现方式，现在将给出对海洋地震散布设备的更具体讨论。如以上所提到的，所说明的实施方式采用Q^TM和Q-MARINE^TM技术。如在此所使用的，“Q^TM”是WesternGeco所拥有的增强储藏位置、描述和管理的先进地震技术的系列。如在此所讨论的，“Q-MARINE^TM”系统指被WesternGeco采用的海洋地震散布设备，其具有精确的定位系统、拖缆操控、及先进的噪声衰减能力。

总的来说，在所说明的实施方式中，通过来自拖缆操控设备的受控操控，拖缆被操控通过它们大致为曲线的前进路径。每个地震声音接收器的位置是在转向通过声音网络的过程中确定的，所述声音网络可以是或者可以不是整个拖缆长度的声音网络。这种控制拖缆运动并在转向过程中确定接收器位置的能力允许海洋地震队以提高的效率收集有价值的储藏和地质数据。

在拖缆系统的讨论中，如在此所使用的：

·“宽和/或丰富方位角地震勘测”意思是在一系列(或全部)角度上获取海洋地震数据，其中从源到接收器的直线产生真正的北。该短语包括全方位角地震勘测。

·“组(cluster)”意思是多个(即，多于一个)一起使用的类似部件。

·“地音探听器”意思是用于在地震获取过程中(陆地、海洋或者过渡区域环境)检测处于粒子运动形式的地震能量的设备。

·“水中听音器”的意思是用于在海洋地震获取过程中检测处于水下压力改变形式的地震能量的设备。

·“多部件”指包括两个或更多个间隔很近的(在感兴趣的一部分最小波长中)地震传感器的地震数据传感器的组合，其中的地震传感器例如水中听音器、地音探听器、加速计或者水中听音器的压力梯度配置。例如，“4C”指从水中听音器与三个正交取向的地音探听器或加速计组合而得到的特定类型的多部件地震数据。

·“操作性地连接”意思是为了发送或传导信息、力、能量或物质的直接或间接连接。

许多拖缆配置在本发明中都是可用的，包括传统的单部件拖缆和多部件拖缆。本发明中可用的一组拖缆系统是在受让者的已公开的美国专利申请No.20060239117 A1中所描述的那些，所述专利于2006年10月26日公开，并包含在以下。这个公开的专利申请描述了用于获取地震数据的拖缆系统，该系统包括多个第一线缆部分和至少一个第二线缆部分，每个第一线缆部分都在其中采用第一传感器配置，而第二线缆部分操作性地连接到一个或多个第一线缆部分并在其中采用第二传感器配置。

在拖缆系统的特定实施方式中，每个第一线缆部分都具有基本上相同的长度，且每个第二线缆部分都具有基本上小于第一线缆部分的长度的长度。第一线缆部分可以操作性地串联连接，以便基本上定义单个拖缆。在这种实施方式中，单个拖缆可以包括至少一个与第一线缆部分操作性连接的第二线缆部分。因此，所述一个或多个第二线缆部分可以设置到单个拖缆中第一线缆部分的上游，或者设置到单个拖缆中两个第一线缆部分之间。可选地，单个拖缆可以包括至少一个与一个或多个第一线缆部分操作性并联连接的第二线缆部分。因此，例如，单个拖缆可以包括与一个或多个第一线缆部分并联连接的三个第二线缆部分。

应当理解，在实践本发明的方法时，多个拖缆可以操作性地并联连接，以便基本上定义一个拖缆阵列。拖缆阵列可以包括至少一个第二线缆部分，其中每个第二线缆部分都与单个拖缆中的多个第一线缆部分操作性地串联连接。因此，每个串联连接的第二线缆部分都可以设置到单个拖缆中对应的第一线缆部分的上游，或者设置到单个拖缆中两个第一线缆部分之间。可选地，这种拖缆阵列可以包括至少一个第二线缆部分，其中每个第二线缆部分都操作性地与拖缆并联连接。因此，每个第二线缆部分都可以设置到两个拖缆之间，从而例如基本上定义微型拖缆(mini-streamer)。

本发明中可用的拖缆系统的特定实施方式可以采用适于在感兴趣频率带的上部(例如具有在大约20Hz到大约125Hz范围内的频率)测量地震数据的第一传感器配置。这些实施方式还可以采用适于在感兴趣频率带的下部(例如具有在大约2Hz到大约20Hz范围内的频率)测量地震数据的第二传感器配置。本领域技术人员应当理解，20Hz用作分隔“上”频率部分或带与“下”频率部分或带的代表性阈值频率。因此，短语“大约20Hz”意思是20Hz+/-适当的余量(例如，10Hz)。

在本发明中可用的拖缆系统的其它特定实施方式中，第一传感器配置可以包括传统的水中听音器分布，而第二传感器配置可以包括一个或多个多部件传感器。更特别地，第一传感器配置可以包括多个沿每个第一线缆部分纵向分布的水中听音器。因此，第一传感器配置可以包括纵向隔开的水中听音器，或者它可以包括纵向隔开的水中听音器组。

在其中第一传感器配置采用水中听音器组的特定实施方式中，水中听音器组可以布置成定义压力梯度配置。水中听音器组可以具有彼此之间不超过大约3.125m的纵向间隔。水中听音器组每个都可以包括至少两个横向隔开的水中听音器。因此，每个水中听音器组都可以包括三个或更多具有相对短的横向间隔(例如彼此之间不超过大约4-10cm的横向间隔)的水中听音器。可选地，第一传感器配置可以包括根据第一间隔距离纵向分布的多个水中听音器，而第二传感器配置可以包括根据基本上与第一间隔距离不同的第二间隔距离纵向分布的多个水中听音器。因此，例如，第一间隔距离可以是大约3.125m、6.25m或者12.5m。而第二间隔距离可以位于大约1.5m至大约3m的范围内。

在本发明中可用的拖缆系统的其它可用实施方式中，第一传感器配置可以在其中包括一个或多个粒子运动传感器，例如粒子速度传感器、压力梯度传感器、加速计或者这些传感器的组合。而在本发明中可用的拖缆系统的其它特定实施方式中，第二传感器配置可以在其中包括一个或多个粒子运动传感器。因此，粒子运动传感器可以包括粒子速度传感器、压力梯度传感器、加速计及其组合中的至少一个。可选地，第二传感器配置可以包括一个或多个水中听音器。因此，例如，第二传感器配置可以包括多个纵向隔开的水中听音器组。在特定的实施方式中，这些组可以被大约1.5m至大约3m范围内的间隔距离隔开。

用于实现本发明各种实施方式的源实际上可以是本领域中已知的任何地震源。源可以是传统的脉动类型源，例如气枪，或者是传统的挥动源。如以上所提到的，一种实施方式采用Q^TM和Q-MARINE^TM技术，如以上所提到的，这种技术包括校准的Q-MARINE^TM源。但是，本发明没有这样的限制。

为了进一步理解在此所公开的技术，现在将给出对海洋地震散布设备的控制和定位元件的讨论。在以下关于控制散布设备和定位其各种元件的讨论中，术语或短语：

·“不需要散布设备重复曾经行进过的路径”意思是本发明的方法和系统不需要海洋地震散布设备重复特定路径来获取宽和/或丰富方位角地震勘测数据。

·“散布设备”和短语“地震散布设备”在这里可互换地使用，其意思是一起使用来进行海洋地震数据获取勘测的所有部件，包括船、车辆及拖曳的对象(包括线缆、源和接收器)。

·“位置”，当用作名词时，比“深度”或者单独的横向(水平)移动更广，并且意图与“空间关系”同义。因此，“垂直位置”包括深度，但还包括与海床的距离或者潜入水中或半潜入水中对象或具有潜入水中部分的对象之上或之下的距离。当用作动词时，“定位”意思是使得位于期望的位置、状态或空间关系。该术语还可以包括取向，例如旋转取向、斜度、偏航角等。

·“控制”，用作及物动词，意思是通过与标准或期望值进行比较来验证或调节。控制可以是闭合的循环、反馈、前馈、级联、模型推测、自适应、启发及其组合。

·“控制器”意思是至少能够实时或接近实时地从传感器和仪表接受输入、并将命令直接发送到船操控子系统并可选地发送到散布设备控制元件的设备和/或能够接受命令的与散布设备控制元件关联的局部设备。控制器还能够从操作员接受输入；访问数据库，例如关系数据库；将数据发送到数据库、数据仓库或数据中心并访问其中的数据；及将信息发送到人可读的显示设备和从其接受输入。控制器还可以与一个或多个软件应用程序模块实现接口或集成到其中，还可以监督数据库与一个或多个软件应用程序模块之间的交互。

·“PID控制器”意思是利用比例、积分和导数特征的控制器，如这里进一步解释的。在有些情况下，导数图案可能不使用或者其影响显著减少，使得控制器可以被看作是PI控制器。控制领域的技术人员还应当认识到，依赖于如何执行离散化(discretization)，PI和PID控制器存在已有的变化。这些PI、PID和其它控制器已知的和可以预见的变化被认为在实践本发明的方法和系统时是可用的。

·“散布设备控制元件”意思是可以控制并能够使散布设备部件垂直、水平或者垂直及水平地改变坐标并且可以被或者可以不被远程控制的散布设备部件。

·“控制位置”、“位置可控制”、“远程控制位置”和“操控”在这里通常是可互换使用的，但本领域技术人员将认识到“操控”常常指遵循确定的路径，而“控制位置”、“位置可控制”、“远程控制位置”既可以指操控，也可以仅仅指保持位置。在本发明的环境下，“控制位置”意思是我们使用至少一个跟踪点位置并将其与预先策划的路径进行比较，以便给出对船操控元件的操控命令。

·“实时”意思是没有任何超过数据流部件的生成数据流所需最小的附加延迟而发生的数据流。它暗示在数据流中信息的存储和该信息的检索之间没有大的间隙。可能还有进一步的需求，即数据流部件要足够快地生成数据流，以便使得利用它们的控制决定能够被足够早地有效地作出。

·“接近实时”意思是数据流以某种方式延迟了，以便允许使用对称滤波器的结果计算。一般来说，利用这种类型数据流作出的决定用于对实时决定的增强。实时和接近实时的数据流都在决定线中的下一个处理接收到它们之后立即使用。

·短语“船操控子系统”意思是能够生成到达例如船舵、推进器等的船操控元件的命令以便实现地震拖船的预期运动的任何设备或部件的集合。在有些实施方式中，船操控子系统可以包括船跟踪计算机和/或自动操控仪。在其它实施方式中，船操控子系统可以绕过传统的跟踪和自动操控功能，而且可以仅仅是船舵控制器和/或船推进器控制器(这些实施方式可以称为利用控制器“直接操控船”)。还有在其它实施方式中，所有这些部件(跟踪计算机、自动操控仪、船舵控制器和推进器控制器)都可以采用。

在此所公开的方法可以与传统的散布设备控制设备一起使用。这些设备包括源操控设备和拖缆操控设备。这种设备常常是散布设备的一部分并被船拖曳。例如，源基准点通常必须在目标的10m交叉线(cross line)内，以便具有将源关于交叉线移动10m能力的源操控设备移动源基准，使其更靠近目标。

本发明的方法可以结合于2005年3月5日提交的、受让人的共同未决美国专利申请No.11/122,646(公开的专利申请No.20060256653，于2006年11月16日公开)中描述的所谓先进散布系统和方法中的一个，该申请在以下结合。在这些系统和方法中，海洋地震散布设备包括安装在船上的、用于在通常地震散布设备元件前面的至少一个位置测量水流速度向量的至少水平分量的声学多普勒水流计，还包括适于使用所测量的水流速度向量的至少水平分量来控制地震散布设备元件位置的控制器。该控制器可以在散布设备元件遇到船前面的所测量水流之前或者在散布设备元件通过测量水流的点或位置时控制位置。

所述系统可以包括地震散布设备，该地震散布设备包括例如拖船、追逐船、工作船的一艘或多艘船，一个或多个地震源及一条或多条被拖船拖曳的地震拖缆。拖缆与源可以被分开拖曳，或被同一艘船拖曳，且声学多普勒水流计可以安装到追逐船、工作船、自动化潜水器(“AUV”)或拖船上，只要它能够提供期望的数据并可以包括用于产生至少一个束(为水平且向前状或者具有可用的向前状水平分量)的换能器，并可适于在拖船前面的点测量水流速度向量即可。控制器可以通过给予散布设备控制元件(例如偏转装置、可操控的探测器等)的命令来控制所有或一些散布设备元件的位置。可选地，安装在船上的声音多普勒水流计可以是运动补偿的。

在本发明系统和方法中可用的控制器的细节可以变化。本发明中可用的一种PID控制器可以数学表示为：

u(t)＝K_p[e(t)+1/T_i·∫e(t)dt+T_d·è(t)]              (1)

其中：

∫≡求积分；

è(t)≡时间导数；

u(t)≡控制器输出，提供给例如已知为具有商标Robtrack/STS500的跟踪控制设备，或者前进到自动操控仪；

e(t)≡想要的(计划的，参考)和测量的(当前位置，y)值之间的差；

T_d≡用于描述算法的导数部分的常量(该导数部分可以过滤掉，以避免导出高频率)；

T_i≡用于描述算法积分部分的常量；及

K_p≡比例增益常量。

在s平面中(Laplace)，PID控制器可以表示为：

H_r(s)＝K_p[1+1/T_is+T_ds/(1+T_fs)]           (2)

其中，

s≡s平面中的变量；及

T_f≡描述算法的导数部分的过滤部分的常量。

为了离散化，可以采用多种变换，而且有些常量可能是或者可能不是有用的。例如，T_f常量在有些情况下可能不是必需的，但在其它情况下可能是特别有用的。作为一个离散化例子，可以使用z变换，意思是算法的积分部分可以通过使用以下形式的梯形模型来近似：

s＝(1-z_-1)/T                   (3)

而导数部分可以利用欧拉模型近似：

s＝2/T·(1-z_-1)/(1+z_-1)        (4)

其中T是采样时间。结果产生的离散模型于是可以直接在操控算法中使用。利用其它变换导出的其它离散模型在本发明中是可用的，而且对于具有普通技能的控制技术人员或控制工程师将是显而易见的。

模型预测控制(“MPC”)是一种用在多输入/多输出(“MIMO”)系统中的先进多变量控制方法。工业模型预测控制的概述可以在www.che.utexas.edu/～qin/cpcv14.html中找到。MPC计算一系列受控的变量调整量，以便优化所关注处理的进一步行为。在每个控制时刻k，MPC利用受控系统的模型解决动态优化问题，从而在预测界限n上优化进一步的行为(在时刻k+1、k+2、......、k+n)。这在时刻k+1、k+2再次执行。MPC可以使用任何导出的目标函数，例如二次性能目标等，包括受控变量和测量量的加权函数。

要被控制的处理和/或系统的动态特性在该处理和/或系统的明确模型中描述，该模型可以通过例如数学建模来获取或者从实际处理和/或系统的测试数据估计得到。确定要被控制的系统和/或处理的一些动态特性的一些技术包括步进响应模型、脉动响应模型及其它线性或非线性模型。精确的模型常常是不必要的。输入和输出约束可以包括在问题公式中，从而预期并避免进一步的约束违反，例如硬约束、软约束、设定点约束、漏斗约束、资本收益约束等。

可能很难明确地规定MPC控制方案的稳定性，而且在本发明的特定实施方式中，可能有必要使用非线性的MPC。在所谓的海洋多种散布设备的先进散布设备控制中，PID控制可以在强单变量循环中使用，而只有极少或者甚至没有问题作用，而且对于强互连的循环，可以使用一个或多个MPC的网络或者其它多变量的控制结构。此外，计算时间的考虑也可能是一个限制因素。有些实施方式可以采用非线性MPC。

如果使用的话，则前馈算法在最一般的意义上将是特定于任务的，意思是它们将特别设计成针对它们要设计解决的任务。这种特定的设计可能是难以设计的，但一些是通过使用更一般的算法实现的，例如具有给定增益和时间常量的一阶或二阶滤波器。

跟踪点的引入可以服务于至少两个目的。首先，它对我们希望部分散布设备遵循的跟踪给出了更灵活的解决方案。第二，如果其它装置用于控制源的位置，像绞盘或源偏转装置，则在许多情况下，船将具有“多余的”可用操控能力。这可能意味着通过移动源的尾部跟踪点，拖缆前端及因此接收器也可以比它们应当所处的更靠近，这可以帮助拖缆操控设备，例如可以从WesternGeco L.L.C.获取的那些已知具有商标Q-FIN的设备，实现它们的操控目标。

在特定的实施方式中，跟踪点将不是散布设备中的静态点，当时间改变时，水流可能在源操控目标的中心产生而跟踪点操控目标不能同时满足。在这些实施方式中，跟踪点可以动态或非动态地移动，直到两个目标都可以对于特定的间隙满足。情况也可能相反，即，具有过多的操控动力导致进一步朝着尾部移动跟踪点。如果跟踪点的移动在预定的距离之上，则用于控制器和前馈控制器的新的一组参数可以用来优化控制器的性能。

在此所讨论的控制系统和方法可以用在在此所公开的散布设备实施方式及其它散布设备配置中。例如，为了实现消除虚反的地震数据，有可能提供具有同伴地震拖缆的一条或多条地震拖缆，其中同伴地震拖缆以上/下方式拖曳。上/下地震拖缆对中地震拖缆之间的垂直距离可以从1m到50m或者更多。在一种特定的实施方式中，该垂直距离可以是大约5m。选定数量的水中听音器，或者安装在地震拖缆中或者在安装到地震拖缆上的设备之中或之上，可以在声音测距系统中用作接收器，并由此提供关于地震拖缆水平和垂直位置的信息。

为了在大致为曲线的前进路径或线圈路径中获取被拖曳的拖缆海洋地震数据，声音接收器的位置、拖缆操控和噪声衰减都是重要的因素。拖缆拖船和拖缆可以是来自WesternGeco的已知具有商标Q-MARINE^TM的系统的一部分。在这些系统中，拖缆可以具备用于精确位置确定的声音发射器和点接收器，采用固有的测距调制声学原理，如在以下结合的美国专利5668775(“’775专利”)中所教导的。

如在5668775专利中所教导的，拖缆发射器和点接收器可以构成完整拖缆长度的声音网络，其中声音频率的唯一散布设备频谱代码是由设置在拖缆中的多个声音发射器中的每一个发射的，所有频率都在发射和记录过程中被相同接收器检测到的地震频率内，且拖缆中的点接收器能够区分每个发射器的唯一代码。因此，对地震接收器的精确定位是可能的。传统的拖缆使用水中听音器阵列，例如每组12或18个水中听音器，它们以类似的方式总加在一起，然后被记录。

已知为Q-MARINE^TM的系统使用单个传感器或点接收器：它们都以例如每3m至4m一个的间隔设置在拖缆中，并被记录。所有的点接收器都将数据路由到计算机，其中应用数字滤波器，利用接收器非常精细的采样来进行线膨胀噪声和/或拖缆线缆噪声的非常有力的连贯的噪声衰减。在转向时，来自海洋水流的噪声可能更强，这是因为至少部分拖缆可能横穿水流。这是转向过程中不可能利用传统拖缆进行发射的一个原因。利用已知为Q-MARINE^TM的系统，噪声可以从每个点接收器非常好地衰减。此外，拖缆可以被操控设备操控到期望位置，如在此进一步描述的。

在大致为曲线的前进路径中的发射与记录是通过拖缆操控与声音定位网络及可选地在必要情况下通过来自拖缆中点接收器的数字滤波信号的噪声衰减的组合而成为可能的。此外，在线圈路径中获取被拖曳拖缆海洋地震数据的能力通过提供更丰富的方位角数据来提高数据的质量。

本发明的方法可以采用任何数量的散布设备控制元件，其可以包括一个或多个定向部件、能够移动并可能导致散布设备元件任何一个或多个在三维中(例如横向、垂直上、垂直下、水平及其组合)的直线或曲路线径移动的设备。术语和短语“探测器(bird)”、“线缆控制器”、“拖缆控制设备”及类似的术语和短语在此是可互换使用的，并指具有连接到其上或者其一部分的一个或多个控制表面的定向部件。

例如一般位于所选拖缆前端的“可操控前端偏转装置”(或者简单地“偏转装置”)及其它偏转部件(例如可以在地震源或源阵列前端采用的那些)可以在有些实施方式中充当定向部件，但它们主要是用于关于拖船的移动方向横向拉拖缆和操控源。单个拖缆之间的水平间隔的范围可以从10到大约200米。水平拖缆间隔在一个拖缆和其最近的邻居拖缆之间可以一致的。拖缆的水平和/或垂直控制可以由定向部件(未说明)来提供，其中定向部件可以是如在此解释的任何类型，例如可以在垂直和/或水平平面中提供力的小水翼或可操控探测器。

一种合适的定向部件是可以从WesternGeco L.L.C.获取的已知具有商标Q-FIN^TM并在美国专利No.6,671,223中所描述的设备，其中该专利描述了设计成可以与拖缆串行地电和机械连接的可操控探测器；另一种合适的设备是可以从位于Texas的Stafford的Input/Output公司获取的已知具有商标DIGIBIRD^TM的设备。也可以采用其它的拖缆定位设备，例如在美国专利3,774,570、美国专利3,560,912、美国专利5,443,027、美国专利3,605,674、美国专利4,404,664；美国专利6,525,992及EP专利公开No.EP 0613025中描述的设备。

用于实践本发明的方法的系统可以与外部世界(例如另一艘船或车辆、卫星、手持式设备、基于陆地的设备等)通信。根据系统所需的能量的量及就电池、燃料电池等而言系统能够本地存储的能量的量，实现其的方式可以改变。可以采用电池、燃料电池等，且无线通信可能是足够的。可选地或者附加地，可以有硬连线电力连接和硬连线通信连接到其它设备，而其它设备可以通过无线发射通信。

本发明的特定方法可以前馈方式利用现有的控制装置和方法来工作，以便不仅定位拖船，还定位地震源和拖缆。源和拖缆可以有效地通过使用GPS数据或者感测拖缆位置的其它位置检测器(例如，水下声音网络)来控制，或者其它装置(例如，罗盘)可以感测一条或多条单独的拖缆的取向并将这种数据馈送到导航和控制系统。在对一个或多个跟踪点大致定位与局部移动的同时，源的中心和/或拖缆前端中心可以通过控制一个或多个拖船来控制，精细控制可以在某个其它船上本地地或者在真正的远端位置上实现。

通过使用硬连线或无线的通信系统，船前面的环境信息可以发送到一个或多个本地控制器及用于每艘船的控制器。本地控制器又可以操作性地连接到散布设备控制元件，其中散布设备控制元件包括电动机或其它动力装置及连接到定向部件的制动器和耦合器(挡板，flap)，而且如果有的话，还有用于根据期望移动散布设备部件的可操控探测器。这又调整散布设备元件的位置，使得其根据期望移动。反馈控制可以利用依赖所使用的特定实施方式而适当定位的本地传感器来实现，该本地传感器可以通知本地和远端控制器一个或多个定向部件的位置、拖缆之间的距离、制动器的位置、电动机或液压缸的状态、可操控探测器的状态等。因此，计算机或操作员可以访问该信息并控制整个定位投入，并由此获取对地震数据获取处理的更好控制。

根据本发明，描述了用于获取海洋地震数据的方法，与当前采用的方法相比，该方法可能更加成本有效并且提供改进的地震成像。本发明的方法包括利用拖曳多条拖缆线缆的拖缆船(例如，单艘拖缆船，例如Q-TECHNOLOGY^TM拖缆船)，利用一个或单个校准的海洋地震源(在特定实施方式中是Q-MARINE^TM源)获取宽或丰富方位角数据(如在此所定义的，包括全方位角数据)，其中拖缆船和一个或多个源阵列经过大致为曲线的前进发射图案。在特定实施方式中，一个或多个源阵列可以经过比拖缆船小或大的曲线图案。

如在此所使用的，短语“大致为曲线的前进路径”意思是船和拖缆大致按曲线行进，而且在x和y方向中的一个或多个有前进，如以下进一步解释的。路径可以表示为线圈。曲线可以是圆形的、卵圆形的(包括一个或多个卵圆形)、椭圆形的(包括一个或多个椭圆)、图8的正弦曲线形的或者其它曲路线径。路径可以在同一的勘测内变化；例如，作为许多例子中的一个，勘测的第一部分可以遵循卵圆形路径，勘测的第二部分可以遵循椭圆形路径。此外，如参考图10A和图10B所解释的，对于时延地震，后续路径可以不同于第一或“基线”路径。

如在此所使用的，短语“拖船”包括拖缆拖船和源拖船；“拖缆拖船”意思是在有或者没有一个或多个地震源的情况下拖曳一条或多条地震拖缆线缆的船；而“源拖船”意思是在有或者没有一个或多个拖缆的情况下拖曳至少一个地震源的船。

本发明的方法包括其中在散布设备中有多于一条拖缆且拖缆之间的距离基本上被多个主动控制的拖缆操控设备保持的方法，拖缆操控设备例如可以从WesternGeco L.L.C.获取的具有商标Q-FIN^TM的那些拖缆操控设备，但本发明不限于这种特定类型的拖缆操控设备。

本发明方法的组合也可以实践，其中在大致为曲线的前进路径图案中进行发射与记录，并执行源和拖缆的定位，以获取宽和/或丰富方位角地震勘测，而不需要散布设备重复曾经行经过的路径。

本发明的方法包括其中分开的散布设备地震数据通过在一个或多个地震源路线上同时获取地震数据来获取的方法，包括其中一艘或多艘拖船的部署包括部署一艘拖缆拖船的实施方式，及包括在拖缆右舷部署一艘或多艘源拖船及在拖缆左舷(port)部署一艘或多艘源拖船的方法，其中右舷和左舷的距离或者相同或者不同，且所有船都在其自己大致为曲线的前进路径上行进。在某些方法中，大致为曲线的前进路径大致是圆形的且半径不同，其中半径的差值是已知的受控量。在某些其它方法中，大致为曲线的前进路径大致是正弦曲线，曲线的形状受设计参数的控制。

本发明的其它方法包括收集分开的散布设备海洋地震数据，包括在海底地质区域上在大致为曲线的前进路径中部署拖曳多条拖缆的拖缆拖船，并在一个或多个拖缆拖曳部件的右舷(或左舷)侧部署所有源拖船，以获取宽和/或丰富方位角地震勘测数据。这些方法的特定实施方式可以包括在拖缆的左舷(或右舷)且在前面部署两艘或更多艘源拖船，并在拖缆左舷(或右舷)且在后面部署两艘或更多艘源拖船。这些实施方式的变体采用利用相同源拖船的两个或更多个源。

本发明的其它方法包括利用一个或多个控制器单独地或者与其它控制器一起控制一艘或多艘源拖船和/或拖缆拖船。本发明的某些方法可以包括拖曳一艘或多艘拖缆拖船，其中拖缆在选自并排配置、上/下配置、“V”形配置、“W”形配置或某个其它配置的配置中被拖曳。

本发明的方法可以采用多条拖缆线缆，在某些实施方式中是4到12条拖缆线缆，其中拖缆的长度可以是从1000m到大约5km，拖缆之间的间距是从大约25到大约50m。本发明的方法包括采用所谓“分开的散布设备”系统的方法。这些实施方式将包括被动和/或主动的偏转部件，例如本领域中已知的可以从WesternGeco L.L.C.获取的MONOWING^TM偏转装置，及例如门类型偏转装置的其它偏转装置。

本发明用于获取丰富或宽方位角海洋地震数据的方法可以包括一个或多个接收器定位装置或系统、源定位装置或系统、一个或多个拖缆操控设备、一个或多个源阵列操控设备和/或噪声衰减装置或系统。已知为Q-MARINE^TM的系统包括这些特征并且在本发明的方法中是可用的。此外，本发明的所有方法都可以使用顺序的源发射，或者，可选地，两个或多个源可以被同时发射，其中源被编码成使得它们在数据解译过程中可以被区分开。对于同一个标称发射点间隔，与顺序发射相比，同时使两个或多个源发射可以减少对于每个源的发射时间间隔。

本发明的方法可以受益于控制一个或多个跟踪点位置的一个或多个控制器。跟踪点可以是海洋地震散布设备中的任何地方，例如但不限于源的中心、拖缆前端中心、拖缆后端中心、源中心与拖缆前端中心之间某个地方的跟踪点、多条拖缆的中心、任何一条拖缆的前端，等等。跟踪点可以在散布设备中动态或非动态地移动，以便优化给定的操控策略，尤其是在这里所讨论的在大致为曲线的前进(像线圈一样)路径中行进过程中的数据获取中更是如此。实际地，控制器可以是船操控子系统的一部分或者与操控子系统分开设置，而且当计算残差时可以使用一些或全部可用的信息，包括但不限于源和船位置、船的陀螺仪读数、船的罗盘读数、船速度日志、拖缆前端位置(如果存在拖缆)及历史的、实时的和未来的水流与风信息与预测，并且由此在计算船操控子系统的最优船操控路径中可以考虑这些信息。

在这里定义短语“船操控子系统”，并且如在定义中所解释的，其在本发明的各种实施方式中可以不同。控制器可用选自PI控制器、PID控制器(包括这些控制器任何已知或者可合理预见的变体)，并计算等于跟踪点三维(“3D”)坐标位置与预先规划轨迹之间差值的残差(residual)，可选地同水流与风测量值一起计算，以便产生由船操控子系统所使用的输入到船操控算法中的设定点。控制器可以连续或不连续地计算残差。本发明的其它可能实现方式是其中一个或多个控制器包括多个专用控制策略的实现方式，其中的控制策略例如选自前馈、级联控制、内部反馈环、模型预测控制、神经网络及Kalman滤波技术的策略。本发明的系统与方法可以在地震数据收集(包括3D和4D地震勘测)中使用。

本发明的方法可以包括使用地震散布设备，其中地震散布设备包括例如追逐船、工作船等的一艘或多艘其它船。拖缆和源可以被单独拖曳或者被相同的船拖曳。如果被单独的船拖曳，则可以采用两个控制器并计算两个残差。总的来说，控制器可以基于位置测量系统所报告的作为跟踪点的3D坐标位置来计算残差。尽管由于多种误差源(包括仪器测量误差)可能在所报告的3D坐标位置中有某种程度的误差，但即使有误差，跟踪点也可以通过大部分时间操控船来得到更好的控制。

本发明的方法可以可选地与其它系统和方法一起使用。例如，如果每个源的中心都是跟踪点，则可以从声音测距网络、GPS及其它位置传感器确定其3D坐标位置，而且由于地震队根据勘测计划书获知每个跟踪点假设要遵循的路径，因此针对每艘船操控算法，控制器至少可以使用该信息来计算残差，以及基于残差的一系列设定点，操控船返回特定于勘测的路径，或者确保要坚持的特定于勘测的路径。

根据本发明，利用包括多条拖缆的单艘拖缆船和最小的一个源阵列，也可以获取完全或宽方位角拖曳拖缆勘测结果。在某些实施方式中，该方法包括采用定位装置或系统(例如基于卫星的系统)、一个或多个拖缆操控设备、一个或多个源阵列操控设备和/或一个或多个噪声衰减装置或系统来定位拖缆和/或源。

图11代表拖缆船(未示出)所遵循的正弦曲路线径1100；T和A是控制曲线形状的参数。曲线的范围L及T和A参数是勘测设计参数。示意性地说明了在实践根据本发明的一种方法中可用的第一海洋地震散布设备的实施方式10，地震源6和拖缆4大致为曲线的前进路径或行驶路线是如由粗黑线所示出的大致正弦的曲线。在这种实施方式中，拖缆4和源6都被相同的船(未示出)拖曳。换句话说，拖缆4大致遵循具有幅值A和周期T的正弦曲线航行路线。

正弦曲线参数A和T是基于勘测大小、我们想要实现的发射密度和关于地震数据的噪声影响来确定的。如果T＝2A，则正弦曲线对应于一系列正切的半圆。正弦曲线的长度L一般小于或等于勘测维度(长度或宽度)。L的最小值等于2T。如果拖缆完成沿正弦曲线的路径，则它可以在图12中所示出的对称正弦曲线中平滑地继续。

沿两条对称正弦曲线的正向和反向路径在图13中示出。实心的正弦路径是拖缆船在一个方向遵循的，而对称的虚线正弦曲线是拖缆船在相反方向遵循的。路线点是：1、2、3、4、5、6、7、8、9(正向)和10、11、12、13、14、15、16、17、18(反向)。

散布设备还可以在x-方向(水平)移动值DX。至少由于以下特征：精确的定位系统；拖缆操控；及由于单传感器获取和精细采样的先进噪声衰减能力，利用如已知具有商标Q^TM的源船和已知具有商标Q-MARINE^TM的海洋地震数据获取系统，这是可能的。

图14A-14B是在发射与记录勘测期间的时间内被地震散布设备大致为正弦曲线行驶路线及图11方法所覆盖的勘测区域平面图的计算再现，其中从一个正弦曲线到另一个正弦曲线的移位在垂直方向是DY，在水平方向是DX。在图15中，应当指出，几个正弦曲线覆盖勘测区域。正弦曲线的起点与勘测边界的关系是控制勘测区域上发射密度的设计参数。在这个例子中，第一正弦曲线行驶路径是在勘测的东南角获取的。当第一正弦曲线航行路线完成后，船在垂直方向移动了特定距离DY，并开始新的正弦曲线前进路径。可以获取几个正弦曲线前进路径，直到在垂直方向到达勘测边界。然后可以类似方式获取新的一系列正弦曲线前进路径，但原点在水平方向移动了DX。这种方式的发射持续进行，直到勘测区域被完全覆盖。

用于实践本发明中的方法的设计参数包括正弦曲线参数A、T和L、y-方向的滚动DY；x-方向的滚动及正弦曲线的起点。DX和DY是拖缆散布宽度与期望获取的覆盖交叠的函数。正弦曲线的幅值A可以大于在转向过程中所使用的半径并且是拖缆散布宽度的函数。幅值A可以从大约5km到大约10km，而且可以从6km到7km。正弦曲线的周期T可以从10km到大约25km。正弦曲线的范围L具有最小值2T，而最大值等于勘测长度或勘测宽度，而且可以从20km到30km。

在给定区域上获取的总公里数依赖于幅值A、周期T、正弦曲线长度L及值DX和DY。利用本发明正弦曲线发射方法获取的总发射数随着A和T参数的更大的值而增加。DX和DY可以从大约0.5W到大约2W，或者从大约0.5W到大约W，其中W是拖缆散布宽度。其中DX＝DY＝W的特定实施方式给出了表面接收器覆盖的连续性。其中DX＝DY＝0.5W的特定实施方式给出了地下中点覆盖的连续性。DX和DY的值可以相同或不同，而且可以都可以从大约500m到大约1200m或者更大。

本发明的方法包括单艘拖缆拖船沿正弦曲线顺时针和逆时针行进的方法。这在具有局部强海洋水流的区域中可能是有利的。

图16A是本发明另一种实施方式的平面或俯视示意图。在这种方法中，沿正弦曲线拖曳源的只有源的船S2与沿其自己的正弦曲线拖曳源6和拖缆4的源-拖缆船S1一起使用。源船S2与拖缆船沿相同的正弦曲线前进路径平行前进。源船12的一种可能位置在图13中距离dh处示出。距离dh是由设计确定的。

图16B示出了另一种实施方式，包括在与源S1相同的正弦曲线上行进的第二个源S2，其中源S1与拖缆船关联。源S2位于拖缆4后面特定的间隔或距离L，其不是关键的但可以从大约0.5L到2.0L或者更大，其中L是拖缆长度并且是由设计确定的。

另一种可能的实施方式包括使用拖缆船上的双源阵列S1和S2并且在图17中示出。但是，用于正弦曲线获取的典型源配置要使用单个源阵列。

以上列出的本发明用于获取完全和/或宽方位角拖曳拖缆勘测的方法的两个可能优点在图18和图19中说明。图18是根据本发明一种方法示出用于500mx500m地下区域的偏移与方位角分布的计算机再现。方位角-偏移分布是由向量偏移分量图表示的。可以注意到，对于所有方位角，偏移分布都是类似的：行内(inline)偏移(水平轴)和跨行(crossline)偏移(垂直轴)具有相同的范围；灰色代表方位角。图19是示出用于从正弦曲线获取几何结构生成的一系列库的交叠、偏移和方位角分布的计算机显示屏幕的打印；可以注意到从0°到360°的方位角(全方位角分布)都以相同的偏移范围记录。

如图18计算机再现中所示出的，收集全方位角和偏移分布并获得非常高的交叠，如图19中显而易见的，图19示出利用本发明方法的计算机显示屏幕的拷贝。图21绘制出了用于从正弦曲线获取几何结构生成的一系列库的偏移-方位角分布。图22是用于正弦曲线获取的向量偏移分量图。

图23示出了利用线圈发射与同时存在的源获取宽方位角勘测的有效方法。船8和船8’在相同的视野(未示出)中发射圆形的几何结构。船8、8’是由最优的距离d分开的，d可以是例如20到30km。船8总是每N秒发射一次，而船8’是N+/-dt发射。应当指出，dt的值可以基于处理需求来确定。不同的数学算法可以用于最优地导出发射序列。相对于传统的海洋勘测，总的获取时间可以减少50％。

如以上所指出的，而且就像将受益于本公开物的本领域技术人员将理解的，勘测船8、8’将配备计算机实现的导航与控制系统。图24A-24B描述了机架安装式计算装置2400，导航与控制系统可以利用该计算装置实现。计算装置2400包括通过总线系统2415与某种存储装置2410通信的处理器2405。存储装置2410可以包括硬盘和/或随机存取存储器(“RAM”)和/或可移动存储装置，例如软磁盘2417和光盘2420。存储装置2410利用数据结构2425编码，存储以上讨论的所获取的数据集、操作系统2430、用户接口软件2435和应用程序2465。

用户接口软件2435与显示器2440一起实现用户接口2445。用户接口2445可以包括外围I/O设备，例如键区或键盘2450、鼠标2455或操纵杆2460。

处理器2405在操作系统2430的控制下运行，其中操作系统2430实际上可以是本领域中已知的任何操作系统。依赖于操作系统2430的实现方式，应用程序2465在上电、复位或者上电和复位时被操作系统2430调用。依赖特定的实施方式，应用程序2465根据其程序向船8、8’发布导航命令(“NAV”)，以便使船8、8’在基本上曲线的前进路径2上行驶并拖曳海洋地震拖缆4和/或源6。在这种特定的实施方式中，应用程序2465还从海洋地震拖缆4接收定位数据(“POSITION”)并向其上的操控设备发布操控命令(“STEERING”)。

应当指出，依据体系结构或位置的软件控制的本质对本发明的实践是重要的。例如，在有些实施方式中，导航与拖缆操控可以由单独的软件部件来执行，其中软件部件可以是例如实用程序或者后台程序。类似地，在有些实施方式中，这种功能性也可以跨单独的计算装置分布。

这里具体描述的一些部分是依据软件实现的处理顺序给出的，其中软件实现的处理涉及计算系统或计算设备的存储器中关于数据位操作的符号表示。这些描述与表示是本领域技术人员用于最有效地向其它本领域技术人员传达其工作实质的手段。该处理与操作需要物理量的物理操纵。尽管不是必需，但通常，这些量采用能够被存储、传送、合并、比较及以其它方式被操纵的电、磁或光信号的形式。主要出于公共使用的原因，已经证明将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、项、数字等有时是方便的。

但是，应当牢记，所有这些和类似的术语都是与适当的物理量关联的，而且仅仅是适于这些量的方便的标记。除非特别声明或者以别的方式显而易见，否则在本公开物中，这些描述都指将表示为对某种电子设备存储装置中的物理(电、磁或光)量的数据的操纵和将其变换成类似地表示为存储装置或发送或显示设备中物理量的其它数据的电子设备的动作和处理。不作为限制，指示这种描述的术语的例子是术语“处理”、“计算”、“确定”、“显示”等。

还应当指出，本发明的软件实现方面一般是编码在某种形式的程序存储介质上或者在某种形式的传输介质上实现。程序存储介质可以是磁的(例如，软盘或硬盘)或光的(例如，压缩盘只读存储器，或者“CD-ROM”)，而且可以是只读或随机访问的。类似的，传输介质可以是双绞线对、同轴线缆、光纤或者某种本领域已知的其它合适的传输介质。本发明不被任何给出的实现方式的这些方面所限定。

因此，相对于传统实践，在各个方面和实施方式中，在此所公开的技术都提供了多个好处和优点。这些好处和优点可以包括：

·对海洋地震数据更有效的获取，其中“效率”可以被认为是更加成本有效的，其中使用了更少的地震资源；

·利用最少海洋地震设备的改进的地震成像；

·如以下将更完全解释的，尽管在其它实施方式中可以使用附加的源船，但有些实施方式可以只采用一艘船；

·可以获取更丰富方位角的勘测，即，勘测丰富的方位角和偏移分布；

·由于每次发射的方位角不同，因此在所获取的数据中减少了方位角的冗余性；

·出于数据管理的原因，只需要几分钟量级的路线改变，否则勘测可以连续地获取；

·对于勘测所获得的发射次数大于由平行设计对相同勘测所获得的发射次数，而且，依赖于获取的设计，用于正弦曲线获取相对于平行宽方位角或平行丰富方位角获取的发射的比率可以是1.5到2倍以上之间-更多的发射次数变换成高交叠并因此可以得到地震数据提高的信噪比；

·对水流更小的敏感性；

·正弦曲线获取方法比平行获取方法将获取更好的近偏移分布；

·对于正弦曲线发射，对每个方位角都获取相同的偏移范围，而对于平行几何结构，对于每个方位角的偏移分布是不同的，在行内方向比在跨行方向获得更大的偏移；

·全方位角正弦曲线获取使得有可能基于P-波幅值和速度相对于方位角的变化进行断面特征研究和地质机械研究；

·可以利用正弦曲线获取获得的高信噪比对于勘探深目标或在强反射器之下的目标(像玄武岩或碳酸盐层)也是有利的；

·没有渗入，或者至少是最小量的渗入；

·对地震干扰的更小敏感性；

·由于障碍物造成的扰动影响可能比用于多艘船的线性宽方位角获取的少；及

·源点的伪随机分布，这对于3D多衰减和成像是有利的；

·由于只使用一艘船，因此与正弦曲线获取关联的技术性故障时间比用于多艘船的宽方位角获取的技术性故障时间少；

·由于方位角的高可变性，因此获得改进的储藏照明(包括但不限于盐下储藏照明)和更有效的固有噪声衰减。

其它好处和优点对受益于本公开物的本领域技术人员将变得显而易见。应当指出，不是本发明的所有实施方式或各方面都必须表明或产生所有这些好处和优点。

以下文献通过引用包含于此，就像在此完全阐述了一样：

·于2007年5月17日提交的、标题为“Methods for EfficientlyAcquiring Wide-Azimuth Towed Streamer Seismic Data”的美国临时申请No.60/938,547，该申请是以发明人NicolaeMoldoveanu和Steven Fealy的名义提交的(代理人案号594-25633-PRO)。

·标题为“Methods for Efficiently Acquiring Wide-AzimuthTowed Streamer Seismic Data”的美国临时申请No.60/966,534(从于2007年8月9日提交的美国申请No.11/836,675转变而来，该申请是于2007年8月31日申请提交的)，该申请是以发明人Nicolae Moldoveanu和StevenFealy的名义提交的(代理人案号594-25633-US-PRO2)。

·于2007年8月31日提交的、标题为“Methods for EfficientlyAcquiring Wide-Azimuth Towed Streamer Seismic Data”的美国临时申请No.60/969,203，该申请是以发明人NicolaeMoldoveanu和Steven Fealy的名义提交的(代理人案号594-25633-PRO3)。

·于2007年8月9日提交的、标题为“Methods for EfficientlyAcquiring Wide-Azimuth Towed Streamer Seismic Data”的美国申请No.11/836,675，该申请是以发明人NicolaeMoldoveanu和Steven Fealy的名义提交的(代理人案号594-25633)，该申请被转变成在2007年8月31日申请提交的美国临时申请No.60/966,534(代理人案号594-25633-US-PRO2)。

·于2005年4月26日提交的、标题为“Seismic StreamerSystem and Method”的美国申请No.11/114,773，该申请是以发明人Rohitashva Singh等的名义提交的，该申请在2006年10月26日公开为专利公开20060239117 A1；

·于2005年3月5日提交的、标题为“Forward looking systemsand methods for positioning marine seismic equipment”的美国申请No.11/122,646，该申请是以发明人RuenToemmessen等的名义提交的，该申请在2006年11月16日公开为专利公开20060256653 A1；

·标题为“Methods for determining the position of seismicequipment，and applications of the methods”的美国专利5,668,775，该专利于1997年9月16日授权给GECO A.S.，发明人为Kjell Hatteland；

·标题为“Control devices for controlling the position of amarine seismic streamer”的美国专利6,671,223，该专利于2003年12月30日授权给WesternGeco，L.L.C.，发明人为Simon H.Bittleston；

·标题为“Non-Rotating Depth Controller Paravane forSeismic Cables”的美国专利3,774,570，该专利于1973年11月27日授权给Whitehall Electronics，发明人为Raymond H.Pearson；

·标题为“Control System for a Towed Vehicle”的美国专利3,560,912，该专利于1971年2月2日授权给WestinghouseElectric公司，发明人为P.G.Spink等；

·标题为“Lateral force device for underwater towed array”的美国专利5,443,027，该专利于1995年8月22日授权给由海军部长作为代表的美国政府，发明人为Norman L.Owsley；

·标题为“Underwater Cable Controller”的美国专利3,605,674，该专利于1971年9月20日授权给DresserIndustries公司，发明人为Raymond L.Weese；

·标题为“System for laterally positioning a towed marinecable and method of using same”的美国专利4,404,664，该专利于1983年9月13日授权给Mobil Oil公司，发明人为Robert G.Zachariadis；

·标题为“Devices for controlling the position of anunderwater cable”的美国专利6,525,992，该专利于2003年2月25日授权给Input/Output公司，发明人为Andrew W.Olivier等；及

·于1994年2月22日提交的、标题为“A Device and Methodfor Positioning of Towing Systems for Use in MarineSeismic Surveys”的EP专利公开No.EP 0613025，该专利的发明人为Tor Elholm。

以上所公开的特定实施方式仅仅是说明性的，本发明可以以不同但等效的方式进行修改和实践，这对于受益于这里的教导的本领域技术人员是显而易见的。此外，除以下权利要求中所描述的以外，对在此所示的构造或设计的细节没有限制。因此，很显然，以上所公开的特定实施方式可以改变或修改，而且所有这些变体都被认为是属于本发明的范围。因此，这里所寻求的保护在以下权利要求中阐述。

Claims (19)

1、一种方法，包括：

在海底地质区域上在大致为曲线的前进路径中拖曳包括源和多条海洋地震拖缆的海洋地震散布设备，其中海洋地震拖缆包括多个声音接收器；

主动地操控海洋地震拖缆通过大致为曲线的前进路径；

在大致为曲线的前进路径中拖曳海洋地震散布设备的同时使源发射；及

在大致为曲线的前进路径中利用接收器记录来自海底地质特征的反射。

2、如权利要求1所述的方法，其中在大致为曲线的前进路径中拖曳海洋地震散布设备包括相对于其原点在x和y方向前进DX和DY。

3、如权利要求1所述的方法，其中在大致为曲线的前进路径中拖曳海洋地震散布设备包括：

拖曳来自只有源的拖船的源；及

拖曳来自只有拖缆的拖船的海洋地震拖缆。

4、如权利要求1所述的方法，其中在大致为曲线的前进路径中拖曳海洋地震散布设备基本上包括拖曳来自单艘船的海洋地震散布设备。

5、如权利要求1所述的方法，其中在大致为曲线的前进路径中拖曳海洋地震散布设备包括拖曳来自同一艘船的源和海洋地震拖缆。

6、如权利要求1所述的方法，其中大致为曲线的前进路径是大致为圆形的前进路径、大致为卵形的前进路径、大致为椭圆形的前进路径、图8的路径、大致为正弦曲线的前进路径或者其某种组合。

7、如权利要求1所述的方法，还包括将第二个源设置到拖缆的左舷或者右舷，并在第二大致为曲线的前进路径中行进。

8、如权利要求7所述的方法，包括将一个或多个源设置到拖缆的左舷和右舷中的另一个，并在第三大致为曲线的前进路径中行进。

9、如权利要求1所述的方法，其中至少一条地震拖缆包括多部件拖缆。

10、如权利要求1所述的方法，其中主动地操控海洋地震拖缆包括控制多个拖缆操控设备。

11、如权利要求1所述的方法，其中该方法包括时延勘测。

12、如权利要求11所述的方法，其中大致为曲线的前进路径重复覆盖通过第一组获取行进所实现的基线勘测，大致为曲线的前进路径利用第二组获取行进，其中第二组比第一组小。

13、如权利要求1所述的方法，还包括：

在与第一大致为曲线的前进路径平行的第二大致为曲线的前进路径中拖曳第二个源；或者

与第一个源一前一后地跨大致为曲线的前进路径拖曳第二个源；或者

在大致为曲线的前进路径上在海洋地震拖缆之后的一个间隔处拖曳第二个源。

14、一种方法，包括：

在海底地质区域上在正弦曲线的前进路径中拖曳包括源和一组海洋地震拖缆的海洋地震散布设备，该海洋地震拖缆包括多个声音接收器；及

在沿正弦曲线前进路径行进的同时获取地震数据。

15、如权利要求14所述的方法，其中获取地震数据包括：

主动操控海洋地震拖缆通过正弦曲线的前进路径；

在正弦曲线前进路径中拖曳海洋地震散布设备的同时使源发射；及

在正弦曲线前进路径中利用接收器记录来自海底地质特征的反射。

16、一种方法，包括：

在海底地质区域上在第一圆形路径中拖曳包括第一个源和第一组海洋地震拖缆的第一海洋地震散布设备，该海洋地震拖缆包括多个声音接收器；及

在海底地质区域上在第二非重叠的圆形路径中拖曳包括第二个源和第二组海洋地震拖缆的第二海洋地震散布设备，该海洋地震拖缆包括多个声音接收器；及

在沿大致为曲线的前进路径行进的同时获取地震数据。

17、如权利要求16所述的方法，还包括：

同时使第一个源和第二个源发射。

18、一种装置，包括：

拖船；

海洋地震拖缆阵列，每条拖缆都包括：

地震线缆；

沿线缆长度位于线缆上的多个接收器；及

多个操控设备；

安装在拖船上的计算装置，从海洋地震拖缆接收定位数据并且编程成：

使拖船在海底地质区域上在大致为曲线的前进路径中行驶；及

主动操控海洋地震拖缆通过大致为曲线的前进路径。

19、如权利要求18所述的装置，还包括用于执行权利要求1-17中所述方法的所需的地震装置。

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