CN105467453A - 自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，包括工作船,PC控制主机、差分GPS，激发系统，一条或多条自容式海洋地震勘探垂直缆及其浮球单元，自容式海洋地震勘探垂直缆包括辅助钢缆和电缆部分，电缆部分自上而下依次为前连接段、首工作段、尾工作段和尾连接段，并在前连接段上端部设有水密接头，在前连接段、首工作段之间设有测斜仪和压力传感器组，在尾工作段和尾连接段之间设有测斜仪和压力传感器组。本发明垂直缆上实现数模转换，真正实现了缆的数字化，工作水深大，垂直缆外部设有辅助钢缆，实现了功能的合理分离；可以实时控制垂直缆的沉放深度，能够在有限的空间里(尤其在复杂热液地区)实现传统的三维勘探方法无法实现的三维成像。

Description

自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统
技术领域
本发明涉及一种地球物理勘探时使用的数据采集系统，特别涉及一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统。
背景技术
海洋地震勘探数据采集系统是海洋地震勘探的重要组成部分。目前，国内海洋地震勘探系统采用的都是水平缆(HorizonCable)或海底电缆(OceanBottomCable)。近年来，随着技术的进步，国内研制了一些高分辨率的多道水平电缆，但是由于其距离海平面较近，获得的数据精度较低，且其分辨率只能满足中深层或浅层工程地震勘探的需要，达不到高精度地震勘探的要求。目前国内的水平缆或者海底电缆的工作水深大多在30m以内，超过30m的工作水深时，电缆就无法正常工作，给海洋地震勘探带来极大的限制。目前，在开展更接近海底的高精度探测方面国内还没有很好的先例。海洋地震勘探垂直电缆数据采集系统是解决这一问题的很好的途径。
另外，国外的垂直缆系统都是与海地地震仪(OceanBottomSeismometer)进行连接使用的，没有单独进行工作的垂直缆,一定程度上提高了工作成本。且由于其技术垄断，使施工成本大大提高，无法满足国内的实际需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，以弥补现有技术的不足。
本发明是在现有激发系统和差分GPS导航的基础上，对采集系统部分的改进。
一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，包括工作船,该工作船上设有PC控制主机、差分GPS，并搭载有激发系统，激发系统包括位于甲板上的震源主机和位于水里的电极，其特征在于还包括用于采集地震数据的一条或多条自容式海洋地震勘探垂直缆及其浮球单元，
所述的自容式海洋地震勘探垂直缆包括辅助钢缆和通过卡环固定在所述辅助钢缆上的电缆部分，且辅助钢缆与电缆部分均垂直设置，所述的电缆部分自上而下依次为前连接段、首工作段、尾工作段和尾连接段，并在前连接段上端部设有水密接头，在前连接段、首工作段之间设有测斜仪和压力传感器组，且首、尾工作段内部设有多组电缆，首、尾工作段沿长度方向依次设置8道水听器组合，在首工作段与尾工作段之间设有可扩展式8道数字包(该8道数字包用于处理前、后工作段中各四道接收的模拟信号)，所述的电缆和水听器组合之间填充聚氨酯固体材料，在尾工作段和尾连接段之间设有测斜仪和压力传感器组，在尾连接段末端有钛合金金属接头连接，所述辅助钢缆上还设有多个用于悬挂重物的卡扣。
所述的一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的浮体单元包括浮球体，以及位于浮球体内的垂直缆控制与记录单元、电池仓和信号发射器；浮球体内的垂直缆控制与记录单元通过水密接头和自容式海洋地震勘探垂直线缆连接，并控制信号发射器向PC控制主机发送位置信息，发射频率为5分钟一次，电池仓为自容式海洋地震勘探垂直线缆供电。
所述的一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，其特征在于首、尾工作段内的每道水听器组合采用由16个水听器构成的等距不等权组合，水听器的组内距为0.3m，采用权数的设计为：1，2，3，4，3，2，1。
所述的一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，其特征在于在首、尾工作段之间还增加有一个或多个工作段，所述的工作段与首、尾工作段结构相同；首工作段与相邻的工作段之间设有一个8道数字包，尾工作段与相邻的工作段之间设有一个8道数字包，当增加有多个工作段时，相邻两个工作段之间也设有一个8道数字包；该8道数字包通过56针电缆接头分别与位于其上方的8道水听器组合的下四道、位于其下方的8道水听器组合的上四道相连接，从而将连续的模拟信号转化为离散的数字信号，实现了缆的数字化，并以实现了对垂直缆的扩展。
所述的一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的8道数字包与工作段相互独立，8道数字包包括柱状的钛合金金属保护套，保护套内部设有多个电路板，8道数字包通过保护套内部的56针电缆接头分别与位于其上下两端的工作段相连接，8道数字包内部的电路板包括：数字板A，数字板B、地震数据采集板，信号增益控制板，倾角数据采集板，压力数据采集板，电流数据采集板；其中，数字板B用于收集地震数据的采集板的输出数据，并控制信号增益控制板对数据进行信号增益；数字板A用于收集倾角数据采集板、压力数据采集板及电流数据采集板的输出数据，数字板A，数字板B之间无电路连接，而是采用并行分布组合，分别进行垂直缆传输过程中的电源转换和获取实时状态信息；地震数据采集板与其上端的4道水听器组以及其下端的4道的水听器组合相连，负责对每道水听器组合传输的模拟信号进行采样和数模转换，输出到电子板B。
上述自容式海洋地震勘探垂直缆首工作段顶端与尾工作段下端各有一个测斜仪和压力传感器组3，可以实时记录缆在工作时所处的深度位置和姿态等信息，最大可沉放到水深1000米；并且采用高性能深水水听器，采用垂直观测方式，通过调整具有弹性的前连接段2的长度，能够保证在水深1000米处仍可正常工作，可用于军事目标追踪。
上述的自容式海洋地震勘探垂直缆采用了辅助钢缆8，使电缆部分不必采用刚性结构而可以采用弹性结构，将电缆部分悬挂于辅助钢缆8时，可以通过将电缆部分弯曲悬挂的方式调整水听器组合11之间的距离，从而可以采用非固定道距排列，便于实现不同目标的灵活调整，便于分离波场。它可以分离上行波(如反射波)和下行波(如直达波)，还便于识别出散射波、多次波。
本发明的优点：a.垂直缆上实现数模转换，真正实现了缆的数字化，从而使缆在对应采样率下可达到最大道数的扩展；b.工作水深大，在水深1000m时，垂直缆缆仍可正常工作；c.采用非固定道距排列，便于实现不同目标的灵活调整；d.时间采样率高，可达1/8ms，且可选择采样率多：1/8ms,1/4ms,1/2ms,1ms,2ms,4ms；e.垂直缆外部设有辅助钢缆，实现了功能的合理分离；f.接收信号的频带宽：10Hz-8kHz；g.探测深度深，配合6000J电火花震源，满足在水深大于1000米对海底沉积地层大于1000米地层的探测；h.通过调节前连接段、尾连接段，可以实时控制垂直缆的沉放深度；i.能够在有限的空间里(尤其在复杂热液地区)实现传统的三维勘探方法无法实现的三维成像。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图
图2是本发明的施工示意图
图3是本发明的浮球结构示意图
图4是本发明的垂直缆总体结构示意图
图5是本发明的海洋地震勘探垂直缆扩展示意图
图6是本发明的海洋地震勘探垂直缆水听器组合结构示意图
图7是本发明的海洋地震勘探垂直缆8道数字包的内部结构示意图
其中，1水密接头，2前连接段，3压力传感器和测斜仪组，4首工作段，5数字包，6尾工作段，7尾连接段，8辅助钢缆，9卡环，10卡扣，11水听器组合，12水听器，13电缆接头，14信号增益控制板，15数字板A，16地震数据采集板，17压力数据采集板，18倾角数据采集板，19电子板B，20电流数据采集板，21工作段，22连接的两段工作段，23工作船,24pc控制主机，25差分GPS,26震源主机，27电极，28垂直线缆部分，29浮球单元,30浮球体,31垂直缆控制与记录单元，32电池仓，33信号发射器。
具体实施方式
如图1-4，一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，包括工作船(23)，该工作船23上设有PC控制主机24、差分GPS25，并搭载有激发系统，激发系统包括位于甲板上的震源主机26和位于水里的电极27，其特征在于还包括用于采集地震数据的一条或多条自容式海洋地震勘探垂直缆28及其浮球单元29，
所述的自容式海洋地震勘探垂直缆28包括辅助钢缆8和通过卡环9固定在所述辅助钢缆8上的电缆部分，且辅助钢缆8与电缆部分均垂直设置，所述的电缆部分自上而下依次为前连接段2、首工作段4、尾工作段6和尾连接段7，并在前连接段2上端部设有水密接头1，在前连接段2、首工作段4之间设有测斜仪和压力传感器组3，且首、尾工作段4、6内部设有多组电缆，首、尾工作段4、6沿长度方向依次设置8道水听器组合11，在首工作段4与尾工作段6之间设有可扩展式8道数字包5(该8道数字包5用于处理前、后工作段中各四道接收的模拟信号)，所述的电缆和水听器组合之间填充聚氨酯固体材料，在尾工作段6和尾连接段7之间设有测斜仪和压力传感器组3，在尾连接段7末端有钛合金金属接头连接，所述辅助钢缆8上还设有多个用于悬挂重物的卡扣10。
如图1、3，所述的一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的浮体单元29包括浮球体30，以及位于浮球体30内的垂直缆控制与记录单元31、电池仓32和信号发射器33；浮球体30内的垂直缆控制与记录单元31通过水密接头1和自容式海洋地震勘探垂直线缆28连接，并控制信号发射器33向PC控制主机24发送位置信息，发射频率为5分钟一次，电池仓32为自容式海洋地震勘探垂直线缆28供电。
如图6，所述的一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，其特征在于首、尾工作段4、6内的每道水听器组合11采用由16个水听器12构成的等距不等权组合，水听器12的组内距为0.3m，采用权数的设计为：1，2，3，4，3，2，1。
如图5，所述的一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，其特征在于在首、尾工作段4、6之间还增加有一个或多个工作段，所述的工作段与首、尾工作段4、6结构相同；首工作段4与相邻的工作段之间设有一个8道数字包5，尾工作段6与相邻的工作段之间设有一个8道数字包5，当增加有多个工作段时，相邻两个工作段之间也设有一个8道数字包5；该8道数字包5通过56针电缆接头分别与位于其上方的8道水听器组合11的下四道、位于其下方的8道水听器组合11的上四道相连接，从而将连续的模拟信号转化为离散的数字信号，实现了缆的数字化，并以实现了对垂直缆的扩展。
如图7，所述的一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的8道数字包5与工作段相互独立，8道数字包5包括柱状的钛合金金属保护套，保护套内部设有多个电路板，8道数字包5通过保护套内部的56针电缆接头13分别与位于其上下两端的工作段相连接，8道数字包5内部的电路板包括：数字板A15，数字板B19、地震数据采集板16，信号增益控制板14，倾角数据采集板18，压力数据采集板17，电流数据采集板20；其中，数字板B19用于收集地震数据的采集板16的输出数据，并控制信号增益14控制板对数据进行信号增益；数字板A15用于收集倾角数据采集板18、压力数据采集板17及电流数据采集板20的输出数据，数字板A15，数字板B19之间无电路连接，而是采用并行分布组合，分别进行垂直缆传输过程中的电源转换和获取实时状态信息；地震数据采集板16与其上端的4道水听器组合11以及其下端的4道的水听器组合相连，负责对每道水听器组合传输的模拟信号进行采样和数模转换，输出到电子板B19。
使用本发明时，将pc控制主机与垂直缆相连设置并配置参数后断开，震源连接好处于待激发状态。施工时，工作船只低速航行，将一组或几组电缆缓缓放入海中，通过调节缆的工作段首尾两端连接段，控制垂直缆的工作段沉放深度，最大可沉放到水深1000m，在预定炮点位置放炮，开始采集(图3)，待工作完成后收回垂直缆并读取数据。施工作业时，垂直缆接收到的地震反射波信号经8道数模转换数字包转换为数字信号，传输给浮球内的记录与控制单元，由其进行采集和记录，同时，工作段两端的测斜仪和压力传感器记录缆的姿态和位置等信息。

Claims (5)

1.一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，包括工作船(23)，该工作船(23)上设有PC控制主机(24)、差分GPS(25)，并搭载有激发系统，激发系统包括位于甲板上的震源主机26)和位于水里的电极(27)，其特征在于还包括用于采集地震数据的一条或多条自容式海洋地震勘探垂直缆(28)及其浮球单元(29)，
所述的自容式海洋地震勘探垂直缆(28)包括辅助钢缆(8)和通过卡环(9)固定在所述辅助钢缆(8)上的电缆部分，且辅助钢缆8)与电缆部分均垂直设置，所述的电缆部分自上而下依次为前连接段(2)、首工作段(4)、尾工作段(6)和尾连接段(7)，并在前连接段(2)上端部设有水密接头(1)，在前连接段(2)、首工作段(4)之间设有测斜仪和压力传感器组(3)，且首、尾工作段(4、6)内部设有多组电缆，首、尾工作段(4、6)沿长度方向依次设置(8)道水听器组合(11)，在首工作段(4)与尾工作段(6)之间设有可扩展式8道数字包(5)，所述的电缆和水听器组合之间填充聚氨酯固体材料，在尾工作段(6)和尾连接段(7)之间设有测斜仪和压力传感器组(3)，在尾连接段(7)末端有钛合金金属接头连接，所述辅助钢缆(8)上还设有多个用于悬挂重物的卡扣(10)。
2.如权利要求1所述的一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的浮体单元(29)包括浮球体(30)，以及位于浮球体(30)内的垂直缆控制与记录单元31)、电池仓(32)和信号发射器(33)；浮球体(30)内的垂直缆控制与记录单元(31)通过水密接头(1)和自容式海洋地震勘探垂直线缆(28)连接，并控制信号发射器(33)向PC控制主机(24)发送位置信息，发射频率为5分钟一次，电池仓(32)为自容式海洋地震勘探垂直线缆(28)供电。
3.如权利要求1所述的一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，其特征在于首、尾工作段(4、6)内的每道水听器组合(11)采用由16个水听器(12)构成的等距不等权组合，水听器(12)的组内距为0.3m，采用权数的设计为：1，2，3，4，3，2，1。
4.如权利要求1所述的一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，其特征在于在首、尾工作段(4、6)之间还增加有一个或多个工作段，所述的工作段与首、尾工作段(4、6)结构相同；首工作段4与相邻的工作段之间设有一个8道数字包(5)，尾工作段(6)与相邻的工作段之间设有一个8道数字包(5)，当增加有多个工作段时，相邻两个工作段之间也设有一个8道数字包(5)；该8道数字包(5)通过56针电缆接头分别与位于其上方的8道水听器组合(11)的下四道、位于其下方的8道水听器组合(11)的上四道相连接，从而将连续的模拟信号转化为离散的数字信号，实现了缆的数字化，并以实现了对垂直缆的扩展。
5.如权利要求1所述的一种自容式海洋垂直缆地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的8道数字包(5)与工作段相互独立，8道数字包(5)包括柱状的钛合金金属保护套，保护套内部设有多个电路板，8道数字包(5)通过保护套内部的56针电缆接头(13)分别与位于其上下两端的工作段相连接，8道数字包(5)内部的电路板包括：数字板A(15)，数字板B19)、地震数据采集板16)，信号增益控制板(14)，倾角数据采集板(18)，压力数据采集板(17)，电流数据采集板(20)；其中，数字板B(19)用于收集地震数据的采集板(16)的输出数据，并控制信号增益(14)控制板对数据进行信号增益；数字板A(15)用于收集倾角数据采集板(18)、压力数据采集板(17)及电流数据采集板(20)的输出数据，数字板A(15)，数字板B(19)之间无电路连接，而是采用并行分布组合，分别进行垂直缆传输过程中的电源转换和获取实时状态信息；地震数据采集板(16)与其上端的4道水听器组合(11)以及其下端的4道的水听器组合相连，负责对每道水听器组合传输的模拟信号进行采样和数模转换，输出到电子板B(19)。
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