CN105510978B - 高精度海洋地震勘探垂直缆 - Google Patents

Abstract

一种高分辨率海洋地震勘探垂直缆，包括辅助钢缆和固定在辅助钢缆上的电缆部分，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，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，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。本发明垂直缆上实现数模转换，真正实现了缆的数字化；在水深1000m时，垂直缆缆仍可正常工作；垂直缆设有辅助钢缆，实现了功能的合理分离；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。

Description

高精度海洋地震勘探垂直缆

技术领域

本发明涉及一种地震勘探时使用的数据采集电缆，特别涉及一种高精度海洋地震勘探垂直缆。

背景技术

海洋地震数据采集电缆是海洋地震勘探数据采集的关键设备。目前国内海洋地震勘探系统采用的都是水平缆(Horizon Cable)或海底电缆(Ocean Bottom Cable)。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。高精度海洋地震勘探垂直电缆是解决这一问题的很好的途径。

目前国外的垂直缆都是与海地地震仪(Ocean Bottom Seismometer)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高分辨率海洋地震勘探垂直缆，它不仅能够克服国内现有技术的上述缺点，而且在技术指标上也已达到甚至超过了国外上述类型垂直缆。

一种高分辨率海洋地震勘探垂直缆，其特征在于该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。

所述的一种高分辨率海洋地震勘探垂直缆，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12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。

所述的一种高分辨率海洋地震勘探垂直缆，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。

所述的一种高分辨率海洋地震勘探垂直缆，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5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道水听器组合以及其下端的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。

本发明具有以下特点：

a.垂直缆的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，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。

b.垂直缆每道的水听器组合采用16个水听器的等距不等权组合，组内距为0.3m，采用权数的设计为：1，2，3，4，3，2，1，可更好的压制随机干扰。

c.垂直缆在首、尾工作段之间还可以增加有多个工作段，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。

d.因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。

e.结合压力传感器的数值，通过调节前连接段2、尾连接段7，可以实时控制垂直缆的沉放深度。

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。

附图说明

图1高分辨率海洋地震勘探垂直缆结构示意图。

图2卡扣10结构示意图。

图3高分辨率海洋地震勘探垂直缆扩展示意图。

图4高分辨率海洋地震勘探垂直缆水听器组合结构示意图。

图5高分辨率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。

具体实施方式

如图1-5，一种高分辨率海洋地震勘探垂直缆，其特征在于该垂直缆包括辅助钢缆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4，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3，在首、尾工作段4、6之间还增加有一个或多个工作段21，所述的工作段21与首、尾工作段4、6结构相同；首工作段4与相邻的工作段21之间设有一个8道数字包5，尾工作段6与相邻的工作段21之间设有一个8道数字包5，当增加有多个工作段21时(连接的两段工作段22如图3)，相邻两个工作段21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5，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B 19。

实施例

图1为高分辨率海洋地震勘探垂直缆结构示意图，分为前连接段2(至少30m)，首工作段4(至少60m)，尾工作段6(至少60m)，尾连接段7以及辅助钢缆8。所述的工作段4、6均为固体缆。

图4为高分辨率海洋地震勘探垂直缆水听器组合结构示意图，每道的水听器12采用不等权排列，即每道水听器组合11由16个水听器组成，权重由中间向两边递减，有利于更好的压制噪音，提高有效信号。本专利中每道的水听器排列11采用1，2，3，4，3，2，1的排列方式，能有效的压制随机干扰。

使用本发明时，将垂直缆与信号接收仪连接。施工时，工作船只低速航行(不超过2节)，将设置好道间距的垂直缆缓缓放入海中，施工作业时，电缆接收到的地震反射波信号经数字包转换为数字信号，传输给信号接收仪，由其进行采集和记录，同时，工作段两端的测斜仪与压力传感器组3测量出缆的位置和姿态等信息，并可在信号接收仪上实时显示倾角和水压，便于灵活调整船速和沉放深度。

Claims (3)

1.一种海洋地震勘探垂直缆，其特征在于该垂直缆包括辅助钢缆(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(11)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)；

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B(19)、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)。

2.如权利要求1所述的一种海洋地震勘探垂直缆，其特征在于所述的首、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。

3.如权利要求1所述的一种海洋地震勘探垂直缆，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(21)，所述的工作段(21)与首、尾工作段(4、6)结构相同；首工作段(4)与相邻的工作段(21)之间设有一个8道数字包(5)，尾工作段(6)与相邻的工作段(21)之间设有一个8道数字包(5)，当增加有多个工作段(21)时，相邻两个工作段(21)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。