CN106959466A - 海洋地震数据采集系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施方式提供了一种海洋地震数据采集系统和方法。其中，该系统包括：气枪震源和线缆；其中，气枪震源，用于产生地震震源信号，地震震源信号用于在待测海域激发产生海洋地震数据和海水压力数据；线缆上设置有数据采集组，其中，数据采集组包括：三分量姿态传感器，用于采集三分量姿态数据；三分量地震数据传感器，用于采集海三分量地震数据；水听器，用于采集海水压力波数据；线缆上设置有发电层，为数据采集组提供工作所需的电源。由于使用摩擦纳米发电柔性材料制成发电层对线缆上的数据采集组进行供电，避免了现有的海洋地震数据采集方法中使用大功率电源对电子器件的影响，解决了供电麻烦、采集的海洋地震数据准确度不高的技术问题。

Description

海洋地震数据采集系统和方法

技术领域

本申请涉及地球物理勘探技术领域，特别涉及一种海洋地震数据采集系统和方法。

背景技术

在地球物理勘探的过程中，尤其是对海底地层进行地质勘探研究时，常常需要采集待测海域中和从海底以下介质里反射上来的海洋地震数据。进而可以通过采集得到的海洋地震数据，分析海底的地质结构，预测海底地层中的石油存储。

现有的海洋地震数据采集方法一般可以分为三种。一种是独立海洋地震数据采集站沉底、气枪震源拖移激发，即利用海底地震数据采集站和大功率拖移气枪震源，实施时预先布设好海洋地震数据采集站，然后在海洋地震数据采集站上方拖移气枪震源激发，完成海洋地震数据的采集。一种是海洋地震数据采集拖缆(线缆)与气枪激发源在海上同步拖移，通过海洋拖缆采集海洋地震数据。还有一种是海洋地震数据采集线缆沉底布设、气枪激发源拖移，采集海洋地震数据。

具体实施时，上述三种海洋地震数据采集方法往往都需要专门在拖缆(线缆)的内部另外布设供电电源线对拖缆上的采集设备和传感器进行供电。例如，通常使用采集船甲板上的电源从拖缆的起始端开始沿拖缆给拖缆上的地震数据采集单元分别供电。但是，具体实施时所使用的拖缆通常都长达数十公里，且拖缆内的供电线自身还存在一定内阻。因此，上述方法会导致拖缆上的供电电压和电流数值随着离开电源的距离的增大而逐步降低。为了保证在拖缆尾端的采集单元具有足够的工作电压和工作电流，一般需要在拖缆的起始端提供较大功率的电压和电流作为电源。然而，较大功率的电压和电流又会对沿缆分布的三分量姿态传感器、水听器、三分量检波器、三分量加速度计等地震传感器造成干扰和影响，进而影响采集得到的海洋地震数据的精度。因此，现有的应用拖曳式或沉底式海洋地震数据采集缆方法实施时往往存在供电麻烦、长距离大功率供电线对线缆内的采集电路器件和传感器的干扰和影响，采集得到的海洋地震数据准确度差的技术问题。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施方式提供了一种海洋地震数据采集系统和方法，以解决现有的海洋地震数据采集方法中存在的供电麻烦、采集得到的海洋地震数据准确度差的技术问题。

本申请实施方式提供了一种海洋地震数据采集系统，包括：

一个或多个气枪震源，和一条或多条线缆；

其中，所述一个或多个气枪震源，用于产生地震震源信号，所述地震震源信号用于在待测海域和海底以下介质中激发产生海洋地震信号，其中，所述海洋地震信号包括：三分量海洋地震数据和海水压力波数据；

所述海水中和海底以下介质中激发产生地震信号向上反射并被拖曳在海水中的线缆接收；

每条所述线缆上设置有一个或多个数据采集组，其中，所述数据采集组包括：三分量姿态传感器，用于采集三分量姿态数据；三分量地震数据传感器，用于采集三分量海洋地震数据；水听器，用于采集海水压力波数据；

每条所述线缆上设置有发电层，其中，所述发电层用于为每条所述线缆上的数据采集组提供工作所需的电源。

在一个实施方式中，所述发电层由摩擦纳米发电柔性材料制成。

在一个实施方式中，在一条线缆上设置有多个数据采集组的情况下，所述多个数据采集组等间隔分布。

在一个实施方式中，在一条线缆上设置有多个数据采集组的情况下，同一线缆上两个相邻的数据采集组的间隔距离为5米至50米。

在一个实施方式中，所述地震数据传感器包括以下至少之一：

三分量模拟检波器、三分量数字检波器、三分量加速度计。

在一个实施方式中，所述数据采集组还包括7个放大器和7个模数转换器。

在一个实施方式中，所述模数转换器为32位模数转换器。

在一个实施方式中，所述发电层外还设有保护层。

在一个实施方式中，所述保护层由凯夫拉(KEVLAR)材料制成。

在一个实施方式中，所述系统还包括电能存储装置，所述电能存储装置与所述发电层相连，用于存储所述发电层产生的电能。

在一个实施方式中，所述电能存储装置为充电电池。

在一个实施方式中，所述系统还包括拖缆船，所述一个或多个气枪震源和所述一条或多条线缆与所述拖缆船相连。

在一个实施方式中，在所述气枪震源为多个气枪震源的情况下，所述多个气枪震源以所述拖缆船行驶的方向为对称轴，对称分布。

基于相同的发明构思，本申请实施方式还提供了一种海洋地震数据采集方法，包括：

气枪震源产生地震震源信号，用以在待测海域和海底以下介质中激发产生海洋地震信号，其中，所述海洋地震信号包括：三分量海洋地震数据和海水压力波数据；

利用所述海水中和海底以下介质中激发产生地震信号向上反射并被拖曳在海水中的线缆接收；

通过设置在线缆上的数据采集组采集三分量姿态数据、所述海水压力波数据和所述三分量海洋地震数据，其中，所述数据采集组工作所需的电源由所述线缆上的发电层提供。

在本申请实施方式中，通过在线缆的外表面设置发电层，将线缆的机械能转化成电能对线缆进行供电，避免了另外设置大功率电源对线缆进行供电，解决了现有的海洋地震数据采集方法中存在的由于供电麻烦，采用长距离大功率供电线对线缆内的采集电子器件(包括传感器)的干扰，导致采集得到的海洋地震数据准确度差的技术问题，达到了精确、高效采集海洋地震数据的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请实施方式的海洋地震数据采集系统的组成结构图；

图2是根据本申请实施方式的海洋地震数据采集系统的线缆结构示意图；

图3是应用本申请实施方式提供的海洋地震数据采集系统的步骤流程图；

附图说明：1、拖缆船，2、气枪震源，3、三分量姿态传感器，4、三分量地震数据传感器，5、水听器，6、发电层，7、保护层。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

考虑到现有的海洋地震数据采集方法，往往需要在线缆的起始端另设电源对线缆上的采集单元进行供电。具体实施时，又由于线缆比较长，一般都长达数十公里；且线缆内部的供电线自身具有一定的电阻，因此线缆上的电压和电流会随着离开电源的距离的增大而减小。为了保证向线缆尾端的地震数据采集单元(数据采集组)提供正常的工作电压和工作电流，通常会选用大功率的电源对线缆上的各个地震数据采集单元进行供电。然而，由于大功率的电压和电流一般会产生比较明显的电磁波，干扰分布于线缆的地震数据采集单元中的传感器，例如姿态传感器、水听器、检波器、加速度计等，进而会影响传感器采集的数据精度。最终，导致现有的海洋地震数据采集方法具体实施时，往往存在供电不方便，使用长距离大功率供电线对线缆内的采集电路器件和传感器存在干扰和影响导致采集得到的海洋地震数据准确度差的技术问题。针对产生上述技术问题的根本原因，本申请考虑可以沿着线缆在线缆外表面设置发电层，进而可以通过发电层自行将线缆随海水摆动的机械能转化成电能，再对线缆上的地震数据采集单元进行供电。从而可以避免由于使用长距离大功率供电线对地震数据采集单元的电磁干扰，解决现有的海洋地震数据采集方法中存在的长距离供电麻烦、采集得到的海洋地震数据准确度差的技术问题。

基于上述思考思路，本申请实施方式提供了一种海洋地震数据采集系统。其基本结构组成，请参阅图1的海洋地震数据采集系统的组成结构图和图2的线缆结构示意图。本申请实施方式提供的海洋地震数据采集系统，具体可以包括：一个或多个气枪震源2和一条或多条线缆(海洋地震数据采集线缆)。

其中，所述一个或多个气枪震源2，可以用于产生地震震源信号，所述地震震源信号可以用于在待测海域和海底以下介质中激发产生海洋地震信号，其中，所述海洋地震信号包括：三分量海洋地震数据和海水压力波数据；

所述海水中和海底以下介质中激发产生地震信号向上反射并被拖曳在海水中的海洋地震信号采集线缆接收；

每条所述线缆上设置有一个或多个数据采集组，其中，所述数据采集组包括：三分量姿态传感器3，用于采集三分量姿态数据；三分量地震数据传感器4，用于采集三分量海洋地震数据；水听器5，用于采集海水压力波数据；

每条所述线缆上设置有发电层6，其中，所述发电层6用于为每条所述线缆上的数据采集组提供工作所需的电源。

在本实施方式中，为了准确地测得待测海域的海洋地震数据，可以将所述一个或多个气枪震源2和一条或多条线缆连接在拖缆船1上。拖缆船1以预设速度运行，可以拖动所述气枪震源2和线缆同步运行。具体实施时，可以是拖缆船1按照预设速度运行，运行的同时气枪震源2每隔预设时间段，例如每隔30秒或每隔一段预设空间距离，发射地震震源信号；同时，被拖动运行的海洋地震信号采集线缆通过线缆上的数据采集组实时测量并记录相应的三分量姿态数据、海水压力波数据和三分量海洋地震数据。

在本实施方式中，所述系统可以包括一个气枪震源2，也可以包括多个气枪震源2。具体实施时，可以根据具体情况和实际要求选择预设个数的气枪震源2。需要说明的是，为了保证线缆采集的数据准确，便于后续对数据的处理，一般将气枪震源2对称地布设在拖缆船1上。如此，可以使得气枪震源2产生的地震震源信号在待测海域中的分布相对对称，便于后续处理采集得到的数据。

在本实施方式中，为了激发得到三分量海洋地震数据和海水波压力数据，可以利用气枪震源在待测海域和海底以下介质中激发产生海洋四分量地震信号，其中，所述海洋四分量地震信号具体可以包括：三分量海洋地震数据和海水压力波数据。具体实施时，也可以根据具体情况和施工要求使用炸药震源、电磁感应式震源、电磁-机械式震源中的一种激发产生三分量海洋地震数据和海水压力波数据。

在本实施方式中，所述系统可以包括多条线缆。对于线缆的条数本申请实施方式不作限定。具体实施时，可以根据具体情况选择合适条数的线缆。在一个实施方式中，为了准确地采集得到相应的海洋地震数据，所述的线缆条数可以是1条、2条或3条以上。且为了便于后续的数据处理，上述多条线缆可以对称分布。例如，在所述系统包括4条线缆的情况下，具体实施时，可以以拖缆船1行驶的路线为对称轴在该对称轴的两侧分别对称布设2条线缆。在所述系统包括3条线缆的情况，具体实施时，可以在对称轴上布设1条线缆，在该线缆的两侧分别对称布设1条线缆。

在本实施方式中，为了采集所需要的数据，在所述线缆上可以布设具体的数据采集组。其中，所述数据采集组具体可以包括三分量姿态传感器3、三分量地震数据传感器4和水听器5。需要说明的是，为了保证采集得到的三分量姿态数据、三分量海洋地震数据和海水压力波数据具有一定的对应关系，上述三分量姿态传感器3、三分量地震数据传感器4和水听器5可以紧挨着设置在一起组成一个数据采集组。如此，可以使得一个数据采集组采集得到的三分量姿态数据和该数据采集组采集得到的海水压力波数据和三分量海洋地震数据是对应的，即可以采集记录得到待测海域中某个空间位置对应的三分量海洋地震数据和海水压力波数据。

在本实施方式中，每个数据采集组中三分量姿态传感器3、三分量地震数据传感器4和水听器5的连接顺序具体可以是按照以下顺序依次连接三分量姿态传感器3、三分量地震数据传感器4和水听器5。也可以按照下面的顺序依次连接三分量姿态传感器3、水听器5和三分量地震数据传感器4。还可以按照如下顺序依次连接水听器5、三分量姿态传感器3和三分量地震数据传感器4等。当然，具体实施时还可以按照上述三种顺序以外的顺序连接数据采集组中的3个电子器件。对此，本申请不作限定。

在本实施方式中，为了向上述的三分量姿态传感器3、三分量地震数据传感器4和水听器5提供电源，所述线缆外还设有一层或多层的发电层6，用以产生电能，为上述电子器件提供工作电压和工作电流。需要说明的是，发电层6产生的电能具体可以供应给线缆上包括传感器在内的所有电子器件使用。

在本实施方式中，为了避免在线缆内使用长距离大功率电源线供电带来的问题，可以通过发电层6进行自行发电。具体实施时，所述发电层6可以由摩擦纳米发电柔性材料制成。上述摩擦纳米发电柔性材料可以将线缆随着海水摆动的机械动能转换成电能，作为能源，提供给三分量姿态传感器3、三分量地震数据传感器4和水听器5等器件。此外，摩擦纳米发电柔性材料还具有一定的柔韧性，使用该材料作为发电层的线缆可以折叠、缠绕，便于回收，重复使用。

在本实施方式中，所述三分量姿态数据具体可以用于对所记录的海洋地震数据进行必要的旋转定位处理。需要说明的是，具体实施时，由于三分量地震数据传感器4随线缆在水中的姿态是时刻变化的，而每个地震数据采集组使用的是同一个正交坐标系，所以需要实时测量记录对应的三分量姿态数据，以便后续可以对每个采集组所采集得到的海洋地震数据进行旋转定位处理，继而可以便于对后续采集得到的海洋地震数据和海水压力波数据进行处理和分析。所述海洋地震数据具体可以用于表征数据采集组位置处测得的待测海域和海底以下介质在地震震源信号的激发下生成的地震波形。所述海水压力波数据，具体可以用于表征数据采集组位置处测得的待测海域和海底以下介质在地震震源信号的激发下产生的海水压力波的大小。

在本实施方式中，所述三分量姿态数据具体可以包括：测量倾角分量数据、方位角分量数据和倾向分量数据。通过上述3个姿态数据的分量数据可以通过坐标转换，转换成对应的直角坐标系的位置数据。

在本实施方式中，所述三分量海洋地震数据可以包括直角坐标轴X轴向上的地震波的波形分量数据、Y轴向上的地震波的波形分量数据和Z轴方向上的地震波的波形分量数据。通过上述3个海洋地震数据的分量数据可以确定该位置处的海洋地震波形。其中，所述海洋地震波形可以是一个矢量数据。

在本实施方式中，所述海水压力波数据具体可以是一个标量数据。通过海水压力波的数值即可以表征对应的地震波在海水中以压力波形式传播情况。

在本实施方式中，为了获得所述海洋地震数据，所述三分量海洋地震数据传感器4具体可以是以下的任意一种：三分量模拟检波器、三分量数字检波器或三分量加速度计。具体选择哪一种作为上述三分量海洋地震数据传感器4，可以根据具体情况进行选择使用。

在本实施方式中，为了测量获得更多的数据，具体实施时，每条线缆上可以布设多个数据采集组。为了便于后续数据的处理，所述多个数据采集组可以沿着线缆等间隔分布。其中，所述同一线缆上的两个相邻的数据采集组的间隔距离可以是5米至50米。当然，也可以根据实际情况按照其他的间距等间隔布设数据采集组。

在本实施方式中，为了将三分量姿态传感器3、三分量地震数据传感器4和水听器5分别测得的三分量姿态数据、三分量海洋地震数据和海水压力波数据的各个分量数据分别进行记录和存储，所述数据采集组具体还可以包括多个放大器和多个模数转换器。具体实施时，每个数据采集组可以包括7个放大器和7个模数转换器。具体地，三分量姿态传感器3可以先分别与3个放大器相连，在上述3个放大器之后再各连接一个模数转换器。如此，三分量姿态传感器3采集得到的测量倾角分量数据、方位角分量数据和倾向分量数据可以分别通过1个放大器的放大处理后，再分别由模数转换器将模拟信号转换成数字信号进行传输存储。同样，三分量地震数据传感器4也可以先分别与3个放大器相连，在上述3个放大器之后再各连接一个模数转换器。如此，地震数据传感器4采集得到的X轴向上的地震波的波形分量数据、Y轴向上的地震波的波形分量数据和Z轴方向上的地震波的波形分量数据可以分别各通过1个放大器的放大处理后，再分别由模数转换器将模拟信号转换成数字信号进行传输存储。水听器5采集得到的海水压力波数据是一个标量数据，因此，所述水听器5只需要与1个放大器相连，再连接1个模数转换器即可将海水压力波数据先进行放大后再转换成数字数据进行记录存储。

在本实施方式中，为了保证记录存储的数据的精度，所述模数转换器具体可以为32位模数转换器。使用32位模数转换器转换得到的数字数据分辨率相对较好，精确度相对较高。当然，还可以根据具体情况选择使用其他的模数转换器，例如8位模数转换器、16位模数转换器、24位模数转换器等。

在本实施方式中，为了保护上述发电层6的柔性材料不被磨损，同时为了防止发电层6受损短路漏电，在所述发电层6外还设有保护层7。其中，所述保护层7一般用耐磨的非金属材料制成。具体地，上述保护层7可以是由凯夫拉(英文名，KEVLAR)材料制成。当然，具体实施时，还可以根据具体情况选择其他的耐磨非金属材料作为保护层7。对此，本申请不作限定。

根据本发明实施例提供的海洋地震数据采集系统的工作原理可以是：气枪震源2产生地震震源信号，该地震震源信号可以在待测海域和海底以下介质中激发产生海洋地震信号；这时，设置在线缆上数据采集组中的三分量姿态传感器3可以采集得到对应位置的三分量姿态数据，三分量地震数据传感器4可以采集得到对应的三分量海洋地震数据，水听器5可以采集得到对应的海水压力波数据；整个实施过程中，线缆发电层6上的摩擦纳米发电柔性材料可以将线缆随海水摆动或在海水中拖曳前行时的机械能转换成电能，利用该电能给上述的三分量姿态传感器3、三分量地震数据传感器4和水听器5等器件提供工作电压和工作电流。在采集得到的上述待测海域的三分量姿态数据、三分量海洋地震数据和海水压力波数据后，可以根据上述的数据进行处理分析，确定待测海域的地下地层界面和埋深等地质情况，进而可以根据上述地质情况确定待测海域的地质构造和该海域内可能的油气资源分布特征。

在本申请实施例中，通过在线缆的外表面设置发电层，将线缆摆动或在海水中拖曳前行时的机械能转化成电能，对线缆进行供电，避免了使用长距离大功率电源供电线对数据采集组的干扰和影响，解决了现有的海洋地震数据采集方法中存在的供电麻烦、采集得到的海洋地震数据准确度差的技术问题，达到了精确、高效地采集海洋地震数据的技术效果。

在一个实施方式中，为了将线缆的机械能转换成电能，所述发电层6具体可以由摩擦纳米发电柔性材料制成。如此，发电层7可以将线缆随海水运动的机械能转换成电能，为线缆数据采集组中的三分量姿态传感器3、三分量地震数据传感器4和水听器5等器件提供合适的工作电压和工作电流。

在一个实施方式中，为了提高采集数据的精度，可以在线缆上布设多个数据采集组。又为了便于后续的数据处理，具体实施时，在一条线缆上设置有多个数据采集组的情况下，所述多个数据采集组中相邻的两个数据采集组具体可以等间隔分布。其中，同一线缆上两个相邻的数据采集组的间隔距离具体可以为5米至50米。当然，具体实施时，可以根据具体情况选择其他合适的长度作为间隔距离。对此，本申请不作限定。

在一个实施方式中，每个数据采集组中三分量姿态传感器3、三分量地震数据传感器4和水听器5的连接顺序具体可以是按照以下顺序依次连接三分量姿态传感器3、三分量地震数据传感器4和水听器5。也可以按照下面的顺序依次连接三分量姿态传感器3、水听器5和三分量地震数据传感器4。还可以按照如下顺序依次连接水听器5、三分量姿态传感器3和三分量地震数据传感器4等。当然，具体实施时还可以按照上述三种顺序以外的顺序连接数据采集组中的3个电子器件。对此，本申请不作限定。

在一个实施方式中，为了测得所需要的海洋地震数据，所述三分量地震数据传感器4具体可以包括以下至少一种：三分量模拟检波器、三分量数字检波器、三分量加速度计。其中，通过所述三分量模拟检波器或所述三分量数字检波器可以测得待测海域的海洋地震数据的三分量信号，通过所述加速度计可以测得待测海域的海洋地震数据的三分量加速度信号。具体实施时，可以根据实际需要，使用上述三种器件中的任意一种作为三分量地震数据传感器4。

在一个实施方式中，上述数据采集组中的三分量姿态传感器3、三分量地震数据传感器4和水听器5等器件直接采集得到的都是模拟数据，不能直接进行传输记录。为了将模拟数据转换成便于传输记录的数字数据，所述数据采集组还可以包括7个放大器和7个模数转换器。具体地，三分量姿态传感器3可以先分别与3个放大器相连，在上述3个放大器之后再各连接一个模数转换器。如此，三分量姿态传感器3采集得到的测量倾角分量数据、方位角分量数据和倾向分量数据可以分别各通过1个放大器的放大处理后，再分别由模数转换器将模拟信号转换成数字信号进行传输存储。同样，三分量地震数据传感器4也可以先分别与3个放大器相连，在上述3个放大器之后再各连接一个模数转换器。如此，三分量地震数据传感器4采集得到的X轴向上的地震波的波形分量数据、Y轴向上的地震波的波形分量数据和Z轴方向上的地震波的波形分量数据可以分别各通过1个放大器的放大处理后，再分别由模数转换器将模拟信号转换成数字信号进行传输存储。水听器5采集得到的海水压力波数据是一个标量数据，因此，所述水听器5只需要与1个放大器相连，再连接1个模数转换器即可将海水压力数据先进行放大后再转换成数字数据进行记录存储。

在一个实施方式中，为了提高转换得到的数据精度，所述模数转换器具体可以为32位模数转换器。使用32位模数转换器转换得到的数字数据分辨率较好，精确度较高。当然，还可以根据具体情况选择使用其他的模数转换器，例如8位模数转换器、16位模数转换器、24位模数转换器等。

在一个实施方式中，为了保护上述发电层6的柔性材料不被磨损，同时防止发电层6受损短路漏电，在所述发电层6外还设有保护层7。其中，所述保护层7一般用耐磨的非金属材料制成。具体地，上述保护层7可以是由凯夫拉(KEVLAR)材料制成。当然，具体实施时，还可以根据具体情况选择其他的耐磨非金属材料作为保护层7。对此，本申请不作限定。

在一个实施方式中，为了存储上述发电层6所产生电能，所述系统可以包括电能存储装置。其中，该电能存储装置可以与发电层6电性连接，从而可以将发电层6产生的电能通过该连接传输并存储在电能存储装置中。具体布设电能存储装置时，可以在每个数据采集组中配置一个电能存储装置，如此可以将每个数据采集组所在范围段线缆的发电层6产生的电能存储在该数据采集组的电能存储装置，以便该数据采集组可以通过所配置的电能存储装置就近获取所需要的电能，避免从其他数据采集组的电能存储装置调用能源，减少了电能在输运过程中的损耗。当然，还可以根据具体情况选择其他合适的电能存储装置的布设方式。对此，本申请不作限定。

在本实施方式中，所述使用的电能存储装置具体可以是能够进行多次充放电的电能存储装置。所述能够进行多次充放电的电能存储装置与所述发电层相连，具体可以用于多次存储所述发电层产生的电能，并在发电层所发出的电能无法满足电磁地震数据采集缆正常工作时，能够进行多次充放电的电能存储装置可以立即给电磁地震数据采集缆提供额外的电能，以保证电磁地震数据采集缆正常进行海洋电磁地震数据的采集工作。

在一个实施方式中，为了存储电能，所述电能存储装置具体可以为充电电池。当然也可以选择其他合适的器件作为电能存储装置。

在一个实施方式中，为了对待测海域进行探测，获得待测海域的海洋地震数据，所述系统具体还可以包括拖缆船1，所述一个或多个气枪震源2和所述一条或多条线缆(海洋地震数据采集线缆)与所述拖缆船1相连。当拖缆船1运动时，可以拖动气枪震源2和海洋地震数据采集线缆同时进行运动。

在一个实施方式中，当所述气枪震源为多个气枪震源时，为了使得产生的地震震源信号分布对称，使得采集数据便于后续处理，所述多个气枪震源2可以对称分布。具体地，可以以拖缆船1的行驶方向作为对称轴，在该对称轴的两侧对称布设气枪震源2。例如，所述系统包括6个气枪震源2时，可以在对称轴的两侧分别对称布设3个气枪震源2。

对于上述的海洋地震数据采集系统，具体可以参阅图3的应用海洋地震数据采集系统的步骤流程图，按照以下步骤进行海洋地震数据采集：

步骤301：气枪震源产生地震震源信号，用以在待测海域和海底以下介质中激发产生海洋地震信号，其中，所述海洋地震信号包括：三分量海洋地震数据和海水压力波数据；

步骤302：设置在线缆上的数据采集组采集三分量姿态数据、所述海水压力波数据和所述三分量海洋地震数据，其中，所述数据采集组工作所需的电源由所述线缆上的发电层提供。

在一个实施方式中，具体实施前，可以参阅图1，将一个或多个气枪震源和一条或多条线缆(海洋地震数据采集线缆)连接在拖缆船的尾端。其中，为了使得产生的地震震源信号和采集的数据相对对称，便于后续处理，可以以拖缆船行驶的方向作为对称轴，在该对称轴的两侧对称布设气枪震源和线缆。为了采集丰富的数据：三分量姿态数据、三分量海洋地震数据和海水压力波数据，可以在每条线缆上等间隔布设多个数据采集组。其中，每个数据采集组中包括：三分量姿态传感器、三分量地震数据传感器和水听器，分别用以采集三分量姿态数据、三分量海洋地震数据和海水压力波数据。为了给数据采集组中的电子器件提供能源，在线缆外还设有发电层。其中，发电层可以由摩擦纳米发电柔性材料制成。通过该发电层，可以将线缆运动的机械能转换成电能，用以向电子器件提供工作电压和工作电流。

在一个实施方式中，具体实施时，可以按照预设速度行驶拖缆船，拖动拖缆船所连接的气枪震源和线缆。气枪震源每隔预设时间段，例如30秒或一段预设空间距离，在待测海域中发射地震震源信号。其中，该地震震源信号可以在待测海域和海底以下介质中激发产生海洋地震数据和海水压力波数据。线缆上的发电层将线缆的机械能转换成电能，提供给数据采集组。数据采集组利用提供的电能实时地采集记录海洋地震数据。具体地，数据采集组中的三分量姿态传感器实时采集记录三分量姿态数据，三分量地震数据传感器实时采集记录三分量海洋地震数据，水听器实时采集记录标量的海水压力波数据。上述三种数据的各个分量数据可以分别依次通过放大器、模数转换器转换成数字数据，并以数字数据的形式传输并存储在拖缆船上的处理器中，以备后续的分析处理。

在一个实施方式中，处理器可以根据姿态数据对所述的海洋地震数据和海水压力数据进行旋转定位处理，再根据处理后的三分量海洋地震数据、海水压力波数据和三分量姿态数据，分析待测海域中由于地震震源信号产生的地震波波形，根据反射波波形分析待测海域的地下地层界面以及埋深情况。进一步，可以分析待测海域的地质构造和该海域内可能存在的油气资源分布特征。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，上述实施方式阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，在本说明书中，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

此外，在本说明书中，诸如第一和第二这样的形容词仅可以用于将一个元素或动作与另一元素或动作进行区分，而不必要求或暗示任何实际的这种关系或顺序。在环境允许的情况下，参照元素或部件或步骤(等)不应解释为局限于仅元素、部件、或步骤中的一个，而可以是元素、部件、或步骤中的一个或多个等。

从以上的描述中，可以看出，本申请实施方式提供的海洋地震数据采集系统通过在线缆的外表面设置发电层，将线缆的机械能转化成电能，对线缆自行进行供电，避免了由于使用长距离大功率电源供电线对地震数据采集单元的干扰和影响，解决了现有的海洋地震数据采集方法中存在的供电麻烦、采集得到的海洋地震数据准确度差的技术问题，达到了精确、高效采集海洋地震数据的技术效果；又通过使用摩擦纳米发电柔性材料制成发电层，将线缆随海水摆动或在海水中拖曳前行时产生的机械能转换成电能，进而可以对地震数据采集单元进行供电，避免了在线缆的起始端使用长距离大功率电源供电线对采集过程的影响；还通过将水听器、三分量姿态传感器和三分量地震信号传感器组合得到地震数据采集单元采集数据，达到了采集多分量海洋地震数据的技术效果；又由于不需要另外供电，线缆可以做的更长，因此可以在线缆上布设更多更密集的电子器件，采集更多的海洋地震数据，因此还达到了提高采集效率的技术效果。

在一个具体实施场景，应用本申请提供海洋地震数据采集系统设计拖缆式海洋四分量地震数据采集系统，对某海域的海洋地震数据进行采集，具体可以按照以下方式进行。

具体可以参阅图1和图2。拖缆式海洋四分量地震数据采集系统由拖缆船1，拖曳式气枪震源2和三条或三条以上缆的四分量海洋线缆组成。每条线缆上分别安置多个采集系(即地震数据采集单元)。每个采集系具体分别由三分量姿态传感器(姿态传感器)3、三分量模拟或数字检波器或三分量加速度计构成的声波传感器(地震数据传感器)4和水听器5组成。上述多个采集系在线缆中均匀分布，其中，三分量姿态传感器3、三分量模拟或三分量数字检波器或三分量加速度计构成的声波传感器4和水听器5紧挨在一起，且沿缆分布的相邻的两个姿态传感器3之间的间隔相等；沿缆分布的相邻的两个三分量模拟或三分量数字检波器或三分量加速度计构成的声波传感器4之间的间隔相等；沿缆分布的相邻的两个水听器5之间的间隔相等。

一个采集系由一个三分量姿态传感器3、一个三分量模拟或三分量数字检波器或三分量加速度计4和一个水听器5构成。其中，每个由三分量姿态传感器3、三分量模拟或三分量数字检波器或三分量加速度计4和水听器5构成的采集系可以采集记录海洋四分量地震信号。具体地，可以同时采集三分量海洋地震数据、三分量姿态数据和海水压力波数据。

所述的三分量地震数据传感器具体可以由一个三分量姿态传感器或一个三分量模拟或三分量数字检波器或三分量加速度计构成。三分量地震数据传感器4和水听计组合可以采集得到海洋四分量地震数据信号。

具体实施时，每个地震数据传感器(三分量模拟或三分量数字检波器或三分量加速度计构成的声波传感器4)和水听计后还连接着一个多道带前置放大器的独立的32位模数转换器。其中，所述模数转换器将可以将测量到的海洋四分量地震数据信号转化为数字信号。

转化后的海洋四分量地震数字信号可以由线缆中的光纤电缆直接传输到船载的海洋地震数据记录仪器中进行记录存储。

所述三分量姿态传感器3具体可以为测量倾角、方位角、倾向的三分量姿态传感器，用于分别测量得到测量倾角、方位角和倾向的三个姿态分量数据。

在封装每个三分量姿态传感器3、三分量模拟或三分量数字检波器或三分量加速度计4和水听器5的一段线缆外套上还包裹一层或多层摩擦纳米发电柔性材料6(即发电层)。然后再发电层上还设有一层耐磨的非金属材料保护层7，即可将原有的有源式海洋四分量地震数据采集拖缆变成无源式海洋四分量地震数据采集拖缆。具体实施时，无源式海洋四分量地震数据采集拖缆使用拖缆外套上包裹的摩擦纳米发电柔性材料6在其运动时产生的电能直接或间接的驱动线缆里的采集系进行相关数据采集工作，从而完全替代原线缆内的长距离大功率的供电线。具体地，当线缆在海水中拖行移动或在波浪驱动上下移动时，摩擦纳米发电柔性材料6可以将线缆的低频机械运动转换为电能，利用上述电能直接驱动拖缆里的采集系中具体的各种传感器进行数据采集工作。当然，上述电能也可以通过有线或无线的方式输送至线缆内的可充电电池中进行储存。可充电电池继而可以利用存储在电池中的电能驱动线缆里的采集系进行海洋地震数据的采集工作。

为了更好地采集海洋地震数据，还可以在船尾拖曳一个、两个、三个、四个或更多的气枪震源2用以产生海洋地震震源信号。进而，海洋四分量线缆可以测量并记录更为准确的海洋四分量地震信号。

通过上述场景示例，验证了通过本申请实施方式提供海洋地震数据采集系统和方法确实可以解决现有的海洋地震数据采集方法中存在的供电麻烦，由于使用长距离大功率供电线对线缆内的采集电路器件和传感器的干扰和影响导致采集得到的海洋地震数据准确度差的技术问题，达到精确、高效采集海洋地震数据的技术效果。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请。

Claims (14)

1.一种海洋地震数据采集系统，其特征在于，包括：

一个或多个气枪震源，和一条或多条线缆；

其中，所述一个或多个气枪震源，用于在海水中产生地震震源信号，所述地震震源信号用于在待测海域和海底以下介质中激发产生海洋地震信号，其中，所述海洋地震信号包括：三分量海洋地震数据和海水压力波数据；

每条所述线缆上设置有一个或多个数据采集组，其中，所述数据采集组包括：三分量姿态传感器，用于采集三分量姿态数据；三分量地震数据传感器，用于采集三分量海洋地震数据；水听器，用于采集海水压力波数据；

每条所述线缆上设置有发电层，其中，所述发电层用于为每条所述线缆上的数据采集组提供工作所需的电源。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发电层由摩擦纳米发电柔性材料制成。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在一条线缆上设置有多个数据采集组的情况下，所述多个数据采集组等间隔分布。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在一条线缆上设置有多个数据采集组的情况下，同一线缆上两个相邻的数据采集组的间隔距离为5米至50米。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三分量地震数据传感器包括以下至少之一：

三分量模拟检波器、三分量数字检波器、三分量加速度计。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集组还包括7个放大器和7个模数转换器。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述模数转换器为32位模数转换器。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发电层外还设有保护层。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述保护层由凯夫拉材料制成。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电能存储装置，所述电能存储装置与所述发电层相连，用于存储所述发电层产生的电能。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述电能存储装置为充电电池。

12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括拖缆船，所述一个或多个气枪震源和所述一条或多条线缆与所述拖缆船相连。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，在所述气枪震源为多个气枪震源的情况下，所述多个气枪震源以所述拖缆船行驶的方向为对称轴，对称分布。

14.一种通过权利要求1至13中任一项所述的海洋地震数据采集系统进行海洋地震数据采集的方法，其特征在于，包括：

利用气枪震源产生地震震源信号，用以在待测海域和海底以下介质中激发产生海洋地震信号，其中，所述海洋地震信号包括：三分量海洋地震数据和海水压力波数据；

通过设置在线缆上的数据采集组采集三分量姿态数据、所述海水压力波数据和所述三分量海洋地震数据，其中，所述数据采集组工作所需的电源由所述线缆上的发电层提供。