CN109116426A - 一种无人艇拖带震源的海上地震探测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人艇拖带震源的海上地震探测系统。所述探测系统中，中央控制主机与母船定位模块相连接；中央控制主机通过信号传输缆与地震电缆连接，地震电缆通过所述信号传输缆牵引于母船的船尾且信号传输缆以及地震电缆位于水中；信号传输缆与地震电缆之间设有导向舵，导向舵用于调整地震电缆的位置；地震电缆的末端设有艉标；无人艇内的动力控制装置、震源控制器以及无人艇定位模块分别与主机通过无线通信模块进行信息交互；震源控制器通过炮缆与水下震源连接；水下震源设于所述无人艇的艇尾。能够实时对震源与信号采集缆进行空间位置的相对调整，提高探测精度。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理勘探技术领域，特别是涉及一种无人艇拖带震源的海上地震探测系统。
背景技术
常规海洋地震探测通常是将震源与信号采集缆固定在同一条船船尾并牵引于海水中，以震源激发地震波，通过信号采集缆接收经海底地层反射的地震声波信号，通过对所获取的数据进行计算、成图来分析并判断海底目标地层情况的一种方法。
然而，常规海洋地震探测的方式受限于单船物理平台，不能实时有效地对震源与信号采集缆进行空间位置的相对调整，使接收的声学数据质量偏低，导致目标地层的探测分辨率低、成像清晰度低以及采集效率低的问题，；且只能通过增加船只的方式扩大探测范围，由于这种探测船只造价极高，这样大大增加了探测成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人艇拖带震源的海上地震探测系统，解决传统的海上地震探测方式震源与信号采集缆空间位置无法调整以及探测精度低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种无人艇拖带震源的海上地震探测系统，包括：母船、无人艇以及无线通信模块；
所述母船包括中央控制主机以及母船定位模块，所述中央控制主机与所述母船定位模块相连接；所述中央控制主机通过信号传输缆与地震电缆连接，所述地震电缆通过所述信号传输缆牵引于所述母船的船尾且所述信号传输缆以及所述地震电缆位于水中；所述信号传输缆与所述地震电缆之间设有导向舵，所述导向舵用于调整所述地震电缆的位置；所述地震电缆的末端设有艉标；
所述无人艇内设有动力控制装置、震源控制器以及无人艇定位模块，所述动力控制装置、所述震源控制器以及所述无人艇定位模块分别与所述主机通过所述无线通信模块进行信息交互；所述震源控制器通过炮缆与水下震源连接；所述水下震源设于所述无人艇的艇尾。
可选的，所述地震电缆包括一个或多个；
一个或多个所述地震电缆由一艘所述母船牵引；
所述地震电缆与所述母船的近船端保持平齐。
可选的，当所述地震电缆包括多个时，相邻的两条所述地震电缆之间的间距相等。
可选的，多条所述地震电缆通过改变导向舵的角度组成任意纵向比的地震电缆阵列。
可选的，所述无人艇包括一艘或多艘；
一艘或多艘所述无人艇对应一条所述母船；
当所述无人艇的数量为一艘时，所述无人艇与所述母船并行；
当所述无人艇的数量为多艘时，多艘所述无人艇均匀分布在所述母船的船头与船尾。
可选的，所述水下震源包括一个或多个；
一个或多个所述水下震源由一艘所述无人艇拖曳。
可选的，当所述水下震源具有多个时，多个所述水下震源同时激发或选择随机延时激发方式激发。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：一种无人艇拖带震源的海上地震探测系统，由可控动力的无人艇拖曳水下震源，母船拖曳地震电缆，利用可控动力无人艇与母船使水下震源与地震电缆阵列进行物理平台分离，通过母船定位模块以及无人艇定位模块控制母船与无人艇之间的空间位置，实时有效地对水下震源与地震电缆进行空间位置的相对调整，实现大范围探测，提高探测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明所提供的一艘无人艇拖曳一个水下震源的海上地震探测系统结构图；
图2为本发明所提供的两艘无人艇分别拖曳一个水下震源的海上地震探测系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种无人艇拖带震源的海上地震探测系统，能够对震源与信号采集缆进行空间位置的相对调整，提高探测精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一艘无人艇拖曳一个水下震源的海上地震探测系统结构图，如图1所示，一种无人艇拖带震源的海上地震探测系统，包括：母船、无人艇以及无线通信模块；
所述母船包括中央控制主机以及母船定位模块，所述中央控制主机与所述母船定位模块相连接；所述中央控制主机通过信号传输缆与地震电缆连接，所述地震电缆通过所述信号传输缆牵引于所述母船的船尾且所述信号传输缆以及所述地震电缆位于水中；所述信号传输缆与所述地震电缆之间设有导向舵，所述导向舵用于调整所述地震电缆的位置；所述地震电缆的末端设有艉标；
所述无人艇内设有动力控制装置、震源控制器以及无人艇定位模块，所述动力控制装置、所述震源控制器以及所述无人艇定位模块分别与所述主机通过所述无线通信模块进行信息交互；所述震源控制器通过炮缆与水下震源连接；所述水下震源设于所述无人艇的艇尾。
一个中央控制主机位于母船实验室内，多条地震电缆组合成地震电缆阵列，母船通过信号传输缆牵引地震电缆阵列于母船船尾的水中，中央控制主机通过信号传输缆与地震电缆阵列连接并生成地震电缆阵列的采集参数，中央控制主机通过信号传输缆发送采集指令至地震电缆阵列，地震电缆阵列接收经地层反射的地震声波信号并转换成数字信号，所述的地震电缆阵列通过信号传输缆将数字信号传输至中央控制主机，中央控制主机实时存储采集数据和监控地震电缆采集数据的质量，多条地震电缆可通过改变导向舵的角度达到调整地震电缆的间距，并形成不同横纵比的地震电缆阵列。
中央控制主机通过无线通信模块与震源控制器、动力控制装置建立实时通信，震源控制器位于无人艇防水密封舱内，震源控制器通过炮缆与水下震源连接，水下震源通过炮缆拖曳于无人艇艇尾的水中，中央控制主机生成震源控制器的控制参数，中央控制主机通过无线通信模块发送水下震源的控制指令至震源控制器并监控激发状态；其中，所述控制参数包括震源控制器的炮点的触发时间间隔及时间间隔、被激发炮点的能量以及触发方式等，所述采集参数包括无人艇艇尾的信号采集缆的信号采样率、信号增益以及采样延时时间等。
无人艇的动力控制装置位于无人艇防水密封舱内，中央控制主机通过多道地震软件监控窗口实时监控采集波形的质量，通过将采集波形的地震声波能量幅值、时间、噪声、声衰减、波形的形态等数据与理论波形进行对比分析，同时结合母船与无人艇的GPS定位信号、母船的航向及航速、无人艇航向及航速、导向舵的角度以此调整母船与无人艇之间的间距和地震电缆之间的间距。
中央控制主机通过无线通信模块发送航行指令至动力控制装置来实时控制无人艇的航速、航向，同时实时监控无人艇的航行轨迹，并根据无线通信模块反馈的无人艇定位信号来对无人艇航速、航向进行精准的调整，也可通过调整母船与无人艇之间的间距，达到改变信号采集系统偏移距的目的。
中央控制主机与震源控制器均包含时间服务器，因此中央控制主机与震源控制器具有相同的时间系统。震源控制器根据控制参数，进行固定的时间间隔(例如1次/秒)放炮激发，并记录每一炮的精确时刻。中央控制主机与地震电缆以固定的采样率(例如8kHz)连续接收并记录地震信号。
多震源交替激发采集
图2为本发明所提供的两艘无人艇分别拖曳一个水下震源的海上地震探测系统结构图，如图2所示，一个中央控制主机位于母船实验室内，多条地震电缆组合成地震电缆阵列，母船通过信号传输缆牵引地震电缆阵列于母船船尾的水中，中央控制主机通过信号传输缆与地震电缆阵列连接并生成地震电缆阵列的采集参数，中央控制主机通过信号传输缆发送采集指令至地震电缆阵列，地震电缆阵列接收经地层反射的地震声波信号并转换成数字信号，地震电缆阵列通过信号传输缆将数字信号传输至中央控制主机，中央控制主机实时存储采集数据和监控地震电缆采集数据的质量，多条地震电缆可通过改变导向舵的角度达到调整地震电缆的间距，并形成不同横纵比的地震电缆阵列。
中央控制主机通过无线通信模块分别与震源控制器、动力控制装置建立实时通信，震源控制器位于无人艇防水密封舱内，震源控制器通过炮缆与水下震源连接，水下震源通过炮缆拖曳于无人艇艇尾的水中，中央控制主机分别生成每个震源控制器的控制参数中央控制主机通过无线通信模块分别发送水下震源的控制指令至每个震源控制器并监控激发状态，两个水下震源采取交替激发的方式。中央控制主机通过无线通信系统发送震源控制指令至震源控制器用于设置水下震源的激发参数并实时监控激发状态，所述的激发参数包括炮点的触发时间及时间间隔、被激发炮点的能量、触发方式等参数，所述的水下震源与母船处于远距离分离状态，因此，可通过中央控制主机的监控窗口是否接收地震声波信号来判断震源是否激发成功。
无人艇的动力控制装置位于无人艇防水密封舱内上，中央控制主机通过多道地震软件监控窗口实时监控采集波形的质量，通过将采集波形的地震声波能量幅值、时间、噪声、声衰减、波形的形态等数据与理论波形进行对比分析，同时结合母船与无人艇的GPS定位信号、母船的航向及航速、无人艇航向及航速、导向舵的角度以此调整母船与无人艇之间的间距和地震电缆之间的间距。
中央控制主机通过无线通信模块分别发送航行指令至每个动力控制装置来实时控制无人艇的航速、航向，同时实时监控无人艇的航行轨迹，并根据无线通信模块反馈的无人艇定位信号来对无人艇航速、航向进行精准的调整，所述的中央控制主机通过无线通信模块将一条无人艇调整至母船船首之前，另一条无人艇调整至地震电缆阵列阵尾之后，所述的中央控制主机通过调整母船与无人艇之间的间距使每条无人艇进入理论最优偏移距范围，达到改变信号采集系统偏移距的目的。
中央控制主机与所有震源控制器均包含时间服务器，因此中央控制主机与所有震源控制器具有相同的时间系统。所有震源控制器根据控制参数，在不同时刻、固定的时间间隔(例如1次/秒)交替放炮激发，并记录每一炮的精确时刻。中央控制主机与地震电缆以相同的时间间隔(例如1次/秒)、固定的采样率(例如8kHz)、固定的记录长度(例如400ms)接收并记录地震信号；多震源交替激发采集通过设置多个不同空间位置的震源激发，地震电缆连续接收地震信号，可以一次性获得多倍的地震测线(双源双缆，可以获得4条地震测线；双源三缆，可以获得6条地震测线；三源三缆，可以获得9条地震测线；以此类推)，极大的加快了数据获取速度，进而提高采集效率和成像质量。
多震源同时激发采集
多震源交替激发采集虽然成倍提高利润作业效率，但相对于单源多缆采集来说，其采集数据的覆盖次数降低了，因此也可以采用多震源同时激发采集。
如图2所示，一个中央控制主机位于母船实验室内，所述的多条地震电缆组合成地震电缆阵列，母船通过信号传输缆牵引地震电缆阵列于母船船尾的水中，中央控制主机通过信号传输缆与地震电缆阵列连接并生成地震电缆阵列的采集参数，中央控制主机通过信号传输缆发送采集指令至地震电缆阵列，地震电缆阵列接收经地层反射的地震声波信号并转换成数字信号，地震电缆阵列通过信号传输缆将数字信号传输至中央控制主机，中央控制主机实时存储采集数据和监控地震电缆采集数据的质量，所述的多条地震电缆可通过改变导向舵的角度达到调整地震电缆的间距，并形成不同横纵比的地震电缆阵列。
中央控制主机通过无线通信模块分别与震源控制器、动力控制装置建立实时通信，震源控制器位于无人艇防水密封舱内，震源控制器通过炮缆与水下震源连接，水下震源通过炮缆拖曳于无人艇艇尾的水中，中央控制主机分别生成每个震源控制器的控制参数，中央控制主机通过无线通信模块分别发送水下震源的控制指令至每个震源控制器并监控激发状态，两个水下震源采取同时激发的方式。
无人艇的动力控制装置位于无人艇防水密封舱内上，中央控制主机通过多道地震软件监控窗口实时监控采集波形的质量，通过将采集波形的地震声波能量幅值、时间、噪声、声衰减、波形的形态等数据与理论波形进行对比分析，同时结合母船与无人艇的GPS定位信号、母船的航向及航速、无人艇航向及航速、导向舵的角度以此调整母船与无人艇之间的间距和地震电缆之间的间距。
中央控制主机通过无线通信模块分别发送航行指令至每个动力控制装置来实时控制无人艇的航速、航向，同时实时监控无人艇的航行轨迹，并根据无线通信模块反馈的无人艇定位信号来对无人艇航速、航向进行精准的调整，所述的中央控制主机通过无线通信模块将一条无人艇调整至母船船首之前，另一条无人艇调整至地震电缆阵列阵尾之后，中央控制主机通过调整母船与无人艇之间的间距使每条无人艇进入理论最优偏移距范围，达到改变信号采集系统偏移距的目的。
中央控制主机与所有震源控制器均包含时间服务器，因此中央控制主机与所有震源控制器具有相同的时间系统。所有震源控制器根据控制参数，在相同时刻、固定的时间间隔(例如1次/秒)同时放炮激发，并记录每一炮的精确时刻。中央控制主机与地震电缆以固定的采样率(例如8kHz)连续接收并记录地震信号。多震源同时激发采集通过设置多个不同空间位置的震源同时激发，地震电缆连续接收地震信号，获得时间空间混合的地震记录，极大的加快了数据获取速度，进而提高采集效率和成像质量。
作为一种特例，不同震源也可以按照一定的随机时间延迟激发，不同震源对应着不同的延迟激发时间，并记录每一炮的精确时刻；中央控制主机与地震电缆以固定的采样率(例如8kHz)连续接收并记录地震信号。
上述内容仅详细记载了一条无人艇拖曳一个水下震源和两条无人艇分别拖曳一个水下震源进行海上地震探测的方式，但也不排除结合三条及以上无人艇分别拖曳一个或多个水下震源进行更高精度的海上地震探测的方式的情况，同时由于无人艇的动力可控性，故水下震源也可以采取更加灵活的空间布局。
在实际应用中，所述的母船及所述的无人艇均采用实时高精度GPS定位；一艘所述的母船可以选择牵引1条或多条地震电缆；一艘所述的母船可以选择携带1条或多条所述的无人艇；一条所述的无人艇可以选择在艇尾拖曳1个或多个所述的水下震源；多个水下发射头可选择同时激发，也可选择随机延时激发等多种激发方式；所述无人艇的动力控制装置与震源控制器均位于防水密封舱内，增加设备的安全性；母船与无人艇上的时间服务器通过无线通信系统进行时间高精度同步；母船牵引多条地震电缆并形成地震电缆阵列；母船拖曳的每条地震电缆的近船端应保持对齐；调整导向舵的角度和加装艉标使每条地震电缆尽量保持等间距，防止地震电缆相互缠绕；一艘母船携带2艘可控动力无人艇，每条所述的无人艇拖曳一个所述的水下震源，提高所述的无人艇航行时的机动性、安全性和目标地层的分辨率、成像精度；所述的2个水下震源采取随机延迟激发的方式，同时保持2个水下震源的发射间隔≥1次/秒，以改善地震数据的采集效率与质量；一艘无人艇拖曳一个水下震源位于母船船艏之前，另一艘无人艇拖曳一个水下震源位于地震电缆阵列阵尾之后；一条及多条所述的可控动力无人艇与母船的间距可根据实时反馈的定位信号进行调整，达到改变地震系统偏移距的目的，并使所述的无人艇进入理论最优偏移距范围，提高对目标地层的探测分辨率和成像精度；母船牵引多条所述的地震电缆可通过改变导向舵的角度来组合成任意横纵比的地震电缆阵列，以此优化采集系统的方位角，提高对目标地层的探测分辨率和成像精度。
本发明才提供海上地震探测系统利用可控动力无人艇与母船使水下震源与地震电缆阵列进行物理平台分离，并可以选择一条无人艇拖曳一个水下震源或者多条无人艇分别拖曳一个水下震源于母船船首和地震电缆阵列阵尾的海上地震探测方式，根据采集的地震数据的质量调整母船与无人艇之间、地震电缆与地震电缆之间的间距，实时的优化采集系统的偏移距和地震电缆阵列的方位角，极大的提升采集系统设计的灵活性，提高对目标地层的探测分辨率和成像精度，提高工作效率，降低作业费用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种无人艇拖带震源的海上地震探测系统，其特征在于，包括：母船、无人艇以及无线通信模块；
所述母船包括中央控制主机以及母船定位模块，所述中央控制主机与所述母船定位模块相连接；所述中央控制主机通过信号传输缆与地震电缆连接，所述地震电缆通过所述信号传输缆牵引于所述母船的船尾且所述信号传输缆以及所述地震电缆位于水中；所述信号传输缆与所述地震电缆之间设有导向舵，所述导向舵用于调整所述地震电缆的位置；所述地震电缆的末端设有艉标；
所述无人艇内设有动力控制装置、震源控制器以及无人艇定位模块，所述动力控制装置、所述震源控制器以及所述无人艇定位模块分别与所述主机通过所述无线通信模块进行信息交互；所述震源控制器通过炮缆与水下震源连接；所述水下震源设于所述无人艇的艇尾。
2.根据权利要求1所述的海上地震探测系统，其特征在于，所述地震电缆包括一个或多个；
一个或多个所述地震电缆由一艘所述母船牵引；
所述地震电缆与所述母船的近船端保持平齐。
3.根据权利要求2所述的海上地震探测系统，其特征在于，当所述地震电缆包括多个时，相邻的两条所述地震电缆之间的间距相等。
4.根据权利要求3所述的海上地震探测系统，其特征在于，多条所述地震电缆通过改变导向舵的角度组成任意纵向比的地震电缆阵列。
5.根据权利要求1所述的海上地震探测系统，其特征在于，所述无人艇包括一艘或多艘；
一艘或多艘所述无人艇对应一条所述母船；
当所述无人艇的数量为一艘时，所述无人艇与所述母船并行；
当所述无人艇的数量为多艘时，多艘所述无人艇均匀分布在所述母船的船头与船尾。
6.根据权利要求1所述的海上地震探测系统，其特征在于，所述水下震源包括一个或多个；
一个或多个所述水下震源由一艘所述无人艇拖曳。
7.根据权利要求6所述的海上地震探测系统，其特征在于，当所述水下震源具有多个时，多个所述水下震源同时激发或选择随机延时激发方式激发。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190101 |