CN109765619B - 一种基于移动平台搭载的海洋地震探测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于移动平台搭载的海洋地震探测系统及其方法。系统包括母船、震源和近海底观测系统；近海底观测系统包括AUV和AUV搭载的水听器阵列；水听器阵列位于震源下方；调节横向调节杆的长度和旋转角度，调节第一深度调节杆和第二深度调节杆的长度，可以进行水听器阵列姿态的调整，以适应不同观测目标及采集情况下的姿态需求。基于本发明的系统，震源激发信号经地下反射层位反射后可被迅速记录，缩短了传输距离；通过调整震源与水听阵列水平位置，可以实现零‑近偏移距的采集。

Description

一种基于移动平台搭载的海洋地震探测系统及其方法

技术领域

本发明属于海洋地震勘探领域，具体涉及一种基于移动平台搭载的海洋地震探测系统。

背景技术

目前的拖缆式海洋地震勘探中，海水层的存在对地震信号造成了强烈衰减，降低了所采集地震资料的信噪比和分辨率，同时由于实际施工的限制，采集系统距离震源往往会保持一定距离，最小距离(最小偏移距)可由数十米到几百米变化。而基于海底地震仪OBS的主动源采集虽然可以大大缩短信号传播距离并且可以在OBS上方激发震源从而实现零偏移距采集，但由于OBS位置固定，只能实现海底特定区域的近偏移距采集。近偏移距数据对于海底浅层结构成像具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，为了获取近偏移距数据，同时克服常规拖缆式地震采集信噪比和分辨率偏低的问题，本发明提出了基于移动平台搭载的地震探测系统及其方法。

本发明的技术方案如下：

本发明的基于移动平台搭载的海洋地震探测系统包括母船、震源和近海底观测系统；所述的母船通过导缆与震源相连；所述的近海底观测系统包括AUV和 AUV搭载的水听器阵列；所述的水听器阵列位于震源下方的近海底区域。所述的水听器阵列一端与第一深度调节杆相连，另一端与第二深度调节杆相连，横向调节杆一端与AUV固定连接，另一端与第一深度调节杆固连，第二深度调节杆与横向调节杆靠近AUV的一端固定相连；所述的水听器阵列还通过电缆与AUV相连；所述的第一深度调节杆和第二深度调节杆在深度方向上长度可调，所述的横向调节杆在水平方向上长度可调。

优选的，根据海底地形特征调整水听器的深度。保证最深处水听器距离海底深度维持在5m-120m之间，其它位置水听器距底海底深度则取决于水听器阵列形态。这样就极大地缩短了信号到达采集系统的距离，横向分辨率得到提升，高频能量衰减减少，纵向分辨率也得到改善，此外受到涌浪的影响也变小，信噪比会得到很大程度的改善。

优选的，所述的横向调节杆可绕其轴线旋转，以旋转调节水听器阵列位于横向调节杆下方或上方。

优选的，所述的基于移动平台搭载的海洋地震探测系统还包括至少一个辅助观测系统；所述的辅助观测系统的结构与近海底观测系统相同。

优选的，所述的辅助观测系统与近海底观测系统位于同一水平线上，近海底观测系统位于震源下方，辅助观测系统与震源保持设定的水平距离。

优选的，所述的辅助观测系统与近海底观测系统位于同一竖直线上，近海底观测系统和辅助观测系统均位于震源下方，其中辅助观测系统位于近海底观测系统上方。

本发明还公开了一种基于移动平台搭载的海洋地震探测方法，步骤如下：

1)震源通过导缆与母船连接；调节横向调节杆的长度和旋转角度，调节第一深度调节杆和第二深度调节杆的长度，使近海底观测系统的水听器阵列呈现需要的姿态；

2)控制近海底观测系统的AUV，使近海底观测系统水听器阵列位于震源下方，并调节水听器阵列与海底的距离；AUV与母船同步运动；

3)激发震源，水听器阵列采集信号。

优选的，所述的水听器阵列呈现的姿态可以为倾斜姿态，垂直姿态或水平姿态。水深较浅且目标层位为浅层时，利用倾斜姿态，可以实现鬼波到达时间差异，为后续去除提供更好的数据基础；水平姿态有利于规避触底风险，对于深海浅层目标比较适用；垂直姿态可以获取浅层结果的精细速度结构，适用于水平高分辨率地震采集。

优选的，在布置近海底观测系统的同时，布置辅助观测系统；所述的辅助观测系统的结构与近海底观测系统相同；

所述的辅助观测系统与近海底观测系统位于同一水平线上，近海底观测系统位于震源下方，辅助观测系统与震源保持设定的水平距离；以实现多偏移距采集；

或者，所述的辅助观测系统与近海底观测系统位于同一竖直线上，近海底观测系统和辅助观测系统均位于震源下方，其中辅助观测系统位于近海底观测系统上方；以实现多方位角采集。

与现有技术相比，本发明的水听器阵列可以进行各种姿态的调整，以适应各种情况下对于水听器阵列的姿态需求。基于本发明的系统，震源激发信号经海底反射后可被迅速记录，由于AUV搭载能力的限制，依据水听阵列的长度有限，可以实现零-近偏移距的采集。

该系统可实现震源与水听阵列同步及非同步采集。非同步采集时，母船不动， AUV自主航行，根据震检互换原理，可以获取类似于主动源OBS的效果。而当同步采集时，根据震源与阵列相对位置，可以获得地下特定偏移距数据。针对于浅层结构，可以采用零(近)偏移距采集，对于深部构造可以采用远偏移距采集。同时也可以开展多阵列同步采集，相应地可以同时开展多方位角采集，在垂直测线方向上同时布设多台AUV，与母船同步采集，可以获取地下介质的三维空间分布规律。

附图说明

图1为基于水下机器人AUV搭载的近海底地震探测系统示意图；

图2基于AUV搭载的水平水听阵采集模式(水平)；

图3基于AUV搭载的垂直水听阵采集模式(竖直)；

图4基于多移动平台搭载的多偏移距采集方法示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的说明。

图1展示了基于无缆水下机器人(AUV)8搭载的近海底观测系统。根据勘探目标的不同，震源2可以选用常规气枪震源保证穿透深度，也可以采用深拖式电火花或者换能器进一步增强高频能量提高分辨率，震源通过导缆3与母船连接。图中所示水听器阵列12为倾斜式水听阵列，即不同水听器深度各不相同，这样可以增加来自于海面1的虚反射到达时间差异，从而可以再进行不同变换过程中更加有效地加以识别和去除，所述的水听阵列与距海底最小距离为5m。水听阵列可以实现自主或通过AUV供电，其姿态主要通过连接电缆9、横向调节杆15 和第一深度调节杆10、第二深度调节杆11实现，深度调节杆通过两个锁扣13、14与水听阵列连接。所述的近海底观测系统还包括两个辅助浮球6、7，两个辅助浮球连接水听器阵列的两端，用于调节水听阵列的尾部深度，减轻AUV姿态调整压力。基于该系统，震源激发信号经海底4反射后可被迅速记录，由于AUV 搭载能力的限制，依据水听阵列的长度有限，可以实现零-近偏移距5的采集。

基于移动平台搭载的海洋地震探测方法步骤如下：

1)震源通过导缆与母船连接；调节横向调节杆15的长度和旋转角度，调节第一深度调节杆10和第二深度调节杆11的长度，使近海底观测系统的水听器阵列呈现需要的姿态；

2)控制近海底观测系统的AUV，使近海底观测系统水听器阵列位于震源下方，并调节水听器阵列与海底的距离；AUV与母船同步运动；

3)激发震源，水听器阵列采集信号。

针对于地表起伏明显的复杂海域，为了降低倾斜水听阵列在实际施工过程中碰撞或触底的风险，也可采用水平水听阵列采集，如图2所示，此时需要改变水听阵列内部填充材质使拖缆近似零浮力，如果水深足够，而探测目标为浅层时，此时鬼波的到达时间在有效区域之外，可以采用这种方法，以减少后续处理的复杂度。或者采用垂直采集，如图3所示，此时调整横向调节杆15使其缩短到最短长度，然后使两个深度调节杆一个位于高处，一个位于低处，并且两个深度调节杆的差距等于水听器阵列的长度。

采集用水听阵列主要由信号采集单元、信号存储单元、供电单元、辅助单元以及耐压舱组成，信号存储单元包括多通道声压水听器、前置放大器以及低通滤波电路；存储单元包括AD转换电路、FPGA最小系统、低功耗MCU以及大容量SD 卡组成；供电单元则由高能电池组组成，也配有外接电源插头，可以通过AUV 供电；辅助单元主要包括高精度时钟模块、深度传感器以及姿态仪等。

由于AUV可自主航行，因此该系统可实现震源与水听阵列同步及非同步采集。非同步采集时，母船不动，AUV自主航行，根据震检互换原理，可以获取类似于主动源OBS的效果，只是此时震源固定不动，由于AUV更加灵活，可以快速有效实现规则或者不规则采集(如环形采集)。而当同步采集时，根据震源与阵列相对位置，可以获得地下特定偏移距数据，针对于浅层结构，可以采用零(近)偏移距采集，对于深部构造可以采用远偏移距采集。同时也可以开展多阵列同步采集，如图4所示，此时可以同时获取地下介质的近中远偏移距数据，可同时获得浅层和深部结构信息。

相应地可以同时开展多方位角采集，在垂直测线方向上同时布设多台AUV，与母船同步采集，可以获取地下介质的三维空间分布规律。在沿测线和垂直测线同时布设多台AUV，即可实现近中远偏移距以及小中大方位角的近海底高分辨率综合采集。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于移动平台搭载的海洋地震探测系统，其特征在于包括母船、震源和近海底观测系统；所述的母船通过导缆与震源相连；所述的近海底观测系统包括AUV和AUV搭载的水听器阵列；所述的水听器阵列位于震源下方的近海底区域；

所述的水听器阵列一端与第一深度调节杆（10）相连，另一端与第二深度调节杆（11）相连，横向调节杆（15）一端与AUV固定连接，另一端与第一深度调节杆（10）固连，第二深度调节杆（11）与横向调节杆（15）靠近AUV的一端固定相连；所述的水听器阵列还通过电缆（9）与AUV相连；所述的第一深度调节杆（10）和第二深度调节杆（11）在深度方向上长度可调，所述的横向调节杆（15）在水平方向上长度可调；

所述的横向调节杆（15）可绕其轴线旋转，以旋转调节水听器阵列位于横向调节杆（15）下方或上方；

所述海洋地震探测系统还包括至少一个辅助观测系统；所述的辅助观测系统的结构与近海底观测系统相同。

2.根据权利要求1所述的基于移动平台搭载的海洋地震探测系统，其特征在于所述的水听器阵列距离海底最近可达5-120m。

3.如权利要求1所述的基于移动平台搭载的海洋地震探测系统，其特征在于所述的辅助观测系统与近海底观测系统位于同一水平线上，近海底观测系统位于震源下方，辅助观测系统与震源保持设定的水平距离。

4.如权利要求1所述的基于移动平台搭载的海洋地震探测系统，其特征在于所述的辅助观测系统与近海底观测系统位于同一竖直线上，近海底观测系统和辅助观测系统均位于震源下方，其中辅助观测系统位于近海底观测系统上方。

5.一种权利要求1所述基于移动平台搭载的海洋地震探测系统的海洋地震探测方法，其特征在于步骤如下：

1）震源通过导缆与母船连接；调节横向调节杆（15）的长度和旋转角度，调节第一深度调节杆（10）和第二深度调节杆（11）的长度，使近海底观测系统的水听器阵列呈现需要的姿态；

2）控制近海底观测系统的AUV，使近海底观测系统水听器阵列位于震源下方，并调节水听器阵列与海底的距离；AUV与母船同步运动；

3）激发震源，水听器阵列采集信号。

6.根据权利要求5所述的海洋地震探测方法，其特征在于所述的水听器阵列呈现的姿态为倾斜姿态、垂直姿态或水平姿态。

7.根据权利要求5所述的海洋地震探测方法，其特征在于：

在布置近海底观测系统的同时，布置辅助观测系统；所述的辅助观测系统的结构与近海底观测系统相同；

所述的辅助观测系统与近海底观测系统位于同一水平线上，近海底观测系统位于震源下方，辅助观测系统与震源保持设定的水平距离；以实现多偏移距采集；

或者，所述的辅助观测系统与近海底观测系统位于同一竖直线上，近海底观测系统和辅助观测系统均位于震源下方，其中辅助观测系统位于近海底观测系统上方；以实现多方位角采集。