CN113892040A - 地震数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于采集地震数据的分布式声学感测系统1。系统1包括：感测线缆2和仪器漂浮体3。感测线缆2用于感测地震波，并且适用于海底22。仪器漂浮体3包括用于采集地震数据的仪器。仪器漂浮体3通过立管线缆8可连接到或连接到感测线缆2。

Description

地震数据采集系统
本发明涉及地震数据采集领域。特别地，它涉及一种用于采集用于海底位置的地震数据的系统。
已知使用海底地震数据采集系统来获得与海底下方的地质结构相关的地震数据。与海平面系统相比，这种海底系统的优点是地震数据中需要取消的反射较少，因此可以获得更清晰的数据。此外，与海平面系统相比，海底系统允许进行更多种类的测量(例如，s波测量)。然而，已知的海底系统安装起来既昂贵又费时。
本发明寻求提供一种改进的海底地震数据采集系统，其可以比现有系统便宜并且可以部署并且可选地还可以快速回收。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于采集地震数据的分布式声学感测系统，所述系统包括：
a.用于感测地震波的感测线缆，所述感测线缆适用于海底；和
b.仪器漂浮结构，其包括至少一些用于采集地震数据的仪器，所述仪器漂浮结构可通过立管线缆连接或连接到所述感测线缆。
在使用中，感测线缆可以并且优选地位于海底上。因此，提供了一种适用于感测海底位置上的地震数据的系统。如上所述，与在海平面位置相反，在海底上测量地震数据意味着在地震数据中需要取消的反射较少，因此可以获得更清晰的数据。
感测线缆可以是适合于感测地震波的任何线缆。
感测线缆优选地是光纤感测线缆，例如包括光纤(玻璃纤维)部分的感测线缆。
感测线缆优选以(例如单根)连续未分支线缆的形式提供，例如没有任何其他光纤线缆从其分支。换句话说，该系统优选地包括连续的无分支光纤感测线缆。与具有分支感测线缆或节点的系统相比，这可以提供更简单的系统，其更易于部署和/或取回。此外，感测线缆中没有节点在数据质量方面可能是有利的。
感测线缆优选地包括：感测部(例如感测中间部或中心部)和围绕感测部优选地同心地布置的一个或多个(优选地至少两个)保护层。
感测部优选地包括一根或多根玻璃纤维，并且更优选地，(仅)一根玻璃纤维，即单根玻璃纤维束。这有助于保持感测线缆便宜且易于部署。
感测部的直径可约为125μm。
所述一个或多个保护层优选地例如围绕感测部同心地布置，以至少在特定时间段内保护感测部免于进水和/或机械损坏。例如，所述一个或多个保护层可以被选择或设计成使得它们可以例如在(或至少)一天和一周之间的时间段内防止进水(例如，当位于海底位置时)。这可为要执行的地震勘测提供足够的时间。
所述一个或多个保护层可以由一种或多种(保护)材料制成，例如有机硅、聚氨酯、高密度聚乙烯和/或高密度聚丙烯。这些材料在低温条件下具有相当好的抗水渗透性(只要它们在机械上完好无损)。
在一些实施例中，所述一个或多个保护层可包括两层或多层不同(或至少两种不同)材料(例如上述材料)。以这种方式分层不同的材料可有助于防止层中的任何缺陷一直渗透到感测部。
在一些实施例中，所述一个或多个保护层可以包括金属层。这可以提供进一步的保护。然而，这不是必需的并且优选地，所述一个或多个保护层不包括金属层。
所述一个或多个保护层优选包括内保护层和外保护层，其中内保护层设置在感测部和外保护层之间。例如，内保护层可以是最内保护层。例如，外保护层可以是最外保护层。在一些实施例中，所述一个或多个保护层仅包括内保护层和外保护层。在其他实施例中，提供一个或多个另外的保护层。
内保护层优选地具有比感测部低的弹性模量。这可以通过将作用在感测线缆上的任何压缩力(例如，包括静水压力)转换成沿线缆长度的线性应变来帮助保护感测部免受机械应力。
(例如内)保护层优选地粘附或被粘附到感测部。例如，可以通过提供施加在所粘附的感测部或保护层之间或上的底漆层来促进对感测部的粘附。
在优选实施例中，所述一个或多个保护层包括有机硅层，并且优选地，内保护层是有机硅层。然而，可以使用其他聚合物。所有聚合物的杨氏(弹性)模量都比玻璃低得多，尤其是橡胶类物质。然而，除了具有比感测部更低的杨氏模量之外，保护层(例如，与感测部相邻的层)还优选地对感测部具有良好的粘附性，可能使用底漆层，例如，如果需要。特别地有机硅可以为感测部提供良好的附着力和低弹性模量。
外保护层优选地具有比感测部和/或内保护层更大的拉伸强度和/或重量和/或密度。
外保护层可由塑料材料制成，例如高密度聚丙烯和/或高密度聚乙烯。在一些实施例中，形成外保护层的材料可包括物质(例如增强物质)和/或铠装纤维，优选地，只要该物质和/或铠装纤维至少在优选的时间段内仍然提供防水或抗水的外保护层。由诸如塑料材料如高密度聚丙烯和/或高密度聚乙烯的材料形成外保护层可以为感测线缆提供坚硬的防水外涂层。它还可以增加感测线缆的重量并提供增加的拉伸强度。
如上所述，在一些实施例中，外保护层中可包括纤维。例如，芳族聚酰胺(Kevlar)、结构化聚乙烯和/或金属纤维可以包括在外保护层中。提供此类纤维可有助于提供增加的拉伸强度和增加的重量。
在一些实施例中，所述一个或多个保护层(例如所述一个或多个保护层中的一层或多层)可以是可生物降解的。例如，所述一个或多个保护层可包括天然橡胶和/或纤维素纤维。因此，如果感测线缆没有从海底中取出(例如，不可能与系统的其余部分断开或者如果它或它的一部分与系统的其余部分断开)，那么所述一个或多个保护层可能会生物降解，只留下例如玻璃纤维部分(期由与沙子相同的材料制成)。在一些实施例中，所述一个或多个保护层(或至少其中之一)可被布置为在水下超过一天或一周时生物降解或分解。
所述一个或多个保护层或外保护层优选由对海洋生物没有吸引力的材料制成，即优选的是海洋生物例如鱼不会被吸引来吃掉所述一个或多个保护层或外保护层(例如其一部分)。
所述一个或多个保护层(例如所述一个或多个保护层中的一层或多层)优选是不均匀的，即形成不均匀的结构。这可能意味着线缆结构作为一个整体具有低的整体体积模量和/或高的泊松比。
所述一个或多个保护层中的一个或多个可由包括纤维或编织材料(例如Kevlar)的材料制成。在这种情况下，至少一些纤维与线缆的纵向轴线成一定角度布置(例如纺制/编织)(即它们与线缆的纵向轴线不共线)。通常，纤维(例如它们的编织图案)与线缆的纵向轴线之间的角度越大，作为纵向应力传递到感测部的压缩力就越大。因此，在至少一些纤维(例如它们的编织图案)和线缆的纵向轴线之间的较大的角度可能是优选的。在许多传感器应用(例如本发明)中，(铠装)纤维的优先取向与线缆的纵轴共线。铠装材料(纤维)的图案，例如纤维取向、纺丝/编织图案/取向，可用于形成有效的低弹性模量材料，同时仍保持对线缆内的光纤(感测部)的机械保护。纤维(或至少一些纤维或它们的编织图案)可以布置成使得它们与线缆的纵轴的角度使得感测部的体积弹性模量与包含纤维的保护层的(至少一些)的体积弹性模量相匹配。然而，为保护层提供一些(例如内部)纤维与线缆的纵轴成(相对)(更)高的角度布置并且一些(例如外部)纤维布置成与线缆的纵轴成(相对)(更)小的角度布置可能是有利的。一些(例如，外部)纤维与线缆的纵轴成(相对)(较)小的角度布置的这种布置可以提供具有增加的断裂强度的感测线缆(即为了断开它需要更大的纵向力作用在线缆上)。
感测线缆优选地具有足够的密度以使其沉入海底。感测线缆的密度优选大于水或海水的密度。
感测线缆的总直径可能约为1.5–4mm。
优选地，感测线缆是柔性的或至少足够柔性以使其可以例如以弯曲图案布置在海底上，例如覆盖待勘测的地质结构。
例如，感测线缆的总长度可能约为10–30km。在一些实施例中，感测线缆可具有高达约50km或甚至更长的长度，例如随着感测线缆的技术进步。线缆远端(例如，如下所述的第一端)中的过长可用于例如简化线缆在海底上的布置或安装。测量是单端的，额外的长度有助于减少端部反射。
感测线缆可具有第一端和第二端。
感测线缆的第一端优选地是自由的和/或可移动的，即不直接附接到任何其他(例如固定的或相对固定的)部件。
第一端可以包括用于减少在线缆的第一端处的端部反射(即，来自感测线缆的端部的反射)的设备或装置。用于减少端部反射的设备或装置优选地就在线缆被安装例如在部署线缆的容器上之前形成和/或附接到线缆的第一端(例如如下所述)。
用于减少端部反射的设备或装置可以包括用于降低端部反射的任何已知装置。例如，用于减少端部反射的设备或装置可以包括感测线缆，特别是感测部的压碎或以其他方式变形的区域。在另一实例中，用于减少端部反射的设备或装置可包括感测纤维(感测部)的盘绕区域(例如，直径约1cm)。在另一实例中，可以通过提供围绕感测部(纤维)端部的具有与感测部(纤维)的折射率匹配的折射率的流体或凝胶来减少反射。
第一端可以(附加于或替代于用于减少端部反射的设备或装置)包括在线缆的第一端处的帽。帽优选地布置成防止水进入感测线缆，例如在其第一端处进入。任何种类的(例如已知的)防水密封帽均可用于此目的。类似于用于减少端部反射的装置或装置，帽(也)优选地就在线缆被安装例如在部署线缆的容器上之前制成和/或附接到线缆的第一端(例如如下所述)。
用于减少端部反射的设备或装置和/或所述帽因此可以被定制或适用于要进行的特定地震勘测和/或要进行勘测的位置。
感测线缆(例如并且优选地其第二端)可以例如经由立管线缆连接到仪器漂浮结构。
如上所述，还提供了仪器漂浮结构。仪器漂浮结构可以是任何类型的浮动或漂浮体或浮体，其适合于容纳或携带用于采集地震数据的仪器。在一些实施例中，仪器漂浮结构可以船只(船)的形式提供。在其他情况下，仪器漂浮体可能比典型的船只(船)小得多，并且例如可以简单地提供浮动或浮力平台或容器，在其上/内可以提供用于采集地震数据的仪器。
仪器漂浮结构包括(至少一些)用于采集地震数据的仪器(例如，如下文所讨论)并且通过立管线缆可以连接或已连接到感测线缆。仪器漂浮结构不必包括采集地震数据所需的所有仪器。例如，一些用于采集地震数据的仪器可以在其他地方提供，例如在水下或水下位置(使用中)。
立管缆线优选地布置成允许诸如由感测线缆检测到的光信号(例如代表地震波和/或脉冲)的信号从感测线缆传输到仪器漂浮结构(或更具体地其仪器)。
因此，立管线缆优选地包括(或由其形成)信号传输线缆，例如光纤线缆。可以使用任何适合在水下传输光信号的线缆。例如，信号传输线缆优选地包括防水涂层。立管线缆可以是传统的海底线缆，其中信号传输(例如光纤)线缆设置在诸如密封金属管的外壳中。
立管线缆可包括系泊部或系泊线缆，例如绳索或链条。因此，在一些实施例中，信号传输线缆和系泊部或线缆可以设置在单个线缆中(或以单个线缆的形式)。例如，信号传输线缆可以穿过系泊部或线缆(例如在外壳内部)。在另一个实施例中，信号传输线缆可以附接到系泊部或线缆，例如在沿着系泊部或线缆的长度的多个位置处(例如，穿过设置在系泊部或线缆上的孔口或以其他方式连接到系泊部或线缆)。
替代地，系泊部或线缆(例如用于仪器漂浮结构的)可以单独提供到(例如不是附接或连接到)信号传输缆线。
在任一情况下，系泊部或缆线优选地比信号传输缆线更坚固。
在使用中，系泊部或缆线优选地布置成使得其经受比信号传输缆线更大的载荷或应变，即优选地布置成防止信号传输缆线经受任何潜在的破坏载荷或应变。
在一些实施例中，系泊部或缆线比信号传输缆线长。系泊部或线缆的额外长度可以以所谓的“猪尾”的形式提供。信号传输线缆可以是一次性线缆，但系泊部或线缆可以适用于多种用途(例如地震勘测)。因此，线缆的系泊部在使用后可被切割(拼接)以将其与信号传输线缆分离，并且额外长度(或额外长度中的一些)然后可用于随后的地震勘测。
立管线缆(带或不带系泊部或线缆)优选地比感测线缆更坚固。这是因为在使用时，它必须承受比布置在海底上的感测线缆更大的力，例如拉力。
仪器漂浮结构优选地连接到第一锚或锚固装置，例如经由立管线缆(例如并且优选地其系泊部或线缆)或单独的系泊部或线缆。
感测线缆优选地连接到至少一个锚或锚固装置，并且优选地(至少)连接到与仪器漂浮结构连接的相同的(第一)锚或锚固装置。
因此，第一锚优选地布置成将仪器漂浮结构和/或感测线缆保持在相对固定的位置。当然，例如，由于水流引起的少量移动可能是不可避免的，但这优选地通过(至少)使用第一锚最小化。任何合适的锚都可以用作第一锚。例如，这可取决于特定安装或勘测位置中海底的性质。
连接器可以设置在(第一)锚上，用于将立管线缆(例如，其系泊部或缆绳)或单独的系泊部或缆绳连接到所述锚。在一些实施例中，该连接器还可用于将感测线缆连接至(第一)锚。在替代实施例中，可以提供另外的连接器以将感测线缆连接到(第一)锚。
连接器优选地布置成使得立管缆线(例如，其系泊部或缆线)或单独的系泊部或缆线，和/或感测线缆能够以可移动/可滑动的方式连接到锚。换言之，优选地，立管线缆(例如，其系泊部或缆绳)或单独的系泊部或缆绳，和/或感测缆绳优选地仍可相对于锚纵向移动，例如滑动，同时通过连接器被保持在锚处或附近。
例如，连接器可以包括引导件或引导部，例如呈一个或多个环、通道或孔的形式，立管线缆(例如其系泊部或线缆)或单独的系泊部或线缆，和/或感测线缆可以穿过该环、通道或孔，从而允许立管线缆(例如其系泊部或线缆)或单独的系泊部或线缆，和/或感测线缆相对于锚纵向移动，同时仍然连接到锚。
连接器优选地包括圆形和/或光滑的边缘，例如没有锋利的边缘，从而优选地它不会对连接到它的感测线缆造成损坏。出于类似的原因，连接器可以由相对柔软的材料形成，例如橡胶或橡胶材料。
如上所述，仪器漂浮结构包括(至少一些)用于执行地震勘测或采集地震数据的仪器。例如，仪器可以包括询问单元、(例如GPS)天线、与船只的无线电连接(接收器/发射器)、电池(或电池组)和/或具有硬驱动器或存储器的DAS控制系统中的一个或多个。
优选地，仪器至少包括接收器和/或天线(例如无线电接收器和/或GPS天线)，因为期望该/这些部件应该设置在海面上方的位置。然而，例如，可以在替代位置提供(该)询问单元，例如海面以下的淹没位置。如果在仪器漂浮结构上/中/处的仪器中没有提供仪器的任何部分(例如询问单元)，则它仍应(直接或间接)连接到感测线缆。
仪器漂浮结构可包括浮力装置，例如一个或多个充气隔间或真空室，例如用于保持仪器漂浮结构(带有仪器)漂浮。
(例如GPS)天线可为DAS控制系统提供时钟参考(时间)信号。它还可用于验证系泊系统是否固定/安全。
电池(组)优选地为DAS控制系统提供足够的电力，用于一次地震勘测或大约一天。当然可以附加地或替代地使用其他动力源。
DAS控制系统优选地被布置为由(a)地震勘测船远程控制，同时在存储器(或硬盘驱动器/固态驱动器阵列)中本地记录从感测线缆接收到的数据(或表示从感测线缆接收到的信号)。
询问单元包括分布式声学感测询问器，其优选地被布置成发送光脉冲并对接收到的瑞利反向散射的相位进行解码，将其转换为沿纤维(感测部)或感测线缆的瞬时应变率分布，进而对声压变化(或静水压变化)敏感。
询问单元可以包括一个或多个远程控制特征(即可以被远程控制的特征)，例如用于节省电池的电池节省装置，以及用于例如根据需要调整脉冲重复频率的脉冲重复频率调整装置。
询问单元可以是标准询问单元，例如本领域当前已知的询问单元。
仪器可以包括接收器，例如用于接收信号以开始地震勘测的无线电信号接收器。例如，接收器可以被布置为接收无线电信号，例如从(地震勘测)船接收，该信号指示DAS控制系统或仪器开始地震勘测。这种无线电连接可以主要用于节省电池和记录介质，例如通过接收信号以在地震勘测船不射击(发射地震波/脉冲)即执行地震勘测时关闭记录。
仪器漂浮结构优选地被设计、改造或布置成使得其将漂浮在海面上。
在优选实施例中，该系统还包括一个或多个浮标。所述一个或多个浮标可以通过一个或多个连接装置(例如连接构件)例如绳、索或链条连接到感测线缆。
所述一个或多个连接装置和/或感测线缆优选地各自附接到(另外的)锚或锚固装置。(另外的)锚或锚固装置可以(每个)包括一个或多个连接器(例如上文关于第一锚或锚固装置描述的连接器)，用于将一个或多个连接装置和/或感测线缆连接到另一锚或锚固装置，例如以可移动/可滑动的方式。
可以使用任何合适的锚，这例如取决于安装/勘测位置处海底的性质。
连接装置优选地在浮标和感测线缆和/或锚之间提供简单的机械附接。它们不需要传输任何信号，因此可以使用任何类型的机械附件，例如适合这种连接的绳、索或链条。
在一些实施例中，(例如，在待勘测的地质结构特别大并且不能被例如单个感测线缆覆盖的情况下)，可以提供两个或更多个感测线缆。
在一些实施例中，两个或更多个感测线缆(例如，如上所述)可以各自设置在对应于上述系统的系统中，使得每个感测线缆连接到单独的(它自己的)仪器漂浮结构。
在其他实施例中，多个(两个或更多个)感测线缆(例如，如上所述)可以连接到共同的或共享的仪器漂浮结构(例如，每个经由它们自己的“立管线缆”，例如上面描述的)。在这种情况下，对于连接到共同的或共享的仪器漂浮结构的每条感测线缆，共同的或共享的仪器漂浮结构可以包括单独的仪器(单独的仪器单元)或一些单独的仪器。或者，多条感测线缆可以连接(例如多路复用)到共同的或共享的仪器漂浮结构中的单个仪器单元。
通过提供具有上述感测线缆和仪器漂浮结构的分布式声学感测系统，可以提供一种简单、廉价、一次性且易于部署和可回收的系统，用于在海底位置采集地震数据。
由于感测线缆或分布式声学感测系统优选地至少部分地是一次性或单次使用的系统，因此该感测线缆不必像设计用于非一次性或单次使用的系统中的感测线缆一样受到良好的保护而因此会需要更长的使用寿命。本系统的感测线缆，至少在一些实施例中，仅需要在地震勘测的持续时间(例如一天)持久(即保护感测部，例如免于进水或应力或应变)。因此，由于感测线缆不一定需要像其他感测线缆一样受到很好的保护，因此它可以具有比其他感测线缆更薄的保护层，这可以导致感测线缆对静水压力具有更好或更大的敏感性，并且能够提供更准确的测量。例如，目前使用的大多数已知海底线缆基本上具有设置在压力库中的光纤。这种线缆仍然检测(对其敏感)声学信号，但在一定程度上屏蔽了直接压力。另一方面，本发明，至少在其优选实施例中，可使其感测部(核心)处于静水压力。
当部署并准备使用时，感测线缆和任何锚优选地位于海底上。仪器漂浮结构和任何浮标优选地位于海面上。感测线缆优选地布置在诸如待勘测的(例如，期望获得地震数据的)(已知或未知的)地质结构的区域上。
根据另一方面，提供了一种部署用于采集地震数据的分布式声学感测系统的方法，所述系统优选地如上所述(例如具有任何可选的或优选的特征)，所述方法包括：
a.从船上部署感测线缆；和
b.通过立管线缆将仪器漂浮结构连接到所述感测线缆。
该系统优选地被部署为使得感测线缆被布置在海底上和待勘测的地质结构之上。
当感测线缆被部署时，一个或多个浮标可连接到感测线缆。
为了部署或安装该系统，船只可以将该系统带到其打算安装的区域(感兴趣区域)(例如，在待勘测的地质结构上方)。
例如，当船只位于该区域上方(或接近上方)时，感测线缆可以从第一自由端开始部署或卷出。当感测线缆被卷出时，感测线缆优选地布置成使其下沉到海底。
感测线缆优选地部署或卷出或安装成使得它位于区域(例如地质结构)之上，例如以(大致)预定的图案或布置中。感测线缆可以弯曲，使得地质结构基本上均匀地被感测线缆覆盖。感测线缆的定位不必特别准确(例如，其实际定位可在以后确定)，但期望的是应当提供地质结构的良好整体(均匀)覆盖。
感测线缆的第一端优选地被卷出或安装成使得它正好位于感兴趣区域之外(在待勘测的地质结构上方的区域之外)。感测线缆的这一点多余长度(即位于感兴趣区域之外的感测线缆的部分)可以允许感测线缆(感测线缆的其余部分)以正确或期望的方向定向以便进行其余部分的卷绕操作。
感测线缆的第二端优选地被绕出或安装成使得它位于地质结构或感兴趣区域上方的相对中心位置，或者位于要勘测的最重要区域上方。这有助于为最重要的区域提供最佳的信噪比。
感测线缆优选地绕出或安装为这样的方式，即最小化或避免(例如，在主信号和杂散信号之间的)干扰。例如，感测线缆优选地布置在例如海底上，为这样的方式使得沿感测线缆的接收信号可能相互干扰的点(例如最近邻信号的点)不彼此相邻或靠近，而是优选地间隔开。沿着感测线缆的信号可能相互干扰的点之间沿着感测线缆的纵向长度可以具有分离距离，其中分离距离可以例如根据脉冲重复频率例如仪器中询问器的脉冲重复频率确定。
随着感测线缆被卷出，任何浮标和仪器漂浮结构(例如，具有任何相关联的锚)可以连接到感测线缆，例如通过连接装置或线缆。
感测线缆优选地以易于回收或便于其回收的方式从安装中绕出。例如，任何浮标和仪器漂浮结构可以布置成使得它们相对靠近在一起，从而减少或最小化回收船为了经由浮标和仪器漂浮结构收集系统而必须经过的距离。
当感测线缆已被卷出并连接到任何浮标和仪器漂浮结构时，船只优选地与系统断开连接或不再连接到系统，并且可以在海面周围自由移动。
该方法优选地还包括确定部署的感测线缆的位置。
一旦系统已经部署，例如如上所述，在可以执行地震勘测之前，优选地确定感测线缆的位置。例如，这可以使用标准技术来完成，例如从地震源(例如位于或附着在船只上)发射地震波，测量第一次直接达到以及对多个发射方向的第一次直接达到进行三角测量.
可以执行同步地震源和改变仪器漂浮结构重复频率的步骤。这样的步骤可以允许在仅对第一次到达进行计时时执行“技巧”，从而有效地允许具有长线缆的仪器的频率上限被规避以用于定位目的。如果来自一个不太感兴趣的区域的直接到达的杂散信号到达，则在以较低的激光脉冲重复频率被识别后，它基本上可以从总响应中减去以留下主要或想要的响应。改变定时实质上改变了杂散信号的位置，因此例如可以进行定时使得高频浅层地震勘测可以在比线缆的总长度另外规定的更高的上限频率上执行。DAS勘测的经验法则是仅使用与纤维中光信号的总往返时间一样低的脉冲重复率。这将是一个技巧，不必重新定位海底阵列以实现靠近震源的高频勘测，尤其是在较浅的水域中。
如上所述的这种方法可以允许以大约1-2m的线缆长度的分辨率来确定感测线缆的位置，这比大多数现有系统要好得多。
根据进一步方面，提供了一种采集与海底地质结构相关的地震数据的方法，该方法包括使用如上所述的分布式声学感测系统(其包括任何可选的或优选的特征)，该方法包括：
a.从地震源发射地震波和/或脉冲；和
b.用感测线缆检测反射的地震波和/或脉冲。
反射的地震波和/或脉冲优选地从旨在获得地震数据的地质结构(例如，地质结构中的一个或多个反射器表面)反射。
地震源可以是适合于执行地震勘测的任何地震源，例如本领域已知的。可以使用一个或多个地震源。
地震源可以设置在船只上或附接到船只。这可能是用于部署系统的同一艘船，也可能是另一艘船。
为了执行地震勘测，具有地震源的船只优选地在地质结构和源阵列(例如，由感测线缆提供)上方例如纵横交错地行进，从地震源发射地震波和/或脉冲(例如以本领域已知的标准方式)。
该方法优选地还包括记录表示检测到的地震波和/或脉冲的地震数据，例如，使用或在仪器漂浮结构或其仪器处。例如，在勘测期间收集的地震数据可以存储在存储器中，该存储器优选地提供在仪器漂浮结构上/处/中(例如在其仪器中)。在已经执行勘测之后，船只可以例如从漂浮结构收集存储器，并将其用于进一步存储、处理和/或分析。
地震源和仪器漂浮结构电子设备(仪器)优选地使用记录的GPS时钟信号同步并且优选地在地震处理中时移。
在优选实施例中，该方法可以包括在仪器漂浮结构处(例如在其仪器处)接收信号，该信号包括开始地震勘测的指令。例如，地震勘测可以通过从船只(例如具有地震源)向仪器漂浮结构(例如其仪器)发送信号(例如无线电信号)来启动，发出信号以开始地震勘测。在接收到该信号时，仪器漂浮结构上(例如在其仪器中)上的电池可以为漂浮结构上的(其他)仪器供电以记录在感测线缆中感测到的信号，例如通过在仪器漂浮结构上提供的分布式测量系统。
一旦执行了勘测，系统就可以回收，例如如下所述。在某些情况下，感测线缆或感测线缆的一部分可能无法回收。在某些情况下，仪器漂浮结构和/或任何浮标可被回收。
因此，根据进一步方面，提供了一种回收如上所述的分布式声学感测系统(例如具有任何可选或优选特征)的方法，该方法包括收集或取回仪器漂浮结构和/或通过一个或多个连接装置连接到感测线缆的一个或多个浮标。
如果任何仪器(例如询问单元)被提供在仪器漂浮结构的一个或多个另外的或分开的位置，则该仪器(或其中的至少一些，例如并且特别是询问单元)优选地也被回收，例如通过收集或取回它。
在一些实施例中，整个感测线缆以及可选地还有立管线缆可以与系统的其余部分断开并且例如留在海中。在这种情况下，使用可生物降解的保护层可能有用。在这种情况下，仪器漂浮结构和/或浮标优选地仍被收集，可选地具有任何锚、连接装置和/或立管线缆(如果这尚未断开并留在海中)。
在其他实施例中，感测线缆可以被收回，例如通过将其绕回(例如以与最初部署的方式相反的方式，并且可能使用相同的卷绕装置)。取回的感测线缆可被带走以进行适当处置。如果感测线缆在取回过程中折断或断裂，则感测线缆的任何折断部分(例如其无法卷入或取回)可能留在海中(例如，如果可能，以便生物降解)。
在其他实施例中，仪器漂浮结构和任何浮标可用于收回感测线缆，例如通过收集仪器漂浮结构和任何浮标(它们本身优选地通过线缆和连接装置连接到感测线缆)。这可以以与取回线上的蟹荚类似的方式来完成。例如，可以通过收集/拉入仪器漂浮结构和(优选地)任何浮标来拉入感测线缆。
在其他实施例中，仪器漂浮结构和任何浮标可以用拖网门系统收回。在这样的系统中，拖网门可以连接到船只，例如用线缆，优选地通过抓取装置。水下松弛线可以允许仪器漂浮结构和任何浮标(以及它们所连接的感测线缆)被抓取装置捕获。
从另一方面看，提供了一种适用于分布式声学感测系统的感测线缆，如上所述，用于采集地震数据(例如，具有任何可选的或优选的特征)，该感测线缆包括：
a.感测部；和
b.围绕所述感测部设置的一个或多个保护层。
感测线缆可具有上述感测线缆的任何可选或优选特征。
本发明的实施例可提供一种系统，其中地震接收器可被快速部署到海底和从海底回收。与使用传统海底线缆的系统相比，该系统还可能具有更好的灵敏度和更少的方向性问题。
现在将参考附图描述本发明的优选的实施例，其中：
图1是根据实施例的分布式声学感测系统的示意性平面图；
图2是图1的分布式声学感测系统的示意性侧视图；
图3是图1的分布式声学感测系统的示意平面图，示出了一种回收方法。
图4是图1的分布式声学感测系统的回收方法的另一示意平面图；和
图5是用于图1的分布式声学感测系统中的线缆的示意性截面图。
图1和2示出了用于采集地震数据并在海底22上使用的分布式声学感测(DAS)系统1。
DAS系统1包括感测线缆2、带有相关主锚6的仪器漂浮体3和带有相应锚5的浮标4。
仪器漂浮体3通过立管线缆8连接到感测线缆2和主锚6。浮标4通过绳或索7连接到感测线缆2和锚5。
图1和图2示出了部署并准备使用的系统1。在这种情况下，感测线缆2和锚5和6位于海底22上。仪器漂浮体3和浮标4位于海面21上。感测线缆2布置在待勘测地质结构20(其轮廓以虚线表示)之上。
图5是感测线缆2的横截面示意图。该图未按比例绘制，仅说明线缆不同层或部分的相对位置。然而，感测线缆2的不同层或部分可以具有与所示出的那些不同的(例如，不同的相对)厚度。如图5所示，感测线缆2由玻璃纤维2a、中间层2b和外层2c形成。
玻璃纤维2a的直径约为125μm并且由单根玻璃纤维束形成。光信号在纤维2a的芯中被引导。其直径通常约为10μm。
中间层和外层2b、2c保护玻璃纤维2a免于进水和机械损坏。
中间层2b由硅树脂形成。这对玻璃纤维2a具有良好的粘附性和低弹性模量。低弹性模量有助于将作用在感测线缆2上的任何压缩力转换成沿纤维长度的线性应变。
中间层2b的厚度约为600μm。
在一些实施例中，使用可生物降解的中间层2b。
外层2c由高密度聚丙烯或高密度聚乙烯制成。这形成了感测线缆2的坚硬防水外涂层。它还增加了感测线缆2的重量并提供了增加的抗拉强度。
外层2c具有大约1.5mm-4mm的厚度。
在一些实施例(未示出)中，使用两个或更多个外层，例如高密度聚丙烯或高密度聚乙烯的两个或更多个外层。
在一些实施例中，纤维，例如天然橡胶或纤维素纤维，被包括在外层2c中以提供增加的拉伸强度。
在一些实施例中，使用可生物降解的外层2c，例如上文所述。
在任何实施例中，外层2c(和中间层2b)应该将水渗透到玻璃纤维2a中延迟大约一周。这应当为要执行的地震勘测提供足够的时间。
感测线缆2的总直径约为1.5mm–4mm。感测线缆2应具有足够的重量或密度以可部署(即下沉到海底22)并且中间和/或外层2b、2c必须为玻璃纤维2a提供防水保护。然而，感测线缆2还应该理想地具有实现这些目标所需的中间层和/或外层2b、2c的最小厚度，以减少使用后要处理的材料的量。
感测线缆2的总长度通常约为10-30或40km。然而，在一些实施例中，感测线缆2可以具有超过40km的长度，例如高达50km或更长。实际物理长度甚至可以更长，但是根据所使用的询问器技术的类型，使用现有技术的感测线缆2的有效感测长度通常限于40km或更短的数量级。将来，询问器和/或感测线缆技术的发展可以允许使用甚至更长的(有效)感测线缆2，例如长达50km或更长。
感测线缆2具有第一自由端2a和第二端2b。第二端2b通过立管线缆8连接到仪器漂浮体3。
仪器漂浮体3包括用于执行地震勘测的仪器。它包括询问单元、GPS天线、电池和带有硬盘或存储器的DAS控制系统。
询问单元包含分布式声学感测询问器，其被布置成发送光脉冲并对接收到的瑞利反向散射的相位进行解码，将其转换为沿纤维的瞬时应变率分布，进而对声压变化(或静水压变化)敏感。
GPS天线为DAS控制系统提供时钟参考信号。
电池为DAS控制系统提供足够的电力，用于一次地震勘测或大约一天。
DAS控制系统控制地震勘测并将从感测线缆2接收的数据记录在存储器中。
仪器漂浮体3包括无线电信号接收器，该无线电信号接收器可以从指示DAS控制系统开始地震勘测的船只接收无线电信号。
仪器漂浮体3被设计成将漂浮在海面21上。
仪器漂浮体3通过立管线缆8连接到主锚6。立管线缆8还连接到感测线缆2并允许地震(光)信号从感测线缆2传递到仪器漂浮体3。
立管缆线8除了能够并布置成将光信号从感测线缆2传输到仪器漂浮体3，还为仪器漂浮体3提供系泊装置。因此，立管线缆8包括具有防水涂层的信号传输光纤线缆和诸如绳索或链的系泊线缆。因此，信号传输线缆和系泊线缆设置在单根立管线缆8中(或以单根立管线缆的形式)。
在一个实施例中，信号传输线缆穿过系泊线缆(例如在外壳内部)。在另一个实施例中，信号传输线缆在沿着系泊线缆的长度的多个位置处穿过设置在系泊线缆上的孔。
在替代实施例中，用于仪器漂浮体的系泊线缆与信号传输线缆分开提供(即，不附接或连接到信号传输线缆)。
在任何一种情况下，系泊线缆都比信号传输线缆更坚固。
在使用中，系泊缆线布置成使得其经受比信号传输缆线更大的载荷或应变，即布置成防止信号传输缆线经受任何潜在的破坏载荷或应变。
立管线缆8比感测线缆2更强。这是因为在使用时，它必须承受比布置在海底上的感测线缆更大的力，例如拉力。
感测线缆2通过在立管线缆8的底部(或附近)处与立管线缆8的信号传输线缆拼接而连接到立管线缆8。
主锚6有助于将仪器漂浮体3和感测线缆2两者保持在相对固定的位置(例如，当然仍可能由于水流而存在一些运动)。可以使用任何合适的锚6。立管线缆8和感测线缆2都连接到主锚6。
在一个实施例中，主锚6是悬垂锚并且感测线缆2和立管缆线8在主锚6的上表面上的位置处彼此非常接近地连接到主锚6。将线缆2和8在其上表面连接到主锚6可以帮助避免任一线缆(特别是不太坚固的感测缆2)从主锚6剪切(如果它们例如在海底上摩擦)。连接器设置在主锚6上，用于将立管线缆8(例如其系泊线缆)连接到主锚6。还提供了另一个连接器以将感测线缆2连接到主锚6。
连接器被布置成使得立管缆线8和感测线缆2能够以可移动/可滑动的方式连接到主锚6。换句话说，立管缆线8和感测线缆2仍然可以相对于主锚6移动，例如纵向滑动，同时被连接器保持在主锚6处或靠近主锚。
为了实现这一点，连接器每个都包括一个或多个环、通道或孔形式的引导件，立管线缆8或感测线缆2可以穿过该引导件，从而允许立管线缆8或感测线缆2相对于主锚6纵向移动同时仍与其连接。
连接器(特别是用于感测线缆2的连接器)包括圆形和光滑的边缘，即没有锋利的边缘，使得它们在连接到立管线缆或(特别是)感测线缆2时不会对它造成损坏。出于类似的原因，连接器也由相对较软的材料例如橡胶形成。
还提供了两个或更多个浮标4。它们通过绳或索7连接到感测线缆2。绳或索7也连接到小锚5。可以使用任何合适的锚5。绳或索在浮标4与感测线缆2和锚5之间提供了简单的机械连接。它们不需要传输任何信号，因此可以使用适合这种连接的任何种类或绳或索。
在替代实施例(未示出)中，例如在地质结构特别大并且不能被单个感测线缆2覆盖的情况下，可以使用两个或更多个感测线缆。在某些情况下，这些将在与上述系统1对应的系统中提供，以便每条感测线缆2连接到单独的仪器漂浮体3。在其他情况下，多条感测线缆2可以连接到共同的或共享的仪器漂浮体3。
为了部署系统1，船只(未示出)将系统1带到它打算安装的区域(例如在地质结构20上方)。当船只位于地质结构20上方(或接近上方)时，感测线缆2从其第一自由端2a开始绕出。随着感测线缆2被绕出，感测线缆2下沉到海底22。线缆2被绕出，使得它以预定的图案或布置位于地质结构20之上，绕着弯曲以使得地质结构22被感测线缆2基本均匀地覆盖。感测线缆2的定位不必特别准确，但重要的是应提供对地质结构22的良好的整体(均匀)覆盖。
感测线缆2的第一端2a被卷出，使得它正好位于感兴趣区域之外(在地质结构22上方)。感测线缆2的这点多余长度允许感测线缆2以对于剩余的绕线操作正确的方向定向。
感测线缆2的第二端2b被卷出，使得它位于地质结构22上方的相对中心位置，或者位于要勘测的最重要区域上方。这可以为最重要的区域提供最佳的信噪比。
当感测线缆2被卷出时，浮标4和仪器漂浮体3(连同它们相关联的锚5、6)通过绳索7和立管缆线8连接到感测线缆2。
当感测线缆2已被绕出并连接到浮标4和仪器漂浮体3时，船只不再连接到系统1并且可以在海面周围自由移动。
附加浮标4和相关联的小锚5的目的是双重的。
首先，感测线缆2与海底之间的摩擦力随着感测线缆2的连续长度被沿着海底拖动而呈指数增加。较小的浮标4有效地将感测线缆2分成段并且允许感测线缆2在这些段中被提升离开海底，从而在收回期间显著降低感测线缆2中的峰值张力。
其次，为了稳定感测线缆2，位于上游的小锚5可以稳定铺设，从而如果水流抓住感测线缆2或作用在感测线缆上，则减少了对移动的感测线缆2进行补偿的需要。
一旦系统1已经部署，如上所述，在可以执行地震勘测之前，必须确定感测线缆3的位置。这可以使用从位于船只上的地震源发射地震波并测量第一次直接到达的标准技术来完成。同步地震源并改变仪器漂浮体3的重复频率可以允许在仅对首次到达计时时执行“技巧”，从而有效地允许具有长线缆的仪器的频率上限被规避以用于定位目的。如果来自一个不太感兴趣的区域的直接到达的杂散信号到达，则在以较低的激光脉冲重复频率被识别后，它基本上可以从总响应中减去以留下主要或想要的响应。改变定时实质上改变了杂散信号的位置，因此例如可以进行定时使得高频浅层地震勘测可以在比线缆的总长度另外规定的更高的上限频率上执行。DAS勘测的经验法则是仅使用与纤维中光信号的总往返时间一样低的脉冲重复率。这将是一个技巧，不必重新定位海底阵列以实现靠近震源的高频勘测，尤其是在较浅的水域中。
如上所述的这种方法可以允许以大约1-2m的线缆长度的分辨率来确定感测线缆2的位置，这比大多数现有系统要好得多。
地震勘测可以通过从船只向仪器漂浮体3发送无线电信号来启动，发出信号以开始地震勘测。接收到该信号后，仪器漂浮体3上的电池为漂浮体上的仪器供电，以记录在感测线缆2中感测到的信号并通过立管线缆8传输到仪器漂浮体3。
为了执行地震勘测，船只在地质结构20和感测线缆2上方绕行，例如，纵横交错行进，从震源发射地震波(例如，以本领域已知的标准方式)。
地震源和仪器漂浮体3电子设备重复频率使用记录的GPS时钟信号同步，并在地震处理中进行时移。
勘测期间收集的地震数据存储在仪器漂浮体3的存储器中。在执行勘测之后，船只从漂浮体3收集存储器并将其用于进一步存储、处理和/或分析。
在勘测期间，5–10m量级的标距长度通常是改善较弱信号的信噪比的良好折衷方案。实际上，可以将标距长度与传统的水听器组进行比较，只有在此长度上的整条线缆不仅对离散的水听器有贡献。
一旦执行了勘测，系统1就可以被回收，如现在将要描述的。
在一实施例中，整个感测线缆2断开并留在海中。在这种情况下，使用可生物降解的中间层和外层2b和2c是有用的。在这种情况下，仍然可以收集仪器漂浮体和浮标4，可选地与锚5、6、绳索7和/或立管线缆8一起。
在另一个实施例中，感测线缆2可以被绕回(以与最初展开的方式相反的方式，并且可能使用相同的绕线装置)。然后可以将缠绕的感测线缆2拿走以进行适当的处理。如果感测线缆2在这种卷入操作期间折断或断裂，则感测线缆2的任何断掉的部分(然后无法卷入)可能留在海中(例如，如果可能，以便生物降解)。
在另一个实施例中，仪器漂浮体3和浮标4可用于通过收集仪器漂浮体3和浮标4(它们通过立管线缆8和绳索7连接到感测线缆2)来收回感测线缆2，例如，以类似于收回一条线上的蟹荚的方式。图3中的大箭头30指示船只可以行进以首先取回仪器漂浮体3然后取回浮标4从而将感测线缆2与它们一起收集的方向。
可替代地，浮标4可以用诸如图4中所示的拖网门系统40取回(并且因此取回感测线缆2)。在该系统40中，通过抓取装置41用线缆44以及水下松弛线45连接到船只43的拖网门42允许仪器漂浮体3和浮标4(以及它们所连接的感测线缆2)被捕获在抓取装置41中。

Claims (21)

1.一种用于采集地震数据的分布式声学感测系统，所述系统包括：
a.用于感测地震波的光纤感测线缆，所述光纤感测线缆适用于海底上；和
b.仪器漂浮结构，其包括用于采集地震数据的至少一些仪器，所述仪器漂浮结构通过立管线缆可连接到或连接到所述光纤感测线缆；
其中所述光纤感测线缆是连续的无分支线缆。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述感测线缆包括：
a.感测部；和
b.围绕所述感测部设置的一个或多个保护层。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述感测部包括玻璃纤维部，所述玻璃纤维部优选地由单根玻璃纤维束构成。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述保护层的弹性模量低于所述感测部的弹性模量。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其中所述保护层：
a.包括有机硅层；和/或
b.粘附或被粘附在所述感测部上。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的系统，其中所述一个或多个保护层包括内保护层和外保护层，所述内保护层设置在所述感测部和所述外保护层之间，并且所述外层：
a.具有比所述感测部和/或所述内保护层更大的拉伸强度和/或重量和/或密度；和/或
b.由高密度聚丙烯或高密度聚乙烯制成。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的系统，其中所述一个或多个保护层和/或外层中的一个或多个是：
a.可生物降解的；和/或
b.被布置为在布置在水下至少一天或至少一周时防止水接触所述感测部；和/或
c.被布置为在水下超过一天或一周时生物降解或分解。
8.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述感测线缆具有足够的密度以使其沉入海底。
9.根据任一前述权利要求所述的系统，其中用于在采集地震数据中使用的所述至少一些仪器包括用于接收信号以开始地震勘测的接收
器。
10.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述仪器漂浮结构连接到锚。
11.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述立管线缆适合于传输光信号和/或包括系泊部或系泊线缆。
12.根据任一前述权利要求所述的系统，所述系统还包括一个或多个浮标，所述浮标通过一个或多个连接装置连接到所述感测线缆。
13.一种用于采集地震数据的分布式声学感测系统，所述系统包括：
a.用于感测地震波的单根感测线缆，所述感测线缆适用于海底；和
b.仪器漂浮结构，其包括用于采集地震数据的至少一些仪器，所述
仪器漂浮结构通过立管线缆可连接到或连接到所述感测线缆；
其中所述感测线缆包括：
感测部，其包括玻璃纤维部；和
围绕所述感测部设置的一个或多个保护层。
14.一种部署用于采集地震数据的分布式声学感测系统的方法，所述系统根据任一前述权利要求，所述方法包括：
c.从船只上部署所述感测线缆；和
d.通过所述立管线缆将所述仪器漂浮结构连接到所述感测线缆。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述系统被部署为使得所述感测线缆以最小化或避免信号干扰的方式布置。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中一个或多个浮标被连接到所述感测线缆，优选地当所述感测线缆被部署时。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，还包括确定所部署的感测线缆的位置。
18.一种采集与海底地质结构相关的地震数据的方法，所述方法包括使用权利要求1至13中任一项限定的分布式声学感测系统，所述方法包括：
e.从地震源发射地震波和/或脉冲；和
f.用所述感测线缆检测反射的地震波和/或脉冲。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括用所述仪器漂浮结构或在所述仪器漂浮结构处记录表示检测到的地震波的地震数据。
20.根据权利要求18或19所述的方法，所述方法还包括在所述仪器漂浮结构处接收信号，所述信号包括启动地震勘测的指令。
21.一种回收权利要求1至13中任一项所述的分布式声学感测系统的方法，所述方法包括收集或收回所述仪器漂浮结构和/或经由一个或多个连接装置连接到所述感测线缆的一个或多个浮标。
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