CN212965447U - 海洋地震数据接收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种海洋地震数据接收系统，其特征在于，包括具有多条地震道的地震缆及地震数据记录系统；地震道被划分为至少两种类型，包括：实道：道内设置有检波器；哑道：道内未设置有检波器；地震数据记录系统包括：地震缆通信接口单元：与地震缆实道及哑道进行数据通信，以采集实道内检波器采集的实际地震波数据和哑道反馈的残缺炮集数据；数据重建服务器：与地震缆通信接口单元通信；主控服务器：与地震缆通信接口单元通信，用于对地震缆下发工作参数信息。该系统将地震道分为实道和哑道，哑道内部不设置检波器，进而压缩了地震采集道距，通过数据重建的方法重建哑道数据，提高地震采集数据的横向分辨率。

Description

海洋地震数据接收系统

技术领域

本实用新型涉及海洋地震勘探技术领域，具体涉及一种海洋地震数据接收系统。

背景技术

海洋多道地震勘探系统主要包括地震震源、地震信号接收系统两部分，另外还需要有辅助的导航定位系统。地震震源可以是气枪震源、电火花震源、boomer震源等。地震信号接收系统包括海洋多道地震拖缆和多道地震数据记录系统两部分。海上地震作业时，将一条或多条多道地震拖缆拖曳于地震调查船船尾海水中，拖缆顺海面平行展布。多道地震拖缆拖曳接收地震反射信号，将其声压信号转变为数字信号并传输至多道地震数据记录系统。多道地震数据记录系统记录多道地震数据并实时显示地震多道波形和抽道剖面，用户通过多道地震数据记录系统设置海洋多道地震拖缆的采样间隔、采样点数等施工参数。

地震信号接收系统的道间距是影响地震勘探横向分辨率的重要指标。道间距越小，横向分辨率越高。理论上从偏移时间剖面上可分辨地下尺度大于半个道间距的地下地质体。传统上，海洋油气资源勘探所用地震接收系统的道间距一般为25m或12.5m。近年来，为提高地震记录的横向分辨率，天然气水合物等新型海洋资源勘探倾向于使用更小道间距的高密度地震拖缆，例如，道间距缩小至6.25m，3.125m或更小。然而，在相同排列长度条件下，道间距的缩小导致地震接收系统的通道数更多、数据传输负荷更大，增加了系统制造成本、降低了系统鲁棒性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种海洋地震数据采集系统，该系统可在压缩道间距的同时，提高系统的鲁棒性。

为了实现上述目的，本实用新型一些实施例中，提供如下技术方案：

一种海洋地震数据接收系统，包括具有多条地震道的地震缆及地震数据记录系统；

所述地震道被划分为至少两种类型，包括：

实道：道内设置有检波器；

哑道：道内未设置有检波器；

所述地震数据记录系统包括：

地震缆通信接口单元：与地震缆实道及哑道进行数据通信，以采集实道内检波器采集的实际地震波数据和哑道反馈的残缺炮集数据；

数据重建服务器：与地震缆通信接口单元通信，用于对哑道数据进行数据重建。

本实用新型一些实施例中，所述数据记录系统还包括：

质量控制服务器：与地震缆通信接口单元通信，获取实道内检波器采集的实际地震波数据和哑道反馈的残缺炮集数据，并可生成哑道配置参数文件。

本实用新型一些实施例中，所述数据记录系统还包括：

主控服务器：与地震缆通信接口单元通信，用于对地震缆下发工作参数信息。

本实用新型一些实施例中，所述数据记录系统还包括交换机，所述数据重建服务器、主控服务器和质量控制服务器通过交换机与地震缆通信接口单元通信。

本实用新型一些实施例中，哑道和实道呈等间距分布，所述哑道数量不少于实道数量。

本实用新型一些实施例中，所述实道内设置有多个检波器，多个检波器之间串联连接。

本实用新型一些实施例中，沿地震缆长度方向，所述地震缆顺次包括前导段、前减震段、工作段、后减震段、尾缆和尾环，所述地震道位于工作段。

本实用新型一些实施例中，实道采用如下分布：

将地震缆工作段总长度划分为N个工作子段，再将每个子段划分为μ个小段，在μ个小段中的任意位置，随机布置一个实道。

本实用新型一些实施例中，所述地震缆包括数传包，间隔设置在工作子段之间，每个工作子段对应一个数传包，用于工作子段的数据采集；所述数据采集单元与数传包进行数据通信。

本实用新型一些实施例中，所述地震缆还包括数字包，设置在工作子段内，地震道之间，用于采集实道和哑道的数据，并传递至数传包。

本实用新型一些实施例中，所述工作段沿径向由内到外顺次包括：所述地震道包括缆芯，所述缆芯沿径向由内至外顺次包括：电力输送缆、内屏蔽层、芳纶纤维承力层、信号传输缆、外屏蔽层和外敷保护层。

较现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果在于：

将地震道分为实道和哑道，哑道内部不设置检波器，进而压缩了地震采集道距，通过数据重建的方法重建哑道数据，提高地震采集数据的横向分辨率。在地震数据采集系统现场故障情况下，将故障的地震道转化为哑道，不影响地震正常作业，提高了地震接收系统的鲁棒性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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为本实用新型海洋地震数据接收系统结构示意图；

图2为地震缆结构示意图；

图3a为地震缆工作段结构示意图；

图3b为地震缆工作段局部放大图；

图4为缆芯结构示意图结构示意图；

图5为数字包对地震道数据传输结构示意图；

图6a为现有技术中地震道结构示意图；

图6b为本实用新型一种实施方式地震道结构示意图；

图6c为本实用新型另一种实施方式地震道结构示意图；

图7为多道地震数据接收系统结构框图；

图8a为数据接收系统作业流程图；

图8b为数据接收系统作业流程图；

1-多道地震缆；2-前导段；3-前减震段；4-后减震段；5-尾缆；6-尾环；

7-工作子段；701-地震道；7011-实道；7012-哑道；702-数字包；703-缆芯；7301-电力输送缆；7302-内屏蔽层；7303-芳纶纤维承力层；7304-信号传输缆；7305-外屏蔽层；7306-外敷保护层；

8-数传包。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，术语“连接”、“通信”等，即可以指部件之间的直接连接，直接通信，也可以指部件间的间接连接，间接通信。

本实用新型提供一种海洋地震数据接收系统，用于海洋地震数据的采集和处理。该系统可对海洋地震数据进行重建，以供资源勘探等领域应用。

海洋地震数据接收系统基于地震缆而实现，地震缆通过船舶拖拽的形式，设置在海洋中，进行实时数据采集。

数据接收系统包括具有多条地震道的地震缆以及地震数据记录系统，结构参考图1。

地震缆在结构上分为前导段2、前减震段3、工作段、后减震段4，结构参考图2。除此之外，还包括数传包8、尾缆5和尾环6，结构参考图2。前导段2用于拖拽拖缆工作和信号传输；前减震段3用来降低船体给拖缆带来的震动，减小噪音；后减震段4用于平衡拖缆，减少拖缆的摆动；工作段是多道地震拖缆的主体，由多个工作子段7构成，主要由地震道701、数字包702、缆芯703和浮力充填物组成。其中，缆芯的结构如图4所示，包括电力输送缆7301、内屏蔽层7302、芳纶纤维承力层7303、信号传输缆7304、外屏蔽层7305和外敷保护层7306。其中芳纶纤维承力层7303由芳纶纤维编织而成，承受海上作业时拖缆的拉力，保护电力输送缆和信号传输缆等不受力；信号传输缆7304，负责水听器信号的传输、拖缆尾部设备控制命令与状态的信号传输，可以是金属线缆或光纤；内屏蔽层7302，用于屏蔽外部电磁干扰；外敷保护层7306，为防水耐磨材料涂覆层，用于保护缆芯免受外力损伤，防水耐磨材料涂覆层可以采用聚醚型聚氨酯热塑性弹性体，可包含紫外线吸收剂、邻苯二甲酸二丁酯等填料助剂。电力输送缆7301分为两对线缆，一对双绞线缆为数传包供电，一对双绞线缆为尾部设备供电(拖缆尾部设备，包括电火花震源、等离子体震源、机电震动器、电海洋振动器，电磁震源、采用压电材料的震源以及采用磁致伸缩材料的震源等)；浮力充填物为固体柔性浮力填充物，为拖缆提供浮力，将拖缆配置为近零浮力，所述固体柔性浮力填充物为铰链低压高密度聚乙烯HDPE，可包含紫外线吸收剂、消泡剂等填料助剂。

所述地震道按地震道内是否设置有检波器被划分为至少两种类型：

实道7011：道内设置有检波器；检波器可以采用水听器、压力传感器、速度传感器，加速度传感器等形式，可根据检测需要配置；根据需要，每一条实道内可以设置1个或多个检波器，若采用多个检波器，则各个检波器之间串联连接；

哑道7012：道内未设置有检波器；

所述地震数据记录系统包括：

地震缆通信接口单元：与地震缆实道及哑道进行数据通信，以采集实道内检波器采集的实际地震波数据和哑道反馈的残缺炮集数据；

数据重建服务器：与地震缆通信接口单元通信，用于对哑道数据进行数据重建。

上述结构中，哑道7012的数量可以是实道7011数量的0～9倍，也就是说极端情况下地震道间距可以被压缩至1/10；

哑道7012的设置可以压缩地震采集道距，提高地震采集数据的横向分辨率，但随着哑道7012占比的增加，残缺炮集数据重建恢复为无缺炮集数据的计算量和难度均会加大，因此，需要将哑道7012的占比控制在合理范围内。在优选实施方式中，哑道7012的数量是实有地震道数量的1～3倍，地震道间距可以被压缩至1/2～1/4。

进一步参考图2，工作段包含多个地震道，工作段内相邻两个地震道中心点之间的距离称之为道间距a；地震道内如果有多个检波器，则相邻两个检波器中心点之间的距离称之为组间距b。

现有技术中，地震道的设置形式如图6a所示，每条地震道均为本实用新型定义的实道，均设置有检波器。

区别于现有技术，实用新型地震缆每个工作段内，实道7011和哑道7012采用随机分布，具体提供以下两种具体实施形式。

实施形式一。

将地震缆总长度划分为N个子段，再将每个子段划分为μ个小段，在μ个小段中的任意位置，随机布置一个实道。

具体举例说明：

地震道工作段总长度L＝3000m；

地震道总数N＝480；

实道数M＝240；

哑道Mp＝μN＝240；

哑道数量:实道数量＝240:240＝1:1；

M:N＝实道数量：地震道总数＝240:480＝1:2；

道间距D＝L/N＝6.25m；

将工作段按总长度(L)均分为N段，每段再均分为μ(本实施中μ＝2)个小段，在每段的2个小段中随机选择1个小段布置检波器，作为实道，另一个小段作为哑道。这样，制造的全固体拖缆地震道数为480道，道间距为6.25m(Dp＝6.25m)，稀疏率为50％。其实施结构由图6b所示。哑道与实道随机布置，哑道与实有地震道按1:1随机布置，随机布置方法可以采用Jittered、LDPC矩阵、分段随机等方法。

实施形式二。

进一步的，也可以采用图6c所示的结构。将工作段分为160段，每段再分为3小段，每3个小段内随机选择一个布置检波器，作为实道，另外两个小段作为哑道。具体的：

工作段总长度LL＝3000m；

实道数NpN＝160；

哑道数NN＝320；

地震道数N＝480；

哑道数量：实有地震道数量＝2:1；

M：N＝实有地震道数量：地震道总数＝160:480＝1:3；

道间距D＝L/N＝6.25m。

以上仅为两种具体实施形式，实际应用中，工作子段中实道7011和哑道7012的设置也可采用其他形式。不同布局形式，所实现的道间距压缩效果不同。

进一步参考图2，为了实现地震缆数据的采集，进一步设置数字包和数传包。

数传包间隔设置在工作段之间，负责工作段地震道数据的采集，数传包包含一片或多片FPGA芯片和SerDes芯片，负责对到达的数字包数据进行收集编排、压缩、封装并逐级上传，最终到达多道地震数据记录系统。数传包同时作为电源的中继，将调查船提供的电源逐级向后传输；同时作为机械连接组件，连接相邻的多道拖缆的功能段。

数字包，包含1片或多片模数转换芯片和微控制器芯片，设置在工作子段内，实道和哑道之间，负责收集地震道数据并传输至数传包。本实施例中，每个数字包负责8个地震道，地震道包括实有地震道和哑道。

地震数据记录系统的数据采集单元与数传包进行数据通信，获取地震缆地震道数据。数据重建单元：用于对残缺炮集数据进行重建。

在本实用新型一些实施例中，所述数据接收及处理系统进一步包括：

质量控制服务器：与地震缆通信接口单元通信，用于接收实道和哑道数据，获取地震缆实道和哑道配置，并生成哑道配置参数文件。

所述数据重建单元进一步根据所述哑道配置参数文件进行残缺炮集数据的重建。

由于地震缆中实道和哑道的数量会根据需要进行配置，且，经常使用的地震缆，若实道发生故障，可通过人工配置将其设定为哑道。质量控制单元设置的目的就是获取实道和哑道的配置信息，以供数据重建单元参考进行数据重建。

在本实用新型一些实施例中，通过主控服务器对地震缆下达参数控制信息，主控服务器与地震缆通信接口单元通信，用于对地震缆下发工作参数信息。

以上实施例中，主控服务器、质量控制服务器以及数据重建服务器通过交换机与地震缆通信接口单元进行数据通信。

基于以上海洋地震数据接收系统，在本实用新型一些实施例中，进一步提供一种海洋地震数据处理方法。包括以下步骤：

海上作业开始后，地震数据记录系统记录多道地震缆数据上传的地震数据；

恢复哑道活性，对哑道数据进行数据重建，重建为无缺炮集数据；数据重建的方法可以采用

基于实道检波器采集的数据及哑道重建数据，作为海上地震数据。

在本实用新型一些实施例中，为了提高数据重建精度，所述方法进一步包括以下步骤：海上作业开始前，地震数据记录系统自动获取地震缆哑道和实道配置情况，生成哑道配置文件，基于哑道配置文件，进行哑道数据重建。

在本实用新型一些实施例中，为了提高系统配置的灵活性，以及数据处理精度，所述方法进一步包括以下步骤：若地震缆中的实道发生故障，将故障实道配置为哑道。

以下，将对数据处理方法进行详细说明。

参考图8a，业前作业流程。

实道标记位为“1”二进制位，哑道标记位为“0”二进制位。优选地，哑道地震数据为全“0”或全“1”数据串。

(1)多道地震数据记录系统的主控服务器进入业前检测模式；

(2)主控服务器通过拖缆控制接口单元向连接的多道拖缆发送命令，命令多道拖缆上传各地震道状态；

(3)多道地震数据记录系统的质量控制客户端根据多道拖缆上传的各地震道状态，生成哑道配置参数文件；

(4)质量服务器检测实有地震道，经测试发现故障的实有地震道，允许用户配置更新哑道配置参数文件；

(5)质量控制客户端将哑道配置参数文件发送给数据重建服务器；

(6)检测完毕，质量控制客户端生成检测报告，主控服务器退出业前检测模式。

通过业前作业，在海上地震作业开始前对多道地震拖缆进行自动化业前检测，根据数传包上报的哑道标记和实道标记，自动获取每条拖缆的哑道与实有地震道配置情况，生成哑道配置参数文件。对业前检测确认有故障的实有地震道，允许用户将故障道配置为哑道，更新哑道配置参数文件。

参考图8b，地震作业流程。

(1)用户通过主控服务器配置震源激发间隔、记录长度等作业参数；

(2)主控服务器通过拖缆控制接口单元将用户配置参数发送给多道拖缆；

(3)主控服务器进入地震作业采集模式；

(4)等待放炮触发信号；

(5)收到放炮触发信号，主控服务器命令多道拖缆接收地震信号，主控服务器记录拖缆上传的包含哑道的残缺的多道地震数据；

(6)主控服务器返回步骤4执行；

(7)质量控制客户端分析显示包含哑道的残缺的多道地震数据；

(8)数据重建服务器时对残缺的炮集数据进行现场处理，恢复哑道活性，重建为无缺的炮集数据。重建算法主要有：凸优化算法、贪婪算法、组合算法、贝叶斯算法等；

(9)质量控制客户端分析显示无缺的炮集数据。

在地震作业中，数据重建服务器，重建后无缺的炮集数据，是高密度小道距多道地震数据，供记录和后续处理解释，可以成倍提高地震探测作业海底地层的横向分辨率。数据重建服务器，与主控服务器相对独立，压缩感知重建的过程不影响多道地震拖缆接收地震信号、不影响主控服务器等单元的工作。质量控制服务器以及质量控制客户端，可以实时显示包含哑道的多道地震数据，也可以显示重建后无缺的炮集数据。

本实用新型提供多道地震数据记录系统和数据处理方法，通过设置哑道，并恢复哑道活性的方法，实现地震道密度的提高，进而实现海洋地震勘探横向分辨率的提高。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海洋地震数据接收系统，其特征在于，包括具有多条地震道的地震缆及地震数据记录系统；

所述地震道被划分为至少两种类型，包括：

实道：道内设置有检波器；

哑道：道内未设置有检波器；

所述地震数据记录系统包括：

地震缆通信接口单元：与地震缆实道及哑道进行数据通信，以采集实道内检波器采集的实际地震波数据和哑道反馈的残缺炮集数据；

数据重建服务器：与地震缆通信接口单元通信，用于对哑道数据进行数据重建；

主控服务器：与地震缆通信接口单元通信，用于对地震缆下发工作参数信息。

2.如权利要求1所述的海洋地震数据接收系统，其特征在于，所述数据记录系统还包括：

质量控制服务器：与地震缆通信接口单元通信，获取实道内检波器采集的实际地震波数据和哑道反馈的残缺炮集数据，并可生成哑道配置参数文件。

3.如权利要求1所述的海洋地震数据接收系统，其特征在于，所述数据记录系统还包括交换机，所述数据重建服务器、主控服务器和质量控制服务器通过交换机与地震缆通信接口单元通信。

4.如权利要求1所述的海洋地震数据接收系统，其特征在于，哑道和实道呈等间距分布，所述哑道数量不少于实道数量。

5.如权利要求1所述的海洋地震数据接收系统，其特征在于，所述实道内设置有多个检波器，多个检波器之间串联连接。

6.如权利要求1所述的海洋地震数据接收系统，其特征在于，沿地震缆长度方向，所述地震缆顺次包括前导段、前减震段、工作段、后减震段、尾缆和尾环，所述地震道位于工作段。

7.如权利要求6所述的海洋地震数据接收系统，其特征在于，实道采用如下分布：

将地震缆工作段总长度划分为N个工作子段，再将每个子段划分为μ个小段，在μ个小段中的任意位置，随机布置一个实道。

8.如权利要求7所述的海洋地震数据接收系统，其特征在于，所述地震缆包括数传包，间隔设置在工作子段之间，每个工作子段对应一个数传包，用于工作子段的数据采集；所述地震数据记录系统与数传包进行数据通信。

9.如权利要求8所述的海洋地震数据接收系统，其特征在于，所述地震缆还包括数字包，设置在工作子段内，地震道之间，用于采集实道和哑道的数据，并传递至数传包。

10.如权利要求6所述的海洋地震数据接收系统，其特征在于，所述工作段沿径向由内到外顺次包括：所述地震道包括缆芯，所述缆芯沿径向由内至外顺次包括：电力输送缆、内屏蔽层、芳纶纤维承力层、信号传输缆、外屏蔽层和外敷保护层。

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