多震源多拖缆触发时序控制系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种多震源触发时序控制系统及方法，包括拖缆、震源、控制模块，控制模块包括中央处理器、双通道地震采集模块、高精度时钟模块、授时模块，有序控制多震源激发、多拖缆接收地层数据，高效率高质量地完成地震勘探任务，在一次地震勘探中同时获得多套探测深度和分辨率不同的地震剖面资料。
【专利说明】多震源多拖缆触发时序控制系统及方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于海洋工程地震勘探【技术领域】，具体地说，涉及一种多震源多拖缆触发 时序控制系统及方法。

【背景技术】
[0002] 在海洋工程地震勘探作业中，通常使用海上专用的震源和水听器拖缆，利用触发 震源接收地层反射信号进行处理后得到海底地层的地震剖面。海洋地震勘探震源类型很 多，各种震源的特性不同，在地震勘探中使用不同类型的震源，所获得地震剖面的穿透深度 和分辨率的不同。海洋地震勘探接收拖缆也有诸多类型，拖缆的选用也影响着地震剖面的 穿透深度和分辨率。常规海洋工程地震勘探，在一次探测过程中只能使用某种震源和某种 拖缆进行探测，只能获得一套穿透深度和相应分辨率的地震剖面，勘探资源得不到充分利 用，勘探目标效率较低。


【发明内容】

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种多震源多拖缆触发时序控 制系统及方法，解决探测深度和分辨能力之间的矛盾，提高勘探效率。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取如下技术方案： 海洋地震勘探中使用一条测量船，搭载多震源多拖缆触发时序控制系统，包括拖缆、震 源、控制模块，所述控制模块包括中央处理器、双通道地震采集模块、高精度时钟模块、授时 模块。
[0005] 进一步地，所述多震源多拖缆触发时序控制系统，包括两条以上拖缆和两套以上 震源，且拖缆数量多于或等于震源数量。
[0006] 优选地，所述控制模块配置一套以上与拖缆和震源数量相对应的双通道地震采集 模块，一套双通道地震采集模块搭载两条拖缆与两套震源。
[0007] 优选地，每条所述拖缆内部至少配置有6个水听器组合。
[0008] 优选地，每条所述拖缆内部配置有6?120个水听器组合。
[0009] 优选地，震源可选择气枪震源、水枪震源、等离子体震源、Boomer震源中的一种或 几种，其中Boomer震源频谱主频约500?3000Hz的一种常用震源。
[0010] 采用多震源多拖缆触发时序控制方法，进行地震勘测，按以下步骤进行： A、选择震源： 震源激发能量与探测深度成正比，但与其子波频谱大小成反比，此外，选择激发能量大 的震源虽然能获得较深地层的地震剖面，但其分辨率低，根据探测深度与分辨率的要求，选 择合适的震源或其组合； 按激发能量从大到小的顺序，常用的震源包括但不限于气枪震源、水枪震源、等离子体 震源、Boomer震源等；气枪震源子波主频在10?250Hz左右；水枪的频谱主频约250? 1500Hz ;等离子体震源的频谱主频约300?1700Hz ;Boomer震源的频谱主频约500? 3000Hz ； 通常认为，频谱主频10?600Hz的震源为低频震源，探测深度约为0. 8?10km，分辨率 约为8?120m ; 频谱主频600?1500Hz的震源为中频震源，探测深度约为100?800m，分辨率约为1? 8m ； 频谱主频1500Hz以上的震源为高频震源，探测深度在100m以下，分辨率达到米级甚至 亚米级； B、 选择拖缆 根据探测深度和分辨率的要求，选择内部采用不同的水听器配置的拖缆，拖缆的水听 器配置与其采集信号的震源类型和其频谱主频大小相适应； 确定拖缆与震源的对应关系，即同一震源激发的信号由相应的一条或多条拖缆采集； 通常地，高频地震拖缆，选择使用内部配置6?12个水听器组合的、总长度约15?25m 的拖缆，水听器主频约500Hz?12kHz ; 中频地震拖缆，选择使用内部配置20?25个水听器组合的、总长度约40?60m的拖 缆，水听器主频约20Hz?10kHz ; 低频地震拖缆，选择使用内部配置80?120个水听器组合的、总长度超过200m的拖 缆，水听器主频约10Hz?1kHz ; C、 确定震源触发间隔： 在条件允许情况下，减小震源触发间隔，以提高地层横向分辨率； 相对而言，对于低频震源，激发能量大，激发的地震波地层穿透能力强，蓄能所需时间 长，设定触发间隔大；高频震源激发能量较小，激发的地震波地层穿透能力弱，地震波往返 双程时间短，蓄能所需时间短，设定触发间隔小；通常情况下， 低频震源的优选激发间隔范围为3000ms-10000ms ; 中频震源的优选激发间隔范围为l〇〇〇ms-5000ms ; 高频震源的优选激发间隔范围为200mS-2000ms ; D、 确定地震拖缆记录时长： 增加记录时长，可以保留更多深部地层信息；减少记录时长，可以减少采集记录系统负 担，减少存储数据量，降低地震数据后处理工作量； 根据探测深度要求确定，低频震源激发的地震波地层穿透能力强，地震波往返双程时 间长，地震记录时间长；高频震源激发的地震波地层穿透能力弱，地震波往返双程时间短， 地震记录时间短；通常情况下， 低频地震拖缆的优选记录时长范围为800ms-2000ms ; 中频地震拖缆的优选记录时长范围为400ms-1000ms ; 高频地震拖缆的优选记录时长范围为50ms-500ms ; E、 确定多震源之间触发间隔： 在条件允许情况下，减小震源之间触发间隔，以提高地层横向分辨率； 震源之间的触发间隔不得小于上一次震源触发后采集其信号的拖缆的记录长度； F、 按时序触发震源和采集数据： 采用η个震源的系统中按照从低频到高频的顺序依次触发震源，相临震源的触发间隔 依次为w·· Tn_i; 第n个震源激发的信号由kn个拖缆进行采集，分别设定其记录长度，其最大值记为Ln， 且满足 > Lp T2 > L2,…，Tn_i > Lm ; 根据确定的震源触发顺序、同一震源的触发间隔、每一拖缆的记录长度、相临震源的触 发间隔，并选择零时刻点，由高精度时钟模块确定相应时刻点，授时模块将信号传递给双通 道地震采集模块，双通道地震采集模块按时序触发震源与开放接收拖缆数据，输出至存储 器或数据处理系统。
[0011] 与现有技术相比，本发明的有益效果体现在： 采用本发明的多震源多拖缆触发时序控制系统和方法，可以设定不同的探测深度与 分辨率目标，采用多套震源与多条拖缆进行数据采集，震源触发与数据采集有序进行，在同 一次地震勘探中既能获得大穿透深度的深层地震数据，又可以获得高分辨率的浅层地震数 据，更高质量地完成勘探目标，节省了资源，提高勘探效率。

【专利附图】

【附图说明】
[0012] 图1是多震源多拖缆触发时序控制系统结构框图； 图2是双震源双缆海洋地震勘探方法工作示意图； 图3是双震源双缆采集系统各组成部分连接示意框图； 图4a是双震源双缆采集系统时间同步控制装置时序图； 图4b是缩短高频震源触发间隔后双震源双缆采集系统时间同步控制装置时序图； 图5是双震源三缆海洋地震勘探方法工作示意图； 图6是双震源三缆采集系统各组成部分连接示意框图； 图7是双震源三缆采集系统时间同步控制装置时序图； 图8是三震源三缆海洋地震勘探方法工作示意图； 图9是三震源三缆采集系统各组成部分连接示意框图； 图10是三震源三缆采集系统时间同步控制装置时序图。
[0013] 图中的标号分别为： 100 :控制模块；201 :低频震源；202 :中频震源；203 :高频震源；301 :低频拖缆；302 : 中频拖缆；303 :高频拖缆；401 :浅地层；402 :中地层；403 :深地层。

【具体实施方式】
[0014] 以下结合附图介绍本发明多震源多拖缆触发时序控制系统及方法的具体实施方 式，但本发明的实施不限于以下的实施方案。
[0015] 海洋地震勘探中使用一条测量船，地震勘探设备除震源和拖缆外，还配有控制模 块，包括中央处理器、双通道地震采集模块、高精度时钟模块、授时模块，双通道地震采集模 块的数量与震源、拖缆的数量相匹配，授时模块通常选用GPS授时系统，将时间信号输出到 高精度时钟模块，高精度时钟模块和双通道地震采集模块准确控制各震源的激发时刻、对 应拖缆的记录时刻与时录时长，使各震源激发、反射地层数据采集有序进行，直至完成数据 采集任务，同时获得多套频率成分不同的地震剖面资料。
[0016] 震源的子波频谱影响地震勘探的探测深度和地层分辨能力。震源子波频谱主频较 低时例如低于100Hz，地层穿透能力强例如大于1000m，地层分辨率较低例如大于10m ;震源 子波频谱主频较高时例如高于1000Hz，地层分辨率高例如优于2m，地层穿透能力较差例如 小于200m。，在本技术方案中，各套震源之间激发能量和子波频谱有较大区别。例如，同时使 用气枪震源和等离子体震源，气枪震源的子波频谱在100Hz左右，而等离子体震源的子波 频谱在1000Hz左右。
[0017] 地震拖缆的内部水听器配置影响地震勘探的探测深度和地层分辨率。水听器组合 个数多，水听器主频低，则可接收深层地震反射信号；水听器组合个数少，水听器主频高，则 可接收高分辨率的浅层地震信号。在本发明技术方案中，各条拖缆内部采用不同的水听器 配置，分别针对采集不同分辨率和穿透深度的地震资料。例如，使用内部配置100个低频水 听器组合的、总长度超过200m的拖缆，采集穿透深度超过700m的地震资料；使用内部配置 25个中频水听器组合的、总长度约50m的拖缆，采集穿透深度约300m的地震资料；使用内 部配置8个高频水听器组合的、总长度约20m的拖缆，采集穿透深度约150m的地震资料。这 种方法可以在同一次地震勘探中既能获得大穿透深度的深层地震数据，又可以获得高分辨 率的浅层地震数据，提高勘探效率。
[0018] 下面结合实施例对本发明的内容作具体说明。
[0019] 实施例1，双震源双缆采集海洋地震勘探： 如图2所示，为本发明双震源双缆海洋地震勘探方法工作示意图。图中表示使用一条 低频水听器拖缆和一条高频水听器拖缆、两种不同的采集频率和记录时间分别接收来自两 个震源反射浅地层401与中地层402的地震信号，两个震源分别为低频震源201和高频震 源203,同时获得两套探测深度和分辨能力不同的地震剖面。
[0020] 如图3所示，双震源双缆海洋地震勘探的具体各组成部分连接框图。其中双缆地 震数据采集系统工作于主动触发模式，接口 F和接口 S为双通道地震采集模块的两个端口， 顺序输出触发信号。接口 F触发信号用于触发高频震源例如，等离子体震源，接口 S触发信 号用于触发低频震源例如，气枪震源。高频震源例如，等离子体震源激发后，地震反射信号 由高频水听器拖缆接收，双缆地震数据采集系统接口 F采集；低频震源例如，气枪震源激发 后，地震反射信号由低频水听器拖缆接收，由双缆地震数据采集系统接口 F采集。
[0021] 图4a和图4b给出了双震源双缆地震采集系统的两种触发时序实例图，图中： ① 低频震源触发间隔； ② 高频震源触发间隔； ③ 低频震源与高频震源之间触发间隔； ④ 低频水听器拖缆记录长度； ⑤ 高频水听器拖缆记录长度。
[0022] 如图4a所示，低频震源激发间隔4500ms，即分别在0ms，4500ms，9000ms，……时 激发。低频震源激发后，低频水听器拖缆接收地震反射信号，记录长度800ms。高频震源激 发间隔4500ms，即分别在1500ms，6000ms，……时激发。高频震源激发后，高频水听器拖缆 接收地震反射信号，记录长度500ms。低频震源激发与高频震源激发之间触发间隔不得小于 低频水听器拖缆记录长度。
[0023] 在高频震源激发速度允许条件下，可以减小其激发间隔，如图4b所示。低频震源 激发间隔4500ms，即分别在0ms，4500ms，9000ms，……时激发。低频震源激发后，低频水听 器拖缆接收地震反射信号，记录长度800ms。高频震源激发间隔1500ms，即分别在1500ms， 3000ms, 6000ms, 7500ms……时激发。高频震源激发后，高频水听器拖缆接收地震反射信号， 记录长度500ms。低频震源激发与高频震源激发之间触发间隔不得小于低频水听器拖缆记 录长度。
[0024] 高频震源如等离子体震源激发、高频水听器拖缆接收到的浅层反射记录，地震剖 面高频成分丰富，分辨率可达2?3m，各种地震相的形态反映的非常清楚；低频震源如气枪 震源激发、低频电缆接收到的中深层反射记录，较好地反映了中层的沉积结构和构造形态。 在一次勘探过程中可以同时获得两套频率成分不同的地震剖面资料，分别由于研究不同深 度的地层，既提高了分辨率又增加了穿透深度，取得较好的探测效果。
[0025] 实施例2，双震源三缆采集海洋地震勘探： 如图5所示，为本发明双震源三缆海洋地震勘探工作示意图。图中表示使用一条低频 水听器一条拖缆、一条中频水听器拖缆和一条高频水听器拖缆、三种不同的采集频率和记 录时间分别接收来自两个震源反射的浅地层401、中地层402和深地层403的地震信号，两 个震源分别分低频震源与高频震源，同时获得三套探测深度和分辨能力不同的地震剖面。
[0026] 如图6所示，为本发明双震源三缆海洋地震勘探方法的具体各组成部分连接框 图。其中三缆地震数据采集系统接口 F和接口 S为第一个双通道地震采集模块的两个端 口，工作处于主动模式，顺序输出触发信号。接口 F触发信号用于触发高频震源例如，等离 子体震源，接口 S触发信号用于触发宽频震源例如，气枪震源。三缆地震数据采集系统接口 Μ为第二个双通道地震采集模块的其中一个端口，工作于被动模式，触发信号由双缆地震数 据采集系统的接口 S给出。高频震源例如，等离子体震源激发后，地震反射信号由高频水听 器拖缆接收，三缆地震数据采集系统接口 F采集；低频震源例如，气枪震源激发后，地震反 射信号由中频水听器拖缆和低频水听器拖缆同时接收，分别由三缆地震数据采集系统接口 Μ和接口 S采集。
[0027] 图7给出了双震源三缆地震采集系统的触发时序实例图，图中： ① 低频震源触发间隔； ② 高频震源触发间隔； ③ 低频震源与高频震源之间触发间隔； ④ 低频水听器拖缆记录长度； ⑤ 中频水听器拖缆记录长度； ⑥ 高频水听器拖缆记录长度。
[0028] 如图7所示，低频震源激发间隔4500ms，即分别在0ms，4500ms，9000ms，……时激 发。低频震源激发后，低频水听器拖缆、中频水听器拖缆分别接收地震反射信号，低频水听 器拖缆记录长度1100ms，中频水听器拖缆记录长度800ms。高频震源激发间隔1500ms，即分 别在1500ms，3000ms，6000ms，7500ms……时激发。高频震源激发后，高频水听器拖缆接收地 震反射信号，记录长度500ms。低频震源激发与高频震源激发之间触发间隔不得小于低频水 听器拖缆记录长度。
[0029] 高频震源例如，等离子体震源激发、高频水听器拖缆接收到的浅层反射记录，地震 剖面高频成分丰富，分辨率可达2?3m，各种地震相的形态反映的非常清楚；低频震源例 如，气枪震源激发、中频和低频电缆接收到的中深层反射记录，较好地反映了中、深层的沉 积结构和构造形态。在一次勘探过程中可以同时获得三套频率成分不同的地震剖面资料， 分别由于研究不同深度的地层，既提高了分辨率又增加了穿透深度，取得较好的探测效果。
[0030] 实施例3，三震源三缆采集海洋地震勘探。
[0031] 如图8所示，为本发明三震源三缆海洋地震勘探工作示意图。图中表示使用一条 低频水听器一条拖缆、一条中频水听器拖缆和一条高频水听器拖缆、三种不同的采集频率 和记录时间分别接收来自三个震源反射的浅地层401、中地层402和深地层403的地震信 号，三个震源分别分低频震源、中频震源与高频震源，同时获得三套探测深度和分辨能力不 同的地震剖面。
[0032] 如图9所示，为本发明三震源三缆海洋地震勘探方法的具体各组成部分连接框 图。其中三缆地震数据采集系统工作于主动模式，接口 F、接口 Μ为第一个双通道地震采集 模块的两个端口，接口 S为第二个双通道地震采集模块的其中一个端口，接口 F、接口 Μ、接 口 S顺序输出触发信号。接口 F触发信号用于触发高频震源例如，Boomer震源，接口 Μ触 发信号用于触发中频震源例如，等离子体震源，接口 S触发信号用于触发低频震源例如，气 枪震源。高频震源例如,Boomer震源激发后，地震反射信号由高频水听器拖缆接收，三缆地 震数据采集系统接口 F采集；中频震源例如，等离子体震源激发后，地震反射信号由中频水 听器拖缆接收，三缆地震数据采集系统接口 Μ采集；低频震源例如，气枪震源激发后，地震 反射信号由低频水听器拖缆同时接收，由三缆地震数据采集系统接口 S采集。
[0033] 图10给出了三震源三缆地震采集系统的触发时序实例图，图中： ① 低频震源触发间隔； ② 低频震源与中频震源之间触发间隔； ③ 中频震源与高频震源之间触发间隔； ④ 低频水听器拖缆的记录长度； ⑤ 中频水听器拖缆的记录长度； ⑥ 高频水听器拖缆的记录长度。
[0034] 如图10所示，低频震源激发间隔4500ms，即分别在0ms，4500ms，9000ms，…… 时激发；低频震源激发后，低频水听器拖缆接收地震反射信号，低频水听器拖缆记录长度 1100ms。中频震源激发间隔4500ms，即分别在1500ms，6000ms，……时激发；中频震源激发 后，中频水听器拖缆接收地震反射信号，记录长度800ms。高频震源激发间隔4500ms，即分 别在3000ms，7500ms，……时激发；高频震源激发后，高频水听器拖缆接收地震反射信号， 记录长度500ms。震源激发之间触发间隔不得小于水听器拖缆记录长度。
[0035] 高频震源例如，Boomer震源激发、高频水听器拖缆接收到的极浅层反射记录，地层 穿透深度50m，分辨率可达0. 3m ;中频震源例如，等离子体震源激发、中频水听器拖缆接收 到的中层反射记录，地层穿透深度500m，分辨率可达2m，各种地震相的形态反映的非常清 楚；低频震源例如，气枪震源激发、低频电缆接收到的深层反射记录，地层穿透深度l〇〇〇m， 分辨率约2〇 m，较好地反映了深层的沉积结构和构造形态。在一次勘探过程中可以同时获得 三套频率成分不同的地震剖面资料，分别由于研究不同深度的地层，既提高了分辨率又增 加了穿透深度，取得较好的探测效果。
[0036] 本发明仅以上述实施例进行说明，实施例选择的震源和拖缆数量均在3个以内， 但本发明的多震源多拖缆触发时序控制系统和方法对于多震源多拖缆的勘测系统都是适 用的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理进行数量的不同选择或装置等同变 换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
【权利要求】
1. 多震源多拖缆触发时序控制系统，其特征在于，包括拖缆、震源、控制模块，所述控制 模块包括中央处理器、双通道地震采集模块、高精度时钟模块、授时模块。
2. 根据权利要求1所述的多震源多拖缆触发时序控制系统，其特征在于包括两条以上 拖缆和两套以上震源，且拖缆数量多于或等于震源数量。
3. 根据权利要求2所述的多震源多拖缆触发时序控制系统，其特征在于所述控制模块 配置一套以上与拖缆和震源数量相对应的双通道地震采集模块，一套双通道地震采集模块 搭载两条拖缆与两套震源。
4. 根据权利要求1或2或3所述的多震源多拖缆触发时序控制系统，其特征在于每条 所述拖缆内部至少配置有6个水听器组合。
5. 根据权利要求1或2或3所述的多震源多拖缆触发时序控制系统，其特征在于每条 所述拖缆内部配置有6?120个水听器组合。
6. 根据权利要求1或2或3所述的多震源多拖缆触发时序控制系统，其特征在于所述 震源为气枪震源、水枪震源、等离子体震源、Boomer震源中的一种或几种。
7. 多震源多缆触发时序控制方法，其特征在于包括以下步骤： A、 选择震源： 震源激发能量与探测深度成正比，但与其子波频谱大小成反比，此外，选择激发能量大 的震源虽然能获得较深地层的地震剖面，但其分辨率低，根据探测深度与分辨率的要求，选 择合适的震源或其组合； 按激发能量从大到小的顺序，常用的震源包括但不限于气枪震源、水枪震源、等离子体 震源、Boomer震源等；气枪震源子波主频在10?250Hz左右；水枪的频谱主频约250? 1500Hz ;等离子体震源的频谱主频约300?1700Hz ;Boomer震源的频谱主频约500? 3000Hz ； 通常认为，频谱主频10?600Hz的震源为低频震源，探测深度约为0. 8?10km，分辨率 约为8?120m ; 频谱主频600?1500Hz的震源为中频震源，探测深度约为100?800m，分辨率约为1? 8m ； 频谱主频1500Hz以上的震源为高频震源，探测深度在100m以下，分辨率达到米级甚至 亚米级； B、 选择拖缆 根据探测深度和分辨率的要求，选择内部采用不同的水听器配置的拖缆，拖缆的水听 器配置与其采集信号的震源类型和其频谱主频大小相适应； 确定拖缆与震源的对应关系，即同一震源激发的信号由相应的一条或多条拖缆采集； 通常地，高频地震拖缆，选择使用内部配置6?12个水听器组合的、总长度约15?25m 的拖缆，水听器主频约500Hz?12kHz ; 中频地震拖缆，选择使用内部配置20?25个水听器组合的、总长度约40?60m的拖 缆，水听器主频约20Hz?10kHz ; 低频地震拖缆，选择使用内部配置80?120个水听器组合的、总长度超过200m的拖 缆，水听器主频约10Hz?1kHz ; C、 确定震源触发间隔： 在条件允许情况下，减小震源触发间隔，以提高地层横向分辨率； 相对而言，对于低频震源，激发能量大，激发的地震波地层穿透能力强，蓄能所需时间 长，设定触发间隔大；高频震源激发能量较小，激发的地震波地层穿透能力弱，地震波往返 双程时间短，蓄能所需时间短，设定触发间隔小； D、 确定地震拖缆记录时长： 增加记录时长，可以保留更多深部地层信息；减少记录时长，可以减少采集记录系统负 担，减少存储数据量，降低地震数据后处理工作量； 根据探测深度要求确定，低频震源激发的地震波地层穿透能力强，地震波往返双程时 间长，地震记录时间长；高频震源激发的地震波地层穿透能力弱，地震波往返双程时间短， 地震记录时间短； E、 确定多震源之间触发间隔： 在条件允许情况下，减小震源之间触发间隔，以提高地层横向分辨率； 震源之间的触发间隔不得小于上一次震源触发后采集其信号的拖缆的记录长度； F、 按时序触发震源和采集数据： 采用η个震源的系统中按照从低频到高频的顺序依次触发震源，相临震源的触发间隔 依次为W·· L ; 第η个震源激发的信号由kn个拖缆进行采集，分别设定其记录长度，其最大值记为Ln， 且满足 > Lp T2 > L2,…，Tn_i > Lm ; 根据确定的震源触发顺序、同一震源的触发间隔、每一拖缆的记录长度、相临震源的触 发间隔，并选择零时刻点，由高精度时钟模块确定相应时刻点，授时模块将信号传递给双通 道地震采集模块，双通道地震采集模块按时序触发震源与开放接收拖缆数据，输出至存储 器或数据处理系统。
【文档编号】G01V1/38GK104049278SQ201410286261
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】李保华, 裴彦良, 刘晨光, 李西双, 孙蕾 申请人:国家海洋局第一海洋研究所, 国家深海基地管理中心