专利名称：抑制重影和运动的地震系统的制作方法
抑制重影和运动的地震系统
背景技术：
本发明总体上涉及海洋地震勘探，并且具体地涉及用于降低拖在勘探船后的传感器中、位于海底的传感器中或自治节点的传感器中的不期望的地震波反射和噪声的影响的设备和方法。如图I中所示，在拖曳式海洋地震勘探中，在近海面22的船舶20后拖曳着水听器阵列。这些水听器安装在多传感器电缆中，通常被称为拖缆24。该拖缆用作水听器的平台。同样拖在近海面的地震声源26周期性地放射声能。该声能通过海洋向下传播，从底层结构或水下地层28反射，然后通过海洋向上返回到水听器阵列。所反射的地震能量到达拖曳阵列接收点。该水听器阵列包括多个此类接收点，并且在每个接收点记录从海床30向上传播的地震声小波。随后，将水听器的记录处理成为底层结构的地震图像。噪声是拖曳式拖缆操作中的一个主要考虑因素。噪声源包括来自海面的膨胀噪声和波动噪声。而且，拖曳该拖缆穿过海水会引起噪声。这些噪声的一部分通过该拖缆传播，·一部分通过水柱自身传播。处理噪声源的典型方法是使用时间滤波和空间滤波的组合。时间滤波是通过在时间上用应用到样本的权重对水听器信号进行离散数据采样来实现的。水听器信道还包括模拟滤波器以防止在频率大于采样速率一半时产生信号混迭。典型地，空间样本通过对多个独立的水听器输出进行分组求和来形成，从而使得衰减了沿拖缆的长度传播的噪声。这个空间采样对于在拖缆轴线垂直方向传播的噪声没有影响。典型的水听器组在12米的拖缆段中包括八个左右的水听器。声阻抗P c是介质密度和介质中声速的乘积。只要声波碰到声阻抗发生变化，至少一部分声波能量会发生反射。未被反射的能量越过具有不同声阻抗的两个区域间的分界线传输(折射)。该压力波是气压波，这引起传播方向上的粒子运动。在两个不同同质介质间的平界面上，声波以与入射角91相等的角度反射，且以角度θ2折射。该折射角为Θ fsirf1 (c2sin Θ JC1)。下标指的是声波从介质I移动到介质2，而C1和C2是每个介质中的声速。如果入射角Q1为零，则折射能量传输路径的角度θ2将会是零。对于入射角Θ i为零且没有能量被转换为横波能量的情况，在海水-空气分界面的反射系数描述为
P _ Pic — P\C\ Iκρρ —---1。
PiPi + \在海水-空气分界面的反射能量为R2pp,或接近1，这使得海面是一个近似理想的声能反射器。从海底或感兴趣的目标返回之后，该能量再次由海面反射回拖缆。由于典型的水听器具有全向响应，因此水听器阵列还记录了重影响应，该重影响应是从海面反射并延时到达的且极性颠倒的地震声小波。该重影是向下传播的地震声波，当添加到希望的波形上时该地震声波会有损记录的地震图像。该重影引起的反射还可延续到海底或其他强反射物，并向上返回再次干扰期望的反射波并进一步降低图像质量。这些反射通常被称为多次波。
对于垂直传播的压力波来说，该重影在水听器在fMtc;h=C/2d处响应的频谱中产生一个陷波，其中c是声速，并且d是拖缆深度。按照惯例，地震拖缆被拖曳在10米或更浅的深度。在10米深度，陷波频率(fmteh)是75Hz。对于高地震图像分辨率，频率响应必须扩展到IOOHz之外。因为陷波频率与拖曳深度成反比，因此，拖缆通常被拖曳在较浅的深度以提高地震图像的分辨率。由于来自海面的噪声对期望的地震信号形成了干扰，因此在浅水中拖曳是有问题的。这些影响随天气变坏而恶化，有时会导致工作人员中断操作，直到天气变好。消除重影-陷波的影响使得能够在远离表面扰动更深的深度拖曳。在将地震传感器放置在海床的海底系统中，通过公知的技术(如p-z求和)来抑制重影和多次波。在声波中，压力P是个标量，而粒子速度U是个矢量。水听器用正全向响应来记录地震声波压力P。垂直定向的地震检波器或加速计采用对向上信号的正响应和对向下信号的负响应来记录地震声波粒子速度Uz的垂直分量。在P-Z求和中，速度信号在其添加到压力信号之前由海水的声阻抗PC来衡量。还需要调整万向单轴传感器以对由任何接收信号的离轴到达所引起的粒子-运动传感器灵敏度的改变负责。如果使用加速计，可集成其输出信号以获得速度信号，或可以区分水听器信号，如此以来，可以更好的与加速计在光谱上匹配。这可产生一种具有对向上传播波的全响应和对向下传播波的至少部分地微弱响应以抑制重影和多次波的组合传感器。在由Monk等人发明的美国专利号为6539308的专利中描述了一种实现单一去重影痕迹的信号调节和信号整合方法。图2是粒子-速度传感器的响应的二维(2D)表示。图3是全向水听器的响应与垂直粒子-运动传感器的响应相加的2D表示。通过绕其垂直轴旋转这些2D响应能够想象到完整的三维响应。目前，在拖曳式拖缆采集中使用类似p-z求和的技术以允许在更深的深度拖曳而不受重影-陷波反射的干扰，已经引起了大家的兴趣。因为该拖缆受到由拖曳或海面效应引起的加速度比由期望地震反射引起的加速度大，因此操作地震拖缆中的粒子运动传感器存在问题。此外，这些多余的加速度与期望的反射响应位于相同的光谱带中。当拖曳舰船遇到了海浪，舰船速度受到小的扰动。典型地，该舰船还遇到偏航运动。图4描绘了通过速度变化32和偏航运动34施加给拖缆24的能量。图5是描绘导致拖缆24中的加速度和横波的能量的侧视图。(出于说明的目的，在图5中夸大了能量对拖缆的影响。)通过弹性拉伸部件36 (典型地，在传感阵列前面)衰减了大部分能量。虽然该能量大大地衰减了，但仍剩下一部分。由期望地震波反射产生的平面压力波引起的加速度a由下式给出
权利要求
1.一种水下地震系统，包括 一个能用在水下平台上且具有一个第一响应的第一运动传感器； 一个布置在该第一运动传感器附近且具有一个第二响应的第二运动传感器； 其中，该第一和第二响应对于平台运动近似，而对于声波则不同。
2.如权利要求I所述的水下地震系统，进一步包括一个布置在该第一和第二运动传感器之间的分割器。
3.如权利要求I所述的水下地震系统,包括 一个封闭在第一刚性、穿孔的壳体内的第一区域，该壳体被一个透声的外皮所覆盖，其中该第一运动传感器以第一声阻抗驻留在该第一区域；以及 一个封闭在具有第二声阻抗的第二刚性壳体内的第二区域，其中该第二运动传感器驻留在该第二区域。
4.如权利要求3所述的水下地震系统，进一步包括填充该第一区域且具有与海水相同的声阻抗的液体，以及填充该第二区域的空气。
5.如权利要求3所述的水下地震系统，其中该第二刚性壳体由高密度材料制成。
6.如权利要求I所述的水下地震系统，进一步包括 一个连接到该水下平台上且经历平台运动的刚性本体； 连接到该刚性本体上的多个第一运动传感器和连接到该刚性本体上的多个第二运动传感器。
7.如权利要求6所述的水下地震系统，其中该刚性本体具有一个带有内侧和外侧的管状形状，并且其中该多个第一运动传感器连接到该外侧上，且该多个第二运动传感器连接到该内侧上。
8.如权利要求6所述的水下地震系统，包括 一个第一测试质量和一个第二测试质量； 其中该刚性本体具有管状形状，该形状将该地震系统分成一个接收该第一测试质量的外部区域和一个接收该第二测试质量的内部区域；并且 其中该多个第一运动传感器将该第一测试质量连接到该刚性本体上，且该多个第二运动传感器将该第二测试质量连接到该刚性本体上。
9.如权利要求6所述的水下地震系统，包括 一个围绕该刚性本体的第一测试质量； 一个被该刚性本体围绕着的第二测试质量； 其中该多个第一运动传感器将该第一测试质量连接到该刚性本体上，且该多个第二运动传感器将该第二测试质量连接到该刚性本体上。
10.如权利要求9所述的水下地震系统，其中该第一测试质量、该刚性本体及该第二测试质量同轴排列。
11.如权利要求9所述的水下地震系统，其中该刚性本体由具有高声阻抗的材料制成，以便从入射声波中屏蔽该多个第二运动传感器。
12.如权利要求I所述的水下地震系统，进一步包括 一个牢固地连接到该第一运动传感器上的第一刚性本体； 一个牢固地连接到该第二运动传感器上的第二刚性本体；一个布置在该第一和第二刚性壳体之间的分割器，从而在声学上将该第一和第二运动传感器隔离到分开的第一和第二区域中； 其中该第一和第二壳体对入射声波具有不同的声截面。
13.如权利要求12所述的水下地震系统，包括 一个围绕该第一和第二区域的表面； 一个在该第一刚性壳体和该表面之间的第一连接器；以及 一个在该第二刚性壳体和该表面之间的第二连接器。
14.如权利要求13所述的水下地震系统，其中该第一和第二连接器包括一种开孔泡沫塑料材料。
15.如权利要求14所述的水下地震系统，进一步包括一种填充该开孔泡沫塑料的液体，并且其中该填充有液体的开孔泡沫塑料的声阻抗与海水的声阻抗匹配。
16.如权利要求I所述的水下地震系统，进一步包括 一个牢固地连接到该第一运动传感器上的第一刚性本体； 一个用于该第二运动传感器的第二刚性壳体； 一个位于该第二刚性壳体内部且通过该第二运动传感器不牢固地连接到该第二刚性壳体上的测试质量； 其中该第一和第二运动传感器同相地对声波作出响应且反相地对平台运动作出响应。
17.如权利要求I所述的水下地震系统，其中该第一运动传感器生成一个第一传感器信号且该第二运动传感器生成一个第二传感器信号，该水下地震系统进一步包括用于组合该第一传感器信号以及该第二传感器信号从而衰减由平台运动引起的噪声以及生成对声波的响应的装置。
18.如权利要求17所述的水下地震系统，其中该用于组合该第一传感器信号以及该第二传感器信号的装置从该第一传感器信号中减去该第二传感器信号。
19.如权利要求I所述的水下地震系统，进一步包括一个发送水听器信号的水听器，该水听器信号有待与该噪声降低的响应组合以消除多次波或衰减重影响应。
20.如权利要求19所述的水下地震系统，其中该水听器及该第一和第二运动传感器距离很近。
21.如权利要求I所述的水下地震系统，进一步包括一个生成水听器信号的水听器以及用于组合噪声降低的响应与该水听器信号以产生一个地震响应信号的P-Z求和装置。
22.如权利要求I所述的水下地震系统，其中该第一运动传感器具有一个第一阻抗并且该第二运动传感器具有一个第二声阻抗，并且其中该第一声阻抗与海水的声阻抗相等。
23.如权利要求I所述的水下地震系统，包括一个用作水下平台的传感器电缆，其中多个第一和第二运动传感器被布置在沿着该传感器电缆的隔开位置处。
24.如权利要求I所述的水下地震系统，包括一个用作水下平台的电缆定位设备，其中该第一和第二运动传感器安装在该电缆定位设备中。
25.—种水下地震系统,包括 一个第一运动传感器，该第一运动传感器能用在水下平台上且具有一个第一声阻抗以生成表示由声波引起的平台运动和粒子运动的第一传感器信号； 一个第二运动传感器，该第二运动传感器布置在该第一运动传感器附近且具有一个第二声阻抗以生成表示平台运动和表示由声波引起的衰减的粒子运动的第二传感器信号；用于组合该第一传感器信号以及该第二传感器信号从而衰减由平台运动引起的噪声且生成对由声波引起的粒子运动的响应的装置。
26.如权利要求25所述的水下地震系统，进一步包括一个布置在该第一和第二运动传感器之间的分割器。
27.如权利要求25所述的水下地震系统，包括 一个封闭在第一刚性、穿孔的壳体内的第一区域，该壳体被一个透声的外皮所覆盖，其中该第一运动传感器以第一声阻抗驻留在该第一区域；以及 一个封闭在具有第二声阻抗第二刚性壳体内的第二区域，其中该第二运动传感器驻留在该第二区域内。
28.如权利要求27所述的水下地震系统，进一步包括填充该第一区域且具有与海水相同的声阻抗的液体，以及填充该第二区域的空气。
29.如权利要求27所述的水下地震系统，其中该第二刚性壳体由高密度材料制成。
30.如权利要求25所述的水下地震系统，进一步包括 一个连接到该水下平台上且经历平台运动的刚性本体； 连接到该刚性本体上的多个第一运动传感器和连接到该刚性本体上的多个第二运动传感器。
31.如权利要求30所述的水下地震系统，其中该刚性本体具有一个带有内侧和外侧的管状形状，并且其中该多个第一运动传感器连接到该外侧上，且该多个第二运动传感器连接到该内侧上。
32.如权利要求30所述的水下地震系统，包括 一个第一测试质量和一个第二测试质量； 其中该刚性本体具有管状形状，该形状将该地震系统分成一个接收该第一测试质量的外部区域和一个接收该第二测试质量的内部区域；并且 其中该多个第一运动传感器将该第一测试质量连接到该刚性本体上，且该多个第二运动传感器将该第二测试质量连接到该刚性本体上。
33.如权利要求30所述的水下地震系统，包括 一个围绕该刚性本体的第一测试质量； 一个被该刚性本体围绕着的第二测试质量； 其中该多个第一运动传感器将该第一测试质量连接到该刚性本体上，且该多个第二运动传感器将该第二测试质量连接到该刚性本体上。
34.如权利要求33所述的水下地震系统，其中该第一测试质量、该刚性本体及该第二测试质量同轴排列。
35.如权利要求33所述的水下地震系统，其中该刚性本体由具有高声阻抗的材料制成，以便从入射声波中屏蔽该多个第二运动传感器。
36.如权利要求25所述的水下地震系统，包括 一个牢固地连接到该第一运动传感器上的第一刚性本体； 一个牢固地连接到该第二运动传感器上的第二刚性本体； 一个布置在该第一和第二刚性壳体之间的分割器，从而在声学上将该第一和第二运动传感器隔离到分开的第一和第二区域中； 其中该第一和第二壳体对入射声波具有不同的声截面。
37.如权利要求36所述的水下地震系统，包括 一个包围该第一和第二区域的表面； 一个在该第一刚性壳体和该表面之间的第一连接器；以及 一个在该第二刚性壳体和该表面之间的第二连接器。
38.如权利要求37所述的水下地震系统，其中该第一和第二连接器包括一种开孔泡沫塑料材料。
39.如权利要求38所述的水下地震系统，进一步包括一种填充该开孔泡沫塑料的液 体，并且其中该填充有液体的开孔泡沫塑料的声阻抗与海水的声阻抗匹配。
40.如权利要求25所述的水下地震系统，进一步包括 一个牢固地连接到该第一运动传感器上的第一刚性本体； 一个用于该第二运动传感器的第二刚性壳体； 一个位于该第二刚性壳体内部且通过该第二运动传感器不牢固地连接到该第二刚性壳体上的测试质量； 其中该第一和第二运动传感器同相地对声波作出响应且反相地对平台运动作出响应。
41.如权利要求25所述的水下地震系统，进一步包括一个发送水听器信号的水听器，该水听器信号有待与该噪声降低的响应组合以消除多次波或衰减重影响应。
42.如权利要求41所述的水下地震系统，其中该水听器及该第一和第二运动传感器距离很近。
43.如权利要求25所述的水下地震系统，进一步包括一个生成水听器信号的水听器以及用于组合噪声降低的响应和该水听器信号以产生一个地震响应信号的P-Z求和装置。
44.如权利要求25所述的水下地震系统，其中该第一声阻抗小于该第二声阻抗。
45.如权利要求25所述的水下地震系统,其中该第一运动传感器布置在一个具有第一密度的第一介质中，并且其中该第二运动传感器布置在一个具有比第一密度大的第二密度的第二介质中。
46.如权利要求25所述的水下地震系统，其中该第一声阻抗与海水的声阻抗相等。
47.如权利要求25所述的水下地震系统，其中该用于组合该第一传感器信号以及该第二传感器信号的装置从该第一传感器信号中减去该第二传感器信号。
48.如权利要求25所述的水下地震系统，包括一个用作水下平台的传感器电缆，其中多个第一和第二运动传感器被布置在沿着该传感器电缆的隔开位置处。
49.如权利要求25所述的水下地震系统，包括一个用作水下平台的电缆定位设备，其中该第一和第二运动传感器安装在该电缆定位设备中。
50.—种水下地震系统,包括 一个能用在水下平台上的第一运动传感器； 一个布置在该第一运动附近的第二运动传感器； 一个安排为从声波粒子运动中只屏蔽该第二运动传感器的隔声罩。
51.如权利要求50所述的水下地震系统，其中该隔声罩是一个具有连接到该第一运动传感器的外表面和连接到该第二运动传感器的内表面的刚性本体。
52.如权利要求50所述的水下地震系统，其中该隔声罩是一个由具有高声阻抗材料制成的刚性本体。
53.如权利要求50所述的水下地震系统，其中该隔声罩是管状形状且围绕着该第二运动传感器。
全文摘要
一种用于从地震信号中减少重影反射或通过海水运动引起的噪声的水下地震系统。该系统包括两个运动传感器。一个传感器具有一个第一响应，且对平台运动导致的噪声以及声波敏感。另一个传感器具有一种不同的构造，该构造使其与声波隔离，从而使得其响应主要是对运动噪声。组合这两个传感器响应的输出来消除运动噪声的影响。当进一步组合水听器信号时，减少了重影反射引起的噪声。
文档编号G01V1/36GK102812382SQ201180013927
公开日2012年12月5日 申请日期2011年1月21日 优先权日2010年1月22日
发明者D·J·兰伯特, A·W·奥利维尔, 罗伯特·E·洛奎特 申请人:离子地球物理学公司