震源位于拖缆下方的海洋地震探测系统及其方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010181638.5 (22)申请日 2020.03.16 (71)申请人 自然资源部第二海洋研究所 地址 310012 浙江省杭州市西湖区保俶北 路36号 (72)发明人 沈洪垒陶春辉王汉闯周建平 柳云龙丘磊顾春华 (74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 郑海峰 (51)Int.Cl. G01V 1/18(2006.01) G01V 1/20(2006.01) G01V 1/04(2006.01) G01V 1/157(2006.01) 。

2、G01V 1/02(2006.01) (54)发明名称 一种震源位于拖缆下方的海洋地震探测系 统及其方法 (57)摘要 本发明公开了一种震源位于拖缆下方的海 洋地震探测系统及其方法， 属于海洋地震勘探领 域。 系统包括母船、 震源、 光电复合缆和独立式组 合拖缆装置； 母船通过光电复合缆与震源相连； 独立式组合拖缆装置通过抱箍固定于光电复合 缆上； 独立式组合拖缆装置包括供电及采集单 元、 多道拖缆和阻力装置； 首先根据勘探目标布 设震源， 然后通过调节抱箍在光电复合缆上的位 置， 固定多道拖缆的深度， 最后调整抱箍与供电 及采集单元之间的距离， 使得震源位于多道拖缆 中间位置的正下方。 本发。

3、明一方面可以记录到对 海底浅层结构成像至关重要的近(零)偏移距， 另 一方面能够获取不受鬼波影响的浅层高分辨率 地震数据， 进而可以有效改善海底浅层结构的成 像效果。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 111323810 A 2020.06.23 CN 111323810 A 1.一种震源位于拖缆下方的海洋地震探测系统， 其特征在于包括母船(3)、 震源(1)、 光 电复合缆(2)和独立式组合拖缆装置； 所述的母船(3)通过光电复合缆(2)与震源(1)相连； 所述的独立式组合拖缆装置通过抱箍(4)固定于光电复合缆(2)上； 所述的独立式组合拖缆装置位于震源(1)上方， 包括供电及采集。

4、单元(5)、 多道拖缆(7) 和阻力装置(8)； 所述的供电及采集单元(5)的一端通过距离可调装置与抱箍(4)相连， 另一 端与多道拖缆(7)相连， 多道拖缆(7)的尾部连接有协助拉直拖缆的阻力装置(8)， 并可通过 移动抱箍(4)在光电复合缆(2)上的位置， 调节多道拖缆(7)在海洋中的深度。 2.根据权利要求1所述的震源位于拖缆下方的海洋地震探测系统， 其特征在于， 所述的 独立式组合拖缆装置还包括辅助浮球(6)， 辅助浮球(6)设置于供电及采集单元(5)与多道 拖缆(7)之间。 3.根据权利要求1所述的震源位于拖缆下方的海洋地震探测系统， 其特征在于， 所述的 震源(1)位于多道拖缆(7。

5、)中间位置的正下方。 4.根据权利要求1所述的震源位于拖缆下方的海洋地震探测系统， 其特征在于， 所述的 多道拖缆(7)上均匀布置若干个水听器， 每个水听器通过数据线与供电及采集单元(5)相 连。 5.根据权利要求1所述的震源位于拖缆下方的海洋地震探测系统， 其特征在于， 所述的 多道拖缆(7)呈现水平姿态。 6.根据权利要求5所述的震源位于拖缆下方的海洋地震探测系统， 其特征在于， 当勘探 目标自海底向下的双程地震走时(h-d2)/c时， 调整多道拖缆深度反之， 调 整多道拖缆深度其中h是水深， d2为震源与多道拖缆深度差， c为水中声速。 7.根据权利要求1所述的震源位于拖缆下方的海洋地震。

6、探测系统， 其特征在于， 所述震 源和拖缆的布置满足其中text为地震子波延续时间长度， d2为震源与多道 拖缆深度差， d3为震源离海底的深度， c为水中声速。 8.根据权利要求1所述的震源位于拖缆下方的海洋地震探测系统， 其特征在于， 所述的 震源为换能器或者电火花震源。 9.一种基于权利要求5所述系统的海洋地震探测方法， 其特征在于包括如下步骤： 1)根据勘探目标， 布设震源和多道拖缆： 首先确定震源深度满足其中text为地震子波延续时间长度， d2为震源 与多道拖缆深度差， d3为震源离海底的深度， c为水中声速； 当勘探目标自海底向下的双程地震走时(h-d2)/c时， 将震源下沉并调。

7、整多道拖缆深 度， 使之满足反之， 调整多道拖缆深度其中h是水深； 通过调节 抱箍在光电复合缆上的位置， 固定多道拖缆的深度； 最后调整抱箍与供电及采集单元之间 的距离， 使得震源位于多道拖缆中间位置的正下方； 2)激发震源， 地震子波在勘探目标区域所在的反射层位反射后， 向上传播至多道拖缆， 权利要求书 1/2 页 2 CN 111323810 A 2 由多道拖缆上的水听器采集地震信号； 供电及采集单元对多道拖缆进行供电并记录每一个 水听器采集到的地震数据。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111323810 A 3 一种震源位于拖缆下方的海洋地震探测系统及其方法 技术领域 0001 本发。

8、明属于海洋地震勘探领域， 具体涉及一种震源位于拖缆下方的海洋地震探测 系统及其方法。 背景技术 0002 现有的海上多道地震探测系统， 通常采用气枪作为地震震源， 拖缆则位于震源后 方一定距离处。 震源通常放置在水下5-20m深度范围内， 可以采用单一深度或者多深度组合 模式， 拖缆则一般放置在水下5-50m之间， 呈水平或者倾斜姿态。 这种采集方式能够保证获 得中深部反射信号， 但也造成了近(零)偏移距数据的缺失， 降低了海底浅层结构的成像精 度。 同时， 海水-空气强反射界面的存在， 在地震记录中引入了震源鬼波和水听器端鬼波， 造 成了频率域陷波效应， 降低了地震资料的有效频带宽度和地层分。

9、辨率。 0003 多道地震采集系统获取的地震数据在叠加之前需要对共反射点道集做动校正， 不 同偏移距数据的动校正量可表示如下： 0004 0005 其中， t0为自激自收时间(零偏移距)， x为偏移距， vNMO为动校正速度。 0006 动校正过程会对数据造成不同程度的动校拉伸， 通常用频率畸变进行表示： 0007 0008 其中， f是优势频率， f是频率畸变量。 0009 动校拉伸随着水深增加以及偏移距增大而增大， 在进行共反射点道集叠加时， 需 要对拉伸过大的道集进行切除， 以保证地层分辨率。 常规的采集方式由于缺少小偏移距数 据， 从而造成海底浅层数据， 尤其是浅水区域有效叠加道数过少。

10、， 从而影响后续成像效果。 0010 此外， 常规气枪震源和拖缆放置水深较浅， 气枪激发的震源子波经海面反射后形 成尾随首波的震源鬼波， 首波和鬼波经地下反射层位反射后， 向上传播到拖缆， 被水听器记 录， 波场继续向上传播后经海面再次反射后到达拖缆， 形成水听器端的鬼波。 鬼波的存在使 得原本简单的震源子波复杂化， 并且在频率域造成陷波， 严重影响了子波频谱完整性， 进而 降低了地震资料的有效频带宽度。 因此， 通过合理地设计海洋地震采集系统， 增大浅水区域 有效叠加道数， 获取不受鬼波影响的浅层高分辨率地震数据对于海底浅层结构成像具有重 要的意义。 发明内容 0011 本发明的目的在于克服。

11、现有技术的不足， 为了记录到对海底浅层结构成像至关重 要的近(零)偏移距， 同时获取到不受鬼波影响的浅层高分辨率地震数据， 改善海底浅层结 构成像效果， 本发明提出了一种震源位于拖缆下方的海洋地震探测系统及其方法。 说明书 1/5 页 4 CN 111323810 A 4 0012 本发明的技术方案如下： 0013 一种震源位于拖缆下方的海洋地震探测系统， 包括母船、 震源、 光电复合缆和独立 式组合拖缆装置； 所述的母船通过光电复合缆与震源相连； 所述的独立式组合拖缆装置通 过抱箍固定于光电复合缆上； 所述的独立式组合拖缆装置位于震源上方， 包括供电及采集 单元、 多道拖缆和阻力装置； 所述。

12、的供电及采集单元的一端通过距离可调装置与抱箍相连， 另一端与多道拖缆相连， 多道拖缆的尾部连接有协助拉直拖缆的阻力装置， 并可通过移动 抱箍在光电复合缆上的位置， 调节多道拖缆在海洋中的深度。 0014 优选的， 所述的独立式组合拖缆装置还包括辅助浮球， 辅助浮球设置于供电及采 集单元与多道拖缆之间。 0015 优选的， 所述的震源位于多道拖缆中间位置的正下方。 0016 优选的， 所述的多道拖缆上均匀布置若干个水听器， 每个水听器通过数据线与供 电及采集单元相连。 0017 优选的， 所述的多道拖缆呈现水平姿态。 0018 优选的， 当勘探目标自海底向下的双程地震走时(h-d2)/c时， 将。

13、震源下沉到离 海底较近处， 调整多道拖缆深度反之， 调整多道拖缆深度其中 h是水深， d2为震源和拖缆的深度差， c为水中声速。 0019优选的， 所述震源的布置满足其中text为地震子波延续时间长 度， d3为震源离海底的深度。 0020 优选的， 所述的震源为换能器或者电火花震源。 0021 本发明还公开了一种所述系统的海洋地震探测方法， 包括如下步骤： 0022 1)根据勘探目标， 布设震源和多道拖缆： 0023首先确定震源深度满足其中text为地震子波延续时间长度， d2为 震源与多道拖缆深度差， d3为震源离海底的深度， c为水中声速； 0024 当勘探目标自海底向下的双程地震走时(。

14、h-d2)/c时， 将震源下沉到离海底较近 处， 调整多道拖缆深度反之， 调整多道拖缆深度其中h是水深； 通过调节抱箍在光电复合缆上的位置， 固定多道拖缆的深度； 最后调整抱箍与供电及采集 单元之间的距离， 使得震源位于多道拖缆中间位置的正下方； 0025 2)激发震源， 地震子波在勘探目标区域所在的反射层位反射后， 向上传播至多道 拖缆， 由多道拖缆上的水听器采集地震信号； 供电及采集单元对多道拖缆进行供电并记录 每一个水听器采集到的地震数据。 0026 本发明具备的有益效果是： 0027 1)本发明的海洋地震探测系统中， 震源位于拖缆下方， 通过供电及采集单元对拖 缆进行供电并记录地震数据。

15、， 同时供电及采集单元与光电复合缆之间的距离可以调节， 能 够在不改变多道拖缆深度和震源深度的前提下使得震源位于拖缆中间位置的正下方， 震源 在激发之后， 拖缆就可以记录到对海底浅层结构成像至关重要的近(零)偏移距； 说明书 2/5 页 5 CN 111323810 A 5 0028 2)传统的震源和拖缆放置水深较浅， 由于海水-空气强反射界面的存在， 在地震记 录中容易引入震源鬼波和水听器端鬼波； 本发明由于震源位于拖缆下方， 并通过研究震源 和拖缆置于不同水深处时， 不同波场到达时间关系曲线， 可以根据探测目标有针对性地布 设震源和拖缆深度， 对海底以下不同深度处的探测目标具有较强的适应能。

16、力； 本发明能够 获取不受鬼波影响的浅层高分辨率地震数据， 进而有效改善海底浅层结构成像效果； 0029 3)与传统的气枪作为地震声源相比， 本发明采用换能器或者电火花震源， 其主频 要比气枪高， 且可实现深海作业， 更加适合于高分辨率勘探， 尤其适合于海底浅层结构探 测； 0030 4)本发明的海洋地震探测系统成本低、 结构简单， 探测方法操作方便。 附图说明 0031 图1为动校拉伸随不同水深的变化关系(截止到50)； 0032 图2为以脉冲子波为例， 展示了震源鬼波和水听器端鬼波对首波信号在时间域和 频率域的影响； 其中， (a)时间域， (b)频率域； 0033 图3为本发明实施例中的。

17、一种震源位于拖缆下方的海洋地震探测系统结构示意 图； 0034 图4为震源-多道拖缆在相同深度差异(a)下， 不同波场到达时间(b)对比图； 0035 图5为不受鬼波影响的地层反射时间长度随震源深度变化规律曲线； 0036 图6为震源-多道拖缆在不同深度差异(a)下， 不同波场到达时间(b)对比图； 0037 图中： 1震源、 2光电复合缆、 3母船、 4抱箍、 5供电及采集单元、 6辅助浮球、 7多道拖 缆、 8阻力装置、 d1为多道拖缆深度、 d2为震源与多道拖缆深度差、 d3为震源距离海底深度。 具体实施方式 0038 下面结合说明书附图对本发明做进一步的说明。 0039 图1展示了不同。

18、水深条件下， 不同偏移距的频率畸变百分比(截止到50畸变量)。 通过对比可以发现， 动校拉伸随着水深增加以及偏移距增大而增大， 在进行共反射点道集 叠加时， 需要对拉伸过大的道集进行切除， 以保证地层分辨率。 常规的采集方式由于缺少小 偏移距数据， 从而造成海底浅层数据， 尤其是浅水区域有效叠加道数过少， 从而影响后续成 像效果。 0040 图2以脉冲子波为例， 展示了震源鬼波和水听器端鬼波对首波信号在时间域和频 率域的影响。 通过对比， 可以发现， 鬼波的存在使得原本简单的震源子波复杂化， 并且在频 率域造成陷波， 严重影响了子波频率完整性， 进而降低了地震资料的有效频带宽度。 0041 图。

19、3为本发明的一种震源位于拖缆下方的海洋地震探测系统结构示意图， 包括母 船3、 震源1、 光电复合缆2和独立式组合拖缆装置； 所述的母船3通过光电复合缆2与震源1相 连； 所述的独立式组合拖缆装置通过抱箍4固定于光电复合缆2上。 0042 在本发明的一个具体实施中， 其中震源部分采用可以在水下数千米工作的换能器 或者电火花震源， 通过光电复合缆连接母船实现信号传输和电源供应； 换能器和电火花震 源的主频要比气枪高， 因此更加适合于高分辨率勘探， 但由于高频受地层衰减较为严重， 比 较适合于海底浅层结构探测。 采集部分， 为了方便调整深度， 本发明采用独立式组合拖缆， 说明书 3/5 页 6 C。

20、N 111323810 A 6 所述的独立式组合拖缆装置位于震源上方， 包括供电及采集单元5、 多道拖缆7、 阻力装置8； 所述的供电及采集单元5的一端通过距离可调装置与抱箍4相连， 另一端与多道拖缆7相连， 利用供电及采集单元5对多道拖缆7进行供电并记录地震数据； 所述的独立式组合拖缆装置 还包括辅助浮球6， 辅助浮球6设置于供电及采集单元5与多道拖缆7之间， 用于辅助调节多 道拖缆7的前端深度； 在实际作业中， 多道拖缆要保证水平姿态， 多道拖缆可以通过材料选 择实现等浮力， 多道拖缆7的尾部带有阻力装置8， 阻力装置可以为一个伞状装置， 也可以采 用等浮材料， 主要目的是用于协助拉直多道。

21、拖缆7； 多道拖缆7上均匀布置若干个水听器， 每 个水听器通过数据线与供电及采集单元5相连， 供电及采集单元5一方面用于为多道拖缆7 供电， 另一方面用于记录每一个水听器采集到的地震数据。 0043 本发明通过移动抱箍在光电复合缆上的位置， 来调节多道拖缆在海洋中的深度； 通过调整供电及采集单元与光电复合缆之间的距离， 使得震源位于多道拖缆中间位置的正 下方。 这样， 震源在激发之后， 多道拖缆就可以记录近(零)偏移距资料， 从而保证浅层结构 精确成像。 距离可调装置可直接采用凯夫拉绳子， 通过调整凯夫拉绳子的长度来改变供电 及采集单元与光电复合缆之间的距离。 0044 另一方面， 震源位于多。

22、道拖缆下方， 为获取完全不受鬼波干扰的高信噪比数据提 供了可能。 图4展示了将震源和多道拖缆置于不同水深处时， 不同波场到达时间关系曲线。 在本发明的一个具体实施中， 水深假定为2000m， 震源和多道拖缆的深度间隔固定为200m， 如图4(a)所示， 其中组合1： 震源深度500m； 组合2： 震源深度700m； 组合3： 震源深度900m； 组 合4： 震源深度1100m； 组合5： 震源深度1300m； 组合6： 震源深度1500m； 组合7： 震源深度 1700m。 图4(b)中地层反射对应于目标数据， 高信噪比数据的时间长度取决于后续到达的波 场时间。 通过分析可以发现， 震源鬼波直。

23、达波与地层反射到达时间呈现此消彼长的关系， 在 震源深度较浅(震源-拖缆平均水深未超过一半水深)时， 不受鬼波干扰数据长度主要取决 于地层反射与其在水听器端鬼波之间的到达时间， 且随着震源水深增加， 有效时间长度增 加， 如组合1-4。 在组合5-7中， 震源-拖缆平均水深超过一半水深， 此时， 震源鬼波直达波开 始影响地层反射， 随着震源深度继续增加， 有效时间又再次延长。 0045 图5展示了在图4的模型中， 不受鬼波影响的地层反射时间长度与震源深度之间的 关系曲线， 与图4分析结果一致， 时间长度首先呈现线性增加， 然后在震源鬼波直达波到达 时间晚于地层反射之后， 时窗长度急剧下降， 然。

24、后随震源深度增加， 再次呈现线性增加， 且 震源距离水底越近， 能够获取不受鬼波干扰的有效地层反射时窗长度越长。 然而根据公式： 震源距离水底越近， 相同偏移距的动校拉伸越大， 有效叠加道数越小。 因此， 在设计观测系统时， 需要根据探测目标有针对性的选择。 一般而言， 当勘探目标位于海底以 下较深处时(勘探目标自海底向下的双程地震走时(h-d2)/c)， 可以选择将震源下沉到离 海底较近处， 这样可以获取较长的有效地层反射时窗， 从而尽量保证目标地层不受鬼波影 响， 此时拖缆深度应满足其中h是水深， d2为震源与多道拖缆深度差。 反之， 则选择将震源-拖缆置于平均深度为一半水深处， 此时拖缆。

25、深度可以保证尽 可能多的有效叠加道。 说明书 4/5 页 7 CN 111323810 A 7 0046 图6展示了将震源和多道拖缆置于不同水深处时， 不同波场到达时间关系曲线。 在 本发明的一个具体实施中， 水深假定为2000m， 如图4(a)所示， 其中组合模式1： 震源深度 950m， 拖缆深度1050m； 组合模式2： 震源深度900m， 拖缆深度1100m； 组合模式3： 震源深度 850m， 拖缆深度1150m。 通过图(b) 的数据对比可以发现， d2越小， 有效时窗长度越长。 但是 由于地震子波通常并不是理想的脉冲子波， 往往会有一定的延续时间， 为了保证有效地层 反射不受子波。

26、延续带来的影响， 系统设计需要满足：其中text为地震子波 延续时间长度。 0047 综上， 可以得到本发明的海洋地震探测方法， 包括如下步骤： 0048 1)根据勘探目标， 布设震源和多道拖缆： 0049首先确定震源深度满足其中text为地震子波延续时间长度， d2为 震源与多道拖缆深度差， d3为震源离海底的深度， c为水中声速； 0050 当勘探目标位于海底以下较深处时(勘探目标自海底向下的双程地震走时(h- d2)/c)， 将震源下沉到离海底较近处， 拖缆深度反之， 拖缆深度 其中h是水深， d2为震源与多道拖缆的深度差； 通过调节抱箍在光电复合缆上的位置， 固定 多道拖缆的深度； 最。

27、后调整抱箍与供电及采集单元之间的距离， 使得震源位于多道拖缆的 正下方； 0051 2)激发震源1， 地震子波在勘探目标区域所在的反射层位反射后， 向上传播至多道 拖缆7， 由多道拖缆7上的水听器采集地震信号； 供电及采集单元5对多道拖缆7进行供电并 记录每一个水听器采集到的地震数据。 0052 通过上述步骤， 一方面可以记录到对海底浅层结构成像至关重要的近(零) 偏移 距， 另一方面能够获取不受鬼波影响的浅层高分辨率地震数据， 进而有效改善海底浅层结 构成像效果。 0053 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。 说明书 5/5 页 8 CN 111323810 A 8 图1 图2 说明书附图 1/3 页 9 CN 111323810 A 9 图3 图4 说明书附图 2/3 页 10 CN 111323810 A 10 图5 图6 说明书附图 3/3 页 11 CN 111323810 A 11 。