拖纜式海洋可控源電磁和地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種拖纜式海洋可控源電磁和地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由安置在三條或三條以上拖纜中均勻或不均勻分布的電場(chǎng)傳感器(不極化電極)、三分量感應(yīng)線圈式或三分量磁通門(mén)式磁場(chǎng)傳感器和由水聽(tīng)器或加速度計(jì)構(gòu)成的聲波傳感器組成，用以測(cè)量海洋三分量磁場(chǎng)分量、沿電纜方向和垂直纜方向分布的電場(chǎng)分量EX和EY、以及海洋地震數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以同時(shí)采集時(shí)間域和頻率域的海洋電磁數(shù)據(jù)和海洋地震數(shù)據(jù)，能夠數(shù)倍地提高一次行進(jìn)施工海洋地球物理數(shù)據(jù)采集量，有效提高目標(biāo)探測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合和綜合應(yīng)用海洋可控源時(shí)頻電磁和地震勘探技術(shù)進(jìn)行海洋礦產(chǎn)及油氣資源和甲烷水合物的勘探與評(píng)價(jià)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】拖纜式海洋可控源電磁和地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于應(yīng)用地球物理勘探方法，涉及海洋可控源電磁和地震勘探技術(shù)，具體是一種拖纜式海洋可控源電磁和地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前的海洋電磁數(shù)據(jù)采集有多種方式，CN102472829A公開(kāi)了一種海底電磁電纜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其工作方式是海底電磁電纜(EM OBC - ElectroMagnetic Ocean BottomCable)由放纜船是先投放鋪設(shè)到海底，然后由發(fā)射源船拖曳著水下可控電源在距海底一定的距離上前行并向海水中供電(發(fā)射可控電磁波)，由事先投放鋪設(shè)到海底的電磁電纜采集海底電磁數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，放纜船回收海底電磁電纜，投放鋪設(shè)到新的測(cè)量工區(qū)，然后重復(fù)海底電磁信號(hào)的數(shù)據(jù)采集作業(yè)。CN102472829A還公開(kāi)了一種具有可折疊傳感器臂組件的海底電磁電纜，主要作用是采集垂直于沿纜方向的正交電場(chǎng)信號(hào)(Ey和Ez)和沿纜方向的電場(chǎng)信號(hào)為Ex。這種方法作業(yè)繁瑣，效率低。此外，由于海水是高導(dǎo)電介質(zhì)，海水中相距較小的兩點(diǎn)間的電壓差是極小的，相距較近的兩個(gè)電極組成的電極對(duì)是很難測(cè)量到海水中的電場(chǎng)分量，可折疊傳感器臂組件的海底電磁電纜是無(wú)法在海底拖行移動(dòng)的。
[0003]另外，CN102472829A公開(kāi)的這種具有可折疊傳感器臂組件的海底電磁電纜，其可折疊傳感器臂組件的長(zhǎng)度是非常有限的。由于所測(cè)電場(chǎng)分量的信號(hào)強(qiáng)度(兩個(gè)測(cè)量電極之間的電壓值)與測(cè)量電極對(duì)的極間距成正比，極距長(zhǎng)度有限的電極對(duì)不利于測(cè)量海水中的電場(chǎng)分量。
[0004]另外，由于其海底電磁數(shù)據(jù)采集單元是集電場(chǎng)和磁場(chǎng)傳感器于一體的小型數(shù)據(jù)采集站，電場(chǎng)傳感器和其數(shù)據(jù)采集電路的噪音會(huì)對(duì)高靈敏度的磁場(chǎng)傳感器造成極大的干擾，嚴(yán)重影響磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，甚至采集不到可靠的海洋磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。
[0005]另一種海洋電磁數(shù)據(jù)采集主要是由海底遙控采集站來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如EMGS公司目前使用的海底電磁采集站。此外挪威的PGS公司推出了一種拖纜式海洋可控源電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)只采集一個(gè)沿電纜方向的電場(chǎng)分量，不采集任何磁場(chǎng)分量數(shù)據(jù)。另外，其沿電纜方向分布的電極也不是均勻分布的，靠近采集船附近的電纜上的電極密度要大一些，而遠(yuǎn)離采集船處的電纜上的電極就分布的很稀疏。此外，這一拖纜式海洋可控源電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)僅能分別進(jìn)行時(shí)間域或單個(gè)頻點(diǎn)的頻率域的電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集工作。沒(méi)有測(cè)量任何磁場(chǎng)分量的海洋電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)是不完整的，不利于對(duì)海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)層的電性特征進(jìn)行詳細(xì)的了解和分析。
[0006]PGS公司的拖纜式海洋可控源電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只采集一個(gè)沿電纜方向的電場(chǎng)分量，不采集任何磁場(chǎng)分量數(shù)據(jù)。此外，這一拖纜式海洋可控源電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)僅能分別進(jìn)行時(shí)間域或單個(gè)頻點(diǎn)的頻率域的電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集工作。工業(yè)界目前使用的拖纜式海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只是單一采集海洋地震數(shù)據(jù)。
[0007]可控源電磁法應(yīng)用較多，已有方法都是頻率域或時(shí)間域方法。即或是一個(gè)頻點(diǎn)一個(gè)頻點(diǎn)地激發(fā)并測(cè)量，如可控源聲頻大地電磁法(CSAMT);或是激發(fā)一個(gè)脈沖(方波)測(cè)量其斷電后隨時(shí)間衰減曲線，如長(zhǎng)偏移距瞬變電磁法(LOTEM)。另外，已有方法的測(cè)量參數(shù)僅限于一個(gè)電場(chǎng)、一個(gè)磁場(chǎng)分量，如CSAMT法；或只測(cè)一個(gè)垂直磁場(chǎng),如LOTEM法。其研究的物性參數(shù)單一，僅限于電阻率參數(shù)。因此，這些方法在解決地質(zhì)問(wèn)題的能力和精度等方面與實(shí)際要求存在差距，難以完滿解決存在的地質(zhì)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目地在于提供一種可以同時(shí)測(cè)量海洋三分量磁場(chǎng)、沿纜方向(Ex)和垂直電纜方向(Ey)分布的電場(chǎng)分量，并同時(shí)采集時(shí)間域和頻率域的海洋電磁數(shù)據(jù)以及地震數(shù)據(jù)的拖纜式海洋可控源電磁和地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn):
[0010]拖纜式海洋可控源電磁和地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由拖纜船1、拖曳式偶極電流源2、拖曳式氣槍震源6和采集系統(tǒng)組成，采集系統(tǒng)由安置在拖纜中均勻分布的纜向電場(chǎng)傳感器3、三分量磁場(chǎng)傳感器4和聲波傳感器7組成,所述的電場(chǎng)傳感器3或三分量磁場(chǎng)傳感器4之間間隔距離相等或不相等，聲波傳感器7之間的間隔距離相等；
[0011]每?jī)蓚€(gè)電場(chǎng)傳感器3之間安置一個(gè)三分量磁場(chǎng)傳感器4，同纜相鄰的兩個(gè)電場(chǎng)傳感器3組成一個(gè)電極對(duì)，用以測(cè)量沿電纜方向分布的電場(chǎng)分量(Ex)；
[0012]相鄰電磁和地震數(shù)據(jù)采集拖纜之間的電場(chǎng)傳感器3和電場(chǎng)傳感器5組成另一個(gè)電極對(duì)，用以測(cè)量垂直電纜方向分布的電場(chǎng)分量(Ey);
[0013]每個(gè)三分量場(chǎng)磁傳感器4用于測(cè)量三分量磁場(chǎng)信號(hào)；
[0014]電場(chǎng)傳感器3和磁場(chǎng)傳感器4之間則安置一個(gè)由水聽(tīng)器或加速度計(jì)構(gòu)成的聲波傳感器；
[0015]每個(gè)由水聽(tīng)器或加速度計(jì)構(gòu)成的聲波傳感器7記錄海洋地震信號(hào)。
[0016]所述的間隔相等或不相等的距離為幾米至幾十米。
[0017]所述的電場(chǎng)傳感器3和5為不極化電極對(duì)制成的電場(chǎng)傳感器。
[0018]所述的磁場(chǎng)傳感器4為三分量感應(yīng)線圈式或三分量磁通門(mén)式磁場(chǎng)傳感器。
[0019]所述的聲波傳感器7由水聽(tīng)器或加速度計(jì)構(gòu)成的聲波傳感器。
[0020]本發(fā)明描既可以采集海洋地震數(shù)據(jù)，又可以采集兩個(gè)分量的海洋電場(chǎng)和三個(gè)分量的海洋磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，且可以同時(shí)采集時(shí)間域和頻率域的海洋電磁數(shù)據(jù)。
[0021]本發(fā)明除了在纜上安裝電場(chǎng)傳感器和三分量磁場(chǎng)傳感器測(cè)量沿纜方向的電場(chǎng)分量^和三分量磁場(chǎng)分量外，還采用電纜連接左右兩側(cè)平行電磁電纜上的電場(chǎng)傳感器，利用左右兩側(cè)電磁電纜上的電場(chǎng)傳感器構(gòu)成垂直于電磁電纜方向的電極對(duì)，測(cè)量垂直于電磁電纜方向的電場(chǎng)分量信號(hào)Εγ。由于每?jī)蓷l平行電磁電纜之間的間距至少在25米以上，用左右兩側(cè)平行電磁電纜上的電場(chǎng)傳感器組成的電極對(duì)的極距至少在50米以上，這樣大極距的電極對(duì)可以可靠地測(cè)量海水中的電場(chǎng)分量。此外，這一大極距電極對(duì)的極距也與沿纜方向安置的電極對(duì)的極距相等或相當(dāng)，可以保證所測(cè)量到的沿纜方向和垂直于纜方向的電場(chǎng)分量EX和Ey均可靠。
[0022]本發(fā)明在兩個(gè)相距數(shù)十米的電場(chǎng)傳感器之間安置磁場(chǎng)傳感器，將電場(chǎng)傳感器和三分量磁場(chǎng)傳感器完全分離開(kāi)來(lái)，遠(yuǎn)處的電場(chǎng)傳感器和其數(shù)據(jù)采集電路不會(huì)對(duì)磁場(chǎng)傳感器產(chǎn)生任何干擾和影響。大大地提高了采集到的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的可靠性。
[0023]本發(fā)明是可以同時(shí)采集三分量磁場(chǎng)和沿纜方向和垂直纜方向電場(chǎng)分量Ex和Ey以及地震信號(hào)的拖纜式海洋可控源電磁和地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以測(cè)量海洋三分量磁場(chǎng)、沿電纜方向和垂直纜方向分布的電場(chǎng)分量Ex和Ey數(shù)據(jù)，也可以同時(shí)采集時(shí)間域和頻率域的海洋電磁數(shù)據(jù)，以及海洋地震數(shù)據(jù)，數(shù)倍地提高了一次行進(jìn)施工海洋地球物理數(shù)據(jù)采集量，能夠有效提高探測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合和綜合應(yīng)用海洋可控源時(shí)頻電磁和地震勘探技術(shù)進(jìn)行海洋油氣資源和甲烷水合物的勘探與評(píng)價(jià)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是拖纜式海洋可控源電磁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。
[0025]圖2是拖纜式海洋可控源電磁和地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0027]拖纜式海洋可控源電磁勘探系統(tǒng)由圖1中所示的拖纜船1，拖曳式偶極電流源2，偶極長(zhǎng)度150米到250米，和9纜或更多的的海洋電磁數(shù)據(jù)采集系組成。每條纜上安置7對(duì)或更多的采集系，每對(duì)采集系由電場(chǎng)傳感器(不極化電極對(duì))3和三分量感應(yīng)線圈式或三分量磁通門(mén)式磁場(chǎng)傳感器4組成，電磁采集系在拖纜中可以均勻或非均勻分布。
[0028]電場(chǎng)傳感器(不極化電極對(duì))3的具體安置方式是在每?jī)蓚€(gè)間隔等間距距或不等間距的三分量感應(yīng)線圈式或三分量磁通門(mén)式磁場(chǎng)傳感器4之間的中部位置上安置一個(gè)電場(chǎng)傳感器3 (不極化電極)，同纜相鄰的兩個(gè)電場(chǎng)傳感器3 (不極化電極)對(duì)組成一個(gè)電極對(duì)，用以測(cè)量沿電纜方向分布的電場(chǎng)分量Ex。每個(gè)三分量感應(yīng)線圈式或三分量磁通門(mén)式磁場(chǎng)傳感器4則用于測(cè)量三分量磁場(chǎng)信號(hào)。
[0029]每個(gè)電極對(duì)3之間連接著一個(gè)帶前置放大器的獨(dú)立的32位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將測(cè)量到的沿電纜方向分布的電場(chǎng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。
[0030]每個(gè)三分量磁場(chǎng)傳感器4輸出端連接3個(gè)帶前置放大器的獨(dú)立的32位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將測(cè)量到的三分量磁場(chǎng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。
[0031]所述的電場(chǎng)傳感器3為不極化電極制成的電場(chǎng)傳感器。
[0032]所述的磁場(chǎng)傳感器4為三分量感應(yīng)線圈式或三分量磁通門(mén)式磁場(chǎng)傳感器。轉(zhuǎn)換后的海洋電磁數(shù)字信號(hào)由拖纜中的光纖電纜直接傳輸?shù)酱d的海洋電磁數(shù)據(jù)記錄儀器中記錄存儲(chǔ)。
[0033]整個(gè)采集系由安裝在船上的直流電源裝置供電。
[0034]拖在水中的偶極電流源2提供可控的發(fā)射電流。其可控的發(fā)射電流逆變裝置安放在甲板上。海洋電磁數(shù)據(jù)采集拖纜測(cè)量海洋中沿纜方向分布的電場(chǎng)信號(hào)Ex和三分量磁場(chǎng)信號(hào)。
[0035]拖纜式海洋可控源電磁和地震勘探系統(tǒng)由圖2中所示的拖纜船1，拖曳式偶極電流源2，偶極長(zhǎng)度150米到250米，拖曳式氣槍震源6和三條或三條以上纜的海洋電磁和地震數(shù)據(jù)采集系組成。每條纜上安置多對(duì)采集系，每對(duì)采集系由電場(chǎng)傳感器(不極化電極對(duì))3、三分量感應(yīng)線圈式或三分量磁通門(mén)式磁場(chǎng)傳感器4和由水聽(tīng)器或加速度計(jì)構(gòu)成的聲波傳感器7組成，電磁采集系在拖纜中可以均勻或非均勻分布，聲波傳感器7之間的間隔相坐寸O
[0036]電場(chǎng)傳感器(不極化電極對(duì))3的具體安置方式是在每?jī)蓚€(gè)間隔等間距或不等間距的三分量感應(yīng)線圈式或三分量磁通門(mén)式磁場(chǎng)傳感器4之間的中部位置上安置一個(gè)電場(chǎng)傳感器3 (不極化電極)，同纜相鄰的兩個(gè)電場(chǎng)傳感器3 (不極化電極)對(duì)組成一個(gè)電極對(duì)，用以測(cè)量沿電纜方向分布的電場(chǎng)分量Ex;每個(gè)三分量感應(yīng)線圈式或三分量磁通門(mén)式磁場(chǎng)傳感器4則用于測(cè)量三分量磁場(chǎng)信號(hào)。電場(chǎng)傳感器3和磁場(chǎng)傳感器4之間則安置一個(gè)由水聽(tīng)器或加速度計(jì)構(gòu)成的聲波傳感器7。每個(gè)由水聽(tīng)器或加速度計(jì)構(gòu)成的聲波傳感器7記錄海洋地震信號(hào)。
[0037]每個(gè)電極對(duì)3之間連接著一個(gè)帶前置放大器的獨(dú)立的32位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將測(cè)量到的沿電纜方向分布的電場(chǎng)Ex模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。
[0038]相鄰電磁和地震數(shù)據(jù)采集拖纜之間的電場(chǎng)傳感器3和5組成另一個(gè)電極對(duì)并連接到一個(gè)帶前置放大器的獨(dú)立的32位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將測(cè)量到的垂直電纜方向分布的電場(chǎng)Ey模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。
[0039]每個(gè)三分量磁場(chǎng)傳感器4輸出端連接3個(gè)帶前置放大器的獨(dú)立的32位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將測(cè)量到的三分量磁場(chǎng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。
[0040]每個(gè)聲波傳感器7輸出端連接到帶前置放大器的獨(dú)立的32位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將測(cè)量到的海洋地震信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。
[0041]本發(fā)明采用電纜連接左右兩側(cè)平行電磁電纜上的電場(chǎng)傳感器，則可利用左右兩側(cè)電磁電纜上的電場(chǎng)傳感器構(gòu)成垂直于電磁電纜方向的電極對(duì)，即相鄰電磁和地震數(shù)據(jù)采集拖纜之間的電場(chǎng)傳感器3和5組成另一個(gè)電極對(duì)，用以測(cè)量垂直于電纜方向分布的電場(chǎng)分量Εγ。由于每?jī)蓷l平行電磁電纜之間的間距至少在25米以上，用左右兩側(cè)平行電磁電纜上的電場(chǎng)傳感器組成的電極對(duì)的極距至少在50米以上，這樣大極距的電極對(duì)可以可靠地測(cè)量海水中的電場(chǎng)分量。此外，這一大極距電極對(duì)的極距也與沿纜方向安置的電極對(duì)的極距相等或相當(dāng)，可以保證所測(cè)量到的沿纜方向和垂直于纜方向的電場(chǎng)分量E5^P Ey均可靠。
[0042]所述的電場(chǎng)傳感器3和5為不極化電極制成的電場(chǎng)傳感器。
[0043]所述的磁場(chǎng)傳感器4為三分量感應(yīng)線圈式或三分量磁通門(mén)式磁場(chǎng)傳感器。
[0044]所述的聲波傳感器7由水聽(tīng)器或加速度計(jì)構(gòu)成的聲波傳感器。
[0045]轉(zhuǎn)換后的海洋電磁和地震數(shù)字信號(hào)由拖纜中的光纖電纜直接傳輸?shù)酱d的海洋電磁和地震數(shù)據(jù)記錄儀器中記錄存儲(chǔ)。
[0046]整個(gè)采集系由安裝在船上的直流電源裝置供電。
[0047]拖在水中的偶極電流源2提供可控的發(fā)射電流。其可控的發(fā)射電流逆變裝置安放在甲板上。在船尾拖曳兩個(gè)、四個(gè)或更多的氣槍震源6用以產(chǎn)生地震震源信號(hào)。
[0048]海洋電磁和地震數(shù)據(jù)采集拖纜測(cè)量海洋中沿纜方向和垂直電纜方向分布的電場(chǎng)信號(hào)Ex和Ey、三分量磁場(chǎng)信號(hào)和海洋地震信號(hào)。
【權(quán)利要求】
1.一種拖纜式海洋可控源電磁和地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，特點(diǎn)是由拖纜船(1)、拖曳式偶極電流源(2)、拖曳式氣槍震源(6)和采集系統(tǒng)組成； 采集系統(tǒng)由安置在拖纜中均勻分布的纜向電場(chǎng)傳感器(3)、三分量磁場(chǎng)傳感器(4)和聲波傳感器(7 )組成，所述的電場(chǎng)傳感器(3 )或三分量磁場(chǎng)傳感器(4 )之間間隔距離相等或不相等，聲波傳感器(7)之間的間隔距離相等； 每?jī)蓚€(gè)電場(chǎng)傳感器(3)之間安置一個(gè)三分量磁場(chǎng)傳感器(4)，同纜相鄰的兩個(gè)電場(chǎng)傳感器(3 )組成一個(gè)電極對(duì)，用以測(cè)量沿電纜方向分布的電場(chǎng)分量Ex ； 相鄰電磁和地震數(shù)據(jù)采集拖纜之間的電場(chǎng)傳感器(3)和電場(chǎng)傳感器(5)組成另一個(gè)電極對(duì)，用以測(cè)量垂直電纜方向分布的電場(chǎng)分量Εγ; 每個(gè)三分量場(chǎng)磁傳感器(4)用于測(cè)量三分量磁場(chǎng)信號(hào)； 電場(chǎng)傳感器3和磁場(chǎng)傳感器(4)之間則安置一個(gè)由水聽(tīng)器或加速度計(jì)構(gòu)成的聲波傳感器； 每個(gè)由水聽(tīng)器或加速度計(jì)構(gòu)成的聲波傳感器(7)記錄海洋地震信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，特點(diǎn)是所述的間隔相等或不相等的距離為幾米至幾十米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，特點(diǎn)是所述的電場(chǎng)傳感器(3)和(5)為不極化電極對(duì)制成的電場(chǎng)傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，特點(diǎn)是所述的磁場(chǎng)傳感器(4)為三分量感應(yīng)線圈式或三分量磁通門(mén)式磁場(chǎng)傳感器。
【文檔編號(hào)】G01V3/165GK104280781SQ201310292356
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】余剛, 何展翔 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司