用於有效獲取寬方位角被拖曳拖纜地震數據的方法
2023-06-07 23:54:31
專利名稱：用於有效獲取寬方位角被拖曳拖纜地震數據的方法
技術領域：
6本發明涉及海洋地震數據獲取方法的領域。更具體地，本發明涉
及用於實現高質量、拖曳陣列(towed-array )海洋地震勘測的方法。
背景技術：
海洋地震獲取勘觀'j ( marine seismic acquistion survey ) —般涉及 拖曳至少一條地震拖纜(streamer)通過水體的一艘或多艘船，其中 所述水體被認為是位於一個或多個碳氬化合物承載地層的上面。如受 益於本公開物的本領域技術人員將理解的，"海洋"勘測不僅可以在
鹹水環境下執行，而且也可以在淡水和半鹹水中執行。如在本領域環 境下所使用的，術語"海洋"不限於鹹水。
WesternGeco L丄.C.目前進行了高解析度的Q-MARINETm勘測， 在有些實例中覆蓋了很多平方公裡。利用WesternGeco所擁有的校準 的Q-MARINETm源，稱為Q-technologytm船的勘測船可以進行 拖曳多條l，OOOm-lO，OOOm線纜的地震勘測，其中線纜的交叉線間隔 (crossline separation)為25m-50m。 "Q"是4十對改進的儲藏 (reservoir)位置、描述和管理的先進地震技術的WesternGeco所擁 有系列。對於關於Q-MARINE 的附加信息，完全校準的點接收器 海洋地震獲取與處理系統，以及Q-LandTM和Q-SeabedTM ，見 httt>:〃www/westerngeco.com/q-technologv
在世界上的許多地區，位於結構複雜地區的碳氫化合物儲藏即使
利用先進的拖曳陣列獲取方法也可能不能充分地示出。例如，馬來西 亞的淺但結構複雜的St.Joseph儲藏產生油和氣，但其位於勘測與成 像具有很多挑戰的地區。強流動、無數障礙和基礎結構與困難的近地 麵條件結合在一起，可能會阻礙傳統的勘測嘗試，從而成像錯誤的儲 藏砂層、鹽丘及其它地質特徵。
為了在具有成像與後勤挑戰組合的區域中實現高密度的勘測，可 以使用高軌跡密度和近間隔拖纜。但是，除非拖纜操控(steering)設 備是密切監視和控制的，否則這將會造成拖纜線纜與相關聯設備的纏 繞和損壞的可能。寬方位角拖曳拖纜(wide-azimuth towed streamer)勘測數據一般是利用多艘船獲取的，例如 一艘拖纜船和兩艘源船； 兩艘拖纜船和兩艘源船；或者一艘拖纜船和三艘源船。為了獲取寬或 豐富方位角的勘測數據，可以想像包括拖纜、拖纜船及源船的許多可 能的海洋地震散布i殳備(marine seismic spread )。
幾種寬或豐富方位角的技術對本領域是已知的。Cole， R.A.等人 的 "A circular seismic acquisition technique for marine three dimensional surveys" ， Offshore Technology Conference, OTC 4864， May 6-9， 1985， Houstion， Texas描述了用於獲取圍繞海底鹽丘的三維 海洋勘測數據的同心圓發射(shooting)策略。另一種技術是由Cole， R.A.等人在1988年SET會議上給出的論文"Three dimensional data acquisition using controlled streamer feathering" 中描述的,其 中提出了重疊圓的獲取。當次地下特徵(如鹽丘)已知的時候，同心 圓技術可能是有用的。相對於傳統的獲取，重疊圓技術可以提高獲取 效率。
儘管用於海洋地震數據獲取與處理的先進技術的Q系列可以提 供對於許多儲藏管理判定所期望的具體圖像，包括獲取寬和/或豐富方 位角數據的能力，但以較少成本獲取更高質量海洋地震數據或者在增 加方位角和偏移的多樣性的同時增加交疊是海洋地震行業的不變的目 標，而且將被看作是本領域的發展。
本發明針對克服，或者至少減少，以上所闡述的一個或多個問題 的影響。
發明內容
在第一方面，本發明包括一種方法，包括在海底地質區域 (sub-sea geologic region)上在大致為曲線的前進路徑中拖曳包括一 個源和多 條海洋地震拖纜的海洋地震散布設備， 其中海洋地震拖纜包 括多個聲音接收器；主動地操控海洋地震拖纜通過大致為曲線的前進 路徑；使源發射，同時在大致為曲線的前進路線中拖曳海洋地震散布 設備；及在大致為曲線 前進路徑中利用接收器記錄來自海底地質特徵的反射。
在第二方面，本發明包括一種方法，基本上包括使單艘船行駛， 其在海底地質區域上在大致為曲線的前進路徑中拖曳海洋地震散布設 備，其中海洋地震散布設備包括一個源和一組海洋地震拖纜，而海洋 地震拖纜包括多個聲音接收器；主動地操控海洋地震拖纜通過大致為 曲線的前進路徑；使源發射，同時在大致為曲線的前進路徑中拖曳海 洋地震散布設備；及在大致為曲線的前進路徑中利用接收器記錄來自 海底地質特徵的反射。
在第三方面，本發明包括一種方法，包括在海底地質區域上在 正弦曲線的前進路徑中拖曳包括一個源和一組海洋地震拖纜的海洋地 震散布設備，其中海洋地震拖纜包括多個聲音接收器；及在在該正弦 前進路徑中行進的同時獲取地震數據。
在第四方面，本發明包括一種方法，包括在海底地質區域上在 第一圓形路徑中拖曳包括第一個源和第一組海洋地震拖纜的第一海洋 地震散布設備，其中海洋地震拖纜包括多個聲音接收器；並在海底地 質區域上在第二非重疊的圓形路徑中拖曳包括第二個源和第二組海洋 地震拖纜的第二海洋地震散布設備，其中海洋地震拖纜包括多個聲音 接收器；及在沿大致為曲線的前進路逕行進的同時獲取地震數據。
在第五方面，本發明包括一種裝置，包括拖船；海洋地震拖纜 的陣列；及安裝在拖船上的計算裝置。陣列中的每條拖纜都包括地 震線纜；沿線纜長度位於線纜上的多個接收器；及多個操控設備。該 計算設備從海洋地震拖纜接收定位數據並被編程以使拖船在海底地 質區域上在大致為曲線的前進路徑中行駛；並主動地操控海洋地震拖 纜通過大致為曲線的前進路徑。
為了提供對本發明某些方面的基本理解，以上給出了本發明的簡 化概述。這個概述不是本發明的詳盡概觀。它並不意圖確定本發明的 關鍵或決定性元件，或者刻畫本發明的範圍。其唯一的目的就是要以 簡化的形式給出一些概念，作為隨後討論的更具體描述的前序。
可以獲取本發明目標及其它期望特徵的方式在以下描述和附圖
中解釋，在附圖中
圖l是本發明第一實施方式的平面、俯視示意圖2是在發射與記錄勘測期間，被圖1的實施方式中大致為圓形
的行駛路線所覆蓋的勘測區域的平面圖的計算機化再現； 圖3是本發明第二實施方式的平面、俯視示意圖； 圖4是說明根據本發明一種方法用於1000m x 1000m地下區域的
偏移和方位角分布的計算機再現；
圖5是說明利用本發明方法獲取的針對特定地震資料庫的交疊、
偏移和方位角分布的計算機顯示屏的列印；
圖6-圖9是本發明其它可選實施方式的平面、俯視示意圖IOA和圖10B說明了本發明的另一種實施方式，它在收集四
維("4D")或者時延海洋地震數據中是有用的；
圖11是本發明一種實施方式的平面或俯視示意圖，其中通常的
前進路徑是正弦形曲線或正弦曲線；
圖12是與圖l所給出路徑對稱的正弦曲路線徑的平面圖； 圖13是兩條正弦曲線組合的另一個平面圖14A-14B示出了為覆蓋整個勘測區域而在x-方向移動了 DX (圖14A)並在y-方向移動了 DY的正弦曲線(圖14B);
圖15是為覆蓋部分勘測區域而分別在x-和y-方向移動了 DX和 DY的幾條正弦曲線的計算機模擬；
圖16A-16B說明了在將另一艘源船添加到拖纜船以獲取正弦曲 線的情況下的其它可能的配置；
圖17說明了拖纜船上的源可以裝備雙源陣列，sl和s2;但是用 於正弦曲線發射幾何結構的典型源配置是單個源陣列；
圖18-圖19說明了本發明的某些優點；
圖20說明了從源到接收器的測量到的實際偏移對額定偏移之間 的比率；
10圖21繪出了從正弦曲線獲取幾何結構生成的一系列庫(bin)的 偏移方位角分布；
圖22是用於正弦曲線獲取的向量偏移分量；
圖23是採用圓形發射的本發明另一種實施方式的平面、俯視示 意圖；及
圖24A-24B示出了例如可以用在本發明某些方面中的4幾架安裝 式計算機系統。
儘管本發明容許各種修改和可選形式，但其特定實施方式已經通 過示例在附圖中示出並在這裡進行了具體描述。但是，應當理解，這 裡對特定實施方式的描述不是要將本發明限定到所公開的特定形式， 相反，本發明是要覆蓋落在屬於由所附權利要求定義的本發明範圍內 的所有修改、等價物和可選方式。
具體實施例方式
以下將描述本發明的一個或多個特定實施方式。特別指出本發明 不是要限定到在此所包含的實施方式與說明，本發明還包括屬於以下 權利要求範圍的那些實施方式的修改形式，包括實施方式的部分及不 同實施方式的要素的組合。應當理解，在任何這種實際實現方式的開 發中，如在任何工程或設計項目中一樣，必須作出很多特定於實現方 式的決定，以實現開發者的特定目標，例如與系統相關和商業相關的 約束相符合，這種約束可能是隨著實現方式的不同而變化的。此外， 還應當理解，這種開發投入可能是複雜而耗時的，但勿庸置疑，它仍 然是受益於本公開物的那些普通技術人員進行設計、製作和製造的例 行任務。除非明確地指示為"關鍵的，，或者"必需的"，否則本申請 中沒有什麼被認為是對於本發明關鍵或必需的。
現在將參考附圖描述本發明。各種結構、系統與設備在附圖中示 意性地示出，這僅僅是為了解釋的目的，因此不會用本領域技術人員 眾所周知的那些細節來混淆本發明。勿庸置疑，附圖被包含以便描述 和解釋本發明的說明性例子。在此所使用的詞彙和短語應當理解和解釋為具有與相關領域中 技術人員對那些詞彙和短語理解一致的意思。這裡相一致地使用的術 語或短語並不暗示術語或短語的特定定義，即與本領域技術人員所理 解的普通和習慣意思不同的定義。對於術語或短語意圖具有特定含義， 即除本領域技術人員所理解的含義以外的含義，這種特定的定義將明
確方式來闡述。
本發明涉及用於有效獲取海洋地震數據的方法，其中"效率"可 以被認為是更成本有效的，其中使用了較少的地震資源，還利用最小 的海洋地震設備提供了改進的地震成像。例如，如以下將更充分地解 釋的，儘管在其它實施方式中也可以使用附加的源船，但有些實施方 式可以只採用 一 艘船。可以利用本發明獲取比利用到目前為止所採用
的基於平行獲取幾何概念的技術所獲取的方位角勘測更豐富的方位角 勘測。
在此所公開的技術可能特別適用於獲取寬和/或豐富方位角海洋 地震數據，並且在穿過大致為曲線的前進路徑的同時獲取這種數據， 其中路徑可以表徵為線圏圖案式或路徑。當在俯視圖中觀看時，本發
明中有用的特定前進路徑可以類似於重疊的圓，就像在被弄平的線圏 中一樣。與傳統的線性勘測相比，利用這種技術進行發射勘測的時間
可能更長。如果利用通常平行行駛的4艘船配置可以獲取相同的勘測， 則所需的總時間可以更短。但是，多艘船進行海洋地震數據獲取的總 成本更高，且多艘船不是總可用的。
本發明方法的獨特特徵是每次發射的方位角都在改變。這排除了 所獲取方位角的冗餘性。相反，傳統的海洋獲取是基於暗示方位角冗 餘性的平行獲取幾何結構。通過添加額外的船或者通過利用不同的交 叉線偏移重複勘測，可以利用傳統平行幾何結構獲取更寬的方位角。 但是，這兩種選項都增加了地震勘測的成本。
儘管根據本發明可以採用源拖船和拖纜拖船的許多配置，但根據 在此所公開的技術，利用拖曳多條拖纜的單艘拖纜船和最少 一個源陣列，可以獲取豐富或寬方位角的拖曳拖纜海洋地震勘測。在特定的實 施方式中，該方法包括採用定位裝置或系統(例如基於衛星的系統) 定位拖纜和/或源、 一個或多個拖纜操控設備、 一個或多個源陣列操控設備和/或一個或多個噪聲衰減裝置或系統。稱為Q-MARINETM並在 以下進一步討論的一種合適的系統，包括這些特徵並且在本發明的方 法中可能是有用的。現在轉向附圖，圖l描述了在實踐根據本發明的一種方法中有用 的第一實施方式10。圖l描述了地震源6的大致為曲線的前進路徑或 行駛路線和大致為圓形的拖纜4，如在粗黑線中所示。在這種實施方 式中，拖纜4和寬或豐富方位角源6是被相同的船8拖曳的，但這不 是必須的。換句話說，拖纜4通常遵循具有半徑R的圓形行駛路線2， 其中R的範圍可以從大約5，500m到7，000m或者更大。行使路線或路徑2並不是真正的圓形，因為一旦第一圏基本上完 成，散布設備(spread) 10將在y-方向(垂直)稍微移動值DY，如 在圖2中所說明的。散布設備還在x-方向(水平)移動值DX。應當 指出，"垂直"和"水平，，是關於繪圖平面定義的。至少由於以下特 徵，這對於例如使用商標QTM的源船和使用商標Q-MARINETM的海 洋地震數據獲取系統是可能的精確的定位系統；拖纜操控；及由於 單個傳感器獲取和精細採樣的先進噪聲衰減能力。但是，應當指出， 其它傳統的海洋地震散布設備和船也可以使用，只要它們可以被充分 地控制即可。可以使用的海洋地震散布設備的一個例子是實心拖纜 (solid streamer )。圖2是在發射和記錄勘測期間被圖l地震散布設備和方法的大致 為圓形的行駛路線所覆蓋勘測區域俯視圖的計算機化再現，其中從一 個圓到另一個圓的移位在垂直方向是DY，而在水平方向是DX。在圖 2中，應當指出，幾個大致為圓形的行駛路線2(只示出了一個)覆蓋 勘測區域。在這個例子中，當第一個大致為圓形的行駛路徑2完成時， 船8 (在圖1中示出)在垂直方向沿切線移動特定距離DY，並開始新 的大致為圓形的路徑2。直到在垂直方向到達勘測邊界，可以獲取幾個大致為圓形的曲路線徑2。然後可以類似的方式獲取新的一系列大 致為圓形的路徑2，但原點在水平方向移動了 DX。這種發射方式繼續， 直到勘測區域被完全覆蓋。用於實踐本發明中方法的設計參數包括圓的半徑R，該半徑是散 布寬度及期望的覆蓋交疊的函數；DY， y-方向的滾動；DX， x-方向的 滾動。DX和DY是拖纜散布寬度和要獲取的期望覆蓋交疊的函數。 圓的半徑R可以比在轉向時所使用的半徑更大，而且是拖纜散布寬度 的函數。半徑R的範圍可以從大約5km到大約10km。在一種特定的 實施方式中，半徑R的範圍是從6km到7km。在給定區域所獲取的總公裡數依賴於圓的半徑R和值DX與DY。 利用在此所公開的線圏發射技術所獲取的總發射數隨著增加的半徑R 而增加。DX和DY的範圍可以從大約0.5W到大約2W，或者從大約 0.5W到大約W，其中W是拖纜散布寬度。其中DX=DY=W的特定 實施方式給出了表面接收器覆蓋的連續性。其中DX=DY=0.5W的特 定實施方式給出了地下中點覆蓋的連續性。DX和DY的值可以相同 或不同，而且每個的範圍都可以從大約500m到大約1200m或者更多。 DX和DY的值可以基於勘測目標而選擇。例如，對於開發類型的勘 測，DX和DY應當小於用於勘探勘測的值。而且，由於DX和DY確 定源採樣，因此處理需求應當在設計勘測時考慮。本技術包括其中拖纜拖船和其它船順時針或逆時針行進的方法。 一個方向不比另一個方向有本質的優點，且順時針對逆時針方向可以 在每個新掃描開始時作為水流(current)的函數進行選擇。通常，因 為浪費時間，所以從一個圓到另一個圓改變方向是不實際的(例如， 順時針，然後逆時針)。圖3是本發明第二實施方式20的平面、俯視示意圖。在這種實 施方式中，沿大致為圓形的前進路徑或線圏路徑2，拖曳源6'的源拖船 12與拖纜拖船8結合使用，其中拖纜拖船8沿其自己大致為圓形的前 進路徑或線圈路徑2拖曳源6和拖纜4。源拖船12的一種可能位置在 圖3中等於R-dR的半徑處示出。圖6示出了第三實施方式30,其中沒有示出拖船，包括在與源6 相同的大致為圓形的前進路徑2上行進的第二個源6，，其中源6與拖 纜船關聯。源6，位於拖纜4後面特定的間隔或距離I， I不是關鍵的， 但可以從大約0.5L到2.0L或者更多，其中L是拖纜長度。用於獲取豐富和/或寬方位角拖曳拖纜勘測的本發明各種實施方 式的方法的兩個可能優點在圖4和圖5中示出。如在圖4的計算機再 現中所示出的，收集豐富的方位角和偏移分布，並獲取非常高的交疊， 如在圖5中顯而易見的，計算機屏幕顯示的拷貝指示本發明豐富的結 果。另一種可能性是拖纜拖船和至少一個源拖船遵循大致閉合的曲 線，如在圖7中示意性示出的。船本身在圖7中沒有示出，只示出了 它們通常的前進路徑。拖纜拖船在大致閉合的曲線上前進，穿過以下 點A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H、 I、 J、 G、 K、 E、 L、 C、 M、 A。 拖纜拖船在點A開始並返回到同一個點。 一旦完成第一條路徑，散布 設備就可以從點A在x-方向移動特定距離DX並在y-方向移動DY， 並開始新的曲線，如在圖8中示意性示出的。圖8是被DX和DY距 離隔開的兩條閉合曲線的例子。第二條路徑的路線點是l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 1。閉合曲線可以作為一系列切線圓生成，如在圖9中示意性示出的。 在這種線圈發射獲取的方法中，拖纜拖船行進1/2圓並移動到下一個 圓("圖8"圖案)，直到到達勘測界限。然後，船將在相反的方向 行進，以獲取另一個半圓。下一系列的圓將在x-方向和y-方向分別移 動DX和DY。閉合曲線在一個方向的範圍及在一個區域所獲取的閉 合曲線的總數依賴於勘測尺寸。本發明的方法可以在4D或時延海洋地震數據獲取中使用。考慮 一種獲取發射圖案，如在圖IOA中所示出的。初始勘測(或基線)是 利用非常"緊的"曲線發射圖案獲取的(三維或四維基線)。這種發 射圖案導致寬或豐富的方位角數據。這種地震數據是非常精細採樣的， 而且提供了良好的基線勘探勘測。時延勘測的目標是確定在儲藏中由於碳氫化合物產生而發生的變化。因此，在特定的實施方式中，僅需 要獲取足夠的地震數據來監視儲藏中的變化，而不需要像勘探勘測中 那樣使用時延地震來解釋地質情況。因此，儘管有必要具有重複的覆蓋，但不需要再次進行所有先前的獲取行進(traverse)。根據本發明的這個方面，後續的時延勘測可 以利用更松的曲線發射圖案獲取，其中線圏覆蓋先前的獲取軌跡，但 沒有那麼多。這在圖10B中示出，其中虛線曲線代表沒有重複的來自 圖IOA基線勘測的行進。這使得能夠以用於4D或時延分析的成本有 效方式使用寬或多方位角獲取。與匹配所獲取新線圈圖案的原始數據 集的子集相比，對時延的數據處理可以重複。為了進一步理解本技術及其實現方式，現在將給出對海洋地震散 布設備的更具體討論。如以上所提到的，所說明的實施方式採用QTM 和Q-MARINETM技術。如在此所使用的，"QTM"是WesternGeco 所擁有的增強儲藏位置、描述和管理的先進地震技術的系列。如在此 所討論的，"Q-MARINETM，，系統指被WesternGeco採用的海洋地震 散布設備，其具有精確的定位系統、拖纜操控、及先進的噪聲衰減能 力。總的來說，在所說明的實施方式中，通過來自拖纜操控設備的受 控操控，拖纜被操控通過它們大致為曲線的前進路徑。每個地震聲音 接收器的位置是在轉向通過聲音網絡的過程中確定的，所述聲音網絡 可以是或者可以不是整個拖纜長度的聲音網絡。這種控制拖纜運動並 在轉向過程中確定接收器位置的能力允許海洋地震隊以提高的效率收 集有價值的儲藏和地質數據。在拖纜系統的討論中，如在此所使用的 "寬和/或豐富方位角地震勘測"意思是在一系列(或全部) 角度上獲取海洋地震數據，其中從源到接收器的直線產生 真正的北。該短語包括全方位角地震勘測。
"組(cluster)，，意思是多個(即，多於一個) 一起使用的 類似部件。16 "地音探聽器"意思是用於在地震獲取過程中(陸地、海 洋或者過渡區域環境)檢測處於粒子運動形式的地震能量 的設備。 "水中聽音器"的意思是用於在海洋地震獲取過程中檢測 處於水下壓力改變形式的地震能量的設備。 "多部件"指包括兩個或更多個間隔很近的(在感興趣的 一部分最小波長中)地震傳感器的地震數據傳感器的組合， 其中的地震傳感器例如水中聽音器、地音探聽器、加速計或者水中聽音器的壓力梯度配置。例如，"4C"指從水中 聽音器與三個正交取向的地音探聽器或加速計組合而得到的特定類型的多部件地震數據。
"操作性地連接，，意思是為了發送或傳導信息、力、能量 或物質的直接或間接連接。許多拖纜配置在本發明中都是可用的，包括傳統的單部件拖纜和 多部件拖纜。本發明中可用的一組拖纜系統是在受讓者的已公開的美 國專利申請No. 20060239117 Al中所描述的那些，所述專利於2006 年10月26日公開，並包含在以下。這個公開的專利申請描述了用於 獲取地震數據的拖纜系統，該系統包括多個第 一線纜部分和至少一個 第二線纜部分，每個第一線纜部分都在其中採用第一傳感器配置，而 第二線纜部分操作性地連接到一個或多個第一線纜部分並在其中採用 第二傳感器配置。在拖纜系統的特定實施方式中，每個第一線纜部分都具有基本上 相同的長度，且每個第二線纜部分都具有基本上小於第一線纜部分的 長度的長度。第一線纜部分可以操作性地串聯連接，以便基本上定義 單個拖纜。在這種實施方式中，單個拖纜可以包括至少一個與第一線 纜部分操作性連接的第二線纜部分。因此，所述一個或多個第二線纜 部分可以設置到單個拖纜中第一線纜部分的上遊，或者設置到單個拖 纜中兩個第一線纜部分之間。可選地，單個拖纜可以包括至少一個與 一個或多個第一線纜部分操作性並聯連接的第二線纜部分。因此，例如，單個拖纜可以包括與一個或多個第一線纜部分並聯連接的三個第 二線纜部分。應當理解，在實踐本發明的方法時，多個拖纜可以操作性地並聯 連接，以便基本上定義一個拖纜陣列。拖纜陣列可以包括至少一個第 二線纜部分，其中每個第二線纜部分都與單個拖纜中的多個第一線纜 部分操作性地串聯連接。因此，每個串聯連接的第二線纜部分都可以 設置到單個拖纜中對應的第一線纜部分的上遊，或者設置到單個拖纜 中兩個第一線纜部分之間。可選地，這種拖纜陣列可以包括至少一個 第二線纜部分，其中每個第二線纜部分都操作性地與拖纜並聯連接。 因此，每個第二線纜部分都可以設置到兩個拖纜之間，從而例如基本上定義孩吏型拖纜(mini-streamer)。本發明中可用的拖纜系統的特定實施方式可以釆用適於在感興 趣頻率帶的上部(例如具有在大約20Hz到大約125Hz範圍內的頻率) 測量地震數據的第一傳感器配置。這些實施方式還可以採用適於在感 興趣頻率帶的下部(例如具有在大約2Hz到大約20Hz範圍內的頻率) 測量地震數據的第二傳感器配置。本領域技術人員應當理解，20Hz 用作分隔"上，，頻率部分或帶與"下"頻率部分或帶的代表性閾值頻 率。因此，短語"大約20Hz，，意思是20Hz+A適當的餘量(例如，10Hz)。在本發明中可用的拖纜系統的其它特定實施方式中，第一傳感器 配置可以包括傳統的水中聽音器分布，而第二傳感器配置可以包括一 個或多個多部件傳感器。更特別地，第一傳感器配置可以包括多個沿 每個第一線纜部分縱向分布的水中聽音器。因此，第一傳感器配置可 以包括縱向隔開的水中聽音器，或者它可以包括縱向隔開的水中聽音 器組。在其中第一傳感器配置採用水中聽音器組的特定實施方式中，水中聽音器組可以布置成定義壓力梯度配置，水中聽音器組可以具有彼 此之間不超過大約3.125m的縱向間隔。水中聽音器組每個都可以包 括至少兩個橫向隔開的水中聽音器。因此，每個水中聽音器組都可以 包括三個或更多具有相對短的橫向間隔(例如彼此之間不超過大約4-10cm的橫向間隔)的水中聽音器。可選地，第一傳感器配置可以包 括根據第一間隔距離縱向分布的多個水中聽音器，而第二傳感器配置 可以包括根據基本上與第 一間隔距離不同的第二間隔距離縱向分布的 多個水中聽音器。因此，例如，第 一間隔距離可以是大約3.125m、 6.25m 或者12.5m。而第二間隔距離可以位於大約1.5m至大約3m的範圍內。
在本發明中可用的拖纜系統的其它可用實施方式中，第一傳感器 配置可以在其中包括一個或多個粒子運動傳感器，例如粒子速度傳感 器、壓力梯度傳感器、加速計或者這些傳感器的組合。而在本發明中 可用的拖纜系統的其它特定實施方式中，第二傳感器配置可以在其中 包括一個或多個粒子運動傳感器。因此，粒子運動傳感器可以包括粒 子速度傳感器、壓力梯度傳感器、加速計及其組合中的至少一個。可 選地，第二傳感器配置可以包括一個或多個水中聽音器。因此，例如， 第二傳感器配置可以包括多個縱向隔開的水中聽音器組。在特定的實 施方式中，這些組可以被大約1.5m至大約3m範圍內的間隔距離隔開。
用於實現本發明各種實施方式的源實際上可以是本領域中已知
的任何地震源。源可以是傳統的脈動類型源，例如氣槍，或者是傳統 的揮動源。如以上所提到的， 一種實施方式採用Qtm和Q-MARINE 技術，如以上所提到的，這種技術包括校準的Q-MARINETm源。但 是，本發明沒有這樣的限制。
為了進一步理解在此所公開的技術，現在將給出對海洋地震散布 設備的控制和定位元件的討論。在以下關於控制散布設備和定位其各 種元件的討論中，術語或短語
"不需要散布設備重複曾經行進過的路徑"意思是本發明 的方法和系統不需要海洋地震散布設備重複特定路徑來獲
取寬和/或豐富方位角地震勘測數據。
"散布設備，，和短語"地震散布設備"在這裡可互換地使
用，其意思是一起使用來進行海洋地震數據獲取勘測的所 有部件，包括船、車輛及拖曳的對象(包括線纜、源和接 收器)。 "位置"，當用作名詞時，比"深度"或者單獨的橫向(水 平)移動更廣，並且意圖與"空間關係"同義。因此，"垂 直位置"包括深度，但還包括與海床的距離或者潛入水中 或半潛入水中對象或具有潛入水中部分的對象之上或之下 的距離。當用作動詞時，"定位"意思是使得位於期望的 位置、狀態或空間關係。該術語還可以包括取向，例如旋 轉取向、斜度、偏航角等。
"控制"，用作及物動詞，意思是通過與標準或期望值進 行比較來驗證或調節。控制可以是閉合的循環、反饋、前 饋、級聯、模型推測、自適應、啟發及其組合。
"控制器"意思是至少能夠實時或接近實時地從傳感器和 儀表接受輸入、並將命令直接發送到船操控子系統並可選 地發送到散布設備控制元件的設備和/或能夠接受命令的與 散布設備控制元件關聯的局部設備。控制器還能夠從操作
員接受輸入；訪問資料庫，例如關係資料庫；將數據發送 到資料庫、數據倉庫或數據中心並訪問其中的數據；及將
信息發送到人可讀的顯示設備和從其接受輸入。控制器還 可以與一個或多個軟體應用程式模塊實現接口或集成到其 中，還可以監督資料庫與一個或多個軟體應用程式模塊之 間的交互。
"PID控制器"意思是利用比例、積分和導數特徵的控制 器，如這裡進一步解釋的。在有些情況下，導數圖案可能 不使用或者其影響顯著減少，使得控制器可以被看作是PI 控制器。控制領域的技術人員還應當認識到，依賴於如何 執行離散化(discretization) ， PI和PID控制器存在已有 的變化。這些PI、 PID和其它控制器已知的和可以預見的 變化被認為在實踐本發明的方法和系統時是可用的。
"散布設備控制元件，，意思是可以控制並能夠使散布設備 部件垂直、水平或者垂直及水平地改變坐標並且可以被或者可以不被遠程控制的散布設備部件。
"控制位置"、"位置可控制"、"遠程控制位置"和"操 控"在這裡通常是可互換使用的，但本領域技術人員將認 識到"操控，，常常指遵循確定的路徑，而"控制位置，，、
"位置可控制"、"遠程控制位置"既可以指操控，也可 以僅僅指保持位置。在本發明的環境下，"控制位置，，意 思是我們使用至少一個跟蹤點位置並將其與預先策劃的路 徑進行比較，以便給出對船操控元件的操控命令。
"實時"意思是沒有任何超過數據流部件的生成數據流所 需最小的附加延遲而發生的數據流。它暗示在數據流中信 息的存儲和該信息的檢索之間沒有大的間隙。可能還有進 一步的需求，即數據流部件要足夠快地生成數據流，以便 使得利用它們的控制決定能夠被足夠早地有效地作出。
"接近實時"意思是數據流以某種方式延遲了 ，以便允許 使用對稱濾波器的結果計算。 一般來說，利用這種類型數 據流作出的決定用於對實時決定的增強。實時和接近實時 的數據流都在決定線中的下一個處理接收到它們之後立即 使用。
短語"船操控子系統"意思是能夠生成到達例如船舵、推 進器等的船操控元件的命令以便實現地震拖船的預期運動 的任何設備或部件的集合。在有些實施方式中，船操控子 系統可以包括船跟蹤計算機和/或自動操控儀。在其它實施 方式中，船操控子系統可以繞過傳統的跟蹤和自動操控功 負L而且可以僅僅是船舵控制器和/或船推進器控制器(這 些實施方式可以稱為利用控制器"直接操控船'，)。還有 在其它實施方式中，所有這些部件(跟蹤計算機、自動操 控儀、船舵控制器和推進器控制器)都可以採用。 在此所公開的方法可以與傳統的散布設備控制設備一起使用。這 些設備包括源操控設備和拖纜操控設備。這種設備常常是散布設備的一部分並被船拖曳。例如，源基準點通常必須在目標的10m交叉線 (cross line)內，以便具有將源關於交叉線移動10m能力的源操控設 備移動源基準，使其更靠近目標。
本發明的方法可以結合於2005年3月5日提交的、受讓人的共 同未決美國專利申請No. 11/122,646 (公開的專利申請No. 20060256653，於2006年11月16日公開)中描述的所謂先進散布系 統和方法中的一個，該申請在以下結合。在這些系統和方法中，海洋 地震散布設備包括安裝在船上的、用於在通常地震散布設備元件前面 的至少一個位置測量水流速度向量的至少水平分量的聲學都卜勒水流 計，還包括適於使用所測量的水流速度向量的至少水平分量來控制地 震散布設備元件位置的控制器。該控制器可以在散布設備元件遇到船 前面的所測量水流之前或者在散布設備元件通過測量水流的點或位置 時控制位置。
所述系統可以包括地震散布設備，該地震散布設備包括例如拖 船、追逐船、工作船的一艘或多艘船， 一個或多個地震源及一條或多 條被拖船拖曳的地震拖纜。拖纜與源可以被分開拖曳，或被同一艘船 拖曳，且聲學都卜勒水流計可以安裝到追逐船、工作船、自動化潛水
器("AUV")或拖船上，只要它能夠提供期望的數據並可以包括用 於產生至少一個束(為水平且向前狀或者具有可用的向前狀水平分量) 的換能器，並可適於在拖船前面的點測量水流速度向量即可。控制器 可以通過給予散布設備控制元件(例如偏轉裝置、可操控的探測器等) 的命令來控制所有或一些散布設備元件的位置。可選地，安裝在船上
的聲音都卜勒水流計可以是運動補償的。
在本發明系統和方法中可用的控制器的細節可以變化。本發明中 可用的一種PID控制器可以數學表示為
w(O -+ 1/" rk妙+ 7>柳 (1)
其中
J三求積分； "t)E時間導數；
22u(t聲控制器輸出，提供給例如已知為具有商標Robtrack/STS500 的跟蹤控制設備，或者前進到自動操控儀；
e(t戶想要的(計劃的，參考)和測量的(當前位置，y)值之間
的差；
Td三用於描述算法的導數部分的常量(該導數部分可以過濾掉， 以避免導出高頻率)；
T戶用於描述算法積分部分的常量；及 K一比例增益常量。
在s平面中(Laplace) , PID控制器可以表示為
formula see original document page 23
其中，
s三s平面中的變量；及
T戶描述算法的導數部分的過濾部分的常量。
為了離散化，可以採用多種變換，而且有些常量可能是或者可能 不是有用的。例如，Tf常量在有些情況下可能不是必需的，但在其它 情況下可能是特別有用的。作為一個離散化例子，可以使用z變換，
意思是算法的積分部分可以通過使用以下形式的梯形模型來近似
formula see original document page 23
而導數部分可以利用歐拉模型近似formula see original document page 23
其中T是採樣時間。結果產生的離散模型於是可以直接在操控算 法中使用。利用其它變換導出的其它離散模型在本發明中是可用的，的。
模型預測控制("MPC")是一種用在多輸入/多輸出("MIMO") 系統中的先進多變量控制方法。工業模型預測控制的概述可以在 www,che.utexas,edu/ qin/cpcvl4,html中找到。MPC計算一 系列受控 的變量調整量，以便優化所關注處理的進一步行為。在每個控制時刻 k， MPC利用受控系統的模型解決動態優化問題，從而在預測界限n上優化進一步的行為(在時刻k+l、 k+2、 ....... k+n)。這在時刻k+l、
k+2再次執行。MPC可以使用任何導出的目標函數，例如二次性能目 標等，包括受控變量和測量量的加權函數。
模型中描述，該模型可以通過例如數學建;f莫來獲取或者從實際處理和/ 或系統的測試數據估計得到。確定要被控制的系統和/或處理的一些動 態特性的一些技術包括步進響應模型、脈動響應模型及其它線性或非 線性模型。精確的模型常常是不必要的。輸入和輸出約束可以包括在 問題公式中，從而預期並避免進一步的約束違反，例如硬約束、軟約 束、設定點約束、漏鬥約束、資本收益約束等。
可能很難明確地規定MPC控制方案的穩定性，而且在本發明的 特定實施方式中，可能有必要使用非線性的MPC。在所謂的海洋多種 散布設備的先進散布設備控制中，PID控制可以在強單變量循環中使 用，而只有極少或者甚至沒有問題作用，而且對於強互連的循環，可 以使用一個或多個MPC的網絡或者其它多變量的控制結構。此外， 計算時間的考慮也可能是一個限制因素。有些實施方式可以採用非線 性MPC。
如果使用的話，則前饋算法在最一般的意義上將是特定於任務 的，意思是它們將特別設計成針對它們要設計解決的任務。這種特定 的設計可能是難以設計的，但一些是通過使用更一般的算法實現的， 例如具有給定增益和時間常量的 一 階或二階濾波器。
跟蹤點的引入可以服務於至少兩個目的。首先，它對我們希望部 分散布設備遵循的跟蹤給出了更靈活的解決方案。第二，如果其它裝 置用於控制源的位置，像絞盤或源偏轉裝置，則在許多情況下，船將 具有"多餘的"可用操控能力。這可能意味著通過移動源的尾部跟蹤 點，拖纜前端及因此接收器也可以比它們應當所處的更靠近，這可以 幫助拖纜操控設備，例如可以從WesternGeco L丄.C.獲取的那些已知 具有商標Q-FIN的設備，實現它們的操控目標。
在特定的實施方式中，跟蹤點將不是散布設備中的靜態點，當時間改變時，水流可能在源操控目標的中心產生而跟蹤點操控目標不能 同時滿足。在這些實施方式中，跟蹤點可以動態或非動態地移動，直 到兩個目標都可以對於特定的間隙滿足。情況也可能相反，即，具有 過多的操控動力導致進一步朝著尾部移動跟蹤點。如果跟蹤點的移動 在預定的距離之上，則用於控制器和前饋控制器的新的一組參數可以 用來優化控制器的性能。
在此所討論的控制系統和方法可以用在在此所公開的散布設備 實施方式及其它散布設備配置中。例如，為了實現消除虛反的地震數 據，有可能提供具有同伴地震拖纜的一條或多條地震拖纜，其中同伴 地震拖纜以上/下方式拖曳。上/下地震拖纜對中地震拖纜之間的垂直
距離可以從lm到50m或者更多。在一種特定的實施方式中，該垂直 距離可以是大約5m。選定數量的水中聽音器，或者安裝在地震拖纜 中或者在安裝到地震拖纜上的設備之中或之上，可以在聲音測距系統 中用作接收器，並由此提供關於地震拖纜水平和垂直位置的信息。
為了在大致為曲線的前進路徑或線圏路徑中獲取被拖曳的拖纜 海洋地震數據，聲音接收器的位置、拖纜操控和噪聲衰減都是重要的 因素。拖纜拖船和拖纜可以是來自WesternGeco的已知具有商標 Q-MARINETM的系統的一部分。在這些系統中，拖纜可以具備用於精 確位置確定的聲音發射器和點接收器，採用固有的測距調製聲學原理， 如在以下結合的美國專利5668775 ( "，775專利")中所教導的。
如在5668775專利中所教導的，拖纜發射器和點接收器可以構成 完整拖纜長度的聲音網絡，其中聲音頻率的唯一散布設備頻謙代碼是 由設置在拖纜中的多個聲音發射器中的每一個發射的，所有頻率都在 發射和記錄過程中被相同接收器檢測到的地震頻率內，且拖纜中的點 接收器能夠區分每個發射器的唯一代碼。因此，對地震接收器的精確 定位是可能的。傳統的拖纜使用水中聽音器陣列，例如每組12或18 個水中聽音器，它們以類似的方式總加在一起，然後被記錄。
已知為Q-MARINETM的系統使用單個傳感器或點接收器它們 都以例如每3m至4m —個的間隔設置在拖纜中，並被記錄。所有的點接收器都將數據路由到計算機，其中應用數字濾波器，利用接收器 非常精細的釆樣來進行線膨脹噪聲和/或拖纜線纜噪聲的非常有力的 連貫的噪聲衰減。在轉向時，來自海洋水流的噪聲可能更強，這是因 為至少部分拖纜可能橫穿水流。這是轉向過程中不可能利用傳統拖纜
進行發射的一個原因。利用已知為Q-MARINETM的系統，噪聲可以 從每個點接收器非常好地衰減。此外，拖纜可以被操控設備操控到期 望位置，如在此進一步描述的。
在大致為曲線的前進路徑中的發射與記錄是通過拖纜操控與聲 音定位網絡及可選地在必要情況下通過來自拖纜中點接收器的數字濾 波信號的噪聲衰減的組合而成為可能的。此外，在線圏路徑中獲取被 拖曳拖纜海洋地震數據的能力通過提供更豐富的方位角數據來提高數 據的質量。
本發明的方法可以採用任何數量的散布設備控制元件，其可以包 括一個或多個定向部件、能夠移動並可能導致散布設備元件任何一個 或多個在三維中(例如橫向、垂直上、垂直下、水平及其組合)的直 線或曲路線徑移動的設備。術語和短語"探測器(bird)"、"線纜 控制器，，、"拖纜控制設備，，及類似的術語和短語在此是可互換使用 的，並指具有連接到其上或者其一部分的一個或多個控制表面的定向 部件。
例如一般位於所選拖纜前端的"可操控前端偏轉裝置"(或者簡 單地"偏轉裝置，，)及其它偏轉部件(例如可以在地震源或源陣列前 端採用的那些)可以在有些實施方式中充當定向部件，但它們主要是 用於關於拖船的移動方向橫向拉拖纜和操控源。單個拖纜之間的水平 間隔的範圍可以從10到大約200米。水平拖纜間隔在一個拖纜和其最 近的鄰居拖纜之間可以一致的。拖纜的水平和/或垂直控制可以由定向 部件(未說明)來提供，其中定向部件可以是如在此解釋的任何類型， 例如可以在垂直和/或水平平面中提供力的小水翼或可操控探測器。
一種合適的定向部件是可以從WesternGeco L.L.C.獲取的已知 具有商標Q-FINTM並在美國專利No. 6，671，223中所描述的設備，其中該專利描述了設計成可以與拖纜串行地電和機械連接的可操控探測
器；另 一種合適的設備是可以從位於Texas的Stafford的Input/Output 公司獲取的已知具有商標DIGIBIRDTM的設備。也可以釆用其它的拖 纜定位設備，例如在美國專利3,774,570、美國專利3,560,912、美國專 利5,443,027、美國專利3,605,674、美國專利4,404,664;美國專利 6,525,992及EP專利>^開No. EP 0613025中描述的設備。
用於實踐本發明的方法的系統可以與外部世界(例如另 一艘船或 車輛、衛星、手持式設備、基於陸地的設備等)通信。根據系統所需 的能量的量及就電池、燃料電池等而言系統能夠本地存儲的能量的量， 實現其的方式可以改變。可以採用電池、燃料電池等，且無線通信可 能是足夠的。可選地或者附加地，可以有硬連線電力連接和硬連線通 信連接到其它設備，而其它設備可以通過無線發射通信。
本發明的特定方法可以前饋方式利用現有的控制裝置和方法來 工作，以便不僅定位拖船，還定位地震源和拖纜。源和拖纜可以有效 地通過使用GPS數據或者感測拖纜位置的其它位置檢測器(例如，水 下聲音網絡)來控制，或者其它裝置(例如，羅盤)可以感測一條或 多條單獨的拖纜的取向並將這種數據饋送到導航和控制系統。在對一 個或多個跟蹤點大致定位與局部移動的同時，源的中心和/或拖纜前端 中心可以通過控制一個或多個拖船來控制，精細控制可以在某個其它 船上本地地或者在真正的遠端位置上實現。
通過使用硬連線或無線的通信系統，船前面的環境信息可以發送 到一個或多個本地控制器及用於每艘船的控制器。本地控制器又可以 操作性地連接到散布設備控制元件，其中散布設備控制元件包括電動 機或其它動力裝置及連接到定向部件的制動器和耦合器(擋板，flap )， 而且如果有的話，還有用於根據期望移動散布設備部件的可操控探測 器。這又調整散布設備元件的位置，使得其根據期望移動。反饋控制 可以利用依賴所使用的特定實施方式而適當定位的本地傳感器來實 現，該本地傳感器可以通知本地和遠端控制器一個或多個定向部件的 位置、拖纜之間的距離、制動器的位置、電動機或液壓缸的狀態、可
27操控探測器的狀態等。因此，計算機或操作員可以訪問該信息並控制 整個定位投入，並由此獲取對地震數據獲取處理的更好控制。
根據本發明，描述了用於獲取海洋地震數據的方法，與當前採用 的方法相比，該方法可能更加成本有效並且提供改進的地震成像。本 發明的方法包括利用拖戈多條拖纜線纜的拖纜船(例如，單艘拖纜船，
例如Q-TECHNOLOGYTM拖纜船)，利用 一個或單個校準的海洋地 震源(在特定實施方式中是Q-MARINETm源)獲取寬或豐富方位角 數據(如在此所定義的，包括全方位角數據)，其中拖纜船和一個或 多個源陣列經過大致為曲線的前進發射圖案。在特定實施方式中，一 個或多個源陣列可以經過比拖纜船小或大的曲線圖案。
如在此所使用的，短語"大致為曲線的前進路徑"意思是船和拖 纜大致按曲線行進，而且在x和y方向中的一個或多個有前進，如以 下進一步解釋的。路徑可以表示為線圏。曲線可以是圓形的、卵圓形 的(包括一個或多個卵圓形)、橢圓形的(包括一個或多個橢圓)、 圖8的正弦曲線形的或者其它曲路線徑。路徑可以在同一的勘測內變 化；例如，作為許多例子中的一個，勘測的第一部分可以遵循卵圓形 路徑，勘測的第二部分可以遵循橢圓形路徑。此外，如參考圖10A和 圖IOB所解釋的，對於時延地震，後續路徑可以不同於第一或"基線，， 路徑。
如在此所使用的，短語"拖船"包括拖纜拖船和源拖船；"拖纜 拖船"意思是在有或者沒有一個或多個地震源的情況下拖曳一條或多 條地震拖纜線纜的船；而"源拖船"意思是在有或者沒有一個或多個 拖纜的情況下拖曳至少一個地震源的船。
本發明的方法包括其中在散布設備中有多於一條拖纜且拖纜之 間的距離基本上被多個主動控制的拖纜操控設備保持的方法，拖纜操
控設備例如可以從WesternGeco L丄.C.獲取的具有商標Q-FINTM的那
些拖纜操控設備，但本發明不限於這種特定類型的拖纜操控設備。
本發明方法的組合也可以實踐，其中在大致為曲線的前進路徑圖 案中進行發射與記錄，並執行源和拖纜的定位，以獲取寬和/或豐富方位角地震勘測，而不需要散布設備重複曾經行經過的路徑。
本發明的方法包括其中分開的散布設備地震數據通過在一個或 多個地震源路線上同時荻取地震數據來獲取的方法，包括其中 一艘或 多艘拖船的部署包括部署一艘拖纜拖船的實施方式，及包括在拖纜右
舷部署一艘或多艘源拖船及在拖纜左舷(port)部署一艘或多艘源拖 船的方法，其中右舷和左舷的距離或者相同或者不同，且所有船都在 其自己大致為曲線的前進路徑上行進。在某些方法中，大致為曲線的 前進路徑大致是圓形的且半徑不同，其中半徑的差值是已知的受控量。 在某些其它方法中，大致為曲線的前進路徑大致是正弦曲線，曲線的 形狀受設計參數的控制。
本發明的其它方法包括收集分開的散布設備海洋地震數據，包括 在海底地質區域上在大致為曲線的前進路徑中部署拖曳多條拖纜的拖 纜拖船，並在一個或多個拖纜拖曳部件的右舷(或左舷)側部署所有 源拖船，以獲取寬和/或豐富方位角地震勘測數據。這些方法的特定實 施方式可以包括在拖纜的左舷(或右舷)且在前面部署兩艘或更多艘 源拖船，並在拖纜左舷(或右舷)且在後面部署兩艘或更多艘源拖船。 這些實施方式的變體採用利用相同源拖船的兩個或更多個源。
本發明的其它方法包括利用一個或多個控制器單獨地或者與其 它控制器一起控制一艘或多艘源拖船和/或拖纜拖船。本發明的某些方 法可以包括拖曳一艘或多艘拖纜拖船，其中拖纜在選自並排配置、上/ 下配置、"V"形配置、"W"形配置或某個其它配置的配置中被拖 曳。
本發明的方法可以採用多條拖纜線纜，在某些實施方式中是4到 12條拖纜線纜，其中拖纜的長度可以是從1000m到大約5km，拖纜 之間的間距是從大約25到大約50m。本發明的方法包括採用所謂"分 開的散布設備，，系統的方法。這些實施方式將包括被動和/或主動的偏 轉部件，例如本領域中已知的可以從WesternGeco L丄.C.獲取的 MONOWINGTM偏轉裝置，及例如門類型偏轉裝置的其它偏轉裝置。
本發明用於獲取豐富或寬方位角海洋地震數據的方法可以包括一個或多個接收器定位裝置或系統、源定位裝置或系統、 一個或多個 拖纜操控設備、 一 個或多個源陣列操控設備和/或噪聲衰減裝置或系
統。已知為Q-MARINETM的系統包括這些特徵並且在本發明的方法 中是可用的。此外，本發明的所有方法都可以使用順序的源發射，或 者，可選地，兩個或多個源可以被同時發射，其中源被編碼成使得它 們在數據解譯過程中可以被區分開。對於同一個標稱發射點間隔，與 順序發射相比，同時使兩個或多個源發射可以減少對於每個源的發射 時間間隔。
本發明的方法可以受益於控制一個或多個跟蹤點位置的一個或 多個控制器。跟蹤點可以是海洋地震散布設備中的任何地方，例如但 不限於源的中心、拖纜前端中心、拖纜後端中心、源中心與拖纜前端 中心之間某個地方的跟蹤點、多條拖纜的中心、任何一條拖纜的前端， 等等。跟蹤點可以在散布設備中動態或非動態地移動，以便優化給定 的操控策略，尤其是在這裡所討論的在大致為曲線的前進(像線圏一 樣)路徑中行進過程中的數據獲取中更是如此。實際地，控制器可以 是船操控子系統的 一部分或者與操控子系統分開設置，而且當計算殘 差時可以使用一些或全部可用的信息，包括但不限於源和船位置、船 的陀螺儀讀數、船的羅盤讀數、船速度日誌、拖纜前端位置(如果存 在拖纜)及歷史的、實時的和未來的水流與風信息與預測，並且由此 在計算船操控子系統的最優船操控路徑中可以考慮這些信息。
在這裡定義短語"船操控子系統，，，並且如在定義中所解釋的， 其在本發明的各種實施方式中可以不同。控制器可用選自PI控制器、 PID控制器(包括這些控制器任何已知或者可合理預見的變體)，並 計算等於跟蹤點三維("3D")坐標位置與預先規劃軌跡之間差值的 殘差(residual)，可選地同水流與風測量值一起計算，以便產生由船 操控子系統所使用的輸入到船操控算法中的設定點。控制器可以連續 或不連續地計算殘差。本發明的其它可能實現方式是其中一個或多個 控制器包括多個專用控制策略的實現方式，其中的控制策略例如選自 前饋、級聯控制、內部反饋環、模型預測控制、神經網絡及Kalman
30濾波技術的策略。本發明的系統與方法可以在地震數據收集(包括3D 和4D地震勘測)中使用。
本發明的方法可以包括使用地震散布設備，其中地震散布設備包 括例如追逐船、工作船等的一艘或多艘其它船。拖纜和源可以被單獨 拖曳或者被相同的船拖曳。如果被單獨的船拖曳，則可以採用兩個控 制器並計算兩個殘差。總的來說，控制器可以基於位置測量系統所報 告的作為跟蹤點的3D坐標位置來計算殘差。儘管由於多種誤差源(包 括儀器測量誤差)可能在所報告的3D坐標位置中有某種程度的誤差， 但即使有誤差，跟蹤點也可以通過大部分時間操控船來得到更好的控 制。
本發明的方法可以可選地與其它系統和方法一起^f吏用。例如，如 果每個源的中心都是跟蹤點，則可以從聲音測距網絡、GPS及其它位 置傳感器確定其3D坐標位置，而且由於地震隊根據勘測計劃書獲知 每個跟蹤點假設要遵循的路徑，因此針對每艘船操控算法，控制器至 少可以使用該信息來計算殘差，以及基於殘差的一系列設定點，操控 船返回特定於勘測的路徑，或者確保要堅持的特定於勘測的路徑。
根據本發明，利用包括多條拖纜的單艘拖纜船和最小的一個源陣 列，也可以獲取完全或寬方位角拖曳拖纜勘測結果。在某些實施方式 中，該方法包括採用定位裝置或系統(例如基於衛星的系統)、 一個 或多個拖纜操控設備、 一個或多個源陣列操控設備和/或一個或多個噪 聲衰減裝置或系統來定位拖纜和/或源。
圖ll代表拖纜船(未示出)所遵循的正弦曲路線徑1100; T和 A是控制曲線形狀的參數。曲線的範圍L及T和A參數是勘測設計參 數。示意性地說明了在實踐根據本發明的一種方法中可用的第一海洋 地震散布設備的實施方式10,地震源6和拖纜4大致為曲線的前進路 徑或行駛路線是如由粗黑線所示出的大致正弦的曲線。在這種實施方 式中，拖纜4和源6都被相同的船(未示出)拖曳。換句話說，拖纜 4大致遵循具有幅值A和周期T的正弦曲線航行路線。
正弦曲線參數A和T是基於勘測大小、我們想要實現的發射密
31度和關於地震數據的噪聲影響來確定的。如果T=2A，則正弦曲線對 應於一系列正切的半圓。正弦曲線的長度L一般小於或等於勘測維度 (長度或寬度)。L的最小值等於2T。如果拖纜完成沿正弦曲線的路 徑，則它可以在圖12中所示出的對稱正弦曲線中平滑地繼續。
沿兩條對稱正弦曲線的正向和反向路徑在圖13中示出。實心的 正弦路徑是拖纜船在一個方向遵循的，而對稱的虛線正弦曲線是拖纜 船在相反方向遵循的。路線點是1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9(正向) 和10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18(反向)。
散布設備還可以在x-方向(水平)移動值DX。至少由於以下特 徵精確的定位系統；拖纜操控；及由於單傳感器獲取和精細採樣的 先進噪聲衰減能力，利用如已知具有商標QTM的源船和已知具有商標 Q-MARINETM的海洋地震數據獲取系統，這是可能的。
圖14A - 14B是在發射與記錄勘測期間的時間內4皮地震散布設備 大致為正弦曲線行駛路線及圖11方法所覆蓋的勘測區域平面圖的計 算再現，其中從一個正弦曲線到另一個正弦曲線的移位在垂直方向是 DY，在水平方向是DX。在圖15中，應當指出，幾個正弦曲線覆蓋 勘測區域。正弦曲線的起點與勘測邊界的關係是控制勘測區域上發射 密度的設計參數。在這個例子中，第一正弦曲線行駛路徑是在勘測的 東南角獲取的。當第一正弦曲線航行路線完成後，船在垂直方向移動 了特定距離DY，並開始新的正弦曲線前進路徑。可以獲取幾個正弦 曲線前進路徑，直到在垂直方向到達勘測邊界。然後可以類似方式獲 取新的一系列正弦曲線前進路徑，但原點在水平方向移動了 DX。這 種方式的發射持續進行，直到勘測區域被完全覆蓋。
用於實踐本發明中的方法的設計參數包括正弦曲線參數A、 T和 L、 y-方向的滾動DY; x-方向的滾動及正弦曲線的起點。DX和DY 是拖纜散布寬度與期望獲取的覆蓋交疊的函數。正弦曲線的幅值A可 以大於在轉向過程中所使用的半徑並且是拖纜散布寬度的函數。幅值 A可以從大約5km到大約10km，而且可以從6km到7km。正弦曲線 的周期T可以從10km到大約25km。正弦曲線的範圍L具有最小值2T，而最大值等於勘測長度或勘測寬度，而且可以從20km到30km。
在給定區域上獲取的總公裡數依賴於幅值A、周期T、正弦曲線 長度L及值DX和DY。利用本發明正弦曲線發射方法獲取的總發射 數隨著A和T參數的更大的值而增加。DX和DY可以從大約0.5W 到大約2W，或者從大約0.5W到大約W，其中W是拖纜散布寬度。 其中DX=DY=W的特定實施方式給出了表面接收器覆蓋的連續性。其 中DX=DY=0.5W的特定實施方式給出了地下中點覆蓋的連續性。DX 和DY的值可以相同或不同，而且可以都可以從大約500m到大約 1200m或者更大。
本發明的方法包括單艘拖纜拖船沿正弦曲線順時針和逆時針行 進的方法。這在具有局部強海洋水流的區域中可能是有利的。
圖16A是本發明另一種實施方式的平面或俯視示意圖。在這種方 法中，沿正弦曲線拖曳源的只有源的船S2與沿其自己的正弦曲線拖曳 源6和拖纜4的源-拖纜船SI —起使用。源船S2與拖纜船沿相同的正 弦曲線前進路徑平行前進。源船12的一種可能位置在圖13中距離dh 處示出。距離dh是由設計確定的。
圖16B示出了另一種實施方式，包括在與源Sl相同的正弦曲線 上行進的第二個源S2，其中源S1與拖纜船關聯。源SZ位於拖纜4後 面特定的間隔或距離L，其不是關鍵的但可以從大約0.5L到2.0L或 者更大，其中L是拖纜長度並且是由設計確定的。
另一種可能的實施方式包括使用拖纜船上的雙源陣列Sl和S2並 且在圖17中示出。但是，用於正弦曲線獲取的典型源配置要使用單個 源陣列。
以上列出的本發明用於獲取完全和/或寬方位角拖曳拖纜勘測的 方法的兩個可能優點在圖18和圖19中說明。圖18是根據本發明一種 方法示出用於500mx500m地下區域的偏移與方位角分布的計算機再 現。方位角-偏移分布是由向量偏移分量圖表示的。可以注意到，對於 所有方位角，偏移分布都是類似的行內(inline )偏移(水平軸)和 跨行(crossline)偏移(垂直軸)具有相同的範圍；灰色代表方位角。圖19是示出用於從正弦曲線獲取幾何結構生成的一系列庫的交疊、偏移和方位角分布的計算機顯示屏幕的列印；可以注意到從0°到360°的方位角(全方位角分布)都以相同的偏移範圍記錄。
如圖18計算機再現中所示出的，收集全方位角和偏移分布並獲得非常高的交疊，如圖19中顯而易見的，圖19示出利用本發明方法的計算機顯示屏幕的拷貝。圖21繪製出了用於從正弦曲線獲取幾何結構生成的一系列庫的偏移-方位角分布。圖22是用於正弦曲線獲取的向量偏移分量圖。
圖23示出了利用線圈發射與同時存在的源獲取寬方位角勘測的有效方法。船8和船8，在相同的視野(未示出)中發射圓形的幾何結構。船8、 8，是由最優的距離d分開的，d可以是例如20到30km。船8總是每N秒發射一次，而船8，是N+Adt發射。應當指出，dt的值可以基於處理需求來確定。不同的數學算法可以用於最優地導出發射序列。相對於傳統的海洋勘測，總的獲取時間可以減少50%。
如以上所指出的，而且就像將受益於本公開物的本領域技術人員將理解的，勘測船8、 8，將配備計算機實現的導航與控制系統。圖24A-24B描述了機架安裝式計算裝置2400，導航與控制系統可以利用該計算裝置實現。計算裝置2400包括通過總線系統2415與某種存儲裝置2410通信的處理器2405。存儲裝置2410可以包括硬碟和/或隨機存取存儲器("RAM")和/或可移動存儲裝置，例如軟磁碟2417和光碟2420。存儲裝置2410利用數據結構2425編碼，存儲以上討論的所獲取的數據集、作業系統2430、用戶接口軟體2435和應用程式2465。
用戶接口軟體2435與顯示器2440 —起實現用戶接口 2445。用戶接口 2445可以包括外圍I/O設備，例如鍵區或鍵盤2450、滑鼠2455或操縱杆2460。
處理器2405在作業系統2430的控制下運行，其中作業系統2430實際上可以是本領域中已知的任何作業系統。依賴於作業系統2430的實現方式，應用程式2465在上電、復位或者上電和復位時被作業系統2430調用。依賴特定的實施方式，應用程式2465根據其程序向船8、 8，發布導航命令("NAV")，以便使船8、 8，在基本上曲線的前進路徑2上行駛並拖曳海洋地震拖纜4和/或源6。在這種特定的實施方式中，應用程式2465還從海洋地震拖纜4接收定位數據("POSITION")並向其上的操控設備發布操控命令("STEERING")。應當指出，依據體系結構或位置的軟體控制的本質對本發明的實踐是重要的。例如，在有些實施方式中，導航與拖纜操控可以由單獨的軟體部件來執行，其中軟體部件可以是例如實用程序或者後臺程序。類似地，在有些實施方式中，這種功能性也可以跨單獨的計算裝置分布。
這裡具體描述的一些部分是依據軟體實現的處理順序給出的，其中軟體實現的處理涉及計算系統或計算設備的存儲器中關於數據位操作的符號表示。這些描述與表示是本領域技術人員用於最有效地向其它本領域技術人員傳達其工作實質的手段。該處理與操作需要物理量的物理操縱。儘管不是必需，但通常，這些量採用能夠被存儲、傳送、合併、比較及以其它方式被操縱的電、磁或光信號的形式。主要出於公共使用的原因，已經證明將這些信號稱為位、值、元素、符號、字符、項、數字等有時是方便的。
但是，應當牢記，所有這些和類似的術語都是與適當的物理量關聯的，而且僅僅是適於這些量的方便的標記。除非特別聲明或者以別的方式顯而易見，否則在本公開物中，這些描述都指將表示為對某種電子設備存儲裝置中的物理(電、磁或光)量的數據的搡縱和將其變換成類似地表示為存儲裝置或發送或顯示設備中物理量的其它數據的電子設備的動作和處理。不作為限制，指示這種描述的術語的例子是術語"處理，，、"計算，，、"確定"、"顯示"等。
還應當指出，本發明的軟體實現方面一般是編碼在某種形式的程序存儲介質上或者在某種形式的傳輸介質上實現。程序存儲介質可以是磁的(例如，軟盤或硬碟)或光的(例如，壓縮盤只讀存儲器，或者"CD-ROM"),而且可以是只讀或隨機訪問的。類似的，傳輸介質可以是雙絞線對、同軸線纜、光纖或者某種本領域已知的其它合適
35的傳輸介質。本發明不被任何給出的實現方式的這些方面所限定。
因此，相對於傳統實踐，在各個方面和實施方式中，在此所/〉開
的技術都提供了多個好處和優點。這些好處和優點可以包括
對海洋地震數據更有效的獲取，其中"效率"可以被認為
是更加成本有效的，其中使用了更少的地震資源； 利用最少海洋地震設備的改進的地震成像； 如以下將更完全解釋的，儘管在其它實施方式中可以使用
附加的源船，但有些實施方式可以只採用一艘船； 可以獲取更豐富方位角的勘測，即，勘測豐富的方位角和
偏移分布；
由於每次發射的方位角不同，因此在所獲取的數據中減少了方位角的冗餘性；
出於數據管理的原因，只需要幾分鐘量級的路線改變，否則勘測可以連續地獲取；
對於勘測所獲得的發射次數大於由平行設計對相同勘測所獲得的發射次數，而且，依賴於獲取的設計，用於正弦曲線獲取相對於平行寬方位角或平行豐富方位角獲取的發射的比率可以是1.5到2倍以上之間-更多的發射次數變換成高交疊並因此可以得到地震數據提高的信噪比；
對水流更小的敏感性；
正弦曲線獲取方法比平行獲取方法將獲取更好的近偏移分布；
對於正弦曲線發射，對每個方位角都獲取相同的偏移範圍，而對於平行幾何結構，對於每個方位角的偏移分布是不同的，在行內方向比在跨行方向獲得更大的偏移；
全方位角正弦曲線獲取使得有可能基於P-波幅值和速度相對於方位角的變化進行斷面特徵研究和地質機械研究；
可以利用正弦曲線獲取獲得的高信噪比對於勘探深目標或在強反射器之下的目標(像玄武巖或碳酸鹽層)也是有利的；
沒有滲入，或者至少是最小量的滲入； 對地震幹擾的更小敏感性；
由於障礙物造成的擾動影響可能比用於多艘船的線性寬方
位角獲取的少；及 源點的偽隨機分布，這對於3D多衰減和成像是有利的； 由於只使用一艘船，因此與正弦曲線獲取關聯的技術性故
障時間比用於多艘船的寬方位角獲取的技術性故障時間
少；
由於方位角的高可變性，因此獲得改進的儲藏照明(包括但不限於鹽下儲藏照明)和更有效的固有噪聲衰減。其它好處和優點對受益於本公開物的本領域技術人員將變得顯而易見。應當指出，不是本發明的所有實施方式或各方面都必須表明或產生所有這些好處和優點。
以下文獻通過引用包含於此，就像在此完全闡述了一樣
於2007年5月17日提交的、標題為"Methods for EfficientlyAcquiring Wide-Azimuth Towed Streamer Seismic Data"的美國臨時申請No. 60/938,547,該申請是以發明人NicolaeMoldoveanu和Steven Fealy的名義提交的(代理人案號594-25633-PRO )。
標題為 "Methods for Efficiently Acquiring Wide-AzimuthTowed Streamer Seismic Data "的美國臨時申請No.60/966,534 (從於2007年8月9日提交的美國申請No.11/836,675轉變而來，該申請是於2007年8月31日申請提交的)，該申請是以發明人Nicolae Moldoveanu和StevenFealy的名義提交的(代理人案號594-25633-US-PR02 )。 於2007年8月31日提交的、標題為"Methods for EfficientlyAcquiring Wide-Azimuth Towed Streamer Seismic Data"的美國臨時申請No. 60/969,203,該申請是以發明人Nicolae
37Moldoveami和Steven Fealy的名義提交的(代理人案號594-25633-PR03 )。
於2007年8月9日提交的、標題為"Methods for EfficientlyAcquiring Wide-Azimuth Towed Streamer Seismic Data"的美國申請No. 11/836,675，該申請是以發明人NicolaeMoldoveanu和Steven Fealy的名義提交的(代理人案號594-25633 ),該申請被轉變成在2007年8月31日申請提交的美國臨時申請No. 60/966,534 (代理人案號594誦25633-US畫PR02 )。
於2005年4月26日提交的、標題為"Seismic StreamerSystem and Method"的美國申請No, 11/114,773,該申請是以發明人Rohitashva Singh等的名義提交的，該申請在2006年10月26日/>開為專利/>開20060239117 Al;
於2005年3月5日提交的、標題為"Forward looking systemsand methods for positioning marine seismic equipment" 的美國申請No. 11/122,646,該申請是以發明人RuenToemmessen等的名義提交的，該申請在2006年11月16日/>開為專利>^開20060256653 Al;
標題為 "Methods for determining the position of seismicequipment, and applications of the methods"的美國專利5,668,775，該專利於1997年9月16日授權給GECO A.S,，發明人為Kjell Hatteland;
標題為 "Control devices for controlling the position of amarine seismic streamer"的美國專利6，671，223，該專利於2003年12月30日授權給WesternGeco，L丄.C.，發明人為Simon H. Bittleston;
標題為 "Non-Rotating Depth Controller Paravane forSeismic Cables"的美國專利3,774,570，該專利於1973年11月 27日授權給Whitehall Electronics,發明人為Raymond H. Pearson; 標題為"Control System for a Towed Vehicle"的美國專利 3,560,912,該專利於1971年2月2日授權給Westinghouse Electric公司，發明人為P.G. Spink等；
標題為 "Lateral force device for underwater towed array" 的美國專利5,443,027,該專利於1995年8月22日授權給 由海軍部長作為代表的美國政府，發明人為Norman L. Owsley;
標題為"Underwater Cable Controller" 的美國專利 3,605,674，該專利於1971年9月20日授權給Dresser Industries公司，發明人為Raymond L. Weese;
標題為 "System for laterally positioning a towed marine cable and method of using same" 的美國專利4,404,664 ， 該專利於1983年9月13日授權給Mobil Oil公司，發明人 為Robert G. Zachariadis;
標題為 "Devices for controlling the position of an underwater cable" 的美國專利6,525,992 ，該專利於2003 年2月25日授權給Input/Output公司，發明人為Andrew W. Olivier等；及
於1994年2月22日提交的、標題為"A Device and Method for Positioning of Towing Systems for Use in Marine Seismic Surveys" 的EP專利7>開No. EP 0613025，該專 利的發明人為TorElhohn。 以上所公開的特定實施方式僅僅是說明性的，本發明可以以不同 但等效的方式進行修改和實踐，這對於受益於這裡的教導的本領域技 術人員是顯而易見的。此外，除以下權利要求中所描述的以外，對在 此所示的構造或設計的細節沒有限制。因此，很顯然，以上所公開的 特定實施方式可以改變或修改，而且所有這些變體都被認為是屬於本 發明的範圍。因此，這裡所尋求的保護在以下權利要求中闡述。
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權利要求
1、一種方法，包括在海底地質區域上在大致為曲線的前進路徑中拖曳包括源和多條海洋地震拖纜的海洋地震散布設備，其中海洋地震拖纜包括多個聲音接收器；主動地操控海洋地震拖纜通過大致為曲線的前進路徑；在大致為曲線的前進路徑中拖曳海洋地震散布設備的同時使源發射；及在大致為曲線的前進路徑中利用接收器記錄來自海底地質特徵的反射。
2、 如權利要求1所述的方法，其中在大致為曲線的前進路徑中 拖曳海洋地震散布設備包括相對於其原點在x和y方向前進DX和 DY。
3、 如權利要求1所述的方法，其中在大致為曲線的前進路徑中 拖曳海洋地震散布設備包括拖曳來自只有源的拖船的源；及拖曳來自只有拖纜的拖船的海洋地震拖纜。
4、 如權利要求1所述的方法，其中在大致為曲線的前進路徑中 拖曳海洋地震散布設備基本上包括拖曳來自單艘船的海洋地震散布設 備。
5、 如權利要求1所述的方法，其中在大致為曲線的前進路徑中 拖戈海洋地震散布設備包括拖戈來自同一艘船的源和海洋地震拖纜。
6、 如權利要求1所述的方法，其中大致為曲線的前進路徑是大 致為圓形的前進路徑、大致為卵形的前進路徑、大致為橢圓形的前進路徑、圖8的路徑、大致為正弦曲線的前進路徑或者其某種組合。
7、 如權利要求1所述的方法，還包括將第二個源設置到拖纜的 左舷或者右舷，並在第二大致為曲線的前進路徑中行進。
8、 如權利要求7所述的方法，包括將一個或多個源設置到拖纜 的左舷和右舷中的另一個，並在第三大致為曲線的前進路徑中行進。
9、 如權利要求1所述的方法，其中至少一條地震拖纜包括多部 件拖纜。
10、 如權利要求l所迷的方法，其中主動地操控海洋地震拖纜包 括控制多個拖纜操控設備。
11、 如權利要求l所述的方法，其中該方法包括時延勘測。
12、 如權利要求11所述的方法，其中大致為曲線的前進路徑重 復覆蓋通過第一組獲取行進所實現的基線勘測，大致為曲線的前進路 徑利用第二組獲取行進，其中第二組比第一組小。
13、 如權利要求l所述的方法，還包括在與第一大致為曲線的前進路徑平行的第二大致為曲線的前進 路徑中拖曳第二個源；或者與第一個源一前一後地跨大致為曲線的前進路徑拖曳第二個源；或者在大致為曲線的前進路徑上在海洋地震拖纜之後的 一個間隔處 拖曳第二個源。
14、 一種方法，包括在海底地質區域上在正弦曲線的前進路徑中拖曳包括源和一組海洋地震拖纜的海洋地震散布設備，該海洋地震拖纜包括多個聲音接收器；及在沿正弦曲線前進路逕行進的同時獲取地震數據。
15、 如權利要求14所述的方法，其中獲取地震數據包括 主動操控海洋地震拖纜通過正弦曲線的前進路徑； 在正弦曲線前進路徑中拖曳海洋地震散布設備的同時使源發射；及在正弦曲線前進路徑中利用接收器記錄來自海底地質特徵的反射。
16、 一種方法，包括在海底地質區域上在第一圓形路徑中拖曳包括第一個源和第一 組海洋地震拖纜的第一海洋地震散布設備，該海洋地震拖纜包括多個 聲音接收器；及在海底地質區域上在第二非重疊的圓形路徑中拖曳包括第二個 源和第二組海洋地震拖纜的第二海洋地震散布設備，該海洋地震拖纜 包括多個聲音接收器；及在沿大致為曲線的前進路逕行進的同時獲取地震數據。
17、 如權利要求16所述的方法，還包括 同時使第一個源和第二個源發射。
18、 一種裝置，包括 拖船；海洋地震拖纜陣列，每條拖纜都包括 地震線纜；沿線纜長度位於線纜上的多個接收器；及 多個操控設備；安裝在拖船上的計算裝置，從海洋地震拖纜接收定位數據並且編程成使拖船在海底地質區域上在大致為曲線的前進路徑中行駛；及主動操控海洋地震拖纜通過大致為曲線的前進路徑。
19、如權利要求18所述的裝置，還包括用於執行權利要求1-17 中所述方法的所需的地震裝置。
全文摘要
一種用於海洋地震勘測的技術，包括方法和裝置。在一方面，該方法包括在大致為曲線的前進路徑上拖曳包括源和多條拖纜的地震散布設備，其中拖纜被主動操控。源發射並在曲線上獲取數據。在另一方面，該方法是只利用單艘船執行的或者大致為曲線的前進路徑是正弦曲線前進路徑。在另一方面，該方法可以包括雙圓形發射。而且，在另一方面，本發明包括由安裝在拖船上的計算裝置構成的裝置，該計算裝置從海洋地震拖纜接收定位數據。它還編程成使拖船在大致為曲線的前進路徑上行駛並主動地操控海洋地震拖纜通過大致為曲線的前進路徑。
文檔編號G01V1/38GK101680961SQ200880021257
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月16日 優先權日2007年5月17日
發明者S·菲利, 尼科雷·摩爾德維努 申請人:格庫技術有限公司