結冰和有障礙水域中的海上地震勘測的製作方法

2023-05-17 16:44:11

專利名稱：結冰和有障礙水域中的海上地震勘測的製作方法
結冰和有障礙水域中的海上地震勘測相關申請的交叉引用這是以下美國臨時申請的正式申請2009年3月9日提交的標題為「Marine Seismic Surveying in Icy Waters」 的 61/158，698 號、2009 年 9 月沘日提交的標題為 "Floatation Device for Marine Seismic Surveying in Icy Waters"的 61/246, 367 號和 2009 年 11 月 14 日提交的標題為 「Marine Seismic Surveying in Icy or Obstructed Waters"的61Λ61，329號，其全部內容在此引用作為參考，並要求其優先權。
背景技術：
常規的海上地震勘測使用地震勘測船舶後拖曳的震源和許多拖纜。這些拖纜具有若干傳感器，它們檢測地震能量，用於對海底以下的地層成像。在勘測期間採用拖纜和震源並拖曳它們在波浪等適中的開闊水域作業時可能是相對直接了當的。由冰、垃圾、大波浪或其他障礙物覆蓋的海上位置可能使勘測更加困難、昂貴甚至不可能。例如在結冰水域中，地震勘測船必須破冰並穿過充滿浮冰的水域。由冰衝擊產生的噪音可能使產生的地震記錄變複雜。另外，水面上的浮冰使拖曳震源和拖纜更加困難並容易受損。例如，系統在水面的任何組件都可能遇到冰、陷入困境和丟失。此外，離開船舶甚至滑臺的任何纜索或拖索都可能在水面收集冰。同樣，被拖在船體之下並在船後升起的冰可能切斷這些纜索或拖索。在授予Bjerkoy的5，113，376號和5，157，636號美國專利中公開了本領域公知的在結冰區域進行地震勘測的某些方法。不過，與結冰或障礙水域中海上地震勘測相關聯的問題至今尚未效果顯著地解決。本公開的主題針對克服以上闡述的一個或多個問題，或至少減少其後果。

發明內容
海上地震勘測裝置具有艉鰭，它安裝在船舶上，優選情況下在船舶的尾部即船艉。 所述艉鰭的末端延伸到所述船舶的水線以下並且甚至能夠延伸到所述船舶的龍骨以下幾米。地震勘測系統從所述船舶部署，並且具有許多拖纜的纜索和震源(比如氣槍陣列)的纜索。為了保護這些纜索，所述艉鰭的後沿中的通道保持所述纜索並且引導它們到所述船舶的水線以下。以這種方式，在所述地震勘測系統正在被拖曳的同時，表面冰無法幹擾所述纜索。所述艉鰭的末端具有若干拖曳點，它們可以配備在底面上。所述系統的拖纜和震源的拖索連接到這些拖曳點。以這種方式，這些拖索部署在水下並且離開可能出現在水面的任何浮冰。在所述船舶後的所述拖曳的勘測系統中，漂浮設備能夠支持水平排列的震源。優選情況下，這種設備漂浮在所述水面以下以避免浮冰。作為替代，可以使用來自所述艉鰭的垂直震源。操作這種垂直震源時，所述震源單元即槍的激發能夠定時以考慮所述垂直震源具有的任何傾斜。這種定時激發能夠保持所述震源的保真度，並且使產生的震源信號保持面向下的特徵。因為在所述水面以下拖曳所述拖纜，所述拖纜能夠具有若干被部署設備，包括翼片、水翼、掃雷器(paravane)、滑動浮標、遙控潛水器(vehicle) (ROV)、遙控拖曳潛水器 (ROTV)和自控潛水器(AOV)，它們可能能夠進行方向和定位控制。例如，所述可控的被部署設備能夠是被拖曳的潛水器，它們能夠在橫向上或者所述水面以下的垂直位置個別地定位所述拖纜。此外，所述拖纜的端點能夠具有特定的可控潛水器，帶有全球定位系統(GPS)接收機。為了便於定位所述勘測所用的所述拖纜和傳感器，當沒有浮冰或其他障礙時，能夠使這些可控潛水器間歇地來到所述水面，以便能夠獲得GPS讀數並傳達到控制系統。獲得了所述GPS讀數後，所述可控潛水器能夠浮回所述水面以下。慣性導航系統(INQ設備、 集成導航系統或其他系統能夠用於補充所述GPS讀數，所以即使在所述水面的嚴重浮冰阻礙了所述可控潛水器獲得GPS讀數時，也能夠確定所述拖纜的位置。進行所述海上地震勘測時，破冰船或所述拖船本身可以在所述拖曳的拖纜和震源前方破碎積冰。在所公開的系統中，在正在拖曳所述拖纜和震源的同時，檢測和記錄冰對所述破冰船船體的衝擊事件。同時，從所述震源產生地震信號，並且所述拖纜上的所述傳感器檢測地震能量，它被記錄為所述勘測的地震記錄的一部分。使用所述記錄的衝擊事件的有關信息，由這些事件在所述地震記錄中引起的數據於是能夠被濾出所述地震記錄，允許操作員相對沒有所述冰衝擊事件造成的數據而分析地震數據。作為替代，所述衝擊事件的有關公知信息能夠與所述地震記錄分離，並且能夠數學地模型化(model)為高保真度震源數據用於分析。以上歸納不試圖匯總本公開的每個潛在實施例或每一方面。


圖1A-1B顯示了根據本公開的一定的教導在結冰區域中使用的海上地震勘測系統的側面圖和平面圖；圖2A-2D顯示了拖曳地震拖纜陣列和震源的船舶上冰艉鰭的透視圖、後視圖、側視圖和俯視圖；圖3A-;3B是冰艉鰭的剖面圖；圖3C是冰艉鰭葉片的俯視圖；圖4A-4C顯示了使用所公開的冰艉鰭部署海上地震系統的纜索、拖索和組件的透視圖；圖5是部分暴露的另一具冰艉鰭的側視圖；圖6A是具有根據本公開的雙通道冰艉鰭的船舶的後視圖；圖6B是以局部剖面圖表示的雙通道冰艉鰭的側面圖；圖7A-7B顯示了雙通道冰艉鰭的葉片平面圖；圖8A-8D展示了根據本公開用於具有艉鰭的船舶後拖曳的水平震源的漂浮系統；圖9A-9B展示了根據本公開用於漂浮系統的浮標；圖9C-9D顯示了所公開系統的浮動葉片；圖9E顯示了拖纜所用可控翼片的透視圖9F顯示了拖纜所用可控水翼的側視圖；圖10顯示了冰艉鰭以下部署的垂直震源；圖1IA-IIC顯示了處於不同傾斜布局的垂直震源；圖12A-12D展示了具有漂浮設備和若干可控設備的海上地震勘測系統的側面圖；圖13A-i;3B展示了兩種操作條件下可控設備的一種類型；圖14展示了根據本公開的可控設備的實施例；圖15展示了圖14中設備的內部細節和若干組件；圖16A展示了可控設備所用的第一制動器；圖16B-16C顯示了未部署和部署條件下可控設備所用的第二制動器；圖17A-17C顯示了未部署、部署和釋放條件下可控設備所用的第三制動器；圖18A-18B顯示了在拖船30必須減速或停止時處理已淹沒拖纜的布局；圖19A顯示了帶有冰艉鰭的地震船舶和船舶後部署區的平面圖；圖19B-19E顯示了帶有多種形式的被部署地震陣列的地震船舶；圖20A展示了在拖纜尾端具有遙控拖曳潛水器(ROTV)作為可控設備的海上地震勘測系統的側面圖；圖20B展示了在拖纜的多個位置具有ROTV的另一個海上地震勘測系統的平面圖；圖21A-21B顯示了遙控拖曳潛水器(ROTV)的更多細節；圖22示意地展示了控制ROTV並在它被拖曳時航位推算其位置的控制系統；圖23顯示了某慣性導航系統中航位推算和校正漂移的控制循環；圖M顯示了拖纜，其上定位的若干傳感器使用船舶的GPS讀數、已知的若干傳感器位置、已知的可控潛水器位置和多種羅盤讀數確定拖纜的形狀；圖25顯示了聲學系統的不同布局，用於進行聲學交叉聯結(cross-bracing)以確定拖纜的位置；圖沈顯示了使用船舶上的換能器和拖纜尾端上可控設備上的傳感器如何能夠獲得短基線以確定可控設備的位置；圖27是根據本公開的一定的教導在作業期間記錄冰衝擊事件的又一個海上地震勘測系統的側視圖；圖觀顯示了過程流程圖，用於在記錄冰衝擊事件時在結冰區域內進行海上地震勘測；圖四示意地顯示了拖船的地震記錄儀；圖30示意地顯示了破冰船的記錄系統；圖31顯示了破冰事件期間所記錄數據的典型表格；圖32示意地顯示了海上地震系統記錄的數據流；圖33以圖形顯示了海上地震系統所記錄地震數據的典型振幅響應。
具體實施例方式A.海上地震勘測系統圖1A-1B中的海上地震勘測系統IOA能夠用於具有冰川冰、積冰(pack ice)和浮冰的結冰區域。不過，系統IOA的若干要素也能夠用於在水面具有可能干擾海上地震勘測系統拖曳組件的垃圾、植物、漂浮物、投棄物或者其他障礙或阻礙的其他位置。對於結冰區域，系統IOA優選情況下包括破冰船20，它在拖船30的前方破冰。在作業時，破冰船20破碎積冰並使浮冰轉向以開闢拖船30通行的水域。在拖船30拖曳一條或多條拖纜60時，供應系統45操作震源90，而具有地震記錄儀的控制系統40記錄以拖纜 60上傳感器70獲得的地震數據。因為拖船30在結冰或障礙水域作業，所以拖船30上的保護設備50耦接到拖索 65，它支持著拖纜60。(儘管顯示了多條拖纜60，但是期望時系統IOA也可以具有一條拖纜60。)正如以下的討論，保護設備50(本文稱為冰艉鰭)保持受拖曳組件的拖索和纜索離開水面上的浮冰。以這種方式，冰艉鰭50允許船舶30在冰覆蓋的水域拖曳拖纜60，同時應對由船舶30運動產生的負載、來自受拖曳物體的力以及與冰的相互作用。一般來說，冰艉鰭50能夠位於船舶30的任何位置。不過，正如在圖IA中最好地顯示，冰艉鰭50優選情況下在船艉從船舶的船體延伸。這個船尾位置更適於部署由船舶30 拖曳的海上地震勘測系統的纜索、拖索和其他組件。在一種布局中，冰艉鰭50是對船舶30 的固定增建物，可以在船塢中焊接、合併或以其他方式附接到船舶船體的現有結構。作為替代，船舶30可以預設計並建造有適當的冰艉鰭50合併在其船體結構中，或者冰艉鰭50也可以是可部署的組件，配備著適當的機構將它部署並保持在船舶30上。在又一種布局中， 艉鰭50可以是輕便式或獨立組件，可以暫時安裝在船舶側面而無需修改船舶的船體。冰艉鰭50延伸到船舶的水線以下，保持拖索62/92的附接點低於水面。這保持拖索62/92低於浮在水面上的任何浮冰，否則它們可能干擾拖索62/92或集合在其周圍。與控制系統40的地震記錄儀相連的拖纜纜索65從船舶30延伸，而艉鰭50引導這些拖纜纜索65低於水面所以冰將不幹擾它們或集合在其周圍。使拖纜纜索拖索62和拖纜纜索65 有效地保持低於冰高度所需的深度可能取決於具體實施。作為一個實例，冰艉鰭50可能延伸到船舶30的水線以下大約7m。不過，這個距離對於給定的實施可以變化，取決於船舶作業處冰域的類型、船舶的尺寸和其他因素。 在本布置中，震源90水平地懸浮在船舶30後的水柱中並且具有多個震源單元91， 典型情況下是氣槍。(儘管顯示了一個震源90，但是系統IOA能夠使用多個震源。)與供應系統45相連的供應纜95從船舶30延伸，而冰艉鰭50也引導這條供應纜95低於水面所以它也避開了冰。拖索92將纜索95連接到冰艉鰭50並且有助於拖曳船舶30後的震源90。供應纜95優選情況下有浮力，並且震源90能夠由一臺或多臺漂浮設備即浮標94 使之穩定。因為冰沿著水面運動，漂浮設備94可以被設計為在它浮在水面時應對與冰的相互作用。所以，漂浮設備94能夠定形為與冰衝擊最小，並且能夠被水平地安排以切入水面處的任何浮冰。不過優選情況下，漂浮設備94被設計為避免與冰接觸，方式為浮在水面以下，正如以下更詳細的討論。為了拖曳船舶30後的水平震源90，拖索92固定在水下的冰艉鰭底面上並且連接到懸浮在水面以下的震源90。一條或多條支持索使漂浮設備94與震源90互連。供應纜 95延伸出船舶30的末端，適於穿過冰艉鰭50中的通道，並且連接到震源90以便操作。一般來說，拖索62/92、拖纜60、傳感器70、纜索65/95、控制系統40和供應系統45 可以是海上地震勘測中公知和使用的常規組件。例如，震源單元91能夠以常規方式操作以產生適宜的震源信號。此外，拖纜60能夠使用等浮纜索，用於支持適當的海上地震傳感器 70。因此，每條拖纜60都能夠具有幾段，每段都具有使內部防水的表層並具有沿著其長度的軸心構件以提高軸向強度。拖纜60的每段也能夠具有攜帶電力的導線束和數據通信導線。對於這兩條導線，傳感器70典型情況下是位於拖纜60內的水聽器。正如圖IB進一步顯示，掃雷器、翼片即門板64以及散布器66能夠用於支持拖船 30後的多條拖纜60。這些掃雷器64和散布器66也能夠類似於海上地震勘測所用的常規組件，只不過掃雷器64優選情況下在水面以下拖曳，正如後面的討論。理解了所公開的系統後，現在討論將轉向該系統的具體組件，以冰艉鰭開始。B.單導管(conduit)艉鰭正如以上的討論，拖船30使用冰艉鰭50保持拖索62/92和纜索65/95離開水面上的浮冰。如圖2A-2B所示，冰艉鰭100A的一個實施例100A安裝在拖曳地震拖纜(未顯示)所用的地震拖船30的船尾32上。正如先前指出，艉鰭100A能夠安裝在船舶30的任何位置上，包括左舷、右舷、船首或通過船體中的月池。不過，船舶30的船艉即船尾32更適宜，因為拖纜(未顯示)最好拖曳在船舶30之後，這可以有助於在拖曳拖纜時破碎浮冰。在這個實施例中，冰艉鰭100A是單導管，從船舶30的船尾32延伸。只要不嚴重幹擾船舶的操縱和其他功能，這具單導管艉鰭100A優選情況下用在具有雙螺旋槳(screw) 36 的船舶30上，儘管它可以用於其他類型的船舶。冰艉鰭100A在部署和回收拖纜和纜索所用的滑臺34之間延伸到船體以下。沿著艉鰭100A的後沿即尾沿，它界定了開放的通路即通道120，用於拖纜纜索、震源纜索和鬆弛索的通行，正如後面的討論。即使艉鰭100A延伸出船尾32，但是在結冰水域勘測時，也可能迫使冰沿著船舶船體的底部流動。這種受迫使的冰最終到達船舶30的船尾32，在此它再次浮上水面。在其他情況下，在船舶30向前航行時，可能迫使由船舶30的船首衝擊的冰到船舶船體之下，然後試圖朝著其船尾32浮上水面。無論如何，艉鰭100A都用作保護導管，保持拖索、纜索等離開這種冰。艉鰭100A在其末端具有底面即底板110，它為拖索提供了附接點114/116a_b。艉鰭100A以這種方式在水面以下提供了拖曳點114/116a-b，離開水面上的浮冰。除了保持防浮冰的保護以外，這些水面下的拖曳點114/116a-b也有助於保持拖纜和震源在水面以下。在展示了船舶30上安裝的冰艉鰭100A的圖2C-2D中顯示了冰艉鰭100A的其他細節。正如圖2C中最好的顯示，艉鰭100A的末端位於大約船舶龍骨的深度，而拖曳點114/116 保持在船舶的水線31以下，正如先前的論述。正如圖2C中也顯示出，拖纜纜索65和供應纜95通過滑臺34放出船舶30(也見圖2D)。纜索65/95穿過冰艉鰭100A中的通道120。通道120又引導纜索65/95在船舶的水線31以下朝向艉鰭的底面110，然後纜索65/95在此跟隨船舶30而不受浮冰幹擾。一條或多條直線加勁杆或者彎曲限制器130保持纜索65/95在艉鰭的通道120 中，並且鬆弛索132通過通道120並附接到這些直線加勁杆122。此外，通道120中的鋼導杆124能夠支持纜索65/95，並且能夠為鬆弛索132提供曲線通路126，所以它們能夠與纜索65/95分開地通過通道120轉向。鬆弛索132可能具有大約5/8英寸(16mm)的直徑，所以三條至四條鬆弛索132可以在導杆的通路126中通過。每條鬆弛索132都通向用於牽引鬆弛索132的水力絞車134，並且附接在它們耦接的加勁杆122上。
如圖2D的俯視圖所示，船舶30具有若干滑臺34，引離船舶的船艉，用於拖纜和震源纜索(未顯示)的通行。也提供了其他滑臺35並與絞車37對齊，用於保持拖曳和回收地震勘測系統的線纜。因此，船舶30能夠具有這些特徵以及海上地震勘測領域中公知和使用的其他常規特徵。參考圖3A-3B，冰艉鰭100A的向上延伸106和內角108能夠被設計為適應現有船舶及其冰角。正如這些剖面圖所示，冰艉鰭100A是中空的並且具有外殼壁102和內支撐 104。例如在一個實施例中，艉鰭100A可能具有大約14立方米的內容積，並且可能重大約 27MT。空腔內容積給予艉鰭100A某些浮力，它能夠有助於支持艉鰭在船舶30上的重量。 為了確保艉鰭100A保持不進水，艉鰭100A能夠配備聲測裝置以及抽水裝置。由於這種原因，艉鰭100A能夠具有從頂部延伸到底部的內部通路105，並且配備了管線107和船舶甲板處的閘閥109，如圖3A-;3B所示。正如圖3C中最好的顯示，冰艉鰭的底面110能夠為翼片或面甲形板，儘管可以使用其他形狀。底面110能夠固定在艉鰭100的末端。作為替代，底面110也能夠安裝在旋轉軸承或鉸鏈上，所以它能夠橫向地和/或垂直地旋轉。如圖所示，底板110具有肘板112 以附接到艉鰭體的末端。也如圖所示，底面110具有開口 113用於管線(107;圖3B)的通行並且具有三個拖曳點114/116a-b。外拖曳點116a_b能夠用於支持震源(未顯示)的拖索，而中心拖曳點114能夠用於支持一條或多條拖纜(未顯示)的拖索。在一個實施例中，外拖曳點116a_b能夠被配置為每個用於5噸負載，而中心拖曳點114能夠被配置為用於18噸負載。根據實施例，可以提供拖曳點的其他配置和不同負載級別。不僅如此，艉鰭100A能夠具有位於別處的拖曳點 114/116a-b，並且可以提供比所示更多或更少的拖曳點。在圖4A-4C中提供了如何在艉鰭100A部署和保留纜索65/95的細節。在這種布局中，操作員以常規方式從船舶30部署拖纜60 (顯示了一條)、震源90 (顯示了兩排)、纜索65/95、拖索62/92以及其他組件在水中。正如在典型情況下，拖纜60能夠部署許多傳感器及其上附接的設備(未顯示)。這些傳感器能夠確定拖纜在水中的速度、前進方向等。 這些設備能夠控制拖纜60在被拖曳時的位置。所以，系統IOA的若干組件可以在基本上無冰的區域(即將要勘測的覆冰區域以外)中作業，因為纜索65/95和拖索62/92可能需要在沒有艉鰭100A保護的情況下離開船舶的船艉直接通入水中。一旦拖纜60、震源90和其他組件被拖出進入水中，拖纜纜索65和震源纜索95以其上布置的彎曲限制器130部署並且以拖索133連接到艉鰭100A。彎曲限制器130能夠界定彎曲以有助於使纜索65/95擠進艉鰭100A的通道120中，正如以下的討論。限制器130 上的環形體或其他耦接131可以允許它附接到纜索65/95，同時在拖動纜索65/95進入艉鰭的通道120時，也允許它沿著它們滑動。鬆弛索132從絞車13 延伸到艉鰭100A中的通路。支持纜索133也可以保持這些限制器130就位並且可以附接到船舶30上的絞車134b。操作員使用鬆弛索絞車13 收入鬆弛索132。這將限制器130(和附接的纜索)拖入艉鰭100A的通道120中。對於要在艉鰭的通道120中保護的每條纜索(或者震源的或者拖纜的)都重複這個過程。在艉鰭的通道120的頂部沿著船舶的船尾32可以提供一系列狹槽121以容納進入艉鰭的通道120中的任何繩索或纜索。一旦每條纜索65/95都已經被拖入通道120且限制器130和全部拖索被固定，那麼船舶30就能夠馳往結冰區域進行勘測。當它遇到浮冰時，那麼艉鰭100A就能夠保護從船舶30延伸的纜索65/95並且保持其拖索62/95的拖曳點在水面以下。圖5中的替代冰艉鰭100B類似於先前的艉鰭100A。在這具艉鰭100B中，艉鰭 100B的通道120具有多根橫杆123用於支持。這些杆123也提供了若干間隙，作為限制器 130的鬆弛索132的通路，用於拖動並保持這些纜索在艉鰭的通道120中。正如從本文公開的這些和其他冰艉鰭設計將認識到，取決於實施例，冰艉鰭100能夠具有更多或更少的複雜特徵。C.多導管艉鰭先前介紹的艉鰭100A-B提供了沿著船舶的船尾32的中心的單導管，它可能最適於具有雙螺旋槳36的船舶30。作為替代，圖6A-6B中冰艉鰭100C提供了沿著船舶的船尾 32的兩個或更多導管或通路並且能夠用於具有一個螺旋槳36和舵37的船舶30。如圖6A的後視圖所示，艉鰭100C具有雙通道150A-B，從船舶30的船尾32通過並且在船舶的螺旋槳36兩側的水面以下。以這種方式，船舶30的螺旋槳36和舵34的尾流能夠在通道150A-B之間的開放空間中保持相對無阻礙。也如圖所示，這些雙通道150A-B的末端連接到基板140的後沿。基板140能夠具有不同的形狀。例如，如圖7A所示，一種類型的基板140A可以是閉合的三角形，前沿142 由焊接或其他技術附接到船舶的龍骨(38)。作為替代，在圖7B(和圖6A)中，另一種類型的基板140B能夠界定其中的開口 146，它能夠減少板140B的整體重量。無論在哪種情況下， 板140A-B本身都能夠包含空腔以減少重量並且能夠填充浮力材料。正如圖6B最好的顯示，基板140在其前端142連接到船舶30的龍骨38。正如先前的設計，基板140具有拖曳點144，用於支持地震系統的拖纜和震源所用的拖索62/92 的附接。例如，如圖7A-7B所示，這些拖曳點144能夠沿著板140的尾沿部署。此外，通道 150A-B的附接點145也提供在板140A-B的尾沿上。D.震源布局1.水平震源正如先前指出，海上地震勘測系統的實施例能夠使用水平震源。圖8A-8D顯示的海上地震勘測系統IOB的布局使用拖船30的冰艉鰭100外拖曳的水平配置的震源250。如圖所示，每個震源250都具有由繩索2M互連的槍板252。此外，根據先前討論的若干技術， 每個震源250都由拖索220和漂浮供應纜230連接到拖船30上的冰艉鰭100。每個震源 250又相對於從冰艉鰭100延伸並由拖索62支持的拖纜纜索65定位。進行勘測時，震源250優選情況下穩定在預定的或已知的水深。正如先前指出，震源250能夠由常規的漂浮設備支持，它具有一個或多個香腸形浮子(未顯示)，漂浮在水面。 自然，使用這樣的常規浮子在結冰水域中支持震源250是實施例的最容易的形式。因為冰沿著水面運動，所以優選情況下注意冰對這樣的水面漂浮設備的幹擾。所以，水面漂浮設備能夠使形狀為讓冰的衝擊最小並且能夠被安排為切入任何浮冰。例如，水面漂浮設備能夠具有彼此互連的幾個水面浮子，而每個浮子都能夠具有有助於避開冰的形狀。此外，連結的水面浮子能夠由水面的拖索連接到船舶30的船艉。
不過在結冰水域勘測時，這樣的常規水面漂浮設備可能不斷地被冰撞擊，並且可能由使浮子連接到水平震源250的垂直繩索絆住的冰變得移位。為了支持震源250，所公開的系統IOB優選情況下使用圖8A-8D所示的漂浮設備200A-D，它們在水面以下拖曳即不太遭受冰衝擊。a.漂浮設備在圖8A中，第一漂浮設備200A具有單獨的浮標210，它們支持著水平震源250。至少某些震源的板252由纜索212分別連接到浮標210之一。這允許每個浮標210在水面處或以下的冰之下和其周圍移動。一般來說，浮標210可以被允許浮在水面上。不過在圖8A 的設備200A中，在冰艉鰭100後拖曳時，優選情況下浮標210設定為浮在水面以下。因為艉鰭100使拖曳和供應纜索220/230低於水面，所以震源250和浮標210能夠被更好地支持低於水面而離開任何浮冰。為了減少糾纏的問題，如圖所示的浮標210能夠由短繩索212束縛，所以它們被拖曳時浮在水面以下大約4-8米。一般來說，這些繩索212的長度可以是大約6m，而震源250 的拖曳深度可以是大約19m。除了短繩索212以外，某些震源板252可以不由浮標210和繩索212支持。在這個實例中，第一震源板252能夠自己支持在拖曳和供應纜索220/230到震源250的耦接256 之間。然後短的前浮標214和繩索216能夠支持第二震源板252，而剩餘五塊震源板252能夠由更大的浮標210和更長的繩索212支持。更小的浮標214可能具有大約Im的長度，而更大的浮標210具有大約2. 5m的長度。在其他布局中，每塊震源板252都能夠具有由繩索 212連接的它自己的浮標210。另外，拖索220和供應纜230到震源250的耦接256能夠由它自己的浮標和繩索(未顯示)支持。當浮標210/214被拖曳在艉鰭100之後時，它們潛在水中。這對浮標210/214提供了穩定性並且減少了它們漂泊和被浮冰衝擊的問題。儘管一開始不期望，但是震源250在由分別束縛的浮標210/214支持時，實際上能夠浮在基本上一致的深度。本質上，來自淹沒的浮標210/212的拖動、拖曳速度、震源250離開艉鰭100的保持距離以及其他因素之間的相互影響使震源250平衡地浮在水中。取決於實施例，使用更多或更少的浮標210/214能夠有助於穩定震源250的深度。為了穩定震源250的深度，圖8B中的漂浮設備200B具有以水平方式安置在一起的若干浮標210。所用浮標210的數目能夠調整為震源的浮力將平衡。在這種布局中，多個浮標210在一端被繩索212束縛到震源250的各塊槍板252，而浮標210的另一端連接到相鄰浮標210的端點。因此，每個浮標210都柔性地連接到相鄰浮標210。作為柔性地連接的浮標210的替代，漂浮設備200B可以使用由束縛繩索212保持的一個單一加長的浮標(未顯示)，被拖曳時試圖浮在水面以下。作為另一種替代，圖8C中的漂浮設備200C使用加長的浮子沈0。這個浮子260在內部被沿著其長度的幾個容積(如氣囊或腔室)262分隔。與如圖所示的加長的分隔的浮子相反，漂浮設備200C可以包括幾個獨立的浮子，或者分別地束縛或者柔性地連接在一起 (如在圖8A-8B中)，這些浮子的一個或多個能夠具有可填充的容積用於浮力控制。當浮子 260被拖曳在艉鰭100之後時，這些容積262能夠選擇地充氣或充水以滿足對震源250維持期望深度的要求。
例如，單元264可以是調節器，來自震源的供應纜230的分接管線266能夠連接到每個容積262的調節器沈4。調節器264能夠在容積262中增加或釋放空氣以控制浮子260 的浮力。以這種方式，浮子260能夠維持在期望的水平並保持不受水面障礙或波浪活動的影響。在另一個實例中，調節器264能夠為高壓水泵，而容積262能夠被充以能夠控制的壓縮空氣和/或水。無論在哪種情況下，控制器268都監視並控制調節器沈4的操作，並且控制器268 能夠連接到震源板252上深度指示器以確定和監視震源250的深度和朝向。正如公知，設備200C的浮力能夠取決於水的鹽度、溫度和其他因素，所以控制器268優選情況下或許能夠本地或遠程控制。儘管GPS在定位浮子260時可能不起作用，但是控制器268能夠通過聲響信號或供應纜230上的電纜與船舶30上的控制單元270通信，所以在勘測期間控制單元能夠操作控制器268以改變和調整浮子260的位置(即深度)。這種漂浮設備200C也能夠增加與遙控拖曳潛水器或滑動浮標有關的若干組件以及本文公開的任何浮力、俯仰、翻滾控制組件。在又一個布局中，圖8D中的漂浮設備200D使用繩索212連接的降落傘或(chute) 浮錨(drogue) 218支持震源250。這些浮錨218被設計為在震源250被拖曳時沿著水面拖動。要是浮錨218受到任何浮冰衝擊，各個浮錨218能夠吸收該衝擊然後返回水面阻水而不顯著擾動其他浮錨218對震源250的支持。也如圖所示，震源250到纜索220/230的耦接256也能夠由浮錨218和繩索212支持。儘管在圖8A-8C中未顯示，但是艉鰭100能夠以類似於圖4A所示的方式支持船舶之後的不止一個震源250和漂浮設備200A-D。不僅如此，儘管在圖8A-8C中顯示了一條拖纜纜索65，但是受益於本公開應當認識到，多條拖纜纜索65即這樣的纜索65的陣列能夠從艉鰭100拖曳。b.浮標圖8A-8B的漂浮設備200A-B所用的具體浮標210優選情況下產生阻力不大並且擺脫了冰。此外，浮標210優選情況下對冷水有彈性並且能夠應付冰的衝擊。在圖9A中， 一個浮標210a的形狀為加長的柱體並且具有的圓柱體帶有錐形端，意在減少阻力並切入浮冰和水。在圖9B中，另一個浮標210b具有圓柱體。這些浮標210a_b的結構能夠類似於冬季冰凍區域中典型情況下標註航道所用的冰柱體浮標所用的結構。這樣的冰柱體浮標的一家製造商是芬蘭的Sabik。這些類型的浮標210a_b用於支持震源Q50)時在結冰水域工作得很好。在這些浮標210a_b上，端點處的前耦接都能夠由束縛繩索(未顯示)使浮標 210a_b連接到震源(未顯示)。在另一端可以提供另一個耦接以便於操縱浮標210a_b或者將它拴在其他浮標上，正如在圖8B的布局中。一般來說，浮標210a-b的長度可以為大約 2. 5m或更短，而寬度可以為大約0. 5m，並且浮標210a-b可以被設計為提供近似25%的儲備浮力。優選情況下，浮標210a_b的主體都是由堅固塑料的外殼形成的，比如在寒冷條件下抗碎裂和剝落的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)或UV聚乙烯。優選情況下，壁厚為20mm或更厚。浮標210a_b的內部能夠具有加固，比如肋或板，並且浮標210a_b可以填充閉腔泡沫， 比如聚乙烯泡沫。
2.垂直震源正如先前指出，勘測系統的若干實施例能夠使用震源的水平槍陣。作為圖10所示的替代，系統也能夠使用冰艉鰭50以下布置的垂直震源300。垂直震源300能夠使用通過冰艉鰭50向下延伸的杆或柱304固定地附接到冰艉鰭50。這根柱304可以通過冰艉鰭50 中的垂直通道(未顯示)部署，也可以固定在冰艉鰭50的端點，同時在水中。作為替代，垂直震源300的元件304能夠包括連接到冰艉鰭50並從那裡延伸的纜索。為了在震源300被拖曳的同時保持其垂直(或至少在垂直朝向)，在垂直震源300上能夠提供一個或多個浮子、壓載、翼片、翼(vane)等(未顯示)的裝置，所以它在船舶30正在勘測時在水中基本上垂直拖曳。儘管顯示為從艉鰭50精確地垂直，但是震源300可以被配置為相對於垂直以某個預定角度拖曳。垂直震源300具有多個震源單元即氣槍302，由供應纜305連接到供應系統45。 能夠以某種方式進行氣槍302的定時，通過激發震源300中的每支氣槍302到其他激發氣槍302產生的聲脈衝中而產生大的單一震源信號。例如，供應系統45首先激發最高的氣槍 302A。然後，供應系統45在適當的時間點激發次高的氣槍302B，使得它激發加入由第一支氣槍302A產生的向下聲脈衝。對氣槍302的垂直震源300這個順序繼續向下，所以震源 300能夠本質上用作單一震源，大約位於氣槍302的陣列中心附近。定時也能夠做得使得最終聲脈衝面向下。遺憾的是，垂直震源300被拖曳時在水中可能不保持嚴格垂直(或者處於其預定的垂直朝向)。波浪、遇到冰、震源300到艉鰭50的柔性連接以及其他問題將使震源300從其垂直(或預定朝向)移動。這改變了氣槍302的位置並且改變了其定時激發應當如何進行。如果不考慮這種傾斜，可能會改變震源300產生的震源信號的保真度以及所採集的最終數據。如圖1IA-IIC所示，垂直震源300能夠相對於其預定朝向(在這個實例中為垂直) 以某個傾斜角度士 α傾斜。垂直震源300確定這個傾斜角度士 α並且相應地調整氣槍 302的定時激發。以許多方式都能夠確定震源300的傾斜角度士 α。如圖所示，測斜儀或其他類型的傳感器能夠用於確定震源300的傾斜角度士 α。這個傾斜角度士 α —旦已知，便用於調整氣槍302的定時激發以維持震源信號的保真度並且使震源信號的方向面向下。所以，氣槍302的定時激發優選情況下基于震源300的可變傾斜角度士 α以及每支氣槍302的位置。通過根據可變傾斜角度士 α操縱氣槍302的定時，所產生的最終震源信號能夠保持其高保真度並且能夠保持優選情況下面向下。簡要地說，供應系統45首先激發最高的氣槍302Α。然後，供應系統45在由可變傾斜角度士 α調整的適當時間點激發次高的氣槍302Β，使得它加入由第一支氣槍302Α產生的向下聲脈衝。對氣槍302的垂直震源300這個順序然後繼續向下。如果可變傾斜角度士 α為負(圖11Α)，那麼激發之間的定時可以延長。作為替代，如果可變傾斜角度士 α為正(圖11C)，對於某些氣槍302定時可以縮短。儘管激發之間的定時可以改變，但是氣槍 302的激發順序也可以改變，取決於實施例。Ε.為勘測系統部署的設備在海上地震勘測期間，期望確定、跟蹤以及潛在地控制拖纜的位置以更好地採集和繪製所獲得的地震數據。在勘測期間使用拖纜的GPS讀數能夠確定位置。不過，在本公開的海上地震水面系統10中，獲得GPS讀數可能證實難以實現，因為系統10顯著地淹沒在水面以下，使得GPS接收機無法運行以獲得讀數。現在討論轉向幾種類型的被部署或可控制的設備，在勘測期間它們能夠在拖纜上用於獲得GPS讀數以及以其他方式控制拖纜的位置。1.漂浮的被部署設備在圖12A中，海上地震勘測系統IOC被顯示為具有根據本公開的第一種類型的被部署設備80A。在海上地震勘測期間，拖纜60的位置受到控制和監視，所以對於恰當的數據採集和分析，傳感器70的陣列位置能夠得知。例如，拖纜尾端的GPS坐標能夠用於協調不同拖纜60上每個傳感器70的位置，並且控制系統40對數據採集、分析和控制使用這些協調後位置。用於採集、分析和控制的適用系統包括ION地球物理的智能採集系統，它能夠確定拖纜60的位置。這樣的系統能夠使用ION地球物理出品的DIGIFIN 拖纜操縱系統和 ORCA 命令控制軟體操縱拖纜60。(DIGIFIN是ION地球物理公司的註冊商標，而ORCA 是 Concept Systems Holdings Limited 的註冊商標。)在本勘測系統IOC中，使用本文公開的艉鰭50和其他特徵，拖纜60在水面以下潛行。然而，依然需要確定拖纜60的位置。為了獲得給定拖纜60的位置，圖12A中的系統 IOC使用部署的設備80A，它漂浮在拖纜60尾端的水面上。部署的設備80A可以是柱體類型浮標，被設計為在水面時應對冰衝擊並擺脫浮冰。設備80A包括GPS接收機82，在利用拖纜60將它拖曳在船舶30之後時，它能夠獲得所部署的設備80A的GPS坐標。獲得GPS坐標能夠使用本領域公知的常規技術，所以本文不詳細論述它們。例如，在7，190，634號美國專利中能夠找到水下拖纜60纜索的基於GPS的定位的有關細節，其內容在此引用作為參考。在船舶30拖曳拖纜60時，震源90產生震源信號，而傳感器70檢測地震信號。控制系統40使用拖纜60以及對GPS接收機82通信和供電的其他線路從部署的設備80A獲得GPS坐標。然後，控制系統40使用本領域公知的技術，確定拖纜60、傳感器70、震源90 和其他組件相對於船舶30的位置以及正被勘測區域的物理坐標。儘管圖12A的海上地震勘測系統IOC使用漂浮的被部署設備80A，但是只要在水面的設備80A被設計為遇到一定量的浮冰、障礙物等，這一般都是可能的。否則，在水面的設備80A可能變得受冰阻礙、由衝擊受損、位置偏離或丟失。所以，在某些情況下，可以使用潛水器形式的被部署設備，正如以下的介紹。2.可控的被部署設備先前的被部署設備80A意在漂浮在水面上。在圖12B中，被部署設備80B包括阻力產生設備310和浮標320。如圖所示，阻力產生設備310可能為浮錨，儘管能夠使用本領域公知的任何其他裝置。浮錨310附接在拖纜60的尾端，並且可以提供模塊312，它容納著多種電子組件，比如測斜儀、羅盤、慣性導航系統等。當拖纜60被拖曳時，浮錨310產生阻力，而拖纜60的位置(深度、橫向等)能夠由本文公開的其他技術控制。浮標320由連接器3M和機械耦接3 從拖纜60的尾端、浮錨310或模塊310延伸出。連接器3M優選情況下產生低阻力。取決於浮標320如何安置，它能夠持久地由連接器3M漂浮在水面，也能夠在遇到冰時在水面沉浮。例如，連接器324能夠為從拖纜60的尾端延伸出的固定杆，而機械耦接 326能夠為可旋轉。不過優選情況下，連接器3M是低阻力的柔性束縛索，而機械耦接3 優選情況下在預定張力可斷裂。優選情況下，浮標320再次為彈性塑料結構的柱體類型浮標以抵擋冰等的衝突。 優選情況下，浮標320也具有足夠的壓載。因此，在浮標320漂浮在水面時，意在擺脫浮冰並從冰彈開，然後在可到達時返回水面。浮標320具有GPS接收機322，它暴露在水面以上(優選情況下在任何波浪以上) 以獲得GPS讀數，只要浮標320在水面上。在浮標320被拖曳時，它連續地獲得這些GPS讀數並經由繩索324、以聲學方式或其他方法將它們傳達到拖纜60上的電子模塊312。如果浮標320遇到冰，能夠迫使浮標320潛入水面以下。如果這種情況發生的時段被延長，勘測系統能夠使用電子模塊312中的組件以後面討論的方式持續確定拖纜60尾端的位置。正如本文指出，優選情況下確定拖纜60的尾端位置，所以勘測系統能夠跟蹤傳感器(未顯示)的位置。因為浮標320暴露在水面，所以它獲得GPS讀數。然而，浮標320離開拖纜60的尾端某個距離(如20m)。所以，必須從已知信息確定拖纜60尾端的定位。以一種方法，由於拖纜60的深度、繩索324的預定長度、拖曳速度和其他變量，可以得知該距離。根據數學關係，拖纜60的尾端位置(如模塊310的位置)能夠直接計算。 以另一種方法，浮標320可以發出聲信號，由模塊312上的傳感器316拾取，並且這種信息能夠用於確定拖纜60的尾端相對於浮標320的位置以便校正定位。從船舶拖曳的每條拖纜60都能夠具有這樣的浮標320和聲傳感器316，所以拖纜60與浮標320之間檢測出的聲信號能夠使用交叉聯結技術。然後這能夠進一步對浮標320和拖纜60的朝向進行三角形劃分並且有助於確定位置。在浮標320漂浮在水面時，它可能變得陷入困境並被冰攔住。不過在某種預定的張力，機械耦接3 能夠能夠脫離，所以能夠從拖纜60的端點擺脫被卡住的浮標320。那麼僅有浮標320和GPS接收機320可能丟失，而模塊312中其他可能更昂貴的電子元件保持就位在拖纜60的端點。儘管被部署的設備80B可以具有一個這樣的浮標320，但是優選情況下它具有一個或多個這樣的浮標320』在萬一第一個浮標320丟失時備用。所以，被部署的設備80B能夠為可控以在需要時釋放備用的浮標320』。如圖所示，在未部署條件下備用浮標320』能夠被保持在拖纜60的端點。如果當前部署的浮標320脫離了，機械激勵器3 能夠有秩序地釋放下一個備用浮標320』。這個被釋放的浮標320』被其繩索3 和耦接3 束縛，開始漂浮到水面以暴露其GPS接收機322 獲得讀數。機械激勵器314能夠為電磁線圈操作的掛鈎或其他電子設備，並且能夠從船舶 (未顯示)經由拖纜60手動操作或者由模塊312中的電子元件自動操作。在圖12C中，另一種可控的被部署設備80C再次包括阻力產生設備或浮錨310和浮標320。浮標320以低阻力束縛繩索3 從拖纜60的尾端延伸出。此外，浮標320可以意在擺脫浮冰並從冰彈開，然後在可到達時返回水面。不過，要是水面冰變得問題太大，絞車318、捲軸等能夠由電機驅動以牽引繩索3M和浮標320回到水面以下。在條件改善時， 操作員能夠操作絞車318釋放浮標320。這種被部署設備80C也能夠使用以上公開的許多其他特徵。
如圖12D所示，海上地震勘測系統IOD具有可控的被部署設備80D，其深度能夠控制。在勘測期間，被部署設備80D在拖纜60的端點上被拖曳在水面以下以避免浮冰衝擊。 為了獲得GPS讀數，被部署設備80D具有GPS接收機82a，通過控制設備80D的深度能夠使 GPS接收機8 浮到水面。所以，被部署設備80D優選情況下與拖纜60成直線地被拖曳在水面以下，並且在適當時間使之到達水面以使用接收機82d獲得GPS讀數。圖13A-i;3B展示了兩種操作條件下的被部署設備80D。在圖13A的被部署設備80D 標準滑行條件下，它在水下跟隨在拖纜60之後。這個位置適應於可能損壞或阻礙被部署設備80D的浮冰、障礙等在水面時。當水面空曠時，被部署設備80D能夠上升到水面，所以GPS 接收機8 能夠獲得GPS讀數。為了適當地繪製拖纜60和傳感器70的陣列，這些GPS讀數可能需要以定期間隔獲得，所以能夠充分地跟蹤拖纜60和傳感器70的位置。被部署設備80D能夠為可控的潛水器、設備或滑行艇。例如在一種布局中，被部署設備80D能夠為遙控潛水器(ROV)，具有推進系統和可控的翼片等在被部署設備80D被拖曳時操縱它到水中的期望位置。作為替代，被部署設備80D能夠為被拖曳的滑行艇，它能夠使用浮力控制上下運動，正如後面更詳細的介紹。作為又一種替代，被部署設備80D能夠為遙控拖曳潛水器(ROTV)，缺少推進系統但是具有可控的翼片，正如也在後面的更詳細的介紹。圖14展示了用於所公開的海上地震系統的被部署設備即可控潛水器350A的實施例。潛水器350A附接到地震拖纜60的端點，它為潛水器350A提供電力和通信。束縛61能夠用於這個目的。潛水器350A上的翼片3M/356可以是可運動的，並且潛水器350A能夠具有推進系統360，比如螺旋槳。作為替代，翼片354/356不需要可運動。潛水器350A改為使用浮力控制，正如以下的介紹。同樣，潛水器350A不需要使用推進，並且潛水器350A上的系統360可以實際上為制動器，正如也在後面的介紹。如圖所示，潛水器350A具有探測器365，用於檢測水面障礙。這個探測器365可包括向上尋找並監視潛水器350A以上的障礙(或空曠)的聲納、冰斷面儀、光學傳感器、多波束測深儀、攝像頭等。來自探測器365的信號能夠集成於採集海上地震數據的導航和/或控制系統(未顯示)，比如Orca 系統。以這種方式，該控制系統能夠確定潛水器350A以上的水面何時無冰並且能夠以信號通知潛水器350A上升到水面。作為一個實例，探測器365能夠使用聲納檢測水面上何時存在冰。例如，假若在水面存在特定厚度的冰，聲納探測器365可以檢測到這種水面冰，並且這種信息然後能夠用於判斷潛水器350A是否上升。儘管這取決於聲納探測器365的性能，但是優選情況下它能夠檢測出更薄的冰，厚度至少小於lm，所以能夠保護潛水器350A預防可能存在的大部分水面冰。作為另一個實例，探測器365能夠為確定水面處有效光的光學傳感器，它可以指明是否存在冰。按照如此方法，探測器365能夠為數碼攝像頭，它沿著拖纜60向拖船發送視頻或圖像。拖纜60的尾端可能離開拖船很遠距離，並且操作員將無法確定拖纜60在何處以及何種冰可能覆蓋在潛水器350A上。所以，操作員能夠查看來自攝像頭365的視頻或圖像並且判斷如果存在空曠是否提升特定潛水器350A。然後以經由拖纜60從船舶向潛水器350A傳達的信號，通過激勵潛水器350A能夠遠程地做到這一點。潛水器350A也具有GPS接收機352。如圖所示，這個GPS接收機352能夠位於向上翼片3M上，所以當潛水器350A滑行到水面以便採集GPS讀數時天線352可在水面以上隱現。無論GPS接收機352如何到達水面，所獲得的GPS讀數都被傳達到儀器控制系統以便定位拖纜60和確定其位置，用於恰當的數據採集和分析。因為連續的GPS讀數有時可能得不到，潛水器350A可以包括羅盤或測斜儀367，它能夠從潛水器350A的端點束縛以使它保持離開任何有幹擾的電子元件。測斜儀367能夠使用單軸磁強計測量地磁場的傾斜，然後該傾斜能夠被校正到真實的北讀數，使得儀器控制系統能夠在沒有一般用於確定拖纜60的端點位置的GPS讀數時確定該位置。潛水器350A間歇地獲得GPS讀數，方式為去往水面以利用GPS接收機352獲得 GPS數據。然後，潛水器350A潛入水面以下，能夠使用先前獲得的GPS數據連同慣性導航數據、羅盤讀數和當前測斜儀數據不斷地確定拖纜60的實時或接近實時位置，直到能夠獲得新的GPS讀數。圖15展示了另一種被部署的設備即潛水器350B，並且揭示了某些內部細節和組件。在潛水器350B上，翼片邪4不可運動，並且潛水器350B不使用推進。潛水器350B改為使用浮力控制，它在潛水器350B自由充水尾部具有容積(如氣囊)380。這個氣囊380的容積能夠使用泵送系統382等調整，所以潛水器350B的浮力能夠以受控方式改變。為了改變潛水器350B的俯仰和翻滾，質量塊370能夠沿著潛水器350B的長度軸向地移動或者繞軸旋轉。優選情況下，質量塊370是潛水器的電子組件所用的實際電池組， 電子組件包括伺服或其他電機以移動質量塊370。與圖14的GPS接收機不同，圖15所示的GPS接收機352位於延伸臂即杆353的端點上。這條臂353能夠以某角度從潛水器350B向上延伸，所以當潛水器350B接近水面滑行時，GPS接收機352能夠延伸出水。作為替代，杆353能夠在其基礎355從與潛水器350B 成直線的流線型位置旋轉到有向上角度的位置。當使潛水器350B定期地來到水面獲得GPS 數據時，能夠在這個基礎355激勵杆353旋轉GPS接收機352出水。一般來說，潛水器350B能夠具有的特徵類似於在海洋中測量水下海流、溫度等的潛水器和漂流斷面儀所用的特徵。因此，潛水器350B具有底盤(未顯示)，容納著可變浮力系統380、質量塊370和電子部件390。適於海水密度的等密度殼體357能夠適應底盤上的若干部件。然後殼體357和底盤能夠裝配在具有翼片3M和流線型形狀的玻璃纖維外殼 351之內。GPS接收機352所用的杆353能夠連接到電子部件390並且能夠從外殼351延伸。3.被部署設備的制動器正如先前在圖12B中的展示，例如，使用本文公開的冰艉鰭50和其他特徵使拖纜 60保持在水面以下。拖纜60在某深度航行時，避開了任何表面張力和水面處可能在拖纜 60上產生顯著阻力的其他條件。所以，如果拖船30遇到大冰塊、障礙、發動機故障或其他問題並且或者減速或者停止拖曳，拖纜60可能趨向於在水下向著船舶30的船艉滑行。拖船 30通常具有備用的系統(發動機等)以防止停船。不過在結冰水域，無論這些備用設備如何，航行通過浮冰的船舶30都可能遇到任何數目的使船舶30減速或停船的障礙物。如果讓拖纜60的滑行不受阻礙，拖纜60可能摺疊在自身上、變得與其他拖纜60 纏住甚至被捲入船舶30的推進器。為了減輕這個問題，拖纜60上的被部署設備即潛水器 350能夠使用制動器機構以增大拖纜60的阻力或者對拖纜的運動施加逆向推進。在圖16A 中潛水器350上顯示的特定製動器使用推進器362。讓推進器362自由旋轉時，它可以旋轉並且不產生顯著的阻力以減少潛水器350的滑行。一旦在船舶減速或停船時被激勵，那麼能夠向推進器362施加轉矩以阻礙其旋轉並且產生阻力，它減少了潛水器350的滑行。作為替代，潛水器350中的內部電機可以轉動推進器以施加逆向推進。圖16B-16C中的另一種制動器具有可部署的翼片364。在圖16B中翼片364顯示為未部署，靠著潛水器350的側面裝配，允許它在水中滑行。當由於船舶30減速或停船而被激勵時，翼片364從潛水器350向外部署，如圖16C所示，使潛水器350的向前滑行減速。 翼片364以及本文公開的其他制動器的激勵能夠受控於船舶上的控制系統(未顯示)，它使用拖纜60與潛水器350通信。圖17A-17C顯示了潛水器350所用的第三種制動器，在未部署、部署和釋放條件下。這種形式的制動器使用可部署的浮錨366。一開始，浮錨366保持未部署，如圖17A所示，同時允許潛水器350隨著拖纜60滑行。例如，浮錨366能夠容納在潛水器350的端點中。當船舶30減速或停船時，然後浮錨366從潛水器350的端點部署，如圖17B所示，使潛水器350和拖纜60的向前滑行減速。一旦浮錨366部署，它就打開並尾隨在潛水器305之後，在水中被牽引時提供阻力。一般來說，浮錨366可以採取降落傘或圓錐體367的形式並且能夠由束縛索369拴住。 取決於負載，浮錨366可以具有孔或開口以允許有些水流過。一旦不再需要使潛水器350 減速，便能夠釋放浮錨366，如圖17C所示。在一種布局中，潛水器350可能僅有一個這樣的可部署浮錨366。當船舶30減速或停船時一旦部署以防止拖纜60向前移動，浮錨366能夠被釋放以允許潛水器350正常工作。不過，潛水器350也許無法防止減速或停船的另一事件。所以在其他布局中，潛水器 350能夠具有多個可部署浮錨366，它們能夠在需要時自動部署然後在使用後釋放，所以另一個這樣的浮錨366然後能夠後來在需要時使用。在潛水器350上也可以使用其他形式的制動器，在所附接的拖纜60朝著船舶向前運動的條件下使潛水器350的向前運動減速。例如，制動器360能夠包括展開的翼片、傘形結構、降落傘等。這些制動器特徵在被觸發時能夠從潛水器350延伸或部署，以停止潛水器 350和所附接的拖纜60向前運動。F.操縱拖纜相對於船舶的附加布置以上已經討論了被部署設備所用的制動器的若干實施例。除了這些實施例，其他布置也能夠用於所公開的系統以應對在突然減速或停船時拖纜60向船舶的滑行。在圖18A中，拖船30拖曳著拖纜60，具有浮錨332等的阻力產生裝置330拖在拖纜60的尾部。在船舶30上，張力設備342使用本領域公知的技術監視引入拖纜纜索65的張力。儘管張力取決於若干情況，但是它能夠以適當的設備直接檢測，它也能夠根據拖曳速度、拖纜長度、拖纜直徑和產生阻力的大小以及其他因素，以數學方式計算。無論如何獲得，張力級別都被發送到與拖纜60的捲軸344耦接的控制器340。如果由於船舶30不得不減速或停船而失去張力，那麼控制器340激勵捲軸344自動回收拖纜 60，速度為能夠維持所需的張力並且保持拖纜60避免前進到船舶30之下。在船舶30上能夠響起警報，使得拖纜60上安裝的設備必須快速出現在甲板時操作員能夠準備取下它們。為了回收拖纜60，也許需要首先通過釋放和分離先前討論的彎曲限制器(未顯示)從冰艉鰭50釋放拖纜纜索65。另外，操作員可能需要分離在艉鰭50與纜索65之間連接的任何拖索(未顯示)。在圖18B中，拖船30拖曳著拖纜60，具有浮錨332等的阻力產生裝置330拖在拖纜60的尾部。在船舶30上，控制器336使用本領域公知的技術，使用張力監視器(未顯示)或計算結果監視引入拖纜纜索65的張力。如果船舶30不得不減速或停船，那麼控制器336激勵在拖纜60的端點拖曳的逆向推進設備334。類似於先前的討論，這臺逆向推進設備334能夠包括推進器和電機、渦輪等。設備334—旦被激勵便產生逆向推進，它使拖纜60的向前運動減速或者至少降低其速率。取決於實施例的細節，比如拖纜60的重量、拖曳速度和其他因素，設備334要求的逆向推進可能需要高達75馬力。G.系統的部署布局因為拖船30在結冰水域拖曳地震陣列，地震勘測組件的部署優選情況下考慮了可能妨礙拖纜60和震源90的部署和回收的浮冰等的可能問題。正如先前指出(特別參考圖4A-4C)，該系統的部署和回收可以在拖船30離開嚴重冰情時進行。例如，在把纜索放入艉鰭50中並使多種組件淹沒之前，能夠正常部署地震系統。在典型的實施例中，拖纜60可能有幾千米長，在空曠處部署地震系統可能需要很大面積，在結冰區域可能有時找不到。所以，期望能夠在結冰區域的其他部分部署/回收所公開的地震系統，包括具有冰的部分。為了參考，圖19A顯示了通過不是完全無冰的結冰區域航行的拖船30。船舶30具有冰艉鰭50，從其能夠拖曳一個或多個震源和拖纜。船舶30在航行時可以破碎冰和/或將浮冰推開，所以狹窄的部署面積Z處於其尾跡中，該處可能相對無冰。當然，這取決於冰的充滿程度和它可能正在航行的方式。當條件允許時，優選情況下能夠在這樣的空曠面積Z中部署和回收拖纜60的陣列。所以，在結冰水域勘測的部署和回收技術優選情況下利用了這種潛在空曠的面積Z。以下的若干實例討論了在這樣的面積Z中能夠部署和回收的地震陣列的幾種形式。在圖19B中，第一種形式的地震陣列IlA使用來自艉鰭50的直接拖索62。這些拖索62利用端點上的掃雷器64部署。然後，具有傳感器70和被部署設備80的拖纜60能夠在空曠的面積Z中的水中部署，然後使用耦接66比如球鉸接合耦接到直接拖索62。這種布局能夠允許幾條拖纜60在船舶30的影區(shadow)中分開部署並單獨耦接到拖索62。為了參考，圖9C顯示了能夠用於所公開系統的掃雷器的實例M0。這個掃雷器MO 具有框架M4，保持著隔柵或浮動葉片M2，意在被拖曳時嵌入水中。因為掃雷器240支持著在水面以下拖曳的拖纜(60)，掃雷器240優選情況下懸浮。所以，掃雷器240能夠具有其上放置的或與其連接的浮力單元或浮子對6，意在使掃雷器240懸浮在預定深度。這個浮力單元246可能填充著泡沫等，它也可能包含本文公開的可填充的容積(如氣囊或空腔)以配置其浮力。另外，掃雷器240可以具有本文別處公開的可控的水翼(未顯示)，在掃雷器 240被拖曳時控制其深度。在圖9D中，概略地展示了具有浮力單元M6的掃雷器MO的動態。正如所期望， 掃雷器240在水中充當水翼或門板。重力作用牽引掃雷器MO向更大深度，流過的水作用在掃雷器MO的表面上，而拖索在與水相反方向牽引掃雷器M0。最後，浮力單元246作用保持掃雷器240在水中期望的深度。同時，必須應對掃雷器的幾何結構的布局和適當的力，
21使得掃雷器240被拖曳時在水中保持穩定並且不因為扭矩而扭曲和轉動。為了保持深度和穩定性，浮力單元246可以包括深度傳感器Ml、控制器245和浮力艙室M7。為了響應由深度傳感器Ml所檢測的超過期望水平的深度變化，控制器245能夠調整艙室M7的浮力以改變掃雷器的深度。例如，控制器245能夠操作閥門或泵243並能夠在充滿空氣的艙室247中進行充水或排水。在圖19C中，第二種形式的地震陣列IlB使用多臺可控潛水器80/85和具有傳感器70的拖纜60。為了實現三維操作，前端潛水器85的每一臺都獨立地拖曳拖纜60。拖索和拖纜纜索65將前端潛水器85連接到船舶30。每臺潛水器80/85的位置和深度都受控以保持用於地震勘測的拖纜60的適當排列的陣列。另外，受控的深度允許拖纜60避開水面的任何浮冰。一般來說，每臺潛水器80/85都能夠是自控水下潛水器(AUV)、遙控潛水器 (ROV)、遙控拖曳潛水器(ROTV)，或者某種其他適合的潛水器，取決於實施例。如果前端潛水器85是確實自控的水下潛水器(AUV)，那麼它們可以不被拖索或繩索附接到船舶30。由於彼此獨立，潛水器85也方便了操作期間拖纜60的部署和回收。例如，單臺潛水器85能夠將其拖纜60引導至其他拖纜60之下，並且能夠通過可能空曠的面積Z中拖纜 60陣列的中間將其提上。然後潛水器85能夠將其拖纜60拖上船舶30並避開其他拖纜60 以及拖索和纜索62/65。這將允許操作員分別地部署或回收拖纜60，甚至能夠允許維修拖纜60，同時所有其他拖纜60保留在水中。在結冰水域中使用潛水器85也有益，因為潛水器 85允許拖索62與常規情況下相比不那麼拉緊，而且結冰水域中不太拉緊的繩索62更適合應對操作期間與冰潛在的衝擊。圖19D和圖19E顯示了補充形式的地震陣列IlC和11D，它們使用拖纜60的外張布局。在圖19D中，在船舶30影區中，橫臂89從艉鰭50被部署在水下，並且幾條拖纜60 使用適宜的耦接裝置連接到橫臂89。然後使用沿著拖纜60的長度方向布置的一片或多片可控翼片或水翼87，這些拖纜60能夠從橫臂89向外張開。在圖19E中，每條拖纜60都單獨地從艉鰭50部署，以便它們部署在水下並在船舶 30的影區中。如同前面，使用沿著拖纜60的長度安置的一片或多片可控翼片或水翼87，這些拖纜60能夠從艉鰭50向外張開。為了參考，圖9E顯示了能夠被用於操縱拖纜60(即控制拖纜60的橫向位置)的可控翼片87a的透視圖。另外，圖9F顯示了能夠被用於控制拖纜60的深度(即垂直位置) 的可控水翼87b的側視圖。用於控制拖纜纜索的橫向或垂直位置的、可部署在纜索上具有翼片或水翼的這樣的設備的細節能夠在6，525，992 ；7, 092，315 ；7, 206，254和7，423，929 號美國專利中找到，其中的每一篇都在此引用作為參考。例如，在圖19D至圖19E系統中的這些可控翼片或水翼87可以是ION地球物理公司為了操縱拖纜而出品的DIGIFIN 拖纜操縱系統。它們也可以是ION地球物理公司為了控制被拖曳拖纜的深度而出品的DIGIBIRD 拖纜操縱系統。(DIGIBIRD是ION地球物理公司的註冊商標)。翼片或水翼87的控制以及傳感器70位置的確定可以使用控制系統40和可獲得的軟體執行。也能夠被使用的其他設備包括ION地球物理公司為了提供羅盤航向信息以及深度測量和控制而出品的Compass Bird拖纜系統。不僅如此，控制系統40和可獲得的軟體能夠控制各種翼片或水翼87避開冰山或大冰塊，它們可能恰巧在拖纜60陣列之上的水面漂過，並且其潛在的深度足以損壞潛行的拖纜60。儘管在圖19A至圖19E的布局中顯示了一具艉鰭50，但是船舶使用船舶30上的多具艉鰭50部署拖纜60也是可能的。使用多具艉鰭50能夠通過將拖纜60劃分在其布局中而幫助其部署和回收。儘管圖19B至圖19D和別處的布局顯示了單一震源，但是也可以使用多個震源。例如，圖19E顯示了一個震源90A，在船舶30之後拖曳的常規位置。另外，另一個震源90B被拖曳在拖纜60的張開陣列之後。這第二個震源90B能夠用於從拖纜60獲得反向讀數，它能夠有利於數據採集和分析。H.控制和定位系統圖19A至圖19E中的系統和本文別處公開的系統使用了控制系統40，它能夠使用海上地震勘測的常規特徵。例如，控制系統40能夠使用目前可用於無結冰水域中的常規海上地震勘測的拖纜技術控制拖纜60的橫向操縱。對於結冰區域，控制系統40能夠整合附加特徵，以處理與結冰水域有關的信息。例如，控制系統40能夠整合來自衛星圖象、航海圖、 天氣預報的信息以及其他信息，以便預測勘測區域的結冰厚度和發現給定區域中的冰間水衛星圖像可能是有限的，而浮冰以及冰山、大冰塊和其他障礙物的位置卻可能隨時間變化。所以，有幫助的將是保持跟蹤特定障礙物的位置並確定它們正在如何運動以及它們的運動會如何妨礙正在進行的勘測。所以，控制系統40也能夠使用分開的位置傳感器，它們被放置在地震勘測期間有可能威脅拖纜陣列的冰山或其他浮動障礙物上。正如圖19E的實例所示，位置傳感器42可以是電池操作的並能夠具有GPS接收機 44和通信接口 46。當位置傳感器42位於障礙物上時，可以廣播有關其位置的信息。例如， 當破冰船(未顯示)破碎勘測船舶30的前方的冰時，操作員可以把這些分開的位置傳感器 42放置在特定尺寸或深度的大冰塊或冰山上。然後，控制系統40使用與分開的位置傳感器的適宜通信連結，能夠跟蹤障礙物的運動。可以及時地跟蹤其運動以判斷它是否將妨礙當前正被地震船舶30所拖曳的拖纜 60的陣列。如果是這種情況，可以將拖纜60操縱離開或至更大深度以便保護。另外，可以長時間跟蹤障礙物的運動，因而當在繪製中拖纜60被拖曳返回此區域時，控制系統40能夠知道障礙物的位置。取決於障礙是否已經移動到了計劃的勘測路徑上，操作員能夠改變地震船舶30的路線以避開障礙物的已知位置。1.使用可控制被部署設備的系統正如先前指出，可控的被部署設備80能夠在拖纜60的尾端上用於控制拖纜60的位置。同樣如先前指出，設備80能夠包括沒有推進系統但是具有可控的翼片的遙控拖曳潛水器(R0TV)。圖20A展示了海上地震勘測系統12A的側面圖，在拖纜60的尾端具有遙控拖曳潛水器(ROTV)400作為可控設備。ROTV 400在拖纜60的末端被拖曳在水面以下。這種 ROTV 400也具有GPS接收機412，一旦使ROTV 400上升到水面就能夠獲得GPS讀數。圖20B展示了另一個海上地震勘測系統12B的平面圖，其在拖纜60的多個位置具有ROTV 400。在這個系統中，在拖纜60的頭部拖曳前端ROTV 400A，而在拖纜60的末端拖曳尾端ROTV 400B。前端ROTV 400A由離開船舶艉鰭50的拖索62和拖纜纜索65連接。如果期望，甚至可以在沿著拖纜60的中間位置部署中間R0TV(未顯示)。
為了實現三維(或者甚至2-D或4-D)操作，前端ROTV 400A的每一個都單獨地拖曳拖纜60。拖索和拖纜纜索62/65將ROTV 400A連接到船舶的艉鰭50。在勘測期間，能夠控制每個ROTV 400A-B的位置和深度以維持適宜排列的拖纜60的陣列用於地震勘測。另外，受控的深度允許拖纜60避開水面上的任何浮冰。使用沿著拖纜60的前端和尾端位置中的ROTV 400A-B能夠便利拖纜60的部署和回收。例如，因為彼此獨立，個別ROTV 400A-B能夠將其拖纜60引導到其他拖纜60之下， 並且能夠通過船舶30之後可能空曠的面積中拖纜60陣列的中間將其提上。然後能夠將拖纜60拖上船舶30並避開其他拖纜60和拖索62。這將允許操作員分別地部署和回收拖纜 60，甚至能夠允許維修拖纜60，同時所有其他拖纜60保留在水中。如在圖20A的系統中在拖纜60的尾端上使用單個的ROTV 400也可以實現同樣形式的部署和回收。2. ROTV 的細節圖21A-21B更詳細地顯示了遙控拖曳潛水器(ROTV) 400 —個實施例。一般來說， 這種ROTV 400是混合類型的設備，合併了 ROV、AUV和滑行艇的元件。ROTV 400的一個適合實例是 MacArtney Underwater Technology Group 出品的 TRIAXUS Towed Undulator。為了拖曳ROTV 400，具有電源線和通信線的拖曳纜索(未顯示)連接到中心箔片 427的前沿49。如圖所示，ROTV 400具有四個管柱410，在其前部被箔片420/425互連，在其尾部被薄片430互連。箔片420/425和薄片430為水翼形狀。中心箔片425互連前端箔片420並支撐ROTV 400前部的水平杆427。這些中心箔片425幫助ROTV 400保持在其翻滾方向上的水平穩定。尾部薄片430是可控的，利用上下薄片430A-B控制俯仰，而左右薄片430C-D控制偏航角。每個管柱410中安裝的四臺傳動裝置即電動機(未顯示)移動這些薄片430A-D 以控制ROTV 400被拖曳時的俯仰和偏航角。管柱410具有若干分割間412用於保存除用於薄片430A-D的電動機、齒輪以及位置傳感器外的各種組件。例如，這些分割間412可以具有以下討論的GPS接收機、慣性導航系統、深度傳感器、俯仰傳感器、翻滾傳感器、航向傳
感器等。在水平薄片430A-B被拖曳的同時，產生向上和向下的力以垂直地移動ROTV 400， 同時垂直薄片430C-D產生右舷的和左舷的力以水平地(橫向地)移動ROTV 400。典型情況下，ROTV 400將以中立位置被拖曳，其中薄片430被間歇地調整以保持ROTV 400姿態不變。某些情況，比如上升到水面，將要求薄片更迅速的運動，尤其是被連接到拖纜時。ROTV 400的制動能夠使用某些先前討論的技術。作為補充或作為替代，薄片430可以向內或向外轉動以增加ROTV被拖曳時的阻力。3.用於ROTV、INS和GPS的控制系統圖22示意地展示了控制系統500的若干元件，用於控制若干可控潛水器(如ROTV 400)並且當它們在本公開的海上地震系統中被拖曳時確定其位置。正如先前指出，拖船上的主控制系統510具有主GPS接收機520，用於獲得GPS讀數。如同前面，這種控制系統 510可以是儀器控制系統，比如ION地球物理公司出品的Orca 。控制系統510與(或整合了)控制單元530接口，它控制和監視著陣列中拖纜使用的各種潛水器(如R0TV)。用於圖21A-21B中ROTV 400的適宜控制單元530的實例是TRIAXUS ROTV所用的頂側單元。控制單元530由通信線和電源線532連接，與可控潛水器MO(它可以是圖21A-21B中的ROTV 400)上的本地控制器550接口。控制器550從設備的傳感器560向控制單元530傳達傳感器數據。控制單元530在連接到主控制系統510中的導航信息之後， 將導航指令發回到控制器陽0，它適當地操作各臺翼片電動機570。導航可控潛水器540可能既涉及實時控制又涉及預編程的航線。控制器550與該設備的集成傳感器560通信並向薄片的電動機570傳播。控制設備540的集成傳感器560包括深度傳感器、俯仰傳感器、翻滾傳感器和航向傳感器。深度可以用壓力傳感器測量，而俯仰和翻滾可以用雙軸傾角儀測量。偏航角即航向可以使用磁通量羅盤測量，並且還可以使用高度計。除了集成的傳感器560，控制器550還可以連接到位置傳感器，它們監視電動機和薄片以對這些薄片的位置保持跟蹤以便反饋到控制單元530。所有這些集成的傳感器(即俯仰、翻滾、航向和電動機位置)都對控制系統510提供了反饋，以便控制薄片以引導可控潛水器540並阻止其翻滾。除這些傳感器以外，可控潛水器540上的控制器550還與GPS接收機580通信。正如先前指出，當可控潛水器540上升到水面時，GPS接收機580的天線能夠暴露在水面之上以獲得GPS讀數。然而，這樣的讀數只能期望間歇地形成。當可控潛水器540在結冰或有障礙的水域中使用時，很可能在浮冰下被拖曳連續幾個小時或甚至幾天，然後它才能重新浮出水面以獲得GPS讀數。所以，可控潛水器540還具有慣性導航系統(1賂)設備590，用於在利用GPS接收機580的直接GPS讀數之間確定可控潛水器540的位置。一般來說，INS設備590可以使用本領域公知的組件，比如處理器、加速度計和陀螺儀。INS設備590使用航位推算技術連續地確定可控潛水器540的位置、朝向、方向和速度。取決於可控潛水器540必須以這種方式使用航位推算的時間多長，INS設備590的加速度和角速度測量的固有漂移誤差變得日益放大。所以，優選情況下導航由定期的GPS讀數校正。即使具有每小時幾分之一海裡的位置誤差和每小時零點幾度的朝向誤差，如果可控潛水器540必須長期保持在水面之下，INS設備590測定中的誤差也可能不容忽視。下面的討論介紹了反饋循環，它能夠被用於校正INS設備590的測定。4.控制循環圖23顯示了導航反饋循環600的實例，用於確定可控潛水器(如圖22的M0)位置，比如R0TV，以及校正該位置。在循環600中一開始，可控潛水器540使用它的GPS接收機580獲取直接的GPS讀數(方框60 。當可控潛水器540以上的區域沒有浮冰或其他障礙時完成這項任務。在可控潛水器540再次潛入水中之後，INS設備590和控制系統510開始確定可控潛水器540被拖曳時的位置(方框604)。完成這項任務的方式為從GPS讀數獲得起始位置或定位，並且測量方向、速度和時間以便使用航位推算技術計算可控潛水器540 從該起始位置向前行進的位置。遺憾的是，這種形式的慣性導航不是精確的並且隨著時間的流逝漂移誤差在累積。只要漂移誤差足夠低，這種慣性導航就能夠繼續。在某點處，控制系統510判斷漂移誤差是否已經超過了根據實施例的某個可接受的範圍(方框606)。如果沒有超過，那麼控制系統510就能夠繼續航位推算(方框604)直到該漂移誤差太大。一旦漂移誤差大了(由於航位推算時期長、勘測速度快、勘測距離長或這些的組合)，控制系統510就試圖校正此誤差，不是通過將可控潛水器540重新浮出水面以獲得固
25定設備MO的位置的新GPS讀數，就是通過將INS設備的航位推算與來自船舶主導航系統的反饋整合。所以，控制系統510根據手工輸入或可控潛水器540上的傳感器(聲納、冰斷面儀、音響測深儀等)判斷設備540是否能夠升到水面(決策608)，以便獲得另一個GPS讀數以固定設備的位置(方框60 以重複該過程。如果可控潛水器540不能上升到水面，那麼控制系統510就使用船舶的船載GPS 接收機580獲得GPS讀數(方框610)。這種GPS讀數給出了拖船的位置。作為另外補充， 系統510從各臺水中設備(即可控潛水器M0、拖纜、傳感器等)獲得數據(方框61幻。這種數據能夠用於確定可控潛水器MO的相對位置。例如，圖M顯示的系統620A具有拖纜60，其上定位的若干傳感器70使用船舶30 的GPS讀數(χ)、已知的傳感器位置(Y1-Y5)、沿著拖纜60已知的可控潛水器位置(Y6)和各種羅盤航向確定拖纜的形狀。如圖所示，拖纜60上傳感器70和可控潛水器540的有關數據(包括它們在拖纜60上的每個位置(Y)、由磁偏角所校正的羅盤讀數等)能夠被用於估計拖纜60上若干點的位置並導出拖纜的形狀。所有這些數據與使用船載GPS接收機580 的船舶GPS讀數(X)結合，能夠與來自INS設備(590 ；圖23)的位置數據整合以校正其漂移誤差。作為替代，聲學定位技術能夠連同使用船載GPS接收機580的GPS讀數用於校正 INS設備的漂移誤差。例如，如圖25中系統620B-C所示，所顯示的執行聲學交叉聯結的聲學系統的不同布局能夠被用於確定拖纜的位置。另外，如圖26的系統620D所示，獲得短基線的方式可以為使用船舶30上的換能器T1朝著拖纜60尾端向可控潛水器540上的傳感器541發出「砰」以確定其位置。同樣，獲得長基線的方式可以為使用海床上的一臺或多臺其他換能器T2 (長基線系統需要最少兩臺換能器)向可控潛水器540上的傳感器541發出 「砰」以確定其位置。最後，甚至來自可控潛水器MO的控制傳感器讀數和由控制單元530 向可控潛水器540導向的運動也能夠與船載GPS讀數(X)整合，以確定可控潛水器MO的位置。能夠使用這些和本領域可得到的其他技術。無論INS設備的位置如何與來自其他導航組件的反饋整合，控制系統510都校正了可控潛水器的航位推算位置(見圖23中的方框614)，使得系統能夠繼續使用漂移誤差不大的INS設備590。只要可控潛水器540保持淹沒在水面之下，航位推算和校正漂移誤差的整個過程就可以繼續。最終，要是條件允許，可控潛水器540被導向水面以獲得直接GPS 讀數來固定其位置(圖23中的方框60 。當可控潛水器540在進一步的勘測中保持潛水時，這個新GPS讀數為航位推算和校正提供了新的起始點。I.處理有障礙水域中的噪聲當在有障礙水域中尤其在結冰區域中勘測時，來自船舶的衝擊能夠使獲得的地震數據複雜化。在圖27中，又一個海洋地震勘測系統650再次具有如同先前的冰艉鰭50和水平震源90，儘管可以使用本文公開的其他組件。這個系統650記錄了破冰船20在勘測期間航行以及破碎積冰和衝擊浮冰的事件。對傳感器70獲得的結果地震數據的處理然後可以使用所記錄的事件，它們包括破冰和衝擊。簡要地說，系統650具有地震記錄儀750，它可以包括常規的硬體，以記錄拖纜60上傳感器70所獲得的海上地震數據。另外，系統650具有在破冰船20的船體上的冰衝擊記錄儀760，儘管在拖船30上也可以包括一臺。同時參考圖觀討論圖27中系統650的操作。在使用時，系統650在結冰區域獲得地震數據並考慮到在拖曳拖纜60時可能發生的冰衝擊事件。不尋常的是，操作員利用拖船30拖曳具有傳感器70的拖纜60 (方框702 ；圖觀)。在拖船30的前方，破冰船20可以破碎積冰並轉移浮冰以便為拖船30通行開創一片水域。作為替代，拖船30可以被單自使用並可以自行破碎和轉移冰。無論如何，冰衝擊記錄儀760都記錄了拖纜60正被拖曳時的冰衝擊事件(方框704)。在響應中，冰衝擊記錄儀760記錄了被檢測事件的信息用於後期分析(方框706)。拖曳操作自始至終都重複這個過程。正如圖四示意地顯示，地震記錄儀750具有沿著拖纜分布的傳感器70、GPS設備 754和記錄設備756。當它記錄地震數據時，記錄設備756還從GPS設備7M獲得位置和時間信息，並記錄該信息作為地震記錄的一部分。如何記錄並存儲地震數據可以使用本領域公知的常規實踐。最終，地震記錄儀750能夠耦接到控制系統(40)，比如計算機系統等，它能夠處理和分析地震記錄。正如圖30示意地顯示，冰衝擊記錄儀760具有傳感器762、GPS設備764和記錄設備766。傳感器762能夠使用一臺或多臺加速度計、慣性傳感器、檢波器等，它們至少能夠檢測出船舶的船體與冰之間衝擊的頻率和持續時間。所以，傳感器762被聲學地耦接到或安裝到船舶的船體上。對它們說來，GPS設備764和記錄設備766可以是常規的組件。記錄衝擊事件時，記錄設備766記錄數據流或離散數據點。正如圖31的代表性表格765所示，例如，衝擊記錄儀(760)能夠記錄在操作期間出現的衝擊數據點的時間、位置(即GPS坐標)、 頻率和持續時間。這種數據然後被存儲以備後期使用。積冰被破碎時可能產生高保真度的震源用於地震勘測。由於船舶速度、冰厚度等的差異，所以每個冰衝擊事件將是不同的(即具有不同的特徵)。然而，衝擊記錄儀760能夠指示冰何時被碰撞/破碎，而所記錄的GPS數據能夠指示相對於每臺地震傳感器(它們的位置也已知)冰在何處何時被破碎。以這種方式，冰衝擊記錄儀760的數據本質上刻畫了冰衝擊事件的特徵，允許這些事件被數學地模型化用於後期分析和處理。返回該操作(圖觀)，系統650(圖27)根據設定的程序同時操作震源90的氣槍， 同時衝擊記錄儀760記錄任何衝擊事件(方框708)。在操作震源90時，例如，震源元件即氣槍91可以在拖船30保持預定航程時每隔50米被激發一次。響應地震能量，拖纜60上的傳感器70檢測出結果地震數據(方框710)，而地震記錄儀750記錄所獲得的地震數據 (方框712)。激發和記錄在拖曳操作自始至終被重複並能夠遵循本領域公知和使用的執行海上地震勘測的習慣操作。簡要地說，系統650能夠產生如圖32圖解地顯示的數據流770，其中系統650能夠如在772處表示的每25秒激發一次氣槍。典型情況下，處理數據時，控制系統GO)通常僅僅在每次激發772隨後的收聽周期774(如18秒)期間才處理數據。然而， 典型情況下地震記錄儀(750)在勘測期間記錄了全部數據。所以，為了考慮到衝擊事件776 尤其是在常規監聽周期774之外發生的那些事件，控制系統00)可以調整監聽周期774以考慮到處於常規周期774之外潛在的冰衝擊事件776。最後，在拖曳操作已經完成之後，控制系統00)處理結果數據，包括利用拖纜60 獲得的地震數據和利用衝擊記錄儀760獲得的數據(方框714)。圖33以圖形顯示了海上地震系統650所記錄地震數據的代表性振幅響應780。顯示了由氣槍震源(90)產生的第一振幅響應782，以及由冰衝擊事件產生的第二振幅響應184。呈現這些響應782/784僅僅為了展示目的，而非試圖表示所獲得的實際數據，典型情況下它們可能具有複雜得多的性質， 不適於本文的表達。實際上，所記錄的振幅響應780將不具有如代表性地顯示的兩個分開的響應782/184。相反，地震傳感器(70)將記錄兩個響應的波形之和。所以，控制系統00) 反褶積兩個振幅響應782/784以便能夠適宜地分析地震記錄。在處理的這一點上，操作員能夠判斷是否使用冰衝擊事件作為記錄的地震數據中的地震源(方框716)。首先，為冰衝擊事件記錄的數據被連接到由傳感器70所記錄的地震記錄。因為所記錄的衝擊數據提供了冰衝擊事件的特徵，所以在地震記錄中這些事件作為地震源的影響能夠從地震記錄被濾出，以產生基本上僅僅與使用氣槍震源有關而與冰衝擊事件無關的數據。不僅如此，知道了冰衝擊事件的特徵，就能夠使用冰衝擊事件作為被動地震源，實際處理地震記錄，潛在地給予該分析另外的信息和解析度以刻畫海底地層的特徵。例如，如果在地震記錄的給定區域中已經發生了足夠的有用衝擊事件，操作員可能希望使用這些事件作為產生地震數據的高保真度震源以刻畫地層的特徵。不過，如果這些事件不是有用的，操作員可以選擇減去或除掉由於冰衝擊事件所產生的那部分地震數據。根據情況不同，能夠在所關注的一部分或多部分地震記錄上或者整個記錄上，選擇使用或不使用冰衝擊事件。例如，如果已經發生了持續時間和頻率足夠的多個冰衝擊事件，控制系統00)能夠在地震數據中隔離這些事件並實際上使用它創建地震記錄，其中冰衝擊事件用作被動震源。在這種情況下，操作員可以選擇使用冰衝擊事件，並且控制系統GO)能夠數學地模型化這些事件作為高保真度震源(方框218)。這是有可能的，因為控制系統00)能夠根據由衝擊記錄儀(760)記錄的GPS數據和時間戳，精確地判斷冰衝擊事件在何時何處發生。每個獨立冰衝擊事件的頻譜都能夠被模型化，然後用作地震數據中的震源。只有那些具有顯著振幅、頻率和持續時間的衝擊才可能被關注，用作地震數據的高保真度震源。冰衝擊事件的特徵將根據許多變量而變化。只要控制系統00)知道了衝擊在何時何處發生，連同衝擊事件的特徵(即頻率和持續時間)，那麼控制系統GO)就能夠使用該衝擊事件，仿佛是地震勘測的震源。然後， 使用由氣槍震源90以及冰衝擊事件作為附加的被動震源產生的正規地震數據，控制系統 (40)就能夠使用公知的處理技術分析該地震數據以刻畫地層的特徵(方框720)。如果操作員選擇不使用冰衝擊事件，就使用控制系統G0)數學地模型化這些事件(方框72 ，並且使用噪聲衰減例程從地震記錄中除去這些事件的數據(方框724)。然後，使用由濾除了冰衝擊事件的氣槍震源90產生的正規地震數據，控制系統00)就能夠使用公知的處理技術分析該地震數據以刻畫地層的特徵(方框720)。優選的和其他實施例的上述說明並非試圖限制或約束申請人所構思的本發明概念的範圍或應用能力。本公開的教導能夠應用到結冰或有障礙水域中以及正常海上地震條件下的2-D、3-D和4-D地震勘測。不僅如此，連同本文公開的一個特定實施例、實施或布局所討論的若干方面和技術能夠用於或結合在本文公開的其他實施例中討論的方面和技術。 作為公開本文包含的發明概念的交換，本申請人主張附帶權利要求書提供的一切專利權。 所以，附帶權利要求書意在包括一切修改和改變到最大程度，使它們出現在以下權利要求書或其等效內容的範圍之內。
權利要求
1.一種有障礙水域的海上地震勘測裝置，所述裝置包括安裝在船舶上的艉鰭，所述艉鰭定義了在所述船舶的水線以下延伸的至少一條通路， 所述至少一條通路保護從所述船舶通到所述水線以下的海上地震系統的一條或多條纜索。
2.根據權利要求1的裝置，其中，所述艉鰭包括在所述水線以下布置其上並連接到所述海上地震系統的一條或多條拖索的一個或多個拖曳點。
3.根據權利要求2的裝置，其中，所述艉鰭包括布置在其末端上的底面，所述底面具有所述一個或多個拖曳點。
4.根據權利要求1的裝置，其中，所述艉鰭臨時地或永久地被固定到所述船舶的船體。
5.根據權利要求1的裝置，進一步包括從所述船舶部署的所述海上地震系統的至少一個震源，所述至少一個震源具有至少一條震源纜索作為所述海上地震系統的一條或多條纜索之一，並且其中所述艉鰭保護在所述至少一條通路中的至少一條震源纜索。
6.根據權利要求5的裝置，其中，所述艉鰭包括在所述水線以下布置其上並連接到支持所述至少一個震源的拖索的至少一個拖曳點。
7.根據權利要求5的裝置，進一步包括在所述水域中支持所述至少一個震源的漂浮設備。
8.根據權利要求7的裝置，其中，所述漂浮設備包括多個浮標，所述多個浮標連接到所述至少一個震源並在水面以下拖曳。
9.根據權利要求7的裝置，其中，所述漂浮設備在水面以下拖曳並包括至少一個可填充用於浮動控制的體積。
10.根據權利要求1的裝置，進一步包括從所述船舶部署的至少一條拖纜，所述至少一條拖纜具有至少一條拖纜纜索作為所述海上地震系統的一條或多條纜索之一，並且其中所述艉鰭保護在所述至少一條通路中的所述至少一條拖纜纜索。
11.根據權利要求10的裝置，其中，所述艉鰭包括在所述水線以下布置其上並連接到支持所述至少一條拖纜的拖索的至少一個拖曳點。
12.根據權利要求10的裝置，進一步包括布置在所述至少一條拖纜上的被部署設備， 所述被部署設備控制所述水域中的所述至少一條拖纜的至少一部分的位置。
13.根據權利要求12的裝置，其中，所述被部署設備包括布置其上用於獲取全球定位系統信息的接收機。
14.根據權利要求12的裝置，其中，在第一條件下運行的所述被部署設備在水面以下拖曳，而在第二條件下運行的所述被部署設備在水面附近拖曳。
15.根據權利要求12的裝置，其中，所述被部署設備包括布置在所述至少一條拖纜的末端上並且在所述水域中橫向和垂直位置中可控的潛水器。
16.根據權利要求10的裝置，其中，所述至少一條拖纜包括在布置其上的被部署設備， 所述被部署設備包括被所述至少一條拖纜拖曳通過所述水域時產生阻力的元件；以及具有用於獲取全球定位系統信息的接收機的浮標，所述浮標由束縛索從所述元件延伸到水面。
17.根據權利要求1的裝置，其中，所述艉鰭包括後沿，並且所述艉鰭的所述至少一條通路定義了所述後沿中的至少一條開放通道。
18.根據權利要求17的裝置，進一步包括將所述一條或多條纜索之一保持在所述至少一條通路中的限制器。
19.根據權利要求18的裝置，其中，所述限制器附接到所述一條纜索，並且鬆弛索從所述限制器出來並穿過所述至少一條通路，所述鬆弛索拖拉所述限制器，使所述一條纜索的至少一部分穿過所述至少一條開放通道進入所述至少一條通路中。
20.根據權利要求1的裝置，進一步包括從所述艉鰭以垂直定向延伸的震源，所述震源具有布置其上的多個震源元件；並且其中所述裝置包括檢測所述震源元件相對於所述垂直定向的角定向的傳感器；以及根據所述檢測的角定向控制所述震源元件啟動的控制器。
21.根據權利要求1的裝置，其中，所述艉鰭包括 具有所述至少一條通路中第一條通路的第一導管；具有所述至少一條通路中第二條通路並被開放空間與所述第一導管分離的第二導管；以及連接到所述第一和第二導管並連接到所述船舶船體的底面。
22.根據權利要求21的裝置，進一步包括具有單一螺旋槳和龍骨的船舶，所述第一和第二導管從所述船舶的船艉延伸到底面並被布置在所述單一螺旋槳的任一側，所述底面連接到所述龍骨。
23.根據權利要求1的裝置，進一步包括具有至少兩個螺旋槳的船舶，所述艉鰭在所述至少兩個螺旋槳之間從所述船舶的船艉延伸。
24.一種有障礙水域的海上地震勘測裝置，所述裝置包括 至少一個震源，從船舶在水面以下拖曳，並產生地震震源信號；至少一條拖纜，從所述船舶在水面以下拖曳，並檢測所述地震震源信號；以及布置在所述至少一條拖纜上的至少一臺可控設備，所述至少一臺可控設備具有在所述水域中相對於水面可控的垂直位置，所述至少一臺可控設備具有當被定位在至少水面附近時獲取全球定位系統信息的接收機。
25.一種有障礙水域的海上地震勘測裝置，所述裝置包括 至少一個震源，從船舶在水面以下拖曳，並產生地震震源信號；至少一條拖纜，從所述船舶在水面以下拖曳，並檢測所述地震震源信號；以及能潛水的漂浮設備，在水面以下拖曳，並將所述至少一個震源支持在所述水域中一水平處。
26.一種有障礙水域的海上地震勘測裝置，所述裝置包括被部署設備，布置在在水面以下拖曳的地震拖纜的末端，所述被部署設備當被所述地震拖纜拖曳時產生阻力；具有用於獲取全球定位系統信息的接收機的浮標，所述浮標從所述地震拖纜的所述末端延伸到水面；以及將所述浮標連接到所述地震拖纜的末端並由於張力可斷裂的耦接裝置。
27.一種有障礙水域中的海上地震勘測方法，所述方法包括 使用至少一條拖纜纜索從船舶部署至少一條拖纜； 在水面以下拖曳所述至少一條拖纜；使用至少一條震源纜索從所述船舶部署至少一個震源； 在水面以下拖曳所述至少一個震源；以及保護在從所述船舶延伸到水面以下的至少一個導管中的所述至少一條拖纜纜索和所述至少一條震源纜索的通路。
28.根據權利要求27的方法，其中，保護包括將所述至少一條拖纜纜索和所述至少一條震源纜索布置在從所述船舶的船艉延伸的所述至少一個導管中。
29.根據權利要求觀的方法，其中，布置包括在所述至少一條拖纜纜索上部署限制器並將所述限制器和所述至少一條拖纜纜索拖入到所述導管的開放沿中。
30.根據權利要求觀的方法，其中，布置包括在所述至少一條震源纜索上部署限制器並將所述限制器和所述至少一條震源纜索拖入到所述導管的所述開放沿中。
31.根據權利要求27的方法，其中，拖曳所述至少一條拖纜包括利用所述至少一個導管上布置的拖索將所述至少一條拖纜支持在水面以下。
32.根據權利要求27的方法，其中，拖曳所述至少一個震源包括利用所述至少一個導管上布置的拖索將所述至少一個震源支持在水面以下。
33.根據權利要求27的方法，其中，拖曳所述至少一個震源包括 利用漂浮設備支持所述至少一個震源；以及在水面以下拖曳所述漂浮設備。
34.根據權利要求27的方法，其中，部署所述至少一條拖纜包括 從所述船舶部署多條拖索；以及使用所述拖纜上部署的可控設備控制所述拖纜的橫向和垂直位置。
35.根據權利要求27的方法，進一步包括通過控制拖纜之一相對於其他拖纜的橫向和垂直位置將該拖纜回收到所述船舶上。
36.根據權利要求27的方法，其中，拖曳所述至少一條拖纜包括使用在所述至少一條拖纜的末端上部署的可控設備，至少控制所述至少一條拖纜的垂直位置。
37.根據權利要求36的方法，進一步包括 移動水面附近的所述可控設備的橫向位置；以及利用水面附近的所述可控設備上的全球定位系統接收機獲得全球定位系統信息。
38.根據權利要求37的方法，進一步包括當所述可控設備的垂直位置離開水面時，根據所述全球定位系統信息推測所述至少一條拖纜的位置。
39.一種海上地震勘測系統，包括第一傳感器，聲學地耦接到至少一艘船舶的船體並獲得衝擊信息； 位置設備，被布置在所述至少一艘船舶上並獲得位置信息；第一記錄儀，操作地耦接到所述第一傳感器和所述定位設備並記錄第一信息，所述第一信息包括冰衝擊所述船體的衝擊信息、位置信息和時間信息；震源，可拖曳在所述至少一艘船舶後的水中並產生地震震源信號； 至少一個傳感器，可拖曳在所述至少一艘船舶後的水中並檢測地震能量；以及第二記錄儀，操作地耦接到所述至少一個傳感器並記錄第二信息，所述第二信息包括檢測到的地震能量、位置信息和時間信息，其中，所述第一和第二信息一起被處理以產生地震記錄。
40.一種海上地震勘測方法，包括 檢測對至少一條船舶的船體的冰衝擊事件； 記錄檢測到的冰衝擊事件；利用所述至少一艘船舶後拖曳的震源產生地震震源信號； 利用所述至少一艘船舶後拖曳的至少一個傳感器檢測地震能量；以及根據檢測到的地震能量記錄地震記錄。
41.根據權利要求40的方法，進一步包括從所述地震記錄濾出記錄的冰衝擊事件。
42.根據權利要求40的方法，進一步包括 從所述地震記錄分離出記錄的冰衝擊事件；以及使用分離後的冰衝擊事件作為地震數據。
全文摘要
艉鰭安裝在拖船的船艉並延伸到水線以下。艉鰭中的通道保護從所述船舶部署的用於地震系統的若干拖纜和震源的纜索。艉鰭上的若干拖曳點位於水面以下並連接到拖索以支持所述拖纜和震源。漂浮設備支持所述震源並在水面以下拖曳以避開浮冰。所述拖纜能夠具有部署其上的潛水器以控制所述拖纜上的位置。為了便於定位所述拖纜，沒有浮冰時，能夠將所述拖纜上的這些潛水器升到水面，以便能夠獲得GPS讀數並將其傳遞到控制系統。在獲得了讀數後，這些潛水器能夠浮回水面之下。部署、使用和回收系統時解決了結冰區域中水面的冰。另外，處理地震記錄時能夠解決由冰衝擊事件產生的噪聲。
文檔編號G01S3/80GK102405419SQ201080017371
公開日2012年4月4日 申請日期2010年3月9日 優先權日2009年3月9日
發明者C·施奈德, D·蘭伯特, J·R·加格利爾迪, J·W·庫恩凱爾曼, M·伯恩哈姆, S·賴斯, T·A·達德利 申請人:離子地球物理公司