用于基于陆地的地震数据采集的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于基于陆地的地震数据采集的方法和装置
[0001]本申请是国际申请日为2004年9月21日的、名称为“用于基于陆地的地震数据采集的方法和装置”的发明专利申请N0.200480042443.1 (PCT/US2004/030870)的分案申请。
【背景技术】
[0002]本发明涉及地震勘探的领域。特别地，本发明涉及一种用于地震勘探的方法和装置，特别地涉及一种完备的基于陆地(land-based)或可在海中部署的地震检波器系统。
[0003]地震勘探通常利用一个地震源来生成一个传播进地球并被地下地震反射层(即在以不同弹性为特征的地下岩性或流体层之间的界面)部分反射的声信号。由位于地表或其附近的地震接收机探测并记录该反射的信号(被称为“地震反射”)，从而形成一个地下的地震勘测。因此能够处理记录的信号或地震能量数据以得出与岩性的地下地层有关的信息，并将这种特征识别为例如岩性的地下地层边界。
[0004]通常，地震接收机被排列成一个阵列，其中该阵列由均由接收机串组成的一行测量站组成，所述接收机是为了从接收机线之下的地震剖面中记录数据而排列的。对于在较大区域中的数据以及对于地层的三维表示，可以并排地设置多个单行的阵列，以便形成接收机的网格。通常，远距离地设置或分散测量站及其接收机。在例如陆地地震勘探中，可以以空间上多样化的方式，例如其中每条线延续5000米、接收机间隔25米并且相邻行间距500米的典型网格配置，来部署成百上千的被称为地震检波器的接收机。
[0005]通常，在单个双绞线上，以串并联组合连接几个接收机，以形成用于一个测量站的单个接收机组或信道。在数据收集处理期间，数字化来自每个信道的输出并为后续分析而记录。依次的，通常将接收机组连接到电缆，其用于与所述接收机通信并向通常被称为“仪器车”的位于中心位置的记录仪传输收集到的数据。更具体地说，当在陆地上实施这种勘测时，使用电缆遥测(cable telemetry)在各个接收机、测量站以及仪器车之间传输数据。其它系统使用无线的方法来传输数据，以便各个接收机和测量站并不相互连接。还有其它系统在每个测量站临时保存数据，直到该数据被提取。
[0006]如在本说明书的各处所使用的，“基于陆地地震系统”将包括用于海岸过渡带例如浅滩或沼泽中的地震系统。关于大多数基于陆地地震系统的操作，现有技术通常需要一些外部生成的控制命令以便启动和获得用于每个爆破的数据，引起保存的地震数据被发送回仪器车并引起任何其它数据例如质量控制数据被发送回仪器车。这样，地震接收机单元必须或者物理上连接到中央控制记录站，或者是通过无线技术可连接的。如上所述，那些熟悉技术的人将理解某些环境可能向连接和控制地震的传统方法提出极端的挑战，例如拥塞的或海洋的环境，崎岖的山地环境以及丛林或偏远的沙漠位置。在互相连接的硬布线的接收机阵列必须定期地移动以覆盖较大区域的情况下，还可能发生困难。
[0007]无论什么情况，每种连接，不管经由物理电缆或通过无线技术，都有其自身的缺点。在电缆遥测系统中，大阵列可能导致大量昂贵的并且难以处理、部署或操作以及维修的导电电缆。在以极端或腐蚀条件为特征的恶劣环境例如咸水、炙热、砂质荒漠或植被蔓生的潮湿丛林中，可能需要昂贵的电缆铠装。而且，传统的布线还需要在电缆和传感单元之间的物理连接。由于这对连接到电缆的硬布线接收机串来说，通常是不实际的，更传统的技术是在接收机串和遥测电缆(telemetry cable)之间使用外部布线和连接器。在电缆和传感器之间的所述连接点尤其容易被损坏，特别是在极端或腐蚀环境中。当然，对于在物理上用电缆连接在一起的系统，更容易向测量站/单元提供电源，以使数据采集与爆破时间同步，来进行质量控制检查并且另外的控制所述单元。
[0008]应当注意无论是布线的或无线的系统，现有技术的地震记录系统使接收机组件(即地震检波器)与所述单元的无线电控制组件和/或记录组件相分开，以至于所述单元可以提供任何机载的记录。迄今为止，传统上认为在现有技术中，以此方法可以最大化地震检波器与地球耦合。在这些现有技术系统中，需要外部布线将一个单元的地震检波器组件与该单元的记录和/或无线电遥测组件相连接。因而，当使一个独立单元的各种组件部分用电缆相互连接时，上述的由共同布线系统单元而产生的许多缺点同样存在。
[0009]在使用无线技术或者单元及其传感器的操作是通过预先编程的情况下，控制并监视该单元及传感器变得更加困难。例如，由于如上所述各个传感单元并未用导线连接，确保记录与爆破时间同步是至关紧要的。因此，如上所述，需要精确的机载时钟。关于这一点，在适当的时间触发用于传感和记录的每个单元必须与爆破一致。一种普通的在这方面的现有技术是利用一个从控制台发送来的命令信号接通系统，启动传输从先前的爆破中保存的数据并启动对当前的爆破收集数据，其被临时写入存储器中直到在下一次爆破时被发送回控制台。
[0010]确保单元有足够的功率迄今为止同样受到关注。许多现有技术专利专注于在数据采集/记录期间接通传感器并且在休眠间隔期间给传感器断电的技术和装置。
[0011]在美国专利第6，070，129号中讲述了一种表示现有技术的基于陆地系统，其是关于来自多个采集单元的地震数据的压缩和分配，每个单元适合于采集、临时保存和压缩向中央控制和记录站分散传输的数据。每个采集单元被硬布线到多个分散的地震检波器/接收机，该采集单元从其中接收数据。每个采集单元还用于从中央控制和记录站中接收操作指令。在本发明的一个实施例中，在从一个特定爆破采集数据的期间，向中央控制和记录站发送来自先前爆破的部分数据以允许质量控制检查并确保采集单元正确地工作。来自任何给定爆破的数据可能是分散的并且经由多个发送信道且在连续的发送窗口期间发送，以减少数据流中的变化。
[0012]每种引用的现有技术设备包含一个或多个现有技术的缺点。这些现有技术系统的缺点之一是需要触发和停用所述用于记录和操作的单元，包括数据和质量控制传输。对于基于陆地系统，这通常需要从仪器车经由电缆或无线电信号发送一个控制信号。然而，外部控制可能是不合需要的，因为它要求在系统中进行信号传输以及额外的元件。当然，任何类型的用于传输电信号的控制信号布线都是不合需要的，因为这增加了处理和控制单元的复杂度的级别，并且需要外部连接器或耦合。在极端环境，无论是过渡带水的腐蚀环境还是戈壁的高温腐蚀环境中，这种布线和连接器尤其容易渗漏和损坏。
[0013]在利用外部电气布线与单元的分散元件互相连接的单元，例如如同在美国专利第5，189，642号中所讲述的，以及其中地震检波器组件与电子器件组件相分离的类似设备中，存在相似的问题。而且，就系统的电子器件分散的程度而言，系统故障的可能性将增加。
[0014]许多现有技术系统还使用无线电遥测术而不是记录单元机载的数据，来收集数据。当然，这种系统受到无线电传特性的限制，例如射频频谱许可证限制、范围限制、视线障碍物、天线限制、数据速率限制、功率限制等。
[0015]这样，提供一种并不要求从控制台或者对在地震数据采集单元元件之间的单元本身的外部通信/电源布线的基于陆地地震数据采集系统将是合乎需要的。同样地，该单元将进行记录或者操作而无需任何类型的外部控制信号。换句话说，该单元将以“停止即忘(drop and forget) ”为基础来操作。同样地，该设备应当容易维修而无需打开设备来执行例如数据提取、质量控制和能源补给的活动。该设备还应当被设计为耐腐蚀、极端环境，这在地震勘探中是经常遇到的。该设备还应当允许由无线电发送回质量控制数据，以确定系统的远程单元是否正确地操作而无需控制信号或尝试向一个爆破周期关联质量控制数据。
【发明内容】
[0016]本发明提供了一种通过部署多个连