CN101512532A - 把勘测参数并入头部的设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开一种获取地震数据的方法，设备和系统，在一个方面，包括：在与至少一个传感器数据通信的数据采集单元，接收由所述至少一个传感器响应于由位于选定位置的震源产生的地震能量信号检测的地震信号，在数据采集单元接收震源和/或接收器的至少一个参数；和在数据采集单元产生数据块，所述数据块具有代表接收的地震信号的数据和包含代表震源和/或接收器的所述至少一个参数的数据的头部。

Description

把勘测参数并入头部的设备和方法

技术领域

本发明涉及与地震勘测相关，把一个或多个勘测参数并入道头(trace header)中的设备，系统和方法。

背景技术

在陆上和水中进行地震勘测，以获得地层的图像，从而确定碳氢化合物，比如石油和天然气的位置和范围。一般通过在大地的表面部分部署大型地震传感器阵列，在陆上进行地震勘测。通常，通过利用几千个，例如2000～5000个地震接收器或传感器，这种阵列覆盖几平方公里，例如75-100平方公里。在该阵列内启动能量源(通常是埋设的炸药或者移动振动源)，从而产生透过大地的地下结构传播的声能(冲击波)。一部分的声波从地下间断面，比如在成岩结构变化处，或者在油气储层界面处被反射回地表。这些反射被传感器阵列中的传感器感测，并由邻近传感器布置的数据采集单元处理和记录。来自记录器的数据通常被收集和发给中心站，以便进一步处理。这种感测、处理和记录通常被称为地震数据采集。还可按照被动模式进行地震数据采集，即，在不使用主动声能源的情况下，从地下结构接收的地震信号的记录。

通过把能量源移动到阵列中的不同位置，根据接收的传感器数据生成地下结构的三维图，或者说地震图像。该三维图随后被用于决定钻井位置，贮量规模和产层深度等。地震图像的质量和分辨率取决于阵列中的传感器的密度。一般来说，传感器密度越大，即，阵列中的传感器的数目越大，那么提供更锐敏、更清晰的图像。地震检波器或者多分量(三轴)加速度计通常被用作地震传感器。不过，多分量记录提供比单分量传感器更高的传感器密度，另外，由现场的数据采集单元处理和记录的数据量更多。

在一种地震勘测中，传感器阵列一般包括通过对所有传感器使用点对点电缆连接，连接成矩阵的传感器。来自传感器的输出信号通常被数字化，并沿电缆线路被中继到高速主干现场处理设备或者现场箱。高速主干一般按照点对点中继方式与其它现场箱连接，随后与中央记录系统连接，在所述中央记录系统，所有的数据被记录在诸如磁带之类的大容量数据存储介质上。

在另一种地震数据采集系统配置中，数据被记录在与传感器耦接的现场箱，这种现场箱通过射频与中央控制单元通信。来自这种现场箱的数据通常由现场的收发器收集，并被转送给中央控制单元。

为了进行地震勘测，要进行勘测规划，所述规划包括阵列中的每个传感器的位置和每个震源爆炸的位置。爆炸的实际位置可能不同，因为在规划的位置启动震源并不可行，或者即使在规划位置设置标杆之后，这种标杆也可能被移动，拆掉，和/或吹倒，和/或除去和/或完全被破坏。即使标杆标记准确，也可能不正确地布置实际的震源。诸如地理定位工具之类的导航工具被用于记录实际的传感器和震源爆炸位置。在收集自各个数据采集单元之后，震源参数被保存在数据收集点或者保存在中央控制器，并被输入道(trace)数据中。对每个道数据输入震源，接收器和其它参数，比如空间坐标等的预处理任务费力，耗时，并且易于出错。

从而，需要一种在地震数据采集期间，使震源参数与传感器数据关联的改进方法和系统。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种在地震数据的采集过程中，使与一个或多个震源参数相关的数据和获得的地震数据关联的方法。在一个方面，所述方法包括响应启动位于选定位置的震源，在现场中的接收器接收地震信号；在现场数据采集单元处理接收的信号，并在记录器记录处理后的信号；在现场数据采集单元接收震源和/或接收器的一个或多个参数；使震源和/或接收器的所述一个或多个参数与记录的处理信号关联；连同记录的处理信号一起记录震源和/或接收器的一个或多个关联参数；和把记录的处理信号及震源和/或接收器的所述一个或多个参数传给另一单元以便处理。在一个方面，现场数据采集单元通过把震源和/或接收器的所述一个或多个参数包括在形成的包含处理信号的数据块或数据包的头部中，使震源和/或接收器的所述一个或多个参数与记录的处理信号关联。现场数据采集单元可通过适当的通信链路，包括电缆连接或者无线链路，把数据块传给数据收集站或者传给处理中心。

在另一方面，提供一种包括处理器的数据采集单元，所述处理器：处理从一个或多个地震传感器接收的信号；接收震源和/或接收器参数；使震源和/或接收器参数与处理的信号关联；和连同处理的信号一起记录关联的震源参数。

应明白上面相当概括地总结了本发明的一些特征的例子，以便可以更好地理解下面的详细说明，以及可以理解对现有技术的贡献。当然，存在将在下面说明，并且构成附加权利要求的主题的本发明的其它特征。

附图说明

下面的附图构成本说明书的一部分，并进一步说明本发明要求保护的主题的某些方面，下面的附图不应被用于限制或定义本发明要求保护的主题。通过结合下面给出的实施例的说明，参考这些附图中的一个或多个，可更好地理解本发明要求保护的主题。从而，结合附图，参考下面的说明，能够更完整地理解本发明的实施例及本发明的其它特征和优点，其中：

图1示意图解说明使用点对点线路连接来连接现场数据采集单元和地震传感器的地震勘测系统的表示，其中所述系统的一些元件被配置成实现本发明的一个或多个特征；

图2示意图解说明利用无线数据采集单元的地震勘测系统的表示，其中系统的一些元件被配置成实现本发明的一个或多个特征；

图3A更详细地示意图解说明图2的系统的一种可能配置的示意表示；

图3B示意图解说明按照本发明的一个实施例的具有集成的地震传感器的无线现场数据采集单元(或站)；

图4示意图解说明按照本发明的一个实施例，包含与模拟输出传感器单元连接的例证电路的无线站单元；

图5表示按照本发明的一个实施例，具有包括一个或多个参数的头部的道块数据(trace block data)或者说数据块的例子；

图6示意图解说明按照本发明的一个实施例，包含某些特征和方面的地震勘测系统的高级数据流。

不过，要注意的是附图只是举例说明本发明要求保护的主题的典型实施例，于是，不应视为对本发明要求保护的主题的范围的限制，因为要求保护的主题允许其它同样有效的实施例。

具体实施方式

下面详细说明本发明要求保护的主题的例证实施例。为了清楚起见，本说明书中不描述实际实现的所有特征。当然要认识到在任何这种实际实现的开发中，可以做出众多特定于实现的决定，以实现开发者的具体目标，例如，与和系统相关的及与商业相关的约束条件一致，所述约束条件将因各实现而异。此外，要认识到这种开发工作可能复杂且费时，不过对本领域的普通技术人员来说，在受益于本公开的情况下，仍然是例行任务。

图1描述地震数据采集系统100，其中该系统的一些元件被配置成实现本发明的一个或多个特征。该典型系统100包括一排(串)间隔一定距离的地震传感器单元102。每串地震传感器单元102一般通过电缆线路110与数据采集设备(现场箱)103耦接，几个数据采集设备(现场箱)103和相关的一串地震传感器单元102通过电缆线路110耦接，从而形成线路108，线路108随后通过电缆线路110与线路接点或者(交叉线单元)104耦接。几个交叉线单元104和相关的线路108通常耦接在一起，随后与中央控制器106耦接，中央控制器106通常容纳主记录器系统112。耦接在一起的几个交叉线单元104和相关线路108形成用于地震数据采集的阵列(排列或者地震排列)115。使用的典型地震传感器单元102是用于测量在大地中传播的声波的声波速度的速度检波器。最近，并且如上所述，加速度传感器(加速度计)正被广泛用于测量与声波相关的加速度。每个地震传感器单元102可包含单个传感器元件，或者对于多分量地震传感器单元102来说，可包含一个以上的传感器元件。

地震传感器单元102通常至少间隔几十米左右，例如从约4米到70米的范围。交叉线单元104通常可执行某种信号处理，随后把处理后的信号保存为地震信息供以后取回，如上所述。每个交叉线单元104并联地或者串联地与充当中央控制器106和所有其它交叉线单元104之间的接口的交叉线单元之一104a耦接。在电缆系统100中，数据从一个地震传感器单元102被中继给下一个地震传感器单元102，在到达中央控制器106和相关的主记录器系统112之前，数百次地通过现场箱103。

通常在布置采集设备之前，通过采用勘测队在地面上定位地震传感器单元102的规划位置。从而，勘测人员使用背包式全球定位系统(GPS)接收器，并在成千上万个预定的地震传感器单元102位置中的每个位置植入标杆。于是，典型系统中的阵列部署是分两步进行的过程，增大了地震勘测过程的时间和人工成本。在一个方面，现场确定的这些传感器参数中的一个或多个被提供给单元103，单元103可以把这样的参数和从中央单元106接收的其它传感器和震源参数并入地震道数据中，之后把这样的数据传给中央记录器106。从而，在现场采集单元103做好地震数据处理准备或者基本做好处理准备。

首先参见图2，图2按照本发明的一个例证实施例，表示了地震勘测系统200的原理表示。地震勘测系统200包括与形成地震数据采集阵列(排列)210的多个无线传感器站208中的至少一个直接通信的中央控制器202。每个无线传感器站208包括感测地震能量的一个或多个传感器212。这里使用的直接通信指的是如图2中用虚线箭头220描述的个别化数据流。数据流220可以是双向的，以允许从中央控制器202向每个无线传感器站208传送命令和控制指令，和质量控制和/或选择的预处理地震信息从每个无线传感器站208流向中央控制器202。通信可以采取借助适当的天线204，在中央控制器202发射和接收的无线电信号的形式。在各个例证实施例中，中央控制器202可以容纳主记录器系统222。通过感测在大地中传播的自然和/或随机地震能量，地震勘测系统200可按照被动模式工作。

通过利用地震能量源206，例如，烟火源，移动单元上的振动源，压缩气体等提供已知量级和地震能量源206位置的地震能量，地震勘测系统200还可按照主动模式工作。在许多应用中，可以使用多个地震能量源206把地震能量传递到地层中。代表性的地震能量源可被示意图解表示成震源206i，其中i可从1到任意有限整数，例如取决于可包括在地震勘测系统200中的震源206i的数目。在各个例证实施例中，震源206i的激活(或者更一般地，“引爆”或“点火”)可由移动单元252j本地启动，其中j可从1到任意有限整数，例如取决于可包括在地震勘测系统200中的移动单元252j的数目。

移动单元252j可以包括利用导航工具254j导航到震源206i，和利用震源控制器256j引爆震源206i的操作人员。为了导航地形和/或确定准确的位置坐标(例如，空间坐标，比如经度(也称为X坐标)，和/或纬度(也称为Y坐标)，和/或高度，例如海拔高度(也称为Z坐标))，导航工具254j可配有全球定位卫星设备(GPS设备)和/或具有预定坐标(例如，海拔高度(也称为z坐标))的数据库。导航工具254j还可被配置成提供听觉和/或视觉信号，比如与引爆活动相关的警报和/或状态指示。震源控制器256j可被编程，以接收信息，比如使震源206i作好引爆准备的指令，和/或引爆震源206i的指令，和/或传送信息，比如移动单元252j的位置，震源206i的备炸状态(arming status)，和/或诸如回冲(return shot)属性之类的数据。震源控制器256j还可被编程，以引爆震源206i，和/或向操作人员提供关于震源206i的备炸状态的指示(例如，视觉和/或听觉指示)。

在各个例证实施例中，两个或更多的移动单元252j可以独立地遍历在阵列(排列)210之下的地形，以定位和/或引爆震源206i。在各个例证实施例中，震源控制器256j可包括把GPS数据传给中央控制器202和/或中心站计算机(CSC)250(下面详细说明)的导航设备，中央控制器202和中心站计算机250任意之一可以向导航设备传送“备炸”和/或“引爆”信号。与目前使用的语音信号相反，这些信号是数字信号。导航设备可包括把引爆活动的状态告知爆破手的显示器。

中央控制器202，CSC 250和/或中央服务器225控制地震勘测系统200的构成组件，和/或指挥地震勘测系统200工作期间的人类和/或机器活动。如下更详细所述，CSC 250可以使震源206i的引爆实现自动化，和/或传送使无线传感器站208能够自己选择在这种活动中的恰当电力使用状态的数据。中央服务器225可被编程，以管理在地震勘测活动的整个范围内的数据和/或活动，这可包括每日引爆序列，更新获得的冲击(shot)，跟踪爆破资产，和/或广播修正值。另一方面和/或另外，单个中央控制器202可被编程以处理上述功能中的大多数功能(即使不是全部功能的话)。例如，CSC 250可被放置在中央控制器202中，和/或与中央控制器202集成。此外，在各个示出的实施例中的一些应用中，有利的是把中央控制器202和CSC 250放置在现场(尽管在不同的位置)，把中央服务器225置于更不同的位置和/或远程位置。

根据图2中所示的原理表示，一些优点是明显的。其中，使用单个无线传感器站208来形成阵列(排列)210消除了互连电缆，比如如上所述且如图1中所示的与典型线路108关联的电缆110。这些电缆110的消除向勘测队提供移动个别无线传感器站208，而不影响阵列(排列)210中的其它各个无线传感器站208的布置。另一个优点是降低了整个阵列(排列)210的重量。另一个优点是消除了单点故障，所述单点故障能够导致至少源于整条传感器的信息丢失。图1的典型系统的故障电缆或电缆连接器，故障现场箱，或者故障交叉线单元会导致这种信息丢失。本发明的单站无线电体系结构在采集单元和中央记录系统之间提供独立的通信路径。单个无线电采集单元的故障只会导致源自一个传感器站的数据被丢失，在修复该传感器站的时候，能够继续进行记录，而不会丢失来自其它传感器站的信息。

图3A是地震勘测系统200的更详细示意表示。中央控制器202包括具有一个或多个处理器302和一个或多个存储器303的一个或多个计算机300。操作人员可利用一个或多个键盘306和/或一个或多个鼠标和/或其它输入装置308，以及诸如一个或多个监视器310之类的一个或多个输出装置与地震勘测系统200接口。阵列(排列)210中的远程设置的地震勘测系统200组件和中央控制器202之间的通信可利用和至少一个天线314一起置于中央控制器202中的至少一个中央发射器-接收器(收发器)单元312实现。

中央控制器202与每个无线传感器站208通信。如图3A中所示，每个无线传感器站208包括与对应的无线传感器站208共处一地的一个或多个无线站单元316，至少一个与和中央控制器202一起使用的至少一个天线314兼容的天线318，和响应在大地中传播的声能的一个或多个传感器单元320，320a。这里使用的“共处一地”意味布置在同样的位置，一个组件在另一组件的几英尺(几分米)范围内。于是，每个传感器单元320可通过相对较短的电缆322，例如长度约1米或更短的电缆322与对应的无线站单元316耦接，和/或如图3B中所示，通过在公共外壳324中结合传感器单元320和无线站单元316，耦接它们。

供传感器单元320之用的一个或多个传感器可以是多分量传感器。多分量传感器包括结合微机电系统(MEMS)技术和专用集成电路(ASIC)的三分量加速度计传感器，例如在可从Input/Output，Inc.，Stafford，Texas获得的商品名为VectorSeisModule(SVSM)的多分量地震传感器中见到的三分量加速度计传感器。但是，本发明并不排除在各示出的可选实施中使用诸如常规地震检测波器之类的速度传感器，和/或使用诸如常规水听器之类的压力传感器的选择。能够感测地震能量的任何传感器单元320将提供由按照本发明的各个例证实施例实现的许多优点中的一个或多个优点。此外，在如图3A所示，使用单个传感器单元320的各个例证实施例中，本发明是有益的。此外，在其中传感器单元320a可包括多个传感器320k(其中k可从1到任意有限整数，取决于可包括在传感器单元320a中的传感器320k的数目，如图3A中用幻象所示)的各例证可选实施例中也是有益的，例如，由一或多个串322a连接的多个传感器320k。

图4是按照本发明的一个实施例的无线站单元400的示意表示，无线站单元400起包含与模拟输出传感器单元(未示出)连接的电路的数据记录器的作用。无线站单元400是包括从传感器单元320接收输出信号的传感器接口402的采集装置。传感器接口402包括保护电路，开关网络，前置放大器，测试振荡器，及ADC和数字滤波电路，以便预处理接收的信号，如图4中所示。传感器接口402部分由现场可编程门阵列(FPGA)和/或ASIC控制器电路404控制。机载本地处理器406处理信号，从而产生表示在传感器单元320感测的地震能量的可存储信息。所述信息可以呈数字形式，以便保存在一个或多个存储装置408，408a(这里也被称为存储单元)中。存储单元408，408a可以是可拆卸的闪速存储器408，和/或专用随机存取存储器(RAM)408a，耦合410用于访问保存的信息，和/或把保存的信息传给外部存储单元411。耦合410可以是电缆耦合，比如通用串行总线(USB)2.0接口，和/或耦合410可以是感应耦合和/或光学耦合。该耦合410是已知的，从而不再详细说明。

存储单元408，408a可以是具有足够容量，保存信息供以后收集和/或传输的非易失性存储器。存储单元408，408a可以是存储卡形式，可拆卸的微型硬盘驱动器等等。在各个例证实施例中，存储单元408，408a可以包括下述一个或多个：(i)只读存储器(ROM)，(ii)可编程只读存储器(PROM)，(iii)电可编程只读存储器(EPROM)，(iv)电可改写只读存储器(EAROM)，(v)电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，(vi)闪速存储器，(vii)光盘，(viii)硬盘驱动器，(ix)

(x)非易失性读写存储器(NOVRAM)等等。

存储卡，也称为闪速存储卡或存储器插件，是用于存储数字信息，并且适合于供地震勘探之用的小型存储介质。闪速存储器是一种可以按称为块的存储单元擦除和再编程的非易失性存储器。闪速存储器是EEPROM的一种变型，不同于闪速存储器，EEPROM按字节被擦除和重写。从而，更新闪速存储器通常快于更新EEPROM。

在各个例证实施例中，与中央控制器202的连接可用诸如机载发射器-接收器电路412之类的通信装置，和为所需的发射/接收频率选择的天线414实现，从而提供与远程设置的中央控制器202的直接通信。如图4中所示，发射器/接收器电路412可以是直接转换接收器/合成器/发射器电路412，和/或另一方面，可被实现成软件定义的无线电收发器。另一方面，在各个例证实施例中，发射器/接收器电路412可以是提供收发器功能的任何适当电路，比如利用超外差(superheterodyne)技术的收发器。天线414可以包括VHF/UHF天线。其它电路可以包括增强与中央控制器202的通信的射频(RF)前端电路416和功率放大器418。有利的是，这些电路可以采取可拆卸的无线电频带模块419的形式，以便当和可替换的天线414一起使用时，便于在宽频带中工作。直接转换无线电收发器412可提供在宽频带内工作的优点，使站单元400的整体尺寸更小，和/或降低可现场移动的单元，比如移动单元252j的总重量。

本地电力可由包括机载(on-board)可充电电池422的电源电路420提供。机载可充电电池422可以是任何适当的化学电池，可以是用于特定应用的足够容量的镍金属氢化物电池(NMH)，和/或锂离子或锂-聚合物可充电电池。机载可充电电池422向电源424提供输出，以便保持和调节给下游电路的电力，电源424输出与电力控制电路426耦接，以便把电力分配给各个本地组件。无线站单元400还包括电力管理电路421，电力管理电路421在一个或多个选择的电力用量之间转换站单元400：例如，其中只有“唤醒”电路444被加电的睡眠模式到其中传感器单元320能够探测地震能量的高活动模式。

电源电路420还包括充电装置428和使充电装置428与外部电源431耦接的充电器接口430。充电指示器432为电源电路420提供充电量和/或剩余充电时间的指示。这种指示器相当常见，这里无需进一步描述。

与特定无线传感器站316相关的位置参数(例如，X坐标、Y坐标、Z坐标、经度、纬度、高程、方位角、倾角等)可有助于关联在地震勘测中获得的地震勘测数据。在各个例证实施例中，这些地震勘测参数可由参数确定传感器，比如移动单元252j的导航工具254j确定。在各个例证实施例中，在地震勘测之前，可利用预期的传感器和标称传感器方向确定这些地震勘测参数，和/或在地震勘测期间，可按照本发明调整地震勘测参数。位置参数可被保存在或者在中央控制器202中和/或在无线站单元400中的存储器303，408，408a中。在一个实施例中，无线传感器站包括全球定位系统(GPS)接收器434和相关天线436。本实施例中，GPS接收器被表示成与处理器406耦接，以及与时钟电路438耦接，以便提供用于使地震信息关联和使数据采集同步的位置参数，比如位置和地点数据。另一方面，位置参数可被传送给中央控制器并保存在中央控制器中，通过经独立于GPS的VHF/UHF无线电链路发送信号，可以实现同步。于是，机载GPS可被看作本发明的一个可选特征。与传感器方位相关的位置参数可由加速度计和/或磁性传感器和/或人工确定。

在一个实施例中，唤醒电路444允许无线站单元控制不同工作模式下电池的功耗。可以从两个源触发唤醒电路444；无线电接收器412或者时钟438。例如，在低功率模式下，只向无线电接收器412和唤醒电路444施加电力。如果特定的唤醒命令通过无线电被传送，并被唤醒电路解码，那么诸如处理器406之类的其它电路将被激活，变成在线，从而支持进一步处理从传感器单元接收的命令和信号。另一方面，唤醒电路可间隔由从时钟438接收的信号测量的预定时间，对无线电接收器412通电。按这些时间间隔，无线电接收器可被短暂激活，以便接收命令，如果在被激活时间内没有收到任何命令，那么接收器412将自动地或者依据来自唤醒电路的命令断电。

在一个实施例中，无线站单元400还包括运动传感器440，检测站单元的不必要运动，或者检测站单元周围，这种情况下可以使用接近传感器(proximity sensor)。这种不必要运动可能由干扰所述单元的野生动物，土壤运动等引起。此外，所述运动可能是试图偷窃该站单元的征兆。在后一情况下，无线站单元还可包括一个阻止偷窃和使动物远离该站单元的音响报警442。任何不必要运动会被运动传感器探测，运动传感器输出端通过专用接口电路与该站单元耦接，或者所述输出端可被集成到传感器接口中。运动传感器输出是利用机载处理器406处理的，处理后的输出通过机载发射器/接收器电路412被传给中央控制器，从而把不必要的运动警示给操作人员。GPS接收器输出可以和运动传感器输出一起被处理。这使得如果发生偷窃，那么能够跟踪无线传感器站单元。

在一个实施例中，运动感测的功能是利用和执行地震能量感测功能相同的传感器单元208实现的。在上面所述并参考图3B的把传感器单元集成到无线站单元中的实施例中，地震传感器输出有必要包括与希望的感测地震活动相关的分量，以及与不必要的运动相关的感测分量。该输出和来自GPS接收器的输出信号一起被处理，以指示不必要的无线站运动。从而，传给中央控制器202的输出信号可能包括与不必要的运动相关的信息，以及地震信息，与特定无线站单元316和/或传感器单元320相关的健康状态信息或其它信息。

在几个可选的实施例中，本发明的方法被用于感测信息，记录信息和把信息从地震传感器位置传给中央记录器。在一个实施例中，无线站单元如上所述并示于图4中。每个无线传感器站被运送到预定的排列位置。当到达该位置时，根据地形，障碍物边界等实时地确定位置的可行性。在必要并且可行的情况下，调整所述位置。如果被调整，那么与调整的特定无线传感器站相关的位置参数(例如，纬度、经度、方位角、倾角等)被确定并作为更新的系统参数被输入。在一个实施例中，通过利用GPS接收器确定规划的传感器单元的实际位置，确定这些参数。其它可以利用勘测队使用的手动指南针，或者由传感器单元中的一个或多个磁力计确定。参数也可利用用于确定规划的传感器单元的方位的多分量加速度计确定。在一个实施例中，更新的系统参数由现场勘测队输入无线传感器站单元本身中。在一个实施例中，在中央控制器输入更新的系统参数。在另一实施例中，通过利用由置于站或传感器单元或者这两者中的GPS接收器，加速度计，磁力计和/或其它传感器确定的位置参数和方位参数，在系统激活和传感器站唤醒时自动输入更新的系统参数。

参见图2-4，按照本发明的系统200包括远离多个站单元208的中央控制器202。每个站单元208包括远离中央控制器202的传感器单元320。每个传感器单元320与大地耦接，以便感测大地中的地震能量，所述地震能量可能是自然地震能量，或者由震源206产生的能量。传感器单元320提供表示感测的地震能量的信号，与传感器单元共处一地的记录器设备316接收该信号，把表示接收的信号的信息保存在置于记录器设备316中的存储单元408中。通信装置412与传感器单元和记录器设备共处一地，用于提供与中央控制器的直接双向无线通信。

在一些实施例中，接收器单元利用常规锂离子电池为每个单元提供大约70～80小时工作寿命。由于特定部署可能持续15天以上，因此传感器站208的“不受控制的”功耗会在大约七天内耗尽电池。不受控制的功耗可包括只是在工作之前打开传感器站208，并在特定的一天在工作结束之后关闭传感器站208。这会导致传感器站208持续10小时或更多时间不断消耗电池。对电池重新充电的劳动力较大，并且会延迟或以其它方式干扰数据采集操作。更换电池同样劳动力较大，另外需要储存替换电池，这同样是代价昂贵的。

在各个方面，本发明还包括优化上述地震数据采集系统的功耗的电力管理方法和系统。这些方法和系统使接收器单元在整个部署期内工作，而极少更换电池(如果有的话)。

一种例证的电力管理方法通过使中心站计算机(CSC)250，一个或多个移动单元252j和地震排列210之间的交互作用的一个或多个方面实现自动化，优化功耗。在一个实施例中，CSC 250传送使排列210中的一个或多个传感器站208能够按照与震源206i的引爆一致的方式调整电力使用的数据。所述数据可被传给特定的传感器站或者一组传感器站，或者按照“广播”方式被传给排列210。响应传送的数据，传感器站208的电力管理电路421使接收器进入适当的电力使用水平：例如，睡眠模式，中间功率状态，高活动模式等。

例证的CSC 250包括用按照预定顺序或者进展，控制震源206i的引爆的指令编程的一个或多个处理器。例如，CSC 250控制开始引爆，引爆的顺序和引爆之间的时间间隔。在一种模式中，多个移动单元252j均定位到独立的震源206i。当定位震源206i时，每个移动单元252j向CSC 250传送信号。如前所述，移动单元252j包括控制震源206i的引爆的震源控制器256j。在一种例证的工作模式中，震源控制器256j根据导航工具254j确定移动单元252j的位置(例如，X-Y-Z坐标)，并把坐标传给CSC 250。作为响应，CSC 250把状态信息传给震源控制器256j，所述状态信息可以可视地或者以其它方式呈现给操作人员。状态信息可包括报告作好引爆准备的移动单元队列中的移动单元252j的相对位置，和在开始引爆之前的预计时间。“报告”通常指的是传送数据编码信号，所述数据编码信号可以是可被CSC 250处理的语音信号或者机器生成的信号。当就绪时，CSC 250传送“备炸”信号，指令移动单元252j准备引爆震源，随后传送指令震源控制器256j引爆震源206i的“引爆”信号。可选的是，移动单元252j可以仅仅把震源206i保持在“备炸”位置，以致当CSC 250就绪，从而传送“引爆”信号时，震源控制器254j立即引爆震源206i。

移动单元252j和CSC 250之间的数据交换使CSC 250能够管理报告已找到震源206i的移动单元252j的队列。按照编程指令，CSC 250确定震源206i的引爆顺序，并向报告移动单元252j和接收器排列210传送适当的指令/数据。

在一种电力管理方案中，构成排列210的传感器站208被分成规定的多组传感器站。为了方便起见，一组传感器站208通常被称为一个模板。每个模板与一个或多个震源206i关联。虽然每个模板可包括不同的传感器站208，不过情况不必如此。即，一些模板可以共用传感器站208。参见图2，图中表示了三个例证模板215a，215b，215c。模板215a和215b由不同的传感器站208构成，而模板215c与模板215a和215b共用一些传感器站208。另外，通过单个模板的联合体，可以形成“超级模板”或复合模板。模板可以基于几何形状(例如，圆、扇形、正方形)，预测哪些传感器站208将最有效地检测来自特定震源206i的地震能量的数学模型，相对接近性或任何其它适当的方法。当然，在实际应用中，模板可以包括数十个或数百个传感器站208。在一个例证的简单安排中，排列210中的所有传感器站208一起被分组入与所使用的每个震源206i关联的单一模板中。在一个例证的复杂安排中，为每个震源206i形成一个单独的模板。下面将结合例证的部署模式讨论模板的效用。

在一个例证的部署模式中，使地震排列中的传感器站的电力使用与准备好“引爆”或点火的震源的状态和数目相一致。例如，当预置的最少数目的震源报告作好引爆准备时，传感器单元从睡眠模式转变成部分或全功率模式。当报告作好引爆准备的震源的数目低于预置最小值时，传感器单元从部分或全功率模式转变成睡眠模式。为了方便起见，这两个值将分别被称为“唤醒”阈值和“睡眠”阈值。

图5表示数据块(也称为道数据块或道)500的一个例子，所述数据块500包括头部510，和道的呈一个或多个样本，比如由附图标记520a、520b～520n表示的数字化地震信号数据。样本520a～520n由恰当的标识符隔开。头部510包括规定数目的字节，其中该序列中的不同字节或字节组代表与获得的地震数据相关的规定特征。道头，比如头部510的格式由地球物理学勘探协会(“SEG”)定义。目前的格式被称为SEG-Y格式。对于本发明来说，可以利用任何适当的头部格式。不过，为了便于说明和理解，这里按SEG-Y格式描述头部。地震数据道样本是在现场采集时准备的，现场采集单元记录的数据包括头部。

由在诸如图1的系统之类的电缆系统中的数据采集单元记录的数据通常通过直接链路，比如铜导线、光纤等被传给中央记录器。在如图2中所示的无线系统中，数据采集单元记录的数据在收集中心被收集和转录，在转录之后，数据被保存在适当的高密度介质上，并被送给处理中心以便进一步处理。每个道块的道头包括选择的震源和接收器参数，并且可以包括使每个数据块在数据采集单元作好处理准备所需的所有参数。从现有系统中的数据采集单元接收的数据未作好处理准备或者接近作好处理准备。处理所需的数据一般源自不同的系统和现场操作，从而，得出作好处理准备的数据是一项易于出错且费时的工作。为现有头部中数据所需的，数据可包括各种信息，比如：测线(line)内和卷带(reel)内的道序号；原始的现场记录号和现场记录内的道号；道标识码；垂直叠加道数；水平叠加道数；风化层和亚风化层速度；道中的样本数；增益和增益常数；实际或规划的震源信息或参数，比如震源位置参数(x坐标，y坐标和z坐标)；震源深度；炸药震源的装药类型和装药量；扫描参数(频率和振幅)，扫描的长度，在震源点的扫描次数；井口时间，扫描类型(线性或非线性)，对于振动类能量源，在扫描开始和结束时扫描的斜度。另外，头部可以包括各种参数，比如接收器的方位角和/或取向，从震源点到接收器的距离，在现场记录的实际井口时间等。在一个方面，在这里公开的系统和方法中，一个或多个这种震源参数和/或接收器参数在数据采集单元被并入头部中。在另一方面，震源参数、接收器参数和选择的其它参数在数据采集单元被并入每个道头中，以致从阵列接收的所有数据是作好处理准备或者接近作好处理准备的，避免稍后时间点结合这样的参数。基本上在现场获得地震数据之时，这种作好处理准备的或者接近作好处理准备的数据可被记录在数据记录单元中，以便稍后取回，或者从数据采集单元传给中央数据收集单元或中央记录单元或者其它单元。所述传输可借助线缆来实现，比如在图1中所示的系统中，或者以无线方式实现，比如在图2中所示的系统中。下面参考图6表示和描述在数据采集单元把震源参数，接收器参数和其它参数并入道头中的数据流的例子。

图6示意地图解说明地震勘测系统，比如系统100(图1)和200(图2)的高级数据流600，所述数据流600可被用于按照本发明的一个方面，在地震数据的采集过程中，在数据采集单元把参数并入道头中。在进行地震勘测之前，进行勘测规划或设计602，所述勘测规划或设计602包括各种特征，包括(但不限于)阵列配置，每个传感器的位置，每个震源点的位置，震源的类型，以及对获得或处理地震数据来说有用或必需的其它震源参数和接收器参数。地点或位置可包括x坐标，y坐标和z坐标。z坐标(高程)可从航空勘测或者另一适当的勘测获得。规划设计参数被提供给CSC 250并被保存，如方框“坐标保存”604所示。

一旦地震传感器被布置在勘测区，一些传感器或者震源的实际位置可以和设计602提供的位置相同或者不同。如果数据采集单元650包括GPS设备，那么数据采集单元记录与数据采集单元相关的每个接收器的实际x坐标和y坐标。另外，现场人员可以使用这里称为“Layout Navtool”610的便携式导航工具来识别接收器(例如，依据其序列号或者另一标识符)612，并确定和记录该接收器的实际x坐标，y坐标和z坐标。z坐标可从先前的勘测获得，例如光探测和测距(LiDAR)或者适当的数字高程模型(DEM)等等。另外，接收器的方位角和/或取向可被Layout Navtool记录。Layout Navtool还可被用于记录每个接收器的深度，如果接收器被埋设或者在水下的话。Layout Navtool把记录的接收器参数614转移或者提供给数据采集单元650。LayoutNavtool可通过任何适当的链路616与数据采集单元650通信，链路616可以是直接导线连接，或者诸如蓝牙之类的无线链路。

现场人员可以使用这里称为“Shooter Navtool”的另一导航工具(通常是便携式单元)620记录实际震源位置参数和诸如震源类型和震源规模之类的其它参数(就爆炸震源来说)。也可记录诸如井口时间之类的其它参数。Shooter Navtool通过适当的链路623把记录的震源数据622传给中间位置，所述中间位置可以是现场的震源解码器624。解码器624对Shooter Navtool提供的参数解码，供CSC 250使用，并通过适当的链路626把解码的数据提供给编码器，链路626可以是RF链路。

CSC 250从编码器624接收震源参数622，保存这种参数，并把这种参数提供给中央导航服务器630。位于CSC 250的现场采集控制器604把从Shooter Navtool 620接收的震源参数622，及其它震源参数和接收器参数传给每个现场数据采集单元650，另外发送与现场单元操作相关的各种命令。中央导航服务器630管理现场操作，捕捉和现场勘测系统的导航方面有关的信息，并向现场人员提供实时命令和控制。中央导航服务器630可以是与CSC 250互动的基于知识的系统。中央导航服务器630公布或提供勘测配置631(用于设置现场采集单元的文件)，公布勘测设计632，炮眼或振动器坐标633，以及炮眼或振动器参数634。CSC 250保存从Shooter Navtool 620接收的炮眼参数622，和由中央导航工具630提供的炮眼参数634。另外，CSC 250和中央导航服务器630传递勘测系统设置606，所述设置可包括各种特征，比如操作各个现场数据采集单元650的指令，现场数据采集单元650的工作方式，例如数据周期，睡眠模式，唤醒模式，与数据的获取相关的计时等等。从而，通常可从任何适当的震源经任何适当的链路把震源和传感器参数提供给每个数据采集单元650。所述震源可以包括便携式记录设备，比如Layout Navtool和Shooter Navtool，及诸如CSC 250之类的中央控制单元，或者它们的任意组合。

依据震源的引爆，数据采集单元650开始接收它们的关联传感器的地震信号，数字化与每个道对应的接收信号，并把接收的信号排列成适当的样本。作为输出，数据采集单元提供每个道的道数据块，所述道数据块包括具有按照上述方式集成的震源和/或接收器参数的道头。数据采集单元650把数据块记录或保存在适当的存储介质，比如固态存储器中。在一个方面，保存的道数据块可从每个数据采集单元取回或下载到现场数据收集单元655中。每个现场数据收集单元655一般能够从多个数据采集单元下载地震数据。

在另一方面，每个数据采集单元650可经链路652把保存的道数据块传给分级数据收集单元660，所述链路652可以是有线或无线链路(比如电缆链路或者RF链路)。在一个方面，分级数据收集单元660可以编译从一个或多个数据采集单元650接收的道数据块，并把收集的数据保存在诸如磁带或硬盘驱动器之类的大容量存储介质中，所述大容量存储介质随后被运送到处理单元670。数据也可经适当的链路，比如以太网或无线链路被传给处理单元670。处理单元670处理数据，从而提供地震数据体(seismic data volume)，所述地震数据体可被用于获得下部结构的2维、3维和/或4维地图。在一个方面，分级数据收集单元660接收的道数据块是作好处理准备的或者接近作好处理准备的。因此，被处理单元接收的数据也是作好处理准备的。在这种情况下，基本上所有需要的信息都被并入每个道头中。这种数据一般不会在数据采集单元650之后经历地震勘测参数的集成。不过另一方面，可由转录器662或者另一编译器在分级数据收集单元660把某些数据集成到道头中，随后保存在希望的大容量存储介质上。分级数据收集单元660或者各个数据记录单元650可被配置成直接地或者经中间转发器把地震数据传给处理单元270。

如上所述，在一个方面，本发明提供一种获取地震数据的方法，包括：在与至少一个传感器数据通信的数据采集单元，接收由所述传感器响应于由位于选定位置的震源产生的地震能量信号而检测到的地震信号；在数据采集单元接收震源的至少一个参数；在数据采集单元产生数据块，所述数据块具有代表接收的地震信号的数据，和包含代表震源的所述至少一个参数的数据的头部；和把产生的数据块保存在适当的介质上。震源的参数可以选自：(i)选择的震源位置的x坐标；(ii)选择的震源位置的y坐标；(iii)选择的高程；(iv)震源标识；(v)震源相对于基准面的深度；(vi)震源装药量；(vii)与选择的位置对应的井口时间；(viii)振动源的频率；(ix)振动源的振幅；(x)振动源的扫描长度；(xi)振动源进行的扫描的次数；(xii)振动源的扫描斜度；(xiii)振动源的扫描形状；和(xiv)震源类型。数据采集单元可从与数据采集单元数据通信的中央系统计算机，或者与数据采集单元数据通信的便携式单元接收震源参数。所述方法还可把数据块从数据采集单元无线转移给从多个数据采集单元接收数据块的远程单元，或者从数据采集单元下载数据块的便携式设备。来自各个数据采集单元的数据块被收集和处理，从而获得地下结构的地震图。所述方法还包括集成与接收器和震源相关的足够参数，从而产生基本上作好提供地下结构的地震图的处理准备的数据块。

在另一方面，提供一种地震数据采集系统，包括：置于勘测区的选定位置的至少一个接收器，用于接收响应于由震源诱发到大地中的能量的地震信号；与所述至少一个接收器耦接的数据采集单元，用于处理从所述至少一个接收器接收的信号；把多个震源参数传给数据采集单元的远程单元；其中数据采集单元产生数据块，其中每个数据块包括代表接收的地震信号的数据，和包含代表震源的所述至少一个参数的数据的头部。数据采集单元把数据块无线转移给远程单元，或者转移给从数据采集单元下载数据块的便携式单元。震源的所述至少一个参数可以是在震源的选定位置或者规划位置测量的实际值。计算机系统与数据采集单元无线通信，从而向其提供震源参数。接收器参数可由邻近接收器位置获得这种参数的便携式设备提供给数据采集单元。

在另一方面，提供一种数据采集单元，包括：适合于与地震传感器耦接的电路或接口，用于接收由传感器响应于由地震能量源产生的地震能量信号而检测到的地震信号；从远程设备接收震源的至少一个参数的电路或接口；产生数据块的处理器，所述数据块包括代表接收的地震信号的数据，和包含代表震源的所述至少一个参数的数据的头部；和保存产生的数据块的数据存储装置。数据采集单元还可进一步包括无线接收接收器的至少一个参数的电路，其中处理器把接收器的所述至少一个参数并入数据块的头部中。

另外，提供一种计算机程序，包括：在响应震源的启动而产生的地震信号的采集期间，从传感器接收地震信号的一组指令；无线地从一个设备接收至少一个震源或接收器参数的一组指令；产生至少一个数据块的一组指令，所述至少一个数据块包括代表接收的地震信号的数据，和包含代表震源或接收器的至少一个参数的数据的头部；和把至少一个数据块保存在数据存储介质上的一组指令。计算机程序还可包括把至少一个数据块无线传送给一个设备的一组指令。计算机程序还可包括无线接收至少一个接收器参数，并把所述至少一个接收器参数并入数据块的头部中的一组指令。

本发明还提供一种获取地震数据的方法，包括：在与至少一个传感器数据通信的数据采集单元，接收由所述至少一个传感器响应于由位于选定位置的震源产生的地震能量信号而检测到的地震信号；在数据采集单元接收接收器的至少一个位置参数；在数据采集单元产生数据块，所述数据块具有代表接收的地震信号的数据，和包含代表接收器的所述至少一个参数的数据的头部；和把产生的数据块保存在适当的介质上。接收器的至少一个参数选自：(i)接收器位置的x坐标；(ii)接收器位置的y坐标；(iii)选定位置的高程和(iv)接收器相对于基准面的深度。接收器的参数可以接收自远程单元，所述远程单元可以是与数据采集单元数据通信的中央系统计算机，或者与数据采集单元数据通信的便携式单元。可在数据采集单元无线接收接收器的参数。来自数据采集单元的数据块可被无线传送给从多个数据采集单元接收数据块的远程单元，或者传送给从数据采集单元下载数据块的便携式设备。传送的数据块被处理，从而提供地震图。

上面公开的具体实施例只是对本发明的举例说明，因为受益于本发明的教导，对本领域的技术人员来说，显然可按照不同但等效的方式修改和实践本发明要求保护的主题。于是，上面公开的具体例证实施例显然可被改变或修改，所有这样的变化被认为在本发明要求保护的主题的范围和精神之内。上面的公开内容并不意图被用于限制权利要求的范围。另外，仅仅为了帮助读者理解公开的实施例，或者满足某些格式要求，提供了摘要和概述，从而，摘要和概述无论如何不应被用于限制权利要求的范围。

Claims (25)

1、一种获取地震数据的方法，包括：

在与至少一个传感器数据通信的数据采集单元，接收由所述至少一个传感器响应于由位于选定位置的震源产生的地震能量信号而检测到的地震信号；

在数据采集单元接收震源的至少一个参数；

在数据采集单元产生数据块，所述数据块具有代表接收的地震信号的数据和包含代表震源的所述至少一个参数的数据的头部；和

把产生的数据块保存在适当的介质上。

2、按照权利要求1所述的方法，其中震源的所述至少一个参数选自：(i)选择的震源位置的x坐标；(ii)选择的震源位置的y坐标；(iii)选择的高程；(iv)震源标识；(v)震源相对于基准面的深度；(vi)震源装药量；(vii)与选择的位置对应的井口时间；(viii)振动源的频率；(ix)振动源的振幅；(x)振动源的扫描长度；(xi)振动源进行的扫描的次数；(xii)振动源的扫描斜度；(xiii)振动源的扫描形状；和(xiv)震源类型。

3、按照权利要求1所述的方法，其中接收震源的至少一个参数包括从远程单元接收所述至少一个参数，所述远程单元是下述之一：(i)与数据采集单元数据通信的中央系统计算机；和(ii)与数据采集单元数据通信的便携式单元。

4、按照权利要求3所述的方法，还包括在数据采集单元以有线或无线方式接收震源的所述至少一个参数。

5、按照权利要求1所述的方法，还包括把数据块从数据采集单元传送给下述之一：(i)无线传送给从多个数据采集单元接收数据块的远程单元；和(ii)传送给从数据采集单元下载数据块的便携式设备。

6、按照权利要求1所述的方法，还包括在数据采集单元接收至少一个接收器的至少一个接收器参数，和把所述至少一个接收器参数并入头部中。

7、按照权利要求1所述的方法，还包括集成与接收器和震源相关的足够参数，以产生基本上作好提供地下结构的地震图的处理准备的数据块。

8、一种获取地震数据的系统，包括：

位于勘测区的选定位置的至少一个接收器，用于接收响应于由震源诱发到大地中的能量而产生的地震信号；

与所述至少一个接收器耦接的数据采集单元，用于处理从所述至少一个接收器接收的信号；

把多个震源参数传送给数据采集单元的远程单元；

其中数据采集单元产生数据块，其中每个数据块包括代表接收的地震信号的数据和包含代表震源的至少一个参数的数据的头部。

9、按照权利要求8所述的系统，其中数据采集单元把数据块传送给下述之一：(i)无线传送给远程单元；和(ii)传送给从数据采集单元下载数据块的便携式单元。

10、按照权利要求9所述的系统，其中震源的所述至少一个参数是在震源的选定位置测量的实际值。

11、按照权利要求10所述的系统，其中震源的所述至少一个参数选自：(i)选择的震源位置的x坐标；(ii)选择的震源位置的y坐标；(iii)选择的高程；(iv)震源标识；(v)震源相对于基准面的深度；(vi)震源装药量；(vii)与选择的位置对应的井口时间；(viii)振动源的频率；(ix)振动源的振幅；(x)振动源的扫描长度；(xi)振动源进行的扫描的次数；(xii)振动源的扫描斜度；(xiii)振动源的扫描形状；和(xiv)震源类型。

12、按照权利要求8所述的系统，还包括与数据采集单元数据通信且控制数据采集单元的操作的计算机系统。

13、按照权利要求12所述的系统，其中计算机系统与数据采集单元无线通信。

14、一种获取地震数据的设备，包括：

适合于与地震传感器耦接的电路，用于接收由传感器响应于由地震能量源产生的地震能量信号而检测到的地震信号；

从远程设备接收震源的至少一个参数的电路；

产生数据块的处理器，所述数据块包括代表接收的地震信号的数据和包含代表震源的所述至少一个参数的数据的头部；和

保存产生的数据块的数据存储装置。

15、按照权利要求14所述的设备，还包括：

无线接收接收器的至少一个参数的电路，其中处理器把接收器的所述至少一个参数并入数据块的头部中。

16、一种计算机可读介质，所述计算机可读介质可被处理器访问，所述处理器用于执行包含在嵌入计算机可读介质上的计算机程序中的指令，其中所述计算机程序包括：

在响应震源的启动而产生的地震信号的采集期间，从传感器接收地震信号的一组指令；

无线地从一个设备接收至少一个震源或接收器参数的一组指令；

产生至少一个数据块的一组指令，所述至少一个数据块包括代表接收的地震信号的数据和包含代表震源或接收器的至少一个参数的数据的头部；和

把至少一个数据块保存在数据存储介质上的一组指令。

17、按照权利要求16所述的计算机可读介质，其中计算机程序还包括把至少一个数据块无线传送给一个设备的一组指令。

18、按照权利要求17所述的计算机可读介质，其中计算机程序还包括无线接收至少一个接收器参数、并把所述至少一个接收器参数并入数据块的头部中的一组指令。

19、一种获取地震数据的方法，包括：

在与至少一个传感器数据通信的数据采集单元，接收由所述至少一个传感器响应于由位于选定位置的震源产生的地震能量信号而检测到的地震信号；

在数据采集单元接收接收器的至少一个位置参数；

在数据采集单元产生数据块，所述数据块具有代表接收的地震信号的数据和包含代表接收器的所述至少一个参数的数据的头部；和

把产生的数据块保存在适当的介质上。

20、按照权利要求19所述的方法，其中接收器的所述至少一个参数选自：(i)接收器位置的x坐标；(ii)接收器位置的y坐标；(iii)选定位置的高程和(iv)接收器相对于基准面的深度。

21、按照权利要求19所述的方法，其中接收所述接收器的至少一个参数包括从远程单元接收所述至少一个参数，所述远程单元是下述之一：(i)与数据采集单元数据通信的中央系统计算机；和(ii)与数据采集单元数据通信的便携式单元。

22、按照权利要求19所述的方法，还包括在数据采集单元无线接收接收器的所述至少一个参数。

23、按照权利要求19所述的方法，还包括把数据块从数据采集单元传送给下述之一：(i)无线传送给从多个数据采集单元接收数据块的远程单元；和(ii)传送给从数据采集单元下载数据块的便携式设备。

24、按照权利要求19所述的方法，还包括处理数据块以获得地下结构的地震图。

25、按照权利要求19所述的方法，还包括集成与接收器和震源相关的足够参数，以产生基本上作好提供地下结构的地震图的处理准备的数据块。

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