本申請涉及地球物理勘探技術(shù)領域，特別涉及一種海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

在地球物理勘探的過程中，尤其是對海底地層進行地質(zhì)勘探研究時，常常需要采集待測海域中和從海底以下介質(zhì)里反射上來的海洋地震數(shù)據(jù)。進而可以通過采集得到的海洋地震數(shù)據(jù)，分析海底的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，預測海底地層中的石油存儲。

現(xiàn)有的海洋地震數(shù)據(jù)采集方法一般可以分為三種。一種是獨立海洋地震數(shù)據(jù)采集站沉底、氣槍震源拖移激發(fā)，即利用海底地震數(shù)據(jù)采集站和大功率拖移氣槍震源，實施時預先布設好海洋地震數(shù)據(jù)采集站，然后在海洋地震數(shù)據(jù)采集站上方拖移氣槍震源激發(fā)，完成海洋地震數(shù)據(jù)的采集。一種是海洋地震數(shù)據(jù)采集拖纜(線纜)與氣槍激發(fā)源在海上同步拖移，通過海洋拖纜采集海洋地震數(shù)據(jù)。還有一種是海洋地震數(shù)據(jù)采集線纜沉底布設、氣槍激發(fā)源拖移，采集海洋地震數(shù)據(jù)。

具體實施時，上述三種海洋地震數(shù)據(jù)采集方法往往都需要專門在拖纜(線纜)的內(nèi)部另外布設供電電源線對拖纜上的采集設備和傳感器進行供電。例如，通常使用采集船甲板上的電源從拖纜的起始端開始沿拖纜給拖纜上的地震數(shù)據(jù)采集單元分別供電。但是，具體實施時所使用的拖纜通常都長達數(shù)十公里，且拖纜內(nèi)的供電線自身還存在一定內(nèi)阻。因此，上述方法會導致拖纜上的供電電壓和電流數(shù)值隨著離開電源的距離的增大而逐步降低。為了保證在拖纜尾端的采集單元具有足夠的工作電壓和工作電流，一般需要在拖纜的起始端提供較大功率的電壓和電流作為電源。然而，較大功率的電壓和電流又會對沿纜分布的三分量姿態(tài)傳感器、水聽器、三分量檢波器、三分量加速度計等地震傳感器造成干擾和影響，進而影響采集得到的海洋地震數(shù)據(jù)的精度。因此，現(xiàn)有的應用拖曳式或沉底式海洋地震數(shù)據(jù)采集纜方法實施時往往存在供電麻煩、長距離大功率供電線對線纜內(nèi)的采集電路器件和傳感器的干擾和影響，采集得到的海洋地震數(shù)據(jù)準確度差的技術(shù)問題。

針對上述問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請實施方式提供了一種海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和方法，以解決現(xiàn)有的海洋地震數(shù)據(jù)采集方法中存在的供電麻煩、采集得到的海洋地震數(shù)據(jù)準確度差的技術(shù)問題。

本申請實施方式提供了一種海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括：

一個或多個氣槍震源，和一條或多條線纜；

其中，所述一個或多個氣槍震源，用于產(chǎn)生地震震源信號，所述地震震源信號用于在待測海域和海底以下介質(zhì)中激發(fā)產(chǎn)生海洋地震信號，其中，所述海洋地震信號包括：三分量海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)；

所述海水中和海底以下介質(zhì)中激發(fā)產(chǎn)生地震信號向上反射并被拖曳在海水中的線纜接收；

每條所述線纜上設置有一個或多個數(shù)據(jù)采集組，其中，所述數(shù)據(jù)采集組包括：三分量姿態(tài)傳感器，用于采集三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)；三分量地震數(shù)據(jù)傳感器，用于采集三分量海洋地震數(shù)據(jù)；水聽器，用于采集海水壓力波數(shù)據(jù)；

每條所述線纜上設置有發(fā)電層，其中，所述發(fā)電層用于為每條所述線纜上的數(shù)據(jù)采集組提供工作所需的電源。

在一個實施方式中，所述發(fā)電層由摩擦納米發(fā)電柔性材料制成。

在一個實施方式中，在一條線纜上設置有多個數(shù)據(jù)采集組的情況下，所述多個數(shù)據(jù)采集組等間隔分布。

在一個實施方式中，在一條線纜上設置有多個數(shù)據(jù)采集組的情況下，同一線纜上兩個相鄰的數(shù)據(jù)采集組的間隔距離為5米至50米。

在一個實施方式中，所述地震數(shù)據(jù)傳感器包括以下至少之一：

三分量模擬檢波器、三分量數(shù)字檢波器、三分量加速度計。

在一個實施方式中，所述數(shù)據(jù)采集組還包括7個放大器和7個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

在一個實施方式中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為32位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

在一個實施方式中，所述發(fā)電層外還設有保護層。

在一個實施方式中，所述保護層由凱夫拉(kevlar)材料制成。

在一個實施方式中，所述系統(tǒng)還包括電能存儲裝置，所述電能存儲裝置與所述發(fā)電層相連，用于存儲所述發(fā)電層產(chǎn)生的電能。

在一個實施方式中，所述電能存儲裝置為充電電池。

在一個實施方式中，所述系統(tǒng)還包括拖纜船，所述一個或多個氣槍震源和所述一條或多條線纜與所述拖纜船相連。

在一個實施方式中，在所述氣槍震源為多個氣槍震源的情況下，所述多個氣槍震源以所述拖纜船行駛的方向為對稱軸，對稱分布。

基于相同的發(fā)明構(gòu)思，本申請實施方式還提供了一種海洋地震數(shù)據(jù)采集方法，包括：

氣槍震源產(chǎn)生地震震源信號，用以在待測海域和海底以下介質(zhì)中激發(fā)產(chǎn)生海洋地震信號，其中，所述海洋地震信號包括：三分量海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)；

利用所述海水中和海底以下介質(zhì)中激發(fā)產(chǎn)生地震信號向上反射并被拖曳在海水中的線纜接收；

通過設置在線纜上的數(shù)據(jù)采集組采集三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)、所述海水壓力波數(shù)據(jù)和所述三分量海洋地震數(shù)據(jù)，其中，所述數(shù)據(jù)采集組工作所需的電源由所述線纜上的發(fā)電層提供。

在本申請實施方式中，通過在線纜的外表面設置發(fā)電層，將線纜的機械能轉(zhuǎn)化成電能對線纜進行供電，避免了另外設置大功率電源對線纜進行供電，解決了現(xiàn)有的海洋地震數(shù)據(jù)采集方法中存在的由于供電麻煩，采用長距離大功率供電線對線纜內(nèi)的采集電子器件(包括傳感器)的干擾，導致采集得到的海洋地震數(shù)據(jù)準確度差的技術(shù)問題，達到了精確、高效采集海洋地震數(shù)據(jù)的技術(shù)效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據(jù)本申請實施方式的海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖；

圖2是根據(jù)本申請實施方式的海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的線纜結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是應用本申請實施方式提供的海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的步驟流程圖；

附圖說明：1、拖纜船，2、氣槍震源，3、三分量姿態(tài)傳感器，4、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器，5、水聽器，6、發(fā)電層，7、保護層。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。

考慮到現(xiàn)有的海洋地震數(shù)據(jù)采集方法，往往需要在線纜的起始端另設電源對線纜上的采集單元進行供電。具體實施時，又由于線纜比較長，一般都長達數(shù)十公里；且線纜內(nèi)部的供電線自身具有一定的電阻，因此線纜上的電壓和電流會隨著離開電源的距離的增大而減小。為了保證向線纜尾端的地震數(shù)據(jù)采集單元(數(shù)據(jù)采集組)提供正常的工作電壓和工作電流，通常會選用大功率的電源對線纜上的各個地震數(shù)據(jù)采集單元進行供電。然而，由于大功率的電壓和電流一般會產(chǎn)生比較明顯的電磁波，干擾分布于線纜的地震數(shù)據(jù)采集單元中的傳感器，例如姿態(tài)傳感器、水聽器、檢波器、加速度計等，進而會影響傳感器采集的數(shù)據(jù)精度。最終，導致現(xiàn)有的海洋地震數(shù)據(jù)采集方法具體實施時，往往存在供電不方便，使用長距離大功率供電線對線纜內(nèi)的采集電路器件和傳感器存在干擾和影響導致采集得到的海洋地震數(shù)據(jù)準確度差的技術(shù)問題。針對產(chǎn)生上述技術(shù)問題的根本原因，本申請考慮可以沿著線纜在線纜外表面設置發(fā)電層，進而可以通過發(fā)電層自行將線纜隨海水擺動的機械能轉(zhuǎn)化成電能，再對線纜上的地震數(shù)據(jù)采集單元進行供電。從而可以避免由于使用長距離大功率供電線對地震數(shù)據(jù)采集單元的電磁干擾，解決現(xiàn)有的海洋地震數(shù)據(jù)采集方法中存在的長距離供電麻煩、采集得到的海洋地震數(shù)據(jù)準確度差的技術(shù)問題。

基于上述思考思路，本申請實施方式提供了一種海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其基本結(jié)構(gòu)組成，請參閱圖1的海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖和圖2的線纜結(jié)構(gòu)示意圖。本申請實施方式提供的海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具體可以包括：一個或多個氣槍震源2和一條或多條線纜(海洋地震數(shù)據(jù)采集線纜)。

其中，所述一個或多個氣槍震源2，可以用于產(chǎn)生地震震源信號，所述地震震源信號可以用于在待測海域和海底以下介質(zhì)中激發(fā)產(chǎn)生海洋地震信號，其中，所述海洋地震信號包括：三分量海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)；

所述海水中和海底以下介質(zhì)中激發(fā)產(chǎn)生地震信號向上反射并被拖曳在海水中的海洋地震信號采集線纜接收；

每條所述線纜上設置有一個或多個數(shù)據(jù)采集組，其中，所述數(shù)據(jù)采集組包括：三分量姿態(tài)傳感器3，用于采集三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)；三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4，用于采集三分量海洋地震數(shù)據(jù)；水聽器5，用于采集海水壓力波數(shù)據(jù)；

每條所述線纜上設置有發(fā)電層6，其中，所述發(fā)電層6用于為每條所述線纜上的數(shù)據(jù)采集組提供工作所需的電源。

在本實施方式中，為了準確地測得待測海域的海洋地震數(shù)據(jù)，可以將所述一個或多個氣槍震源2和一條或多條線纜連接在拖纜船1上。拖纜船1以預設速度運行，可以拖動所述氣槍震源2和線纜同步運行。具體實施時，可以是拖纜船1按照預設速度運行，運行的同時氣槍震源2每隔預設時間段，例如每隔30秒或每隔一段預設空間距離，發(fā)射地震震源信號；同時，被拖動運行的海洋地震信號采集線纜通過線纜上的數(shù)據(jù)采集組實時測量并記錄相應的三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)、海水壓力波數(shù)據(jù)和三分量海洋地震數(shù)據(jù)。

在本實施方式中，所述系統(tǒng)可以包括一個氣槍震源2，也可以包括多個氣槍震源2。具體實施時，可以根據(jù)具體情況和實際要求選擇預設個數(shù)的氣槍震源2。需要說明的是，為了保證線纜采集的數(shù)據(jù)準確，便于后續(xù)對數(shù)據(jù)的處理，一般將氣槍震源2對稱地布設在拖纜船1上。如此，可以使得氣槍震源2產(chǎn)生的地震震源信號在待測海域中的分布相對對稱，便于后續(xù)處理采集得到的數(shù)據(jù)。

在本實施方式中，為了激發(fā)得到三分量海洋地震數(shù)據(jù)和海水波壓力數(shù)據(jù)，可以利用氣槍震源在待測海域和海底以下介質(zhì)中激發(fā)產(chǎn)生海洋四分量地震信號，其中，所述海洋四分量地震信號具體可以包括：三分量海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)。具體實施時，也可以根據(jù)具體情況和施工要求使用炸藥震源、電磁感應式震源、電磁-機械式震源中的一種激發(fā)產(chǎn)生三分量海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)。

在本實施方式中，所述系統(tǒng)可以包括多條線纜。對于線纜的條數(shù)本申請實施方式不作限定。具體實施時，可以根據(jù)具體情況選擇合適條數(shù)的線纜。在一個實施方式中，為了準確地采集得到相應的海洋地震數(shù)據(jù)，所述的線纜條數(shù)可以是1條、2條或3條以上。且為了便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，上述多條線纜可以對稱分布。例如，在所述系統(tǒng)包括4條線纜的情況下，具體實施時，可以以拖纜船1行駛的路線為對稱軸在該對稱軸的兩側(cè)分別對稱布設2條線纜。在所述系統(tǒng)包括3條線纜的情況，具體實施時，可以在對稱軸上布設1條線纜，在該線纜的兩側(cè)分別對稱布設1條線纜。

在本實施方式中，為了采集所需要的數(shù)據(jù)，在所述線纜上可以布設具體的數(shù)據(jù)采集組。其中，所述數(shù)據(jù)采集組具體可以包括三分量姿態(tài)傳感器3、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4和水聽器5。需要說明的是，為了保證采集得到的三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)、三分量海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)具有一定的對應關系，上述三分量姿態(tài)傳感器3、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4和水聽器5可以緊挨著設置在一起組成一個數(shù)據(jù)采集組。如此，可以使得一個數(shù)據(jù)采集組采集得到的三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)和該數(shù)據(jù)采集組采集得到的海水壓力波數(shù)據(jù)和三分量海洋地震數(shù)據(jù)是對應的，即可以采集記錄得到待測海域中某個空間位置對應的三分量海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)。

在本實施方式中，每個數(shù)據(jù)采集組中三分量姿態(tài)傳感器3、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4和水聽器5的連接順序具體可以是按照以下順序依次連接三分量姿態(tài)傳感器3、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4和水聽器5。也可以按照下面的順序依次連接三分量姿態(tài)傳感器3、水聽器5和三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4。還可以按照如下順序依次連接水聽器5、三分量姿態(tài)傳感器3和三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4等。當然，具體實施時還可以按照上述三種順序以外的順序連接數(shù)據(jù)采集組中的3個電子器件。對此，本申請不作限定。

在本實施方式中，為了向上述的三分量姿態(tài)傳感器3、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4和水聽器5提供電源，所述線纜外還設有一層或多層的發(fā)電層6，用以產(chǎn)生電能，為上述電子器件提供工作電壓和工作電流。需要說明的是，發(fā)電層6產(chǎn)生的電能具體可以供應給線纜上包括傳感器在內(nèi)的所有電子器件使用。

在本實施方式中，為了避免在線纜內(nèi)使用長距離大功率電源線供電帶來的問題，可以通過發(fā)電層6進行自行發(fā)電。具體實施時，所述發(fā)電層6可以由摩擦納米發(fā)電柔性材料制成。上述摩擦納米發(fā)電柔性材料可以將線纜隨著海水擺動的機械動能轉(zhuǎn)換成電能，作為能源，提供給三分量姿態(tài)傳感器3、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4和水聽器5等器件。此外，摩擦納米發(fā)電柔性材料還具有一定的柔韌性，使用該材料作為發(fā)電層的線纜可以折疊、纏繞，便于回收，重復使用。

在本實施方式中，所述三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)具體可以用于對所記錄的海洋地震數(shù)據(jù)進行必要的旋轉(zhuǎn)定位處理。需要說明的是，具體實施時，由于三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4隨線纜在水中的姿態(tài)是時刻變化的，而每個地震數(shù)據(jù)采集組使用的是同一個正交坐標系，所以需要實時測量記錄對應的三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)，以便后續(xù)可以對每個采集組所采集得到的海洋地震數(shù)據(jù)進行旋轉(zhuǎn)定位處理，繼而可以便于對后續(xù)采集得到的海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)進行處理和分析。所述海洋地震數(shù)據(jù)具體可以用于表征數(shù)據(jù)采集組位置處測得的待測海域和海底以下介質(zhì)在地震震源信號的激發(fā)下生成的地震波形。所述海水壓力波數(shù)據(jù)，具體可以用于表征數(shù)據(jù)采集組位置處測得的待測海域和海底以下介質(zhì)在地震震源信號的激發(fā)下產(chǎn)生的海水壓力波的大小。

在本實施方式中，所述三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)具體可以包括：測量傾角分量數(shù)據(jù)、方位角分量數(shù)據(jù)和傾向分量數(shù)據(jù)。通過上述3個姿態(tài)數(shù)據(jù)的分量數(shù)據(jù)可以通過坐標轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成對應的直角坐標系的位置數(shù)據(jù)。

在本實施方式中，所述三分量海洋地震數(shù)據(jù)可以包括直角坐標軸x軸向上的地震波的波形分量數(shù)據(jù)、y軸向上的地震波的波形分量數(shù)據(jù)和z軸方向上的地震波的波形分量數(shù)據(jù)。通過上述3個海洋地震數(shù)據(jù)的分量數(shù)據(jù)可以確定該位置處的海洋地震波形。其中，所述海洋地震波形可以是一個矢量數(shù)據(jù)。

在本實施方式中，所述海水壓力波數(shù)據(jù)具體可以是一個標量數(shù)據(jù)。通過海水壓力波的數(shù)值即可以表征對應的地震波在海水中以壓力波形式傳播情況。

在本實施方式中，為了獲得所述海洋地震數(shù)據(jù)，所述三分量海洋地震數(shù)據(jù)傳感器4具體可以是以下的任意一種：三分量模擬檢波器、三分量數(shù)字檢波器或三分量加速度計。具體選擇哪一種作為上述三分量海洋地震數(shù)據(jù)傳感器4，可以根據(jù)具體情況進行選擇使用。

在本實施方式中，為了測量獲得更多的數(shù)據(jù)，具體實施時，每條線纜上可以布設多個數(shù)據(jù)采集組。為了便于后續(xù)數(shù)據(jù)的處理，所述多個數(shù)據(jù)采集組可以沿著線纜等間隔分布。其中，所述同一線纜上的兩個相鄰的數(shù)據(jù)采集組的間隔距離可以是5米至50米。當然，也可以根據(jù)實際情況按照其他的間距等間隔布設數(shù)據(jù)采集組。

在本實施方式中，為了將三分量姿態(tài)傳感器3、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4和水聽器5分別測得的三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)、三分量海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)的各個分量數(shù)據(jù)分別進行記錄和存儲，所述數(shù)據(jù)采集組具體還可以包括多個放大器和多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。具體實施時，每個數(shù)據(jù)采集組可以包括7個放大器和7個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。具體地，三分量姿態(tài)傳感器3可以先分別與3個放大器相連，在上述3個放大器之后再各連接一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。如此，三分量姿態(tài)傳感器3采集得到的測量傾角分量數(shù)據(jù)、方位角分量數(shù)據(jù)和傾向分量數(shù)據(jù)可以分別通過1個放大器的放大處理后，再分別由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行傳輸存儲。同樣，三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4也可以先分別與3個放大器相連，在上述3個放大器之后再各連接一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。如此，地震數(shù)據(jù)傳感器4采集得到的x軸向上的地震波的波形分量數(shù)據(jù)、y軸向上的地震波的波形分量數(shù)據(jù)和z軸方向上的地震波的波形分量數(shù)據(jù)可以分別各通過1個放大器的放大處理后，再分別由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行傳輸存儲。水聽器5采集得到的海水壓力波數(shù)據(jù)是一個標量數(shù)據(jù)，因此，所述水聽器5只需要與1個放大器相連，再連接1個模數(shù)轉(zhuǎn)換器即可將海水壓力波數(shù)據(jù)先進行放大后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)進行記錄存儲。

在本實施方式中，為了保證記錄存儲的數(shù)據(jù)的精度，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器具體可以為32位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。使用32位模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字數(shù)據(jù)分辨率相對較好，精確度相對較高。當然，還可以根據(jù)具體情況選擇使用其他的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，例如8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器等。

在本實施方式中，為了保護上述發(fā)電層6的柔性材料不被磨損，同時為了防止發(fā)電層6受損短路漏電，在所述發(fā)電層6外還設有保護層7。其中，所述保護層7一般用耐磨的非金屬材料制成。具體地，上述保護層7可以是由凱夫拉(英文名，kevlar)材料制成。當然，具體實施時，還可以根據(jù)具體情況選擇其他的耐磨非金屬材料作為保護層7。對此，本申請不作限定。

根據(jù)本發(fā)明實施例提供的海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理可以是：氣槍震源2產(chǎn)生地震震源信號，該地震震源信號可以在待測海域和海底以下介質(zhì)中激發(fā)產(chǎn)生海洋地震信號；這時，設置在線纜上數(shù)據(jù)采集組中的三分量姿態(tài)傳感器3可以采集得到對應位置的三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)，三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4可以采集得到對應的三分量海洋地震數(shù)據(jù)，水聽器5可以采集得到對應的海水壓力波數(shù)據(jù)；整個實施過程中，線纜發(fā)電層6上的摩擦納米發(fā)電柔性材料可以將線纜隨海水擺動或在海水中拖曳前行時的機械能轉(zhuǎn)換成電能，利用該電能給上述的三分量姿態(tài)傳感器3、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4和水聽器5等器件提供工作電壓和工作電流。在采集得到的上述待測海域的三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)、三分量海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)后，可以根據(jù)上述的數(shù)據(jù)進行處理分析，確定待測海域的地下地層界面和埋深等地質(zhì)情況，進而可以根據(jù)上述地質(zhì)情況確定待測海域的地質(zhì)構(gòu)造和該海域內(nèi)可能的油氣資源分布特征。

在本申請實施例中，通過在線纜的外表面設置發(fā)電層，將線纜擺動或在海水中拖曳前行時的機械能轉(zhuǎn)化成電能，對線纜進行供電，避免了使用長距離大功率電源供電線對數(shù)據(jù)采集組的干擾和影響，解決了現(xiàn)有的海洋地震數(shù)據(jù)采集方法中存在的供電麻煩、采集得到的海洋地震數(shù)據(jù)準確度差的技術(shù)問題，達到了精確、高效地采集海洋地震數(shù)據(jù)的技術(shù)效果。

在一個實施方式中，為了將線纜的機械能轉(zhuǎn)換成電能，所述發(fā)電層6具體可以由摩擦納米發(fā)電柔性材料制成。如此，發(fā)電層7可以將線纜隨海水運動的機械能轉(zhuǎn)換成電能，為線纜數(shù)據(jù)采集組中的三分量姿態(tài)傳感器3、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4和水聽器5等器件提供合適的工作電壓和工作電流。

在一個實施方式中，為了提高采集數(shù)據(jù)的精度，可以在線纜上布設多個數(shù)據(jù)采集組。又為了便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，具體實施時，在一條線纜上設置有多個數(shù)據(jù)采集組的情況下，所述多個數(shù)據(jù)采集組中相鄰的兩個數(shù)據(jù)采集組具體可以等間隔分布。其中，同一線纜上兩個相鄰的數(shù)據(jù)采集組的間隔距離具體可以為5米至50米。當然，具體實施時，可以根據(jù)具體情況選擇其他合適的長度作為間隔距離。對此，本申請不作限定。

在一個實施方式中，每個數(shù)據(jù)采集組中三分量姿態(tài)傳感器3、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4和水聽器5的連接順序具體可以是按照以下順序依次連接三分量姿態(tài)傳感器3、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4和水聽器5。也可以按照下面的順序依次連接三分量姿態(tài)傳感器3、水聽器5和三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4。還可以按照如下順序依次連接水聽器5、三分量姿態(tài)傳感器3和三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4等。當然，具體實施時還可以按照上述三種順序以外的順序連接數(shù)據(jù)采集組中的3個電子器件。對此，本申請不作限定。

在一個實施方式中，為了測得所需要的海洋地震數(shù)據(jù)，所述三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4具體可以包括以下至少一種：三分量模擬檢波器、三分量數(shù)字檢波器、三分量加速度計。其中，通過所述三分量模擬檢波器或所述三分量數(shù)字檢波器可以測得待測海域的海洋地震數(shù)據(jù)的三分量信號，通過所述加速度計可以測得待測海域的海洋地震數(shù)據(jù)的三分量加速度信號。具體實施時，可以根據(jù)實際需要，使用上述三種器件中的任意一種作為三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4。

在一個實施方式中，上述數(shù)據(jù)采集組中的三分量姿態(tài)傳感器3、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4和水聽器5等器件直接采集得到的都是模擬數(shù)據(jù)，不能直接進行傳輸記錄。為了將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成便于傳輸記錄的數(shù)字數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)采集組還可以包括7個放大器和7個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。具體地，三分量姿態(tài)傳感器3可以先分別與3個放大器相連，在上述3個放大器之后再各連接一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。如此，三分量姿態(tài)傳感器3采集得到的測量傾角分量數(shù)據(jù)、方位角分量數(shù)據(jù)和傾向分量數(shù)據(jù)可以分別各通過1個放大器的放大處理后，再分別由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行傳輸存儲。同樣，三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4也可以先分別與3個放大器相連，在上述3個放大器之后再各連接一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。如此，三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4采集得到的x軸向上的地震波的波形分量數(shù)據(jù)、y軸向上的地震波的波形分量數(shù)據(jù)和z軸方向上的地震波的波形分量數(shù)據(jù)可以分別各通過1個放大器的放大處理后，再分別由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行傳輸存儲。水聽器5采集得到的海水壓力波數(shù)據(jù)是一個標量數(shù)據(jù)，因此，所述水聽器5只需要與1個放大器相連，再連接1個模數(shù)轉(zhuǎn)換器即可將海水壓力數(shù)據(jù)先進行放大后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)進行記錄存儲。

在一個實施方式中，為了提高轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)精度，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器具體可以為32位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。使用32位模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字數(shù)據(jù)分辨率較好，精確度較高。當然，還可以根據(jù)具體情況選擇使用其他的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，例如8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器等。

在一個實施方式中，為了保護上述發(fā)電層6的柔性材料不被磨損，同時防止發(fā)電層6受損短路漏電，在所述發(fā)電層6外還設有保護層7。其中，所述保護層7一般用耐磨的非金屬材料制成。具體地，上述保護層7可以是由凱夫拉(kevlar)材料制成。當然，具體實施時，還可以根據(jù)具體情況選擇其他的耐磨非金屬材料作為保護層7。對此，本申請不作限定。

在一個實施方式中，為了存儲上述發(fā)電層6所產(chǎn)生電能，所述系統(tǒng)可以包括電能存儲裝置。其中，該電能存儲裝置可以與發(fā)電層6電性連接，從而可以將發(fā)電層6產(chǎn)生的電能通過該連接傳輸并存儲在電能存儲裝置中。具體布設電能存儲裝置時，可以在每個數(shù)據(jù)采集組中配置一個電能存儲裝置，如此可以將每個數(shù)據(jù)采集組所在范圍段線纜的發(fā)電層6產(chǎn)生的電能存儲在該數(shù)據(jù)采集組的電能存儲裝置，以便該數(shù)據(jù)采集組可以通過所配置的電能存儲裝置就近獲取所需要的電能，避免從其他數(shù)據(jù)采集組的電能存儲裝置調(diào)用能源，減少了電能在輸運過程中的損耗。當然，還可以根據(jù)具體情況選擇其他合適的電能存儲裝置的布設方式。對此，本申請不作限定。

在本實施方式中，所述使用的電能存儲裝置具體可以是能夠進行多次充放電的電能存儲裝置。所述能夠進行多次充放電的電能存儲裝置與所述發(fā)電層相連，具體可以用于多次存儲所述發(fā)電層產(chǎn)生的電能，并在發(fā)電層所發(fā)出的電能無法滿足電磁地震數(shù)據(jù)采集纜正常工作時，能夠進行多次充放電的電能存儲裝置可以立即給電磁地震數(shù)據(jù)采集纜提供額外的電能，以保證電磁地震數(shù)據(jù)采集纜正常進行海洋電磁地震數(shù)據(jù)的采集工作。

在一個實施方式中，為了存儲電能，所述電能存儲裝置具體可以為充電電池。當然也可以選擇其他合適的器件作為電能存儲裝置。

在一個實施方式中，為了對待測海域進行探測，獲得待測海域的海洋地震數(shù)據(jù)，所述系統(tǒng)具體還可以包括拖纜船1，所述一個或多個氣槍震源2和所述一條或多條線纜(海洋地震數(shù)據(jù)采集線纜)與所述拖纜船1相連。當拖纜船1運動時，可以拖動氣槍震源2和海洋地震數(shù)據(jù)采集線纜同時進行運動。

在一個實施方式中，當所述氣槍震源為多個氣槍震源時，為了使得產(chǎn)生的地震震源信號分布對稱，使得采集數(shù)據(jù)便于后續(xù)處理，所述多個氣槍震源2可以對稱分布。具體地，可以以拖纜船1的行駛方向作為對稱軸，在該對稱軸的兩側(cè)對稱布設氣槍震源2。例如，所述系統(tǒng)包括6個氣槍震源2時，可以在對稱軸的兩側(cè)分別對稱布設3個氣槍震源2。

對于上述的海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具體可以參閱圖3的應用海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的步驟流程圖，按照以下步驟進行海洋地震數(shù)據(jù)采集：

步驟301：氣槍震源產(chǎn)生地震震源信號，用以在待測海域和海底以下介質(zhì)中激發(fā)產(chǎn)生海洋地震信號，其中，所述海洋地震信號包括：三分量海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)；

步驟302：設置在線纜上的數(shù)據(jù)采集組采集三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)、所述海水壓力波數(shù)據(jù)和所述三分量海洋地震數(shù)據(jù)，其中，所述數(shù)據(jù)采集組工作所需的電源由所述線纜上的發(fā)電層提供。

在一個實施方式中，具體實施前，可以參閱圖1，將一個或多個氣槍震源和一條或多條線纜(海洋地震數(shù)據(jù)采集線纜)連接在拖纜船的尾端。其中，為了使得產(chǎn)生的地震震源信號和采集的數(shù)據(jù)相對對稱，便于后續(xù)處理，可以以拖纜船行駛的方向作為對稱軸，在該對稱軸的兩側(cè)對稱布設氣槍震源和線纜。為了采集豐富的數(shù)據(jù)：三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)、三分量海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)，可以在每條線纜上等間隔布設多個數(shù)據(jù)采集組。其中，每個數(shù)據(jù)采集組中包括：三分量姿態(tài)傳感器、三分量地震數(shù)據(jù)傳感器和水聽器，分別用以采集三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)、三分量海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)。為了給數(shù)據(jù)采集組中的電子器件提供能源，在線纜外還設有發(fā)電層。其中，發(fā)電層可以由摩擦納米發(fā)電柔性材料制成。通過該發(fā)電層，可以將線纜運動的機械能轉(zhuǎn)換成電能，用以向電子器件提供工作電壓和工作電流。

在一個實施方式中，具體實施時，可以按照預設速度行駛拖纜船，拖動拖纜船所連接的氣槍震源和線纜。氣槍震源每隔預設時間段，例如30秒或一段預設空間距離，在待測海域中發(fā)射地震震源信號。其中，該地震震源信號可以在待測海域和海底以下介質(zhì)中激發(fā)產(chǎn)生海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)。線纜上的發(fā)電層將線纜的機械能轉(zhuǎn)換成電能，提供給數(shù)據(jù)采集組。數(shù)據(jù)采集組利用提供的電能實時地采集記錄海洋地震數(shù)據(jù)。具體地，數(shù)據(jù)采集組中的三分量姿態(tài)傳感器實時采集記錄三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)，三分量地震數(shù)據(jù)傳感器實時采集記錄三分量海洋地震數(shù)據(jù)，水聽器實時采集記錄標量的海水壓力波數(shù)據(jù)。上述三種數(shù)據(jù)的各個分量數(shù)據(jù)可以分別依次通過放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)，并以數(shù)字數(shù)據(jù)的形式傳輸并存儲在拖纜船上的處理器中，以備后續(xù)的分析處理。

在一個實施方式中，處理器可以根據(jù)姿態(tài)數(shù)據(jù)對所述的海洋地震數(shù)據(jù)和海水壓力數(shù)據(jù)進行旋轉(zhuǎn)定位處理，再根據(jù)處理后的三分量海洋地震數(shù)據(jù)、海水壓力波數(shù)據(jù)和三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)，分析待測海域中由于地震震源信號產(chǎn)生的地震波波形，根據(jù)反射波波形分析待測海域的地下地層界面以及埋深情況。進一步，可以分析待測海域的地質(zhì)構(gòu)造和該海域內(nèi)可能存在的油氣資源分布特征。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于系統(tǒng)實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。

需要說明的是，上述實施方式闡明的系統(tǒng)、裝置、模塊或單元，具體可以由計算機芯片或?qū)嶓w實現(xiàn)，或者由具有某種功能的產(chǎn)品來實現(xiàn)。為了描述的方便，在本說明書中，描述以上裝置時以功能分為各種單元分別描述。當然，在實施本申請時可以把各單元的功能在同一個或多個軟件和/或硬件中實現(xiàn)。

此外，在本說明書中，諸如第一和第二這樣的形容詞僅可以用于將一個元素或動作與另一元素或動作進行區(qū)分，而不必要求或暗示任何實際的這種關系或順序。在環(huán)境允許的情況下，參照元素或部件或步驟(等)不應解釋為局限于僅元素、部件、或步驟中的一個，而可以是元素、部件、或步驟中的一個或多個等。

從以上的描述中，可以看出，本申請實施方式提供的海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過在線纜的外表面設置發(fā)電層，將線纜的機械能轉(zhuǎn)化成電能，對線纜自行進行供電，避免了由于使用長距離大功率電源供電線對地震數(shù)據(jù)采集單元的干擾和影響，解決了現(xiàn)有的海洋地震數(shù)據(jù)采集方法中存在的供電麻煩、采集得到的海洋地震數(shù)據(jù)準確度差的技術(shù)問題，達到了精確、高效采集海洋地震數(shù)據(jù)的技術(shù)效果；又通過使用摩擦納米發(fā)電柔性材料制成發(fā)電層，將線纜隨海水擺動或在海水中拖曳前行時產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)換成電能，進而可以對地震數(shù)據(jù)采集單元進行供電，避免了在線纜的起始端使用長距離大功率電源供電線對采集過程的影響；還通過將水聽器、三分量姿態(tài)傳感器和三分量地震信號傳感器組合得到地震數(shù)據(jù)采集單元采集數(shù)據(jù)，達到了采集多分量海洋地震數(shù)據(jù)的技術(shù)效果；又由于不需要另外供電，線纜可以做的更長，因此可以在線纜上布設更多更密集的電子器件，采集更多的海洋地震數(shù)據(jù)，因此還達到了提高采集效率的技術(shù)效果。

在一個具體實施場景，應用本申請?zhí)峁┖Ｑ蟮卣饠?shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計拖纜式海洋四分量地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對某海域的海洋地震數(shù)據(jù)進行采集，具體可以按照以下方式進行。

具體可以參閱圖1和圖2。拖纜式海洋四分量地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由拖纜船1，拖曳式氣槍震源2和三條或三條以上纜的四分量海洋線纜組成。每條線纜上分別安置多個采集系(即地震數(shù)據(jù)采集單元)。每個采集系具體分別由三分量姿態(tài)傳感器(姿態(tài)傳感器)3、三分量模擬或數(shù)字檢波器或三分量加速度計構(gòu)成的聲波傳感器(地震數(shù)據(jù)傳感器)4和水聽器5組成。上述多個采集系在線纜中均勻分布，其中，三分量姿態(tài)傳感器3、三分量模擬或三分量數(shù)字檢波器或三分量加速度計構(gòu)成的聲波傳感器4和水聽器5緊挨在一起，且沿纜分布的相鄰的兩個姿態(tài)傳感器3之間的間隔相等；沿纜分布的相鄰的兩個三分量模擬或三分量數(shù)字檢波器或三分量加速度計構(gòu)成的聲波傳感器4之間的間隔相等；沿纜分布的相鄰的兩個水聽器5之間的間隔相等。

一個采集系由一個三分量姿態(tài)傳感器3、一個三分量模擬或三分量數(shù)字檢波器或三分量加速度計4和一個水聽器5構(gòu)成。其中，每個由三分量姿態(tài)傳感器3、三分量模擬或三分量數(shù)字檢波器或三分量加速度計4和水聽器5構(gòu)成的采集系可以采集記錄海洋四分量地震信號。具體地，可以同時采集三分量海洋地震數(shù)據(jù)、三分量姿態(tài)數(shù)據(jù)和海水壓力波數(shù)據(jù)。

所述的三分量地震數(shù)據(jù)傳感器具體可以由一個三分量姿態(tài)傳感器或一個三分量模擬或三分量數(shù)字檢波器或三分量加速度計構(gòu)成。三分量地震數(shù)據(jù)傳感器4和水聽計組合可以采集得到海洋四分量地震數(shù)據(jù)信號。

具體實施時，每個地震數(shù)據(jù)傳感器(三分量模擬或三分量數(shù)字檢波器或三分量加速度計構(gòu)成的聲波傳感器4)和水聽計后還連接著一個多道帶前置放大器的獨立的32位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將可以將測量到的海洋四分量地震數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。

轉(zhuǎn)化后的海洋四分量地震數(shù)字信號可以由線纜中的光纖電纜直接傳輸?shù)酱d的海洋地震數(shù)據(jù)記錄儀器中進行記錄存儲。

所述三分量姿態(tài)傳感器3具體可以為測量傾角、方位角、傾向的三分量姿態(tài)傳感器，用于分別測量得到測量傾角、方位角和傾向的三個姿態(tài)分量數(shù)據(jù)。

在封裝每個三分量姿態(tài)傳感器3、三分量模擬或三分量數(shù)字檢波器或三分量加速度計4和水聽器5的一段線纜外套上還包裹一層或多層摩擦納米發(fā)電柔性材料6(即發(fā)電層)。然后再發(fā)電層上還設有一層耐磨的非金屬材料保護層7，即可將原有的有源式海洋四分量地震數(shù)據(jù)采集拖纜變成無源式海洋四分量地震數(shù)據(jù)采集拖纜。具體實施時，無源式海洋四分量地震數(shù)據(jù)采集拖纜使用拖纜外套上包裹的摩擦納米發(fā)電柔性材料6在其運動時產(chǎn)生的電能直接或間接的驅(qū)動線纜里的采集系進行相關數(shù)據(jù)采集工作，從而完全替代原線纜內(nèi)的長距離大功率的供電線。具體地，當線纜在海水中拖行移動或在波浪驅(qū)動上下移動時，摩擦納米發(fā)電柔性材料6可以將線纜的低頻機械運動轉(zhuǎn)換為電能，利用上述電能直接驅(qū)動拖纜里的采集系中具體的各種傳感器進行數(shù)據(jù)采集工作。當然，上述電能也可以通過有線或無線的方式輸送至線纜內(nèi)的可充電電池中進行儲存?？沙潆婋姵乩^而可以利用存儲在電池中的電能驅(qū)動線纜里的采集系進行海洋地震數(shù)據(jù)的采集工作。

為了更好地采集海洋地震數(shù)據(jù)，還可以在船尾拖曳一個、兩個、三個、四個或更多的氣槍震源2用以產(chǎn)生海洋地震震源信號。進而，海洋四分量線纜可以測量并記錄更為準確的海洋四分量地震信號。

通過上述場景示例，驗證了通過本申請實施方式提供海洋地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和方法確實可以解決現(xiàn)有的海洋地震數(shù)據(jù)采集方法中存在的供電麻煩，由于使用長距離大功率供電線對線纜內(nèi)的采集電路器件和傳感器的干擾和影響導致采集得到的海洋地震數(shù)據(jù)準確度差的技術(shù)問題，達到精確、高效采集海洋地震數(shù)據(jù)的技術(shù)效果。

雖然通過實施例描繪了本申請，本領域普通技術(shù)人員知道，本申請有許多變形和變化而不脫離本申請的精神，希望所附的權(quán)利要求包括這些變形和變化而不脫離本申請。