随着国内海洋地震勘探向着更深目的层、更复杂地质结构的勘探目标发展,当前海上拖缆地震采集系统的规模已经不能满足要求,研究海洋地震勘探长缆系统的各项关键技术成为当前急需完成的工作。中国海域内油气资源的储藏分布从几百米的浅层到14km的深层,越往深处勘探难度越大,对应传感器阵列规模越大。对于复杂地质结构的勘探需要更全面更丰富的地震资料,也需要长缆系统的支持。国际上比较知名的地震勘探仪器设备供应商,如Sercel、Schlumberger,提供的最新勘探设备均支持12km长度以上拖缆的勘探技术。另外,海洋地震勘探长缆系统关键技术的研究成果不仅是用在海上石油勘探领域,同样也可以应用到其他大规模传感器网络中,比如:海底观测网络、陆上大规模地震勘探等。本文主要内容是研究海洋地震勘探长缆系统中的关键技术,研究结果直接用于指导系统设计。首先从地震勘探物理需求出发提出长缆系统中数据传输、采集同步及电源供电三个主要技术要点所需达到的指标和要求;然后在理论层面分析了高速可靠传输、系统同步及远距离高压供电的可选方案和可行性并根据实际需求选择合适的实现方法、建立理论模型进行仿真和预测分析;最后设计预研系统验证方案可行性,获得测试数据并与仿真情况进行比较,给海洋地震勘探长缆系统的工程设计提出具有实践价值的建议。最后设计并实现数字包原型机,原型系统应用关键技术研究成果,测试原型机各项指标,为后续的大规模系统实现做铺垫。本文结构安排如下:第一章介绍了海洋石油勘探的需求背景、海上地震勘探基本原理及海上地震勘探仪器发展历史和未来发展方向,同时阐述了海洋地震勘探长缆系统的研究意义及研究内容。第二章～第四章详细介绍了海洋地震勘探长缆系统的关键技术研究成果,包括可靠高速传输、系统同步和远距离高压供电。第二章研究如何实现海洋地震勘探长缆系统的高速可靠数据传输。首先比较了比较成熟的几种有线传输方式,包括RS485、以太网、SerDes等,并着重介绍了 SerDes传输技术相关要点如高数据率、均衡、预加重等。数据可靠传输通过设计一种包括容错机制的两层传输协议实现,物理层使用低误码率高速串行通信方式,协议层则通过设计组帧方案,利用错误信息字节来实现误码的定位和统计,最后在调试平台和“海亮”系统中验证可靠传输协议。第三章主要阐述海洋地震勘探长缆系统五层同步模型及实现方法,包括多船同步、多缆同步、单缆时间偏移同步、时钟相位同步和时钟抖动同步。首先介绍了几种成熟的同步技术,比如GPS、NTP、PTP等,并根据系统不同层次的同步需求设计合适的同步方案,之后对系统同步的各个层次进行了仿真和实际测试。第四章研究海洋地震勘探长缆系统的远距离供电技术。首先建立了加入电源线线损的供电模型,该模型可以评估不同排列长度下系统整体功耗情况及拖缆末端电压。接着根据实测系统功耗数据与仿真数据对比,验证模型的准确性,分析误差存在的可能原因。最后基于供电模型分析供电电压、数字包功耗及电源线线阻等参数对系统功耗和末端电压的影响,并根据系统工作相图给出系统设计各项参数的选择范围和有意义的参考。第五章介绍了数字包原型系统的设计方案和实现结构,并对谐波失真、系统噪声、道间串扰等关键指标进行测试。