用于连续数据采集的设备和方法

用于连续数据采集的设备和方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于连续数据采集的设备和方法。一种用于产生用于第一振动地震源的激励信号，使得第一振动地震源在没有监听时间的情况下被驱动的方法。该方法包括确定第一振动地震源的第一目标谱的步骤（2200）；设定第一振动地震源的第一组约束的步骤（2202）；以及基于第一组约束和第一目标谱产生第一振动地震源的第一激励信号的步骤（2204）。基于第一激励信号，当第一振动地震源在没有监听时间的情况下被驱动时，利用多个接收器记录的第一地震轨迹能够被识别。
【专利说明】用于连续数据采集的设备和方法
【技术领域】
[0001]本文公开的主题的实施方案通常涉及用于地球物理探测的连续数据采集的方法和系统，更具体而言，涉及其机构和技术。
【背景技术】
[0002]反射地震学是一种地球物理勘探的方法，用于确定大地的地下层的部分的特性，其为对于石油和天然气工业特别有用的信息。海上反射地震学基于将能量波发射至大地中的受控源的使用。通过测量反射返回至多个接收器所需的时间，能够估计造成这些反射的特征的深度和/或构成。这些特征可以与地下的碳氢化合物的沉淀相关。
[0003]对于海上应用，常用的源基本上为冲击波(例如，使压缩气体突然膨胀)。最常用的源中的一种为气枪。气枪在短时间内产生大量的声能。这样的源在特定深度处沿着方向X被船舶拖曳。来自气枪的声波在全部方向上传播。气枪瞬间释放较大的峰值声压和声能。图1显示了这样的源。该图示出了在较浅深度处拖曳在船舶101之后的源阵列104。当源阵列被激活时，声能被耦合到水中并且被传输到大地，其中部分能量从洋底113以及从岩层界面112 (具有声阻抗变化的岩石层)部分地反射回来。用于记录反射的能量的传感器或接收器106包括水诊器、地震检波器和/或加速计。接收器能够封装在流体填充的或固体的拖缆105中，其也被船舶在较浅深度处拖曳。
[0004]目前，一艘船舶通常拖曳多个拖缆，其具有用于确保拖缆以固定距离隔开的分流器。为了在拖缆和源之间保持适当的间隔，船舶通常以大约4节(2m/s)的速度不断地向前移动。在一些情况下，拖缆能够受到控制，使得全部接收器位于共同的深度处，或者在另外的情况下，在每个拖缆中的接收器受到控制以跟随特定的深度剖面。
[0005]现代拖缆配备有水鸟、罗盘和GPS接收器浮标。水鸟为具有鳍片的设备，以与船舶通信来控制拖缆深度和横向空间位置的间隔被隔开。做为选择，接收器能够静止并且放置在海底作为自由节点或者在洋底电缆中。
[0006]基于传感器类型，返回能量在每个接收器位置处被记录为作为时间的函数的压力、速度或加速度变化。将在多个源和接收器位置处做出的记录组合能够用于形成大地的地下特征的图像。从反射地震学形成的图像有助于定位表示石油和/或天然气贮藏的结构。
[0007]但是，脉冲波源的频率内容不是完全可控的，并且气枪源的不同的数目、尺寸和/或组合是取决于特定勘测的需求进行选择。此外，脉冲波源的使用能够造成一定的安全性和环保担忧。
[0008]因此，可以使用的另一类源为振动源。对于振动源，源信号激励通常为线性调频信号(chirp)(在预定扫描带宽上对于预定时间间隔的扫描频率正弦波激励信号)。由于源阵列被移动的船舶拖曳，因此源阵列在给定的扫描长度上发射线性调频信号。通常而言，在某些仪器重置周期和/或监听时间之后，重复线性调频信号从而开始对于新的源/接收器位置的新的记录。因此，典型的原始记录包括扫描和监听时间。相关可以用于使数据分解(collapse)以产生类似于利用脉冲波源可以得到的记录。利用振动源，再通过相关以分解数据的技术称为可控震源(Vitooseis)。
[0009]相关的一种替代是源特征反卷积，借此，测量的源信号用于将扩展的源信号转换为脉冲，其包含某些形式的频谱分割的性能。在源特征反卷积中，利用不相关或相关数据取得接收的信号和测量的源信号的快速傅里叶变换(FFT)。频谱商数形成，其中在每个频率处接收的频谱被除以源频率频谱。包括所产生的谱商数的阵列利用反向傅里叶变换(IFFT)被转换回时域，以恢复大地脉冲响应。
[0010]通常而言，在海上勘测中获得的地震数据优于在陆地勘测中收集的数据。在水中的源耦合比陆地上的源耦合好得多且均匀得多。在陆地上，源耦合比在海中更为易变，这是因为振动器在表面上震动，该表面能够快速地从沙子变为岩石，变为树桩、道路、泥土等等。海上环境通常比陆地勘测的环境更为安静，从而得到具有更低的环境噪声水平的记录。
[0011]但是，在海上地震学中出现了一些特殊的问题。因为源处于水面以下的位置，因此这导致了被称为表面虚反射的表面反射波。表面的声反射系数基本上为-1，使得通过源辐射的向上压力波在远离水面向下反射时经受极性变换。这些虚反射对来自源的主要发射能量产生相消和相长干涉，以在辐射能量的功率谱中产生谱峰和凹陷。
[0012]图2描绘了由两个源生成的垂直传播信号的功率谱上的源虚反射的效果。曲线200对应于在20m深度处操作的源，并且在其频谱大约O、37.5、75、112.5和150Hz处具有凹陷。对于曲线202，源位于5m深度处，并且其频谱中的凹陷出现在O和150Hz处。图2中的曲线已经被归一化到它们各自的峰值。表面虚反射产生了相长能量以产生图2中的曲线峰值。
[0013]还应注意到，在频谱的极低端并且低于30Hz处，在20m深度处的源具有比较浅的源明显更多的输出。因此，如果不对这些虚反射进行处理，它们将能够导致在反射数据中的频谱缺陷。在这些凹陷产生处的频率为源深度和射线路径的函数。由于在反射地震学中对于声照明有用的多数能量接近于垂直，因此为接近垂直的射线路径所产生的频谱凹陷具有特别担忧。在辐射的源能量的频谱内容中的缺陷会损害被处理图像的质量和分辨率。
[0014]对于海上振动源的某些担忧的另一个问题是辐射的能量随着时间传播出去的事实。因为船舶、源和接收器是移动的，因此时间和空间在数学上是关联的。如果源发出扫描频率信号，则源频谱随着源的移动而改变。接收的能量也将受到运动的影响。通常而言，对于接收器运动的修正相比对于源运动的修正更易于计算，这是因为在勘测期间，船舶以恒定速度在直线上移动，而接收器则彼此跟随。因此，在扫描期间，一个或多个接收器将经过相同的位置。因此，可以应用简单插值法来结合邻近的接收器以创建看上去静止的虚拟接收器。
[0015]对于线性调频信号，扫描频率越低，和/或随着频率增加，则通过源扫描信号的多普勒频移引起的结果的相位分散越大。在这个方面，Alien (美国专利第6，049，507号)教导了一种用于通过将数据变换至F-K (频率波-数目)域而将数据分类为恒定下沉切片(constant dip slices)、计算且应用必要运动修正至每个切片并且之后将结果求和来修正源运动的方法。
[0016]就像它们的陆地相对物，海上振动源具有通过系统约束施加于其上的频谱输出限制。这些约束可以是机械的，例如致动器冲程可以限制声驱动器的行程量，从而限制扫描的最大峰值时间低频内容。对于通过液压致动器驱动的海上振动器，最大水泵流动速度可以限制驱动器速率，并且液压供应压力可以限制能够在高频处产生的力。或者，在能够为由电磁致动器驱动振动源的情况下，由于电压和/或电流限制，电子元器件可以在其他频率处施加声输出约束。
[0017]近来，已经公开了多个主要用于陆地地震勘测的同步源采集方法，其有助于提高能够采集数据的速度，从而减少进行勘测所需的时间量。Becquey (美国专利第6，704，245号)公开了一种用于可控震源数据的同步采集的方法，其需要利用与循环排列相结合的最大长度的二进制编码序列。
[0018]公开了两种方案。在一种实现中，全部的源使用相同编码序列的时延版本，其中每个源阵列利用唯一的延迟。循环相关被用于分离每个源的贡献，并且之后选择归于特定源时间滞差的感兴趣的间隔。在一个替换的实施中，为每个源阵列选择唯一的最大长度编码，并且选择不同的编码以相互弱相关。信号同时发出到地面中，并且复合记录包含源发送的叠加，每一个与表示信号路径(从源通过大地至接收器)的大地脉冲响应卷积。接收的数据与不同编码序列的循环互相关用于将源贡献分离至复合记录。
[0019]但是，Becquey没有教导如何构建不依赖于最大长度二进制码的任意长度的有限带宽信号。此外，Becquey没有描述如何修改伪随机序列以更适于其在真实硬件上的实施。
[0020]Sallas和Gibson (美国专利第7，859，945号，其全部内容通过引用结合于此)教导了一种用于生成且分离来自于地面地震振动器的同时发射的方法。该方法创建了在感兴趣的时间窗口上仅弱相关的伪随机信号。这些信号通过占据不同位置的振动器同时发射到地面。在经过大地之后，叠加的信号利用共享的接收器线路被记录。复合记录与各个激励信号以及测量的源信号相关且被窗口化。在利用FFT将窗口化的相关信号变换到频域之后，使用矩阵分离方法来逐频地分离个体源计算。所得到的矩阵矢量之后进行频率反变换，恢复为时域，从而创建有用的源特征反卷积方案。
[0021]Smith (美国专利第6，942，059号)教导了一种方法，通过该方法多个海上振动器被部署在不同深度处以形成复合源阵列。对于每个深度，规定了唯一的线性调频信号扫描或一组扫描。对于每个深度的源贡献能够通过如下事实而得到分离:它们或者覆盖不同的带宽和/或具有不同的扫描速度和/或具有在不同时刻重叠的频率。Smith的目标为两个方面:通过更快地覆盖全部地震带宽以提高生产率，以及消除由表面反射产生的源虚反射和所产生的谱凹陷。
[0022]该方法具有的一个实际难点在于，其需要较高的结合源输出能量水平，该水平能够实现在与利用气枪完成的相同时间中(通常为6s)获取炮集的所述目标。
[0023]为了帮助缓解与设备约束关联的问题，Bagaini (美国专利第号)描述了一种方法，该方法将由于致动器冲程导致的低频约束考虑到振动器线性调频信号扫描的设计中。Sails (美国专利申请公开第2011/0085416号)提供了一种在履行多个设备和环境约束时的振动器带宽扩展。当采用扫频正弦波扫描(线性调频信号)时，两个文件均只处理了可控震源采集。
[0024]在地震采集中，希望在可能的最短时间量中执行勘测。能够越快的采集大量数据且不会极大地损害质量，则数据采集的成本越低。因此，能够连续且同时地记录来自各个源的数据而不需中断的方法是有价值的。不需要重复地开始和停止记录。此外，系统提供一种能够增大射击密度以提高勘测空间采样(如果需要)的方法，其中该系统在处理期间以可以稍后解析所记录的数据的方式允许灵活性。
[0025]因此，存在对于提供一种用于减少利用振动源进行的地震勘测的采集时间的方法的需求。

【发明内容】

[0026]根据一个不例性实施方案,存在一种用于产生用于第一振动地震源的激励信号，使得第一振动地震源在没有监听时间的情况下被驱动的方法。该方法包括确定第一振动地震源的第一目标谱的步骤；设定第一振动地震源的第一组约束的步骤；基于第一组约束和第一目标谱产生第一振动地震源的第一激励信号的步骤。基于第一激励信号，当第一振动地震源在没有监听时间的情况下被驱动时，利用多个接收器记录的第一地震轨迹能够被识别。
[0027]根据另一个示例性实施方案，存在一种计算设备，用于产生用于第一振动地震源的激励信号，使得第一振动地震源在没有监听时间的情况下被驱动。该计算设备包括接口，该接口配置为接收用于第一振动地震源的第一目标谱，并且接收用于第一振动地震源的第一组约束。该计算设备还包括处理器，该处理器连接至接口并且配置为基于第一组约束和第一目标谱产生用于第一振动地震源的第一激励信号。基于第一激励信号，当第一振动地震源在没有监听时间的情况下被驱动时，利用多个接收器记录的第一地震轨迹能够被识别。
[0028]根据另一个示例性实施方案，存在一种计算机可读介质，其包括计算机可执行指令，其中所述指令在被处理器执行时实现上述方法。
【专利附图】

【附图说明】
[0029]包含在说明中并且构成说明书一部分的所附附图显示了一个或多个实施方案并且与说明书一起解释这些实施方案。在这些附图中:
[0030]图1显示了传统的海上地震勘测系统；
[0031]图2为将表面虚反射在对于操作在两个不同深度处的理想源的功率谱密度图上具有的效果进行比较的视图；
[0032]图3显示了根据示例性实施方案的地震勘测系统；
[0033]图4为根据示例性实施方案的海上振动数据采集系统的示意图；
[0034]图5为根据示例性实施方案的海上振动源的示意图；
[0035]图6A-6B为显示了根据示例性实施方案的限制振动器输出的各种约束的图表；
[0036]图7为根据示例性实施方案的确定用于连续操作两个振动源的伪随机激励信号的方法的流程图；
[0037]图8为根据示例性实施方案的确定用于低频振动源的连续伪随机激励信号的方法的流程图；
[0038]图9为根据示例性实施方案的确定用于高频振动源的连续伪随机激励信号的方法的流程图；
[0039]图10A-10C为根据示例性实施方案的两个源幅度目标谱和所产生的目标复合频谱的图示；
[0040]图1IA-1IB为根据示例性实施方案的初始激励序列的图示；
[0041]图12A-12B为根据示例性实施方案的最终激励序列的图示；
[0042]图13A-13C为根据示例性实施方案的最终激励信号的自相关幅度和循环互相关幅度；
[0043]图14为显示根据示例性实施方案的直达波、表面虚反射和地下反射射线路径的简单声学模型的示意图；
[0044]图15显示了根据示例性实施方案的采集的连续数据记录的解析；
[0045]图16为显示根据示例性实施方案的用于分离组合记录的方法的流程图；
[0046]图17A-17B显示了根据示例性实施方案的应用在分离处理中的源和接收器窗口函数；
[0047]图18A-18D显示了根据示例性实施方案的由接收器数据与源激励信号的互相关造成的小波；
[0048]图19A-19D显示了根据示例性实施方案的由源分离/特征反卷积处理造成的小波；
[0049]图20A-20D显示了根据示例性实施方案的在源虚反射移除之后由源分离/特征反卷积处理造成的小波；
[0050]图21显示了根据示例性实施方案的可以配置为连续扫描的陆地振动源；
[0051]图22为根据示例性实施方案的用于为振动地震源产生激励信号，使得振动地震源在没有监听时间的情况下被驱动的方法的流程图；以及
[0052]图23显示了弯曲轮廓的拖缆。
【具体实施方式】
[0053]示例性实施方案下面的描述参考所附附图。不同附图中相同的附图标记表示相同或相似的元件。下面的具体描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求来限定。为简单起见，下面讨论的实施方案关于用于创建一组海上振动器的连续重复的伪随机激励信号的方法。但是，接下来讨论的实施方案不限于海上地震源，而可以应用至生成具有受控频率范围的地震波的其他结构(例如，陆地地震源)。
[0054]贯穿说明书引用的“一个实施方案”或“一实施方案”表示与包含在公开的主题的至少一个实施方案中的描述的与实施方案有关的特定特征、结构或特性。因此，在贯穿说明书的各个位置上出现的词组“在一个实施方案中”或“在实施方案中”不需要指代相同的实施方案。此外，特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施方案中。
[0055]根据示例性实施方案，存在用于创建一组在监听时间中相互弱相关的连续重复的伪随机激励信号的方法。该信号可以被修改为履行源限制以帮助使受制于那些约束的辐射输出最大化。该组伪随机信号能够下载到源接口单元中(计算机和/或已经程序化且配置为激励和控制海上振动器的一个或多个集合的其他适合的电子仪器)。海上振动器和接收器传感器被拖曳在船舶(或多艘船舶)后面，该船舶配备有源接口单元、数据记录系统、导航和源拖缆控制设备。作为选择，预期接收器传感器也可以是静止的，例如，部署在海底上的自治节点中或部署在海床电缆中。
[0056]根据源接口单元的命令，伪随机信号组通过部署在不同深度或位置处的多个振动源或源阵列同时发射，并且记录在公用接收器中以形成复合记录。例如，振动源可以沿着参数化的深度-变化曲线等定位在两个不同的深度处。为了简单起见，在下文中振动源被视为被定位在两个不同的深度处。该方法可以包括用于将复合记录分离为对应于每个源阵列的炮集的算法。然后分离的贡献能够在随后处理步骤中结合，以缓解与源虚反射和源/接收器运动有关的问题。现在将更为具体的讨论这些新概念。
[0057]转到图3，船舶301拖曳能够在海面上行驶的漂流物302。两个海上源303和304在固定、不同的深度处从漂流物302 (或从不同的漂流物)悬挂下来。源303和304可以包括一个或多个振动器，从一个或多个漂流物悬挂下来。低频振动源303部署在第一深度处(例如20m)。同时，高频振动源304被拖曳在较浅深度处(例如5m)。船舶301还拖曳着包含多个接收器306 (通常为水诊器，其在水中响应于声压信号)的拖缆305。多个水诊器通常相互连通以形成可以跨越12.5m的接收器同轴阵列；这称为具有12.5m的“组间隔”的“接收器组”。
[0058]拖缆配备有A/D转换器(未示出)，以利用通过电缆或光纤电缆被发送回船舶的将记录的数字数据对每个接收器组输出进行数字化。另外，分流器307可以用于将拖缆部分拉出到规定的操作宽度。分流器通过部分308中的引线被附接至船舶。还存在位于分流器307和拖缆305之间的伸展部分309，以减轻拖曳噪声并且减小在拖缆上的猛拉力，拖缆可以非常长，从而施加相对应的大惯性负载。我们将注意到，不同的船舶可以部署为与用于拖曳拖缆的船舶分开拖曳源。还应注意，除了漂流物，配备有控制表面(鳍片)的水下头部可以被拖曳在有源跟随其后的小船之后，从而减轻由于涌浪造成的噪声和源深度的变化。
[0059]两个源303和304配备有适合于驱动/控制它们的致动器并且接收来自于船舶的动力以及通过连接至船舶的源接口单元320的电缆310和311接收控制命令的电子设备。拖缆可以配备有在尾部浮标(未示出)中的GPS系统、用于拖缆深度和位置控制的水鸟(未示出)、沿着拖缆长度在间隔处的罗盘(未示出)和/或其他对于测量拖缆位置和/或拖缆形状(这种信息对于确定每个时间点的接收器组位置有用)有用的其他设备。追踪一条能量射线路径(例如，通过海上振动器303的声发射)，可以注意到，射线经由水传播、经过海底313，在海底313其可以撞击反射器(例如，定位在位于两个地下层(例如，淤泥层和岩石层)之间的界面312上的点)。入射能量的一部分被向着表面反射回来并且经由海底313以及经由水传播回来，其中反射的能量到达水诊器306。水诊器换能器将接收的声能转换为通过A/D转换器采样为数值的电能。数字数据与通过其他接收器组接收的数据复用，并且经由拖缆305被传输回到其在此处被记录的船载地震采集系统。同时，表示来自源303的振动器输出的信号被数字化并且经由位于线缆310中的数据传输管道被传输回到船舶，从而与接收器数据集合进行整合。
[0060]图4中示出了地震数据采集系统的一个示例。地震数据采集系统400可以包括用户控制台406 (例如，键盘、按钮、开关、触摸屏和/或控制杆)，从而为人员提供一种将命令和配置输入至系统中的装置。显示设备407可以用来显示:拖缆位置、采集的数据的视觉表示、源和接收器状态信息、勘测信息以及对于地震数据采集处理重要的其他信息。源和接收器接口单元403通过拖缆通信导管402接收水诊器地震数据以及拖缆位置信息；联接是双向的，使得命令还可以被发送至水鸟以维持适合的拖缆定位。源和接收器接口单元403还通过源通信导管401与源进行双向通信。源激励、源控制信号、测量的源输出信号、源状态信息可以通过这个位于地震数据采集系统和海上振动器控制器之间的联接进行交换。用户控制台406、源和接收器接口单元403、处理单元405、数据存储单元404以及显示器407全部都是通过地震数据采集系统通信总线408联接在一起的。总线408允许数据通路用于下面的事件:始于源传感器或者拖缆接收器的数据的转移和存储；用于处理单元405访问包含在数据存储单元404内存中的存储的数据；用于处理单元405发送用于视觉显示的信息至显示单元407 ;或者用于用户将命令发送至系统操作程序，该系统操作程序可能驻留在处理单元405或者源和接收器接口单元403中。
[0061]现在参考图5来讨论振动源元件(303或304)的示例。源元件500配置为双驱动器。可以使用其他类型的源元件。在该实施方案中，声源元件500采用了移动磁铁电磁致动器，但是也可以使用采用移动线圈、气动或液压致动器的替换实施来代替。双驱动器由外壳516组成，其通过空气增压以在深层平衡水的静水压力。
[0062]外部增压空气可以经由软管(未示出)供应至位于漂流物302上的空气罐或者供应至位于船舶301上的罐或空气压缩机。振动器控制器501从位于船舶上的源和接收器接口单元403接收激励信号和外部电源。振动器控制器501包含反馈控制系统以确保声学输出被同步并且在频谱上匹配激励信号。振动器控制器501可以包括:转换来自船舶的AC电力的DC电源；适合于驱动移动磁铁致动器的定子502和503的功率放大器；程序化以运行控制算法的CPU ;将反馈信号数字化的A/D转换器的集合；以及缓冲信号、发送信号至源和接收器接口单元403/从源和接收器接口单元403接收信号的小型通信单元。
[0063]当振动器控制器501接收激励信号时，其功率放大器将电流施加至安装在钢板定子结构内的线圈502和503。当线圈电流改变时,磁场在形成在定子装配、气隙和永磁衔铁之间的磁路中改变。位于衔铁504和505之间的永磁铁对在气隙磁场中的变化起反应并且将导致衔铁经历线性运动。移动的磁衔铁504和505分别牢牢地附接至活塞508和509，活塞508和509与周围的水接触。
[0064]轴承506和507将衔铁保持为居中。弹簧510和511 (例如，钢板弹簧)有助于维持准确的对齐以及提供零力居中。活塞508和509经由圆周密封机构512和513围绕其周长连接至外壳516，该圆周密封机构512和513可以由金属波纹管或者允许轴向运动同时防止水进入外壳内部的其他适合的装置构成。活塞508和509的直径大约为I米。
[0065]位移传感器(例如LVDO517和518将活塞位置反馈信息提供至振动器控制器501，其能够由位于振动器控制器内部的气动调节器使用以维持静水平衡。加速度传感器(例如，加速计)514和515附接至活塞，使得能够测量活塞的轴向加速度。对于与水中的声波长相比较小的源，活塞加速度提供了源声输出的有益估计。LVDT517和518的输出与加速计514和515的信号结合，能够在振动器控制器中结合以提供有益的反馈来调节功率放大器的输出，从而保证活塞加速度匹配源激励信号。振动器控制器501被配置使得活塞运动与一起向外移动或者一起向内移动的活塞同步，从而充当体积声源。根据源是对称的这一事实，易于缓解有害的外壳振动。加速计514和515的信号通过振动器控制器501数字化并且传输回到源和接收器接口单元403以便与接收器数据集成。
[0066]通过源的这种描述，能够理解到用于源的致动器存在电气限制和机械限制。对于电磁致动器，限制可以包括:通过致动器行程施加的冲程限制；由于关注轴承、套管和密封圈的磨损寿命造成的速度约束；为了避免源在较浅深度处操作的气穴现象的加速度约束；由于功率放大器或致动器性能问题导致的电流约束；以及由于电源、放大器额定值或电线绝缘的故障导致的电压约束。为了说明这个想法，考虑对于在20m的深度处拖曳的低频振动器(LFV)和在5m的深度处拖曳的高频振动器(HFV)的输出约束。因为LFV和HFV的频率范围不同，因此能够理解，为了优化性能，用在LFV和HFV驱动器中的各个组件的尺寸和额定值可以不同，从而出现不同的设备约束。对于该示例，考虑下面的设备额定值:
[0067]LFV峰值限制:
[0068]位移=14mm
[0069]速度=2m/s
[0070]电流=40A
[0071]电压=400V，以及
[0072]对于HFV峰值限制:
[0073]位移=7_
[0074]速度=2m/s
[0075]电流=40A
[0076]电压=400V。
[0077]现在参考图6A和图6B，由于在正弦激励下应用的每个机械或电气峰值限制，绘制了施加于峰值活塞加速度上的约束相对于频率的图示。因为操作/声源耦合条件在水下环境中是十分一致的，因此致动器性能是非常稳定/可预测的。在图6A中显示了对于LFV的约束，并且在图6B中显示了对于HFV的约束(没有显示出速度约束，这是由于对于该示例其并不约束性能)。通过建模、利用由制造商提供的信息或者通过经验测量，能够计算将活塞加速度输出与感兴趣的输入的变量关联的各种传递函数。在应用下面的限制时，所得到的活塞输出加速度(在dB标度上相对于lm/s2的峰值加速度)在图6A-B中被绘制为相对于频率:活塞位移601和604、活塞速度(未示出)、致动器电流602和605以及致动器电压603和606。可以看出，关系是由于许多因素造成的频率变化，例如，在曲线图602上的接近4Hz的质量/弹簧共振，其中有效质量为活塞/衔铁和水的有效辐射阻抗和通过结合增压空气/钢板弹簧510和511以及波纹管512和513捕获的外壳的弹簧效应的贡献形成的有效弹性之和。
[0078]影响传递函数的其他因素包括但不限于:致动器线圈阻抗、致动器线圈电感、致动器力因子以及放大器动力。还将注意到，随着频率的改变，约束输出的限制参数也可以/能够改变。因此，例如，参考图6A，约束LFV的输出的最主要的限制为:在l-7Hz的范围内的位移601、在7-20Hz的范围内电流限制输出以及在20-100HZ的频率范围内的电压。对于在输出加速度上的特定频率最重要的约束为各个约束曲线的局部最小值。
[0079]在图6A和图6B中显示的曲线可足以利用在使用线性调频信号时可能发生的正弦激励来预测对于源的约束。但是，虽然这些曲线有用，但是当使用伪随机激励信号时它们是不足的。因为伪随机信号具有许多立刻出现的频率，仅利用图6A和图6B中显示的传递函数振幅不可能预测它们在约束峰值输出上具有的影响。还需要考虑到相位谱。
[0080]为了处理伪随机信号，存在于各个限制参数和加速度之间的关系的拉普拉斯传递函数表示是最有用的。它们提供了一种工具以计算如下各项的瞬时值:预定义加速度波形的位移、速度、电流或电压。利用拉普拉斯传递函数提供一种在应用类似于伪随机信号的任意激励信号时评价瞬时加速度约束的方法。
[0081]在拉普拉斯域中表达的各个传递函数如下定义，其中“s”为拉普拉斯算子。“s”在傅里叶域或频域中变为“ I ω ”，其中希腊字母i0ta “ I ”为-1的平方根，“ ω ”为固有频率(弧度/秒)。
[0082]利用这个符号，对于LFV和HFV两者来说，引入下面的传递函数来将位移、电流和电压变换为加速度域或者将加速度变换为位移、电流和电压，如下所示:
[0083]Disp (s): = (S)2-ζ 2 并且
[0084]
【权利要求】
1.一种用于产生激励信号的方法，所述激励信号用于第一振动地震源，使得所述第一振动地震源在没有监听时间的情况下被驱动，所述方法包括: 确定(2200)用于所述第一振动地震源的第一目标谱； 设定(2202)用于所述第一振动地震源的第一组约束；以及 基于所述第一组约束和所述第一目标谱产生(2204)用于所述第一振动地震源的第一激励信号， 其中，基于所述第一激励信号，当所述第一振动地震源在没有监听时间的情况下被驱动时，利用多个接收器记录的第一地震轨迹能够被识别。
2.根据权利要求1所述的用于产生激励信号的方法，其中所述第一振动地震源为海上振动源。
3.根据权利要求1所述的用于产生激励信号的方法，其中产生的步骤包括: 在时间-频率域中产生第一伪随机序列； 应用(818)快速傅里叶变换至所述第一伪随机序列以得到第一傅里叶变换伪随机序列； 卷积(820-824)所述第一傅里叶变换伪随机序列与一个或多个约束倒数滤波器以得到对应的约束信号(LD，LC, LV)，其中所述一个或多个约束倒数滤波器对应于作为所述第一组约束中的一个的约束；` 基于所述约束信号重新调节(834)所述第一傅里叶变换伪随机序列；以及应用(836)快速傅里叶反变换至重新调节的第一傅里叶变换伪随机序列以产生所述第一激励信号。
4.根据权利要求3所述的用于产生激励信号的方法，其中所述约束是与所述第一振动地震源相关联的位移、速度、加速度、电流或电压。
5.根据权利要求3所述的用于产生激励信号的方法，还包括: 应用(816)压缩扩展函数(f)至所述第一伪随机序列。
6.根据权利要求1所述的用于产生激励信号的方法，还包括: 确定用于第二振动地震源的第二目标谱，其中所述第二目标谱与所述第一目标谱部分重叠； 设定用于所述第二振动地震源的第二组约束；以及 基于所述第二组约束和所述第二目标谱产生用于所述第二振动地震源的第二激励信号， 其中当所述第一振动地震源和所述第二振动地震源在没有监听时间的情况下被驱动时，并且同时基于所述第一激励信号和所述第二激励信号，利用多个接收器记录的第一地震轨迹和第二地震轨迹能够被分离，以及 其中所述第一地震轨迹由所述第一地震源产生，并且所述第二地震轨迹由所述第二地震源产生。
7.根据权利要求6所述的用于产生激励信号的方法，其中所述第一振动地震源在不同于所述第二振动地震源的频率范围的频率范围内发射。
8.根据权利要求6所述的用于产生激励信号的方法，其中所述第一振动地震源设置在水下的第一深度处，所述第二振动地震源设置在水下的第二深度处。
9.一种计算设备(400)，用于产生用于第一振动地震源的激励信号，使得所述第一振动地震源在没有监听时间的情况下被驱动，所述计算设备(400)包括: 接口(406)，所述接口配置为， 接收用于所述第一振动地震源的第一目标谱，以及 接收用于所述第一振动地震源的第一组约束；以及 处理器(405)，所述处理器连接到所述接口(406)并且配置为基于所述第一组约束和所述第一目标谱产生用于所述第一振动地震源的第一激励信号， 其中，基于所述第一激励信号，当所述第一振动地震源在没有监听时间的情况下被驱动时，利用多个接收器记录的第一地震轨迹能够被识别。
10.一种包括计算机可执行指令的计算机可读介质，其中当处理器(405)执行所述指令时，所述指令实现方法，该方法用于产生用于第一振动地震源的激励信号，使得所述第一振动地震源在没有监听时间的情况下被驱动，所述方法包括: 确定(2200)用于所述第一振动地震源的第一目标谱； 设定(2202)用于所述第一振动地震源的第一组约束；以及 基于所述第一组约束和所述第一目标谱产生(2204)用于所述第一振动地震源的第一激励信号， 其中，基于所述第一激励信号，当所述第一振动地震源在没有监听时间的情况被驱动时，利用多个接收器记录的第一地震轨迹能够被识别。
【文档编号】G01V1/00GK103823235SQ201310574520
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2012年11月15日
【发明者】J·萨拉斯, R·道勒, L·吕埃, B·泰桑迪耶 申请人:地球物理集团公司