专利名称：组合的脉冲和非脉冲震波源的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及海洋震波勘探领域。更具体地，本发明涉及加强了低频能量输出 的海洋勘探的震波能量源。
背景技术：
海洋震波勘探包括配置水体中的震波能量源，致动所述源并检测从水底以下的岩 层中的声阻抗边界反射的震波能量。海洋震波勘探中使用的典型震波能量源是气枪阵列。 气枪阵列包括多个个体气枪，每个气枪连接到压缩空气源或压缩气体源。每个气枪包括以 选择的压力存储压缩空气或压缩气体的室以及在预定时间释放压缩空气或压缩气体的远 程可操作阀。通过释放压缩空气或压缩气体在水中产生的震波能量的频率尤其与室的体积 相关。在授予给Chelminski的专利号为4，472，794的美国专利中公开了示例气枪。本领域已知，气枪阵列的最低频率是最大气枪的气泡振荡周期的倒数。经修改的 Rayleigh-Willis公式准确地预测了单个气枪的气泡振荡周期，如下
其中，T是气泡周期，F是气枪的空气或气体充气压力 是气枪室的体积，-Du是大气
压力，々是水密度，Z是地球的重力加速度-是气枪在水中的深度，尤是基于上述所有参 数的测量单位的常数。对于具体深度D和具体气枪室压力 可以通过增加最大气枪的室体积在低频端 扩展气枪阵列的带宽。根据等式(1)，明显的是气泡周期与阵列中最大气枪的室体积的立 方根成比例。实际中，本领域已知的气枪阵列不产生低于8 Hz的实际震波能量。尽管可以 产生能够产生低于8 Hz的实际震波能量的气枪阵列，但是能够产生这种低频震波能量的气 枪的室体积将大到在其他实际限制中尤其需要大大增加压缩空气或压缩气体源的尺寸。气 泡周期等式显示了通过增加充气压力使用相同室体积同样可以增加气泡周期。具有这种可 能性的问题在于在较高的充气操作压力下气枪变得更加不可靠。因此，需要一种在不需要 增加压缩空气或压缩气体的体积或压力的情况下在低于大约8 Hz的频率发出更多能量的 海洋震波能量源。
发明内容
一种根据本发明的一方面用于地下岩层的震波勘探的方法，包括致动接近岩层的脉冲震波能量源。在经选择的时间延迟后，致动非脉冲震波能量源。检测脉冲和非脉冲 震波能量源中的每一个的近场波形。从近场波形确定脉冲和非脉冲震波能量源的组合输出 的远场波形。通过对检测到的震波信号与远场波形去卷积来确定地下岩层的脉冲响应。根据下面的描述和随附的权利要求，本发明的其他方面和优点将是明显的。
图1是包括气枪阵列和海洋震波振动器的震波数据获取系统。图2是根据本发明的示例方法的流程图。
具体实施例方式以最一般的术语，根据本发明的方法包括使用与非脉冲震波能量源(其中，每个致 动的能量分散在相对长的时间间隔而不是在单个短持续时间事件中)组合的脉冲震波能量 源(在单个短持续时间事件中将其所有能量基本传递到地下的源)。所组合的脉冲和非脉冲 源被组合使用，从而通过来自非脉冲源的低频震波能量来补充由脉冲源发出的低频例如低 于大约8 Hz的相对低幅值震波能量。图1示出包括脉冲震波能量源(在当前示例中是气枪阵列14)和非脉冲震波能量 源(在当前示例中是海洋震波振动器26)的震波获取系统。在诸如湖泊或海洋的水体11中 配置该系统。震波勘探船10可以被配置为在水11中牵引某些或全部系统组件。在其他示 例中，单独的船(未示出)可以牵引某些系统组件。勘探船10通常包括以12所示并且为了 方便被称为“记录系统”的设备，其具有组件(为了清楚示出而没有单独示出这些组件)以便 执行下述功能确定勘探船10和所牵引系统的各种组件的大地位置；在选择的时间致动气 枪阵列14和振动器26 ；响应于气枪阵列14和振动器26发出的震波能量记录由多个震波 传感器28 (下面将进一步解释)中每一个所检测到的信号。从水底30以下的岩层中的声 阻抗边界32，34反射所检测到的震波能量。震波气枪阵列14可以包括漂浮设备16以向阵列14提供浮力，从而使阵列14在水 11中所选择的深度移动。漂浮设备16可以被连接到框架18。框架18可以是图1所示的U 形。多个个体气枪20可以从框架18的底部悬浮或附连到框架18的底部。如本领域所知， 气枪20可以具有不同的充气室尺寸，从而当各个气枪20被致动时由阵列14发出的震波能 量将具有相对宽的频率范围。授予给Pramik并且与本发明共同拥有的专利号为7，457，193 的美国专利中描述了配置在如图1所示的U形框架上的典型地震气枪阵列。每个气枪20具有与之相关联的近场传感器22。每个近场传感器22可以是压力 或压力时间梯度响应传感器，诸如水中听音器，并且可以被附连到框架18或布置在大体在 各个气枪20的一米内的另一适当位置处。每个近场传感器22产生的信号被通信到记录系 统12用于处理，下面将进一步解释。在一些示例中，每个近场传感器22可以测量水11的 压力，或者单独的压力传感器(未示出)可以被布置在每个近场传感器22或每个气枪20附 近，从而可以在任何时间确定每个气枪20在水中的深度。大地位置信号接收器24诸如全球定位系统(GPS)卫星接收器可以被附连到漂浮 设备16。漂浮设备16的大地测量位置，并因此相应地每个近场传感器22和每个气枪20的 大地位置可以在任何时间确定，因为它们相对于漂浮设备的位置已知。例如，可以通过无线链路将来自接收器24的信号传送到记录系统12。勘探船10还可以牵引一个或多个震波传感器等浮电缆27，为了简明示出，图1中 仅示出其中的一个。震波传感器等浮电缆27是包括多个在长度上间隔开的震波传感器28 的电缆或绳索。震波传感器28可以是压力或压力时间梯度响应传感器，诸如水中听音器， 或者是粒子运动响应设备，诸如地音仪或加速度计。震波传感器28还可以是大体同位的压 力/压力梯度和粒子运动响应传感器。授予Tenghamn et al.并与本发明共同拥有的专利 号为7，239，577的美国专利中描述了具有同位的压力和粒子运动响应传感器的后一种类 型的传感器等浮电缆的一个示例。震波传感器28可以响应于检测到的震波能量产生电信 号和/或光信号。来自传感器28的信号被通信到记录系统12，用于对其进行时间索引记 录。典型的时间索引是气枪阵列14的致动时间。海洋振动器26可以是本领域已知的任何类型，并且可以被配置为产生震波能量， 特别是产生在大约1-8 Hz的频率范围内的震波能量。授予Tenghamn并与本发明共同拥有 的专利号为7，551,518的美国专利中描述了可被配置成发出在此频率范围内的能量的一 种这样的海洋振动器。如果使用上述类型的振动器，则振动器可以被优选地配置为使其共 振频率在1-8 Hz的范围内。用于发出在大约1-8 Hz的频率范围内的低频震波能量的另一 可行设备是超外差式换能器(superheterodyne transducer)。一种这样的超外差式换能 器使用两个声换能器，诸如压电换能器，每个声换能器在不同频率或频率范围驱动，使得 在远场，在水11中和水底30以下的岩层传播的声能具有的频率是两个换能器的操作频率 之差。Scott et al.递交的公开号为2009/0086574的美国专利申请描述了示例性的超外 差式震波换能器。可以在一些示例中使用的另一可行换能器是挠性的盘换能器或弯片式压 电换能器(bender)，如授予Dahlstrom et al的专利号为4，709，361的美国专利所描述。 为了增加振动器的输出，可期望的是如图1所示在公共壳体或模块中包括超过一个的振动 器、换能器或超外差式换能器。海洋振动器26具有与之相关联的并且安装在振动器26的大体一米内的适当位置 处的近场传感器29，诸如水中听音器。在图1所示的示例中，可以在水11中与气枪阵列14 不同的通常更深处牵引海洋振动器26。振动器26可以具有与之相关联的位置确定设备25， 诸如声波范围检测器。例如，位置确定设备25可以检测(例如，沿等浮电缆27、沿气枪阵列 14和从勘探船10)从若干不同位置发送的声信号，从而可以在任何时间确定海洋振动器26 的大地位置。用于确定震波获取系统的各种组件的位置的声波范围检测系统，其可以包括 如图1所示且如上所解释的所牵引的振动器，在授予Falkenberg et al.并与本发明共同 拥有的专利号为7，376，045的美国专利中得到描述。已经描述了产生脉冲震波信号和非脉冲震波信号组合的系统，根据本发明的方法 的解释将参照图2的流程图。水中布置的N个个体震波源的阵列中的每个震波源(S卩，气枪 和海洋振动器的每一个)在由其他震波源中的每一个产生的压力场中操作。然而，与由每个 这种源产生的震波能量的波长相比，每个震波源的尺寸相对小，并且可以假设每个震波源 产生的输出压力波为球对称。在震波源组合的压力场内的任何点处，压力可以被认为是从 每个个体震波源发出的球形压力波的叠加。在Ziolkowski et al. (1982)，已经提出上述 概念，并且被称为“抽象源”概念。上述出版物解释了可以通过N个独立间隔开的压力测量 值来完全确定N元素震波源阵列的压力场。
在下面的描述中，可以使用笛卡尔坐标系统，其中，x一^面是水面，ζ轴与水面垂 直。(使用上面参照图1解释的设备)可确定海洋振动器的几何中心和每个气枪的泄放口的 中心的坐标，并且可被表示为如下
权利要求
1.一种用于地下岩层的震波勘探的方法，所述方法包括 致动接近所述岩层的脉冲震波能量源；致动非脉冲震波能量源；检测所述脉冲震波能量源和非脉冲震波能量源中的每一个的近场波形； 确定所述脉冲震波能量源和非脉冲震波能量源的组合输出的远场波形；以及 通过对检测到的震波信号与组合的脉冲和非脉冲源的远场波形去卷积来确定所述地 下岩层的脉冲响应。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲震波能量源包括气枪阵列。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非脉冲震波能量源包括海洋振动器。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非脉冲震波能量源包括超外差式换能器。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在经选择的时间延迟之后致动所述非脉冲 震波能量源，使得基本停止从所述脉冲震波能量源向下传播能量。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过确定与所述脉冲震波能量源和非脉冲 震波能量源的每一个相应的抽象源来确定所述远场波形。
全文摘要
本发明涉及组合的脉冲和非脉冲震波源，具体地，一种用于地下岩层的震波勘探的方法，包括致动接近岩层的脉冲震波能量源。致动非脉冲震波能量源。检测脉冲和非脉冲震波能量源中的每一个的近场波形。从近场波形确定脉冲和非脉冲震波能量源的组合输出的远场波形。通过对检测到的震波信号与远场波形去卷积来确定地下岩层的脉冲响应。
文档编号G01V1/02GK102103213SQ201010598060
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者A·M·蔡尔科夫斯基, G·E·帕克斯, N·伦德 申请人:Pgs地球物理公司