[发明专利]用于确定可控海上震源的驱动信号的方法和装置

说明书

技术领域

本文所揭示的主题的实施例大体上涉及用于生成可控海上震源的驱动信号的方法和系统，更明确地说，涉及用于生成可控海上震源（vibroseis marine source）的驱动信号的机制和技术。

背景技术

反射地震学是一种用以确定地球次表层的一部分的性质的地球物理勘探方法，这些性质是石油和天然气工业中特别有用的信息。海上反射地震学基于受控震源的使用，所述受控震源将能量波发送到地下。通过测量反射回到多个接收器所花的时间，可以估计造成此类反射的特征的深度和/或组成。这些特征可能与地下烃沉积物相关联。

为了进行海上应用，震源基本上是冲击性的（例如，压缩空气能突然膨胀）。一种最常用的震源是气枪。气枪在短时间内产生大量的声能。此种震源由船拖行在水面或在某深度。来自气枪的声波在所有方向上传播。所发出的声波的典型频率范围是在6Hz与300Hz之间。然而，冲击性震源的频率组成不完全可控，并且取决于特定勘测的需要来选择不同的震源。另外，冲击性震源的使用可能会造成某些安全和环境问题。

因此，可使用的另一类震源是振动性震源（vibratory source）。振动性震源，包含液压动力震源以及使用压电或磁致伸缩材料的震源，已用在海上操作中。然而，此类震源并未大规模地使用，因为它们的威力有限，并且由于生成地震波需要大量活动零件而是不可靠的。现在论述此类震源的几个实例。

海上振动器生成频率变动（即，扫频）的长音。将这个信号应用于活动零件，例如活塞，从而生成对应的地震波。由对应于多个海上振动器的多个活塞的移动产生的瞬时压力可能低于气枪阵列所产生的瞬时压力，但是由于信号的持续时间延长，由海上振动器传输的总声能可能类似于气枪阵列的能量。然而，此类震源需要扫频以便获得所需能量。现在论述对此种扫频的设计。

在发明名称为“用于优化来自地震振动器阵列的能量输出的方法（Method for optimizing energy output from a seismic vibrator array）”的第20100118647A1号美国专利申请公开案中，揭示了通过机电致动器激活并且在扫频期间在两个不同深度处发出地震能量的两个弯张振动器（低频和高频），其中所述美国专利申请公开案以全文引用的方式并入本文中。振动器通过扫描频率信号来驱动，每个信号具有不同的选定频率响应。例如最长序列（MLS）或Gold序列（Gold Sequence，GS）等信号也用以驱动振动器。然而，这个文献中的驱动信号并未将地震振动器或振动器操作时所处的介质的各种物理限制条件考虑进去。

在发明名称为“复合带宽海上可控震源阵列（Composite bandwidth marine vibroseis array）”的第6,942,059B2号美国专利中描述了非线性扫频，其中所述美国专利以全文引用的方式并入本文中。这个文献揭示了一种用于使用振动器震源（vibrator source）进行地震海上勘测的方法，这些震源中的每个震源是放在不同深度处的。通过在多个不同的带宽上划分地震带宽，振动器震源展现出了与气枪阵列（单个深度）相当的地震能量水平。每个带宽由振动器阵列使用非线性扫描来生成，以便使输出能量最大化。然而，这个文献在确定扫频时并未考虑海上可控震源阵列的各种物理限制条件。

在发明名称为“用于增强可控震源采集中低频组成的系统和方法（Systems and methods for enhancing low-frequency content in vibroseis acquisition）”的第7,327,633号美国专利中，也揭示了一种用于地震陆上振动器的扫描设计方法，其中所述美国专利以全文引用的方式并入本文中。所述专利揭示了一种用于通过将地震陆上振动器的单个物理性质（即，地震振动器装置的冲程极限）考虑进去来优化扫描信号强度的方法。获得非线性扫描，以便建立扫描频谱密度以实现在低频范围中的目标频谱。然而，并未考虑地震陆上振动器的其他物理性质，这些性质限制了陆上振动器的操作。另外，这个专利是针对陆上振动器的，它与海上振动器不同。