[发明专利]获取海上地震震源的系统和方法

说明书

技术领域

本发明所公开的主题的实施方案基本上涉及方法和系统，更具体而言，涉及用于生成地震波的机构和技术。

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，所述受控震源将能波传到地层里。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，所述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水下某深度。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6赫兹与300赫兹之间。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。振动性震源（vibratory source），包括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。振动性震源的一个积极方面是，振动性震源能够生成包括各种频带的信号，通常被称为“扫频”。换言之，此类震源的频带与冲击性震源相比可以更好地加以控制。然而，所述已知的振动性震源不提供高的垂直分辨率，因为海上地震震源的典型频率范围大约表现为四个倍频程。现在论述此类震源的几个实例。

美国专利7,551,518号的全部内容以引用的方式并入本发明中，所述内容描述一种弹张震源（flextensional source）。所述弹张震源包括致动器的组合，所述致动器具有充当力转换器的挠曲系统。这种系统的一个缺点是需要大的尺寸以适合柔性元件，从而防止所述柔性元件应力超限。此类系统的可靠性可能也是一个弱点，因为那些柔性部件在声发射期间会不断地受到形变影响。

国际专利WO8603015的全部内容以引用的方式并入本发明中，所述内容描述一种具有液压驱动的活塞震源的地震发生器。然而使用加压液压流体以驱动活塞，如果发生泄漏可能威胁到环境。

美国专利6,464,035号的全部内容以引用的方式并入本发明中，所述内容描述一种可牵引的海上地震能量震源，从而在水体内产生强烈的扫描频率和脉冲编码信号。所述鱼形震源半介于纯振动器和脉冲震源之间。所述震源是由使用加压液压流体的系统驱动。因此，其有污染环境的风险。由于冲程限制，所述震源属于弱扫描震源，这不合要求，因为好的震源需要生成低频扫频。

因此，至少基于如上提及的现有震源的不足，需要开发新的震源，其将消除或减少所述震源对环境的影响，也更可靠，具有更长的寿命，并通过增加至少另一个倍频程而提高垂直分辨率。因此，需要提供新的系统和方法以克服以上描述的问题和缺陷。

发明内容

根据一个示例性实施方案，一种地震振声震源元件（seismic vibro-acoustic source element），其被配置为生成声波。所述地震振声震源元件包括具有第一开口和第二开口的外壳；第一活塞和第二活塞，其配置成封闭第一开口和第二开口；致动器系统，其设置在外壳内部并配置成致动第一活塞和第二活塞以生成具有第一频率的波；以及压力调节机构，其附接到外壳并配置成控制在外壳内的流体的压力，以便使流体压力基本上等于外壳的环境压力。

根据另一个示例性实施方案，以震源阵列产生海下地震波。所述的震源阵列包括至少一个如上所述地震振声震源元件。

根据另一个示例性实施方案，存在一种用于组装配置成在水下生成声波的地震振声震源元件的方法。所述方法包括设置具有第一开口和第二开口的外壳的步骤；在外壳内部安装致动器的步骤；将第一活塞和第二活塞附接到致动器系统，用这种方式以封闭所述第一开口和第二开口的步骤；以及将压力调节机构安装到外壳以控制外壳内部的流体压力，以便使流体压力基本上等于外壳的环境压力的步骤。

依据另一个示例性实施方案，一种在水下产生声波的方法。所述方法包括通过设置在外壳内部的致动器系统致动第一刚性活塞和第二刚性活塞的步骤，以生成具有第一频率的波；以及通过附接到外壳的压力调节机构致动第一活塞和第二活塞的步骤，以控制外壳内部的流体压力，使流体压力基本上等于外壳环境压力。