震波振动器阵列和使用方法技术

用于产生用于次表层勘测的震波能量的方法包括操作第一震波振动器和与操作第一震波振动器基本上同时操作至少第二震波振动器。对基本上彼此不相关的第一和至少第二震波振动器的每个的驱动器信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术基本上涉及地球物理勘探(geophysical exploration)并且特别涉及在地球物理勘探中有用的振动震波源(seismic source)。更加具体地，本专利技术涉及使用海洋震波采集的振动器的方法。
技术介绍
包括振动器的震波能量源被用在陆上和被水覆盖的地球区域的地球物理勘探中。由这样的源产生的声能向下传播进入大地，从次表层中的反射界面反射并且被地表或水面上或附近的震波接收器探测，该震波接收器典型地是水中听音器(hydrophone)或地音探听器(geophone)。 在海洋震波勘测(marine seismic surveying)中，例如空气枪或这样的空气枪的阵列等的震波能量源被拖带在水体的表面附近。例如水中听音器等的震波接收器的阵列也被拖带在接收器阵列附近的水中。在选定时间，空气枪或枪阵列被开动以释放爆发的高压空气或气体进入水中。爆发的高压产生用于研究水底下面的岩层中的地质结构的震波能量。 在海洋震波勘测中，一种类型的震波能量源是振动器。一般地，震波振动器包括耦合到水的底座、电抗质块(reactive mass)和液压的或其他的装置以引起电抗质块和底座振动。振动典型地通过以称为“扫频”(sweep)或“线性调频脉冲”(chirp)的模式的一系列频率传导。由震波接收器探测的信号与来自临近底座设置的传感器的信号交叉相关。交叉相关的结果是近似于如果使用了脉冲型的震波能量源则震波接收器将会探测到震波信号。通过使用用于将震波能量施加到次表层的振动器而提供的优势是能量随时间分布，使得与使用脉冲源而引起的环境影响相比对环境的影响降低。 不仅仅是使用振动器的可能的环境效益使得使震波振动器适合在海洋震波勘测中使用是所希望的。通过具有可以产生任意类型的信号的震波能量源，对于使用比常规的扫频更加“智能的”震波能量信号可存在可观的效益。这样的震波能量源将能够产生信号，具有更多的背景噪声特性，因此更加不受噪声干扰并且同时减少它们的环境影响。对使用用于这样的复杂的信号方案的海洋振动器的实际限制是本领域内已知的海洋振动器的结构。为了产生处于震波频带中任意信号，有必要具有一种具有高效率的源以使该源在感兴趣的整个震波频带内是可控的。结合若干分别可控的具有更加复杂的信号方案的海洋振动器将使得从若干离散源同时产生具有非常低的交叉相关性的震波信号成为可能，从而使增加采集震波数据的效率成为可能。本领域内已知的液压海洋振动器典型地具有高于感兴趣的普通的震波频率的上限的共振频率。这意味着振动器能量效率将是非常低(主要在低频但一般地遍及震波频带)，并且这样的振动器关于信号类型和频率内容可以是难以控制的。常规的海洋震波振动器也受到强烈的谐波失真，其限制更复杂的信号的使用。这样的振动器特性可以通过检查低频振动器的阻抗而了解。 海洋振动器将经受的总阻抗可表达如下 Zr＝Rr+jXr(公式1) 其中Zr是总阻抗，Rr是辐射阻抗，Xr是电抗阻抗。 在海洋振动器的能量转移的分析中，包括振动器和水的系统可近似为带有折流板的活塞。带有折流板的活塞的辐射阻抗Rr可以表达为 Rr＝πa2ρ0cR1(x)，(公式2) 并且电抗阻抗可以表达为 Xr＝πa2ρ0cX1(x)(公式3) 其中 (公式4) (公式5) (公式6) 其中ρ0是水的密度，ω是角频率，k是波数，a是活塞的半径，c是声速，λ是波长，J1是第一阶的贝塞尔函数(Bessel function)。 对于以上公式应用泰勒级数展开提供表达式 (公式7) (公式8) 对于低的频率，当x＝2ka比1小得多时，总阻抗表达式的实部和虚部可与泰勒级数展开的第一项近似。当波长比活塞的半径大得多时，低频率的表达式变为 (公式9) (公式10) 它遵循，对于低频率，与电抗阻抗X相比辐射阻抗R将是小的，其暗示低频信号的产生。因此，需要可以产生复杂信号的高效海洋振动器并且需要提高操作震波数据采集的时间效率以提供更经济的操作并且最小化海洋震波勘测的环境影响。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，产生用于次表层勘测的震波能量的方法包括操作第一震波振动器和与操作第一震波振动器基本上同时操作至少第二震波振动器。施加到基本上彼此不相关的第一和至少第二震波振动器中的每个的驱动器信号。 根据本专利技术的另一个方面，用于海洋震波勘测的方法包括在水体中操作第一震波振动器和与操作第一震波振动器基本上同时在水体中操作至少第二震波振动器。驱动器信号施加到基本上彼此不相关的第一和至少第二震波振动器中的每个。在设置在间隔开位置的多个震波接收器中的每个处探测震波信号。确定所探测的震波信号中由第一和至少第二震波振动器中的每个施加给水体底部下面的地层中的能量所引起的部分。 本专利技术的其他的方面和优势将从下面的说明和权利要求将是明显的。 附图说明 图1示出使用多个震波能量源正在实施的示例海洋震波勘测。 图1A示出震波振动器信号发生器的示例实现。 图1B示出耦合于震波接收器的示例信号探测装置。 图2示出用于常规的液压震波振动器的示例结构。 图3示出用于电力震波振动器的示例结构。 图4以横截面示出另一个示例振动器。 图5以横截面示出另一个示例振动器。 图6示出具有两个共振态的模拟振幅谱。 图7是用于一种类型的直接序列扩展频谱信号的示例自相关函数。 图8是直接序列扩展频谱(DSSS)码的示例。 图9是使用根据图8编码的信号的震波源驱动器的频率内容图。 图10是使用双相调制的示例扩展频谱码。 图11是使用根据图10编码的信号的震波源驱动器的频率内容图。 图12A和12B分别示出DSSS信号和低频振动器对DSSS驱动器信号的响应。 图13A和13B分别示出DSSS信号和比在图12B中示出的那个更高频率的振动器对DSSS驱动器信号的响应。 图14A和14B分别示出组合DSSS信号和如在图12A、12B、13A和13B中示出的两个振动器的输出。 图15示出在图13A和14A中的信号的总和的自相关。 具体实施例方式 使用多个海洋振动器震波能量源的海洋震波勘探的示例在图1中示意示出。示出了震波勘测记录船RV沿着例如湖或海洋等的水体W的表面移动。震波勘测记录船RV典型地包括在RS处示出并且为了便利被称为“记录系统”设备，其在选定时间开动一个或多个震波能量源10，确定震波采集系统的各种部件的地测位置(geodetic position)并且记录由多个震波接收器R中的每个探测的信号。 震波接收器R典型地在沿着一个或多个长条电缆S的间隔开的位置部署，该电缆由记录船RV(和/或由另一个船)在水W中以选定模式拖带。该模式由某拖带设备TE维持，其包括提供侧向力以使拖带设备TE的部件展开到相对于记录船RV的选定侧向位置的被称为“扫雷器”的装置。拖带设备TE、扫雷器P和长条电缆S的配置被提供以根据本专利技术的一些方面说明采集震波信号的原理并且不是用来以任何方式限制可使用的记录装置的类型、它们在水中部署的方式或这样的部件的数量和类型。 记录船RV可拖带震波振动器10。在图1的示例中，附加震波振动器10可由源船SV在相对于记录船RV的选定相对位置拖带。提供源船SV拖带的附加振动器10的目的是增加由震波接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生用于次表层勘测的震波能量的方法，包括：操作第一震波振动器；以及与操作第一震波振动器基本上同时操作至少第二震波振动器，所述操作第一和至少第二震波振动器包括应用驱动器信号到基本上彼此不相关的所述第一和所述至少第二震波振动器中的每个。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SRL滕汉恩，
申请(专利权)人：PGS地球物理公司，
类型：发明
国别省市：NO[挪威]