[发明专利]生成用于地震振动器阵列的扩展频谱驱动器信号的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及地球物理勘探并且特别涉及用于地球物理勘探的振动的地震震源。更特别地，本发明涉及将振动器用于地震数据采集的方法。

背景技术

在被陆地覆盖的地球区域上以及被水覆盖的地球区域中的地球物理勘探中使用包括振动器的地震能量源。由这种源生成的声能向下行进到地球中，从地下中的反射界面反射，并且被地球的表面或水表面上或附近的地震接收器(典型地为水中地震检波器(hydrophone)或地震检波器)检测。

一般来说，地震振动器包括基板，其与水或陆地表面、反应质量块(reactive mass)以及液压设备或引起反应质量块和基板振动的其它设备耦合。该振动通常以被称为“扫频”或“啁啾(chirp)”的模式通过某一频率范围传导。由地震接收器检测到的信号与由布置在基板附近的传感器检测到的信号交叉相关。交叉相关的结果是在接近于已使用脉冲类型的地震能量源的情况下由地震接收器已检测到的信号的地震信号。通过使用振动器将地震能量输入到地下而提供的优点是能量随着时间而分布，以使得与通过使用诸如炸药或空气枪之类的脉冲源所引起的环境影响相比对环境的影响降低了。

期望在地震勘测中使用地震振动器不仅仅因为使用振动器的可能的环境利益。通过具有可以生成任意类型的地震信号的地震能量源，使用比传统扫频或啁啾更“智能”的地震能量信号可能存在实质利益。这种地震能量源将能够生成具有更多背景噪声特性的信号，并且因此更不容易受到来自噪声的干扰，并且同时降低它们的环境影响。

使用用于这种复杂信号方案的振动器来操作海洋振动器的实际限制尤其是本领域已知的海洋振动器的结构。为了生成地震频率范围内的任意信号，有必要具有高效率的震源，以使得该震源在所感兴趣的整个地震频率范围内可控制。独立可控的若干振动器结合更复杂的信号发生技术将使得有可能根据若干独立地震能量源生成地震信号，同时具有非常低的交叉相关，由此使得有可能增加采集地震数据的效率。本领域已知的液压海洋振动器通常具有比所感兴趣的普通地震频率的上限还高的谐振频率。这意味着，振动器的能量效率主要在低频处相对较低，但是在整个地震频率范围都一般低。就信号类型和频率组分来说，液压海洋振动器可能难以控制。传统的海洋地震振动器还遭受强的谐波失真，其进一步限制了更复杂驱动器信号(driver signal)的使用。可以通过检查低频振动器的阻抗来了解这样的振动器特性。

振动器将经历的总阻抗可以表示如下：

Z_r＝R_r+jX_r                            (等式1)

其中Z_r是总阻抗，R_r是辐射阻抗，并且X_r是电抗阻抗。

在海洋振动器的能量传递分析中，包括振动器和水的系统可以被近似为带有折流顶的活塞(baffled piston)。带有折流顶的活塞的辐射阻抗R_r可以被表示为：

R_r＝πa²ρ₀cR₁(x)                    (等式2)

并且电抗阻抗可以被表示为：

X_r＝πa²ρ₀cX₁(x)                    (等式3)

其中：

x=2ka=4πaλ=2ωac]]>(等式4)