CN101389980B - 用于提高震源采集中的低频组成的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明总体上涉及震源，具体但非限制性地涉及用于勘测井眼和/或地层的地震信号的低频组成的提高和/或幅度优化。在本发明的实施例中，地震振动器的物理性能可被分析，且用于确定为了驱动反作用体所需的驱动力，以产生注入地面中产生震动的低频组成提高的扫描信号。在某些方面，物理性能可与任何地球物理性能无关地被考虑，所述地球物理性能与地震振动器的操作相关。

Description

用于提高震源采集中的低频组成的系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及震源，具体但非限制性地涉及用于勘测井眼和/或地层的地震信号的低频组成的提高和/或信号强度优化。

背景技术

在石油或天然气工业中，地球物理勘探技术通常用于帮助搜寻和评估地下碳氢化合物沉积。通常，地震能量源用于产生地震信号，该地震信号传播到地中，且至少部分由地下地震反射体(即，具有不同的声阻抗的地层之间的界面)反射。反射通过位于地面上或地面附近、水体中或处于井眼的已知深度处的地震探测器记录，且最终的地震数据可被处理，以产生与地下反射体的位置和地层的物理性能有关的信息。

一种地球物理勘探方法利用脉冲能量源，例如炸药或海洋气枪产生地震信号。在使用脉冲能量源的情况下，大的能量以非常短的时间段被注入地中。因此，最终数据通常具有相对较高的信噪比，这有利于随后的数据处理操作。另一方面，使用脉冲能量源可引起某些安全和环境问题。

自1950末期和1960早期，已经开始使用一种新型的地球物理勘探方法，通常称作“VIBROSEIS”。震动勘探方法采用陆地或海上地震振动器作为能量源。在旱地上进行的地震勘测中，地震振动器向地中施加与脉冲能量源产生的信号相比能量水平低很多的信号，但地震振动器可产生较长时间的信号。

用于海上地震勘测的振动器通常包括钟形壳体，所述壳体在其敞开端具有大和重的振动膜，这与上述底板等效。振动器从海上勘测容器下沉到水中，且振动膜通过液压驱动系统振动，这与陆地振动器中所使用的液压驱动系统类似。可选的海上振动器设计包括两个实心弯曲或半球形壳，它们通过弹性膜接合在一起。液压驱动装置以与陆地振动器中的反作用体的运动类似的方式相对彼此移动两个壳。海上振动器因此与陆地振动器具有类似的工作限制。

由地震振动器所产生的地震信号是受控波列-包含不同频率的扫描信号-它可被发射到地面中、水体中或井眼中。在陆地上使用的地震振动器中，能量可以以扫描频率信号施加到地面中。通常，要施加到地面中的能量由液压驱动系统产生，所述液压驱动系统使称作反作用体的大重量块上下振动。反作用体连接到底板，所述底板与地接触，振动通过底板传递到地中。通常，底板与称作压下重量块的大的固定重量块连接，当反作用体上下移动时，所述重量块使底板与地面之间保持接触。由地震振动器产生的地震扫描可以是在给定频率范围内频率连续变化、单调增大或减小的正弦振动。地震扫描通常具有2至20秒之间的持续时间。地震扫描的瞬时频率可随时间线性或非线性变化。瞬时频率变化与单位时间间隔的比率被定义为扫描速率。而且，地震扫描的频率可以开始时低些，然后随着时间变化增大——升频扫描，或它可开始时高些，然后逐渐下降——降频扫描。

在震动勘探过程中记录的地震数据(下面称作“振动器数据”)是复合信号，每个复合信号包括许多长的、彼此叠加的反射波列。由于这些复合信号通常比反射之间的间隔长许多倍，因此不可能将各个反射从记录信号中区分开。然而，当地震振动器数据与扫描信号(也称作“参考信号”)互相关时，最终的互相关信号与已记录的数据接近，如果源是脉冲能量源。

在传统振动器扫描过程中通过地震振动器注入地中的能量大小通过振动器的尺寸和扫描的持续时间控制。在振动的幅度方面存在多种限制。这些限制中的最基本的限制是，压下重量块必需超过最大向上力，以使得振动器从不会与地面脱离接触。然而，在低频输出方面存在其他限制。如上已经提及到的，地面力通过使反作用体和底板振动产生。传递到地面上的力等于反作用质量、底板质量分别与反作用体加速度和底板加速度的加权总和。在低频下，由于底板加速度相对于反作用体加速度来说可忽略不计，因此，地面力的主要组成部分是由于反作用体引起的。这样，为了在低频下产生相同的地面力，与较高的频率相比，需要反作用体具有更高的峰值速度和位移。通常，在固定的力水平下可由振动器产生的最低频率由反作用体的可能的最大行程长度决定，地震振动器在低频下可经过的时间长短由在扫描时间开始时存储在蓄能器中的液压流体的量、和液压系统的最大流量决定。

由于影响低频信号的各种因素，现有技术地震振动器产生的地震扫描中的低频的强度很低。传统上，地震扫描的低频的低含量可通过实验、试验和误差技术等应对，其中，在考虑待分析的地层的地球物理性能的情况下在试验位置执行的初始地震扫描之后，对于特殊的地震振动器来说，施加到反作用体的驱动力和/或反作用体的位移被改变，以产生具有较大的低频组成的地震扫描。然而，这些技术花费大、耗费时间，且不能产生具有最优或接近最优的低频组成的地震扫描，因为低频下的驱动力的逐渐降低根据信号处理原理设计，并没有考虑振动器机械和液压规格。

发明内容

本发明总体上涉及震源，具体但非限制性地涉及用于勘测井眼和/或地层的地震信号的低频组成的提高和/或信号强度优化。在本发明的某些实施例中，用于震源数据采集的地震振动器中的反作用体的反作用体峰值位移可在频域与地震振动器所要操作的地面的地球物理性能无关地被确定，且用于设计要通过地震振动器输入地层的扫描信号。在本发明的一个实施例中，扫描信号处理器处理地震振动器的机械特性，且应用模型函数，所述模型函数在频域对地震振动器的操作进行建模，以确定用于操作地震振动器产生输入地面中的扫描信号的操作指令，其中，扫描信号包括对扫描信号的低频组成来说最优的驱动力和扫描速率。

本发明提供了用于控制地震振动器以使扫描信号中的低频幅度得到提高和优化的系统和方法，所述地震振动器可以是单个或多个振动源，所述系统和方法在提高频率含量的试验、误差和/或实验的应用方面进行了改进，这些试验、误差和/或实验的使用在不良因素中可能包括昂贵、耗费时间，且不能对可能来自地震振动器的扫描的低频组成实现完全提高。

附图说明

下面，结合附图描述本发明：

图1是示出了可用于本发明的实施例中的震动地震勘测的元件的图；

图2A是可用于本发明的实施例中的简单的地震振动器的机械模型，示出了地震振动器的主要构件、以及位于示出的构件之间的驱动力和反作用力；

图2B是可用于本发明的实施例中的具有压下体的地震振动器的机械模型，示出了地震振动器的主要构件、和位于示出的构件之间以及在地震振动器与地面的接触处的驱动力和反作用力；

图2C是根据本发明的实施例的与图2B示出的地震振动器的机械模型等效的电路的示意图，所述电路可用于推导在频域反作用体峰值位移与驱动力之间的关系；

图3是根据本发明的实施例的用于产生低频组成提高的扫描信号的系统的简图；以及

图4是根据本发明的实施例的用于使用与地球物理因素无关的地震振动器的物理性能产生低频组成提高的扫描的流程图。

在附图中，相似的构件和/或特征可具有相同的附图标记。此外，相同类型的各构件可通过在附图标记后增加短横线和与其他类似构件区别开的第二标记而区分开。如果第一附图标记仅用在说明书中，描述同样适用于具有相同的第一附图标记而不管第二附图标记的任何一个类似构件。

具体实施方式

下面，进行详细具体描述，以充分理解各实施例。然而，本领域普通技术人员可以理解，各实施例也可在没有这些具体细节的情况下实施。例如，电路可以以简图示出，以便使实施例因不必要的细节而模糊不清。在其他方面，众所周知的电路、处理过程、算法、结构和技术也可在没有不必要的细节的情况下示出，以避免实施例的模糊不清。

此外，可以指出，实施例可以被描述成这样的过程，即该过程作为程序框图、流程图、数据流图、结构图或简图示出。尽管程序框图可将操作描述成顺序过程，但其中许多操作也可并行或同时执行。此外，操作顺序可重新设置。过程当其操作完成时终止，但也可具有未包括在图中的另外步骤。过程可与方法、函数、步骤、子程序、辅程序等对应。当过程与函数对应时，其终止与函数返回到调用函数或主函数的返回操作对应。

而且，实施例可通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或它们的任何组合实施。当通过软件、固件、中间件、微代码、程序代码或代码段实施时，用于执行必需的任务的程序代码或代码段可存储在机器可读介质、例如存储介质中。处理器可执行必需的任务。代码段可表示步骤、函数、辅程序、程序、例程、子程序、模块、软件包、类、或指令、数据结构、程序描述语句的任何组合。代码段可通过传递和/或接收信息、数据、变量、参数或存储内容关联到其他代码段或硬件电路。信息、变量、参数、数据等可经由任何合适的方法向前传递或传送，所述合适的方法包括存储器共享、消息传递、标记传递、网络传送等。

本发明总体上涉及震源，具体但非限制性地涉及用于勘测井眼和/或地表面下的地层的扫描信号的低频组成的提高和/或幅度优化。在本发明的实施例中，地震振动器可被分析，在地震振动器中反作用体的峰值位移和/或将反作用体驱动到反作用体峰值位移所需的驱动力可在频域确定，确定的峰值位移和/或驱动力可应用于地震振动器，以产生注入地面中进行震动分析的扫描信号，所述扫描信号具有提高的低频组成。峰值位移和/或驱动力可通过实验和/或模型函数确定。在某些方面，峰值位移和/或驱动力可与任何地球物理性能无关地被确定，所述地球物理性能与地震振动器的操作相关。

图1的系统以简化的方式示出了可用于本发明的实施例中的震源采集系统的元件。在示出的系统中，地震振动器10包括振动元件11、底板12和信号测量装置13，例如多个加速计，所述加速计的信号被组合，以测量通过地震振动器施加到地上的实际地面-力信号。图1中示出的地震振动器10构造在卡车17上，卡车17使得系统具有机动性。如图所示，振动元件11与底板12连接，以将振动从振动元件11传递到底板12。底板12定位成与地面16接触，因为底板12与撞击板15连接，因此振动器11的振动可通向地面16。

通过振动元件11产生且经由底板12被发射到地中的地震信号可在点I₁、I₂、I₃和I₄处从地下阻抗Im₁和Im₂之间的分界面反射。该反射信号分别通过地声探测器D₁、D₂、D₃和D₄探测。由卡车10上的振动元件11产生的信号还传送到数据存储器14，用于与从地声探测器D₁、D₂、D₃和D₄接收的原始地震信号组合，以处理原始地震数据。在操作中，也称作控制扫描的控制信号使得振动元件11向底板12施加可变的压力。

图2A是可用于本发明的实施例中的简单的地震振动器的机械模型，示出了地震振动器的主要构件、和位于示出构件之间的驱动和反作用力。如图所示，地震振动器10包括反作用体21，所述反作用体21与底板12连接，所述底板12与地面16接触。驱动力f₁ 23通过驱动机构(未示出)施加到反作用体21。柔性支撑机构22可用作用于将反作用体21支撑在中性位置24的装置。柔性支撑机构22可以是支撑反作用体21且使反作用体21绕着中性位置24移位的机构。仅作为示例，柔性支撑机构22可以是弹簧、盘圈、液压支撑件等。在一些实施例中，可能未包括柔性支撑机构22，且反作用体21可通过驱动机构直接被驱动成绕着中性位置做周期运动。

在本发明的某些方面，中性位置24可以是反作用体21靠近但未接触底板时的位置。在其他方面，中性位置24可以是反作用体21远离底板12时的位置，由反作用体21产生的振动波可通过将反作用体21连接到底板12的连接机构(未示出)传递到底板12。为了地面16之下的土壤的震动，驱动机构可以以周期方式施加力f₁ 23，以使反作用体21绕着中性位置24振动，且使振动经由底板12发射到地面16中。

图2B是可用于本发明的实施例中的具有压下体的地震振动器的机械模型，图中示出了地震振动器的主要构件以及位于示出构件之间、地震振动器与地面之间的接触处的驱动力和反作用力。在本发明的某些实施例中，反作用体21可由柔性支撑机构22支撑，且驱动力23可通过驱动机构(未示出)施加到反作用体21，所述驱动机构可使得反作用体21振动。在本发明的实施例中，假如反作用体21的加速度不超过重力加速度，当驱动力23施加到反作用体21时，作用在底板12上的力的总和可朝下，因此底板12可在地面16上产生正压。然而，在地震振动器11的操作中，驱动力23可以使得反作用体21的加速度是重力加速度的大约3或4倍。同样地，在地震振动器11的操作中，压下体25可用于将底板12保持成与地面接触。在例如图1所示的本发明的实施例中，卡车17的重量可用于将底板12保持成与地面16接触。

在本发明的某些实施例中，隔离机构26可用于将压下体25连接到底板12。隔离机构26可使得压下体25连接到底板12，且也可使底板12与压下体25至少部分隔离和/或阻隔(damping)。压下体25与底板12的隔离和/或阻隔可用于防止压下体25产生干扰由反作用体21的运动产生的底板12的振动的任何运动。隔离机构26可以是弹簧类型结构、柔性连接装置等。由于柔性支撑机构22和隔离机构26，因此在底板12与反作用体21之间、以及底板12与压下体25之间均存在连接，这可使得在三个构件之间传递振动。

隔离缓冲器36示于图2B中，以描述可能在底板12与压下体25之间连接隔离机构26所发生的阻尼和摩擦损失。类似地，地面反作用弹簧27和地面反作用缓冲器28示于图2B中，以描述地面16对底板12的运动的反作用。地面反作用弹簧27和地面反作用缓冲器28表示地面对底板12的运动的阻抗，其中，阻抗可能依赖于地面16的弹性和其他物理性能。在图2B中，V_M表示由于驱动力23施加到反作用体21引起的反作用体21的速度。

图2C是根据本发明的实施例的与图2B所示的地震振动器的机械模型等效的电路的示意图，该电路可用于在频域推导反作用体峰值位移与驱动力之间的关系。在图2C中，电容器C₁54表示底板12的质量，线圈L₁60表示地面16的阻尼顺从度，电阻器R₁62表示地阻尼的传导值。类似地，电容器C₂56表示反作用体21的质量，线圈L₂表示由柔性支撑机构22产生的阻尼，电容器C₃58表示压下体25的质量，线圈L₃66表示由隔离机构26产生的阻尼，电阻器R₃64表示隔离机构26的阻尼损失。实际中，隔离机构26的阻尼损失可忽略不计，且对建模目的可忽略。下表将图2B和2C的机械和电气符号(具有合适的单位)关联起来。

电气符号	机械符号	量值	单位	描述
					L1	1/S1	3  10-8	mN-1	地顺从度
L2	1/S2	1.610-6	mN-1	反作用体悬置顺从度
					L3	1/S3	2.610-7	mN-1	压下隔离器的总顺从度
C1	M1	1350	Kg	底板质量
					C2	M2	3015	Kg	反作用质量
C3	M3	22500	Kg	压下质量
					R1	1/D1	210-6	ms-1N-1	地阻尼的传导值
R3	1/D3	无限大	ms-1N-1	隔离器阻尼的传导值
					IDF	DF	19300	N	Rms驱动力

在本发明的实施例中，图2C示出的电路可用于推导特殊地震振动器的模型函数，可从该模型函数确定最小频率的值，在该最小频率下，可在不超过反作用体最大位移的情况下使用最大驱动力；反作用体最大位移是作为地震振动器的设计特征的一个量，其可由地震振动器的制造商提供、通过实验确定和/或通过理论确定。反作用体21的位移可从反作用体21静止时的位置测量、可从中性位置24测量或可从反作用体21最靠近底板12时的位置测量。模型函数可用于推导作为频率的函数的反作用体位移的模型，且可提供低频下的扫描相位和驱动力，这使得在地震振动器的机械约束下可有最大能量传递到地面。

为了对地震振动器进行建模，f_md可用于表示最小频率，在所述最小频率下，可在不超过反作用体最大位移的情况下使用最大驱动力(DF)。同样，在某些实施例中，可以在低于f_md的频率下施加到反作用体21的用于避免超过最大行程的驱动力可近似表示为：

$\mathrm{DF}\left(f\right)=\mathrm{DF}\left(f_{\mathrm{md}}\right)\frac{f^2}{f_{\mathrm{md}}^2}$ 对于f≤f_md    (1)

$=\mathrm{DF}\left(f_{\mathrm{md}}\right)$ 对于f＞f_md

其中，公式(1)可从基本振动器的等效电路推导出。

在图2C中，电流产生器40产生电流i_DF 42。电流i_DF 42可用于模型分析中，以表示施加到反作用体21的驱动力DF。看到电流i_DF 42经受阻抗，该阻抗可能取决于反作用体21的质量、反作用体悬置顺从度(suspensioncompliance)、底板12的质量和/或地面16的近表面弹性，所述近表面弹性可看作两个参数例如地/土壤顺从度和地/土壤阻尼的组合。反作用体速度V_m39与DF之间的传递函数为了建模目的可被认为是图1C示出的电路中示出的相对于电流产生器i_DF的阻抗，该传递函数根据电路的电性能表示为：

$Z_{\mathrm{eq}}=\frac{e_M}{i_{\mathrm{DF}}}=\frac{1}{\frac{1}{Z_2}-i\left(\frac{S_2}{\mathrm{\ω}}\right)}---\left(2\right)$

其中：

$Z_2=Z_5-i\left(\frac{1}{\mathrm{\ω}{M}_2}\right)---\left(3\right)$

$Z_5=\frac{Z_1{Z}_2}{Z_1+Z_4}---\left(4\right)$

$Z_1=\frac{1}{D_1+i({\mathrm{\ωM}}_1-\frac{S_1}{\mathrm{\ω}})}---\left(5\right)$

$Z_4=i(\frac{\mathrm{\ω}}{S_3}-\frac{1}{{\mathrm{\ωM}}_3})---\left(6\right)$

Z_eq可通过反作用体21以低频控制，或为了图2C示出的等效电路中的建模目的，Z_eq通过电容器C₂56和线圈L₂52的传导量的总和以低频控制。本发明的某些实施例的模型函数利用以下事实：对于许多地震振动器来说，处于低频下即处于低于大约10Hz的频率下的Z_eq基本与接触地震振动器的地的顺从度和/或阻尼系数无关。在这种实施例中，频域中的反作用体位移可通过以下模型函数建模：

$X_m=\frac{Z_{\mathrm{eq}}\mathrm{DF}}{\mathrm{i\ω}}---\left(7\right)$

在本发明的一个实施例中，频域中的反作用体位移的建模通过使用公式(7)的模型函数的以下抛物线近似实现：

$X_m=X_m\left(f_{\mathrm{MD}}\right)\frac{f_{\mathrm{MD}}^2}{f^2}---\left(8\right)$

在本发明的实施例中，公式(7)的模型函数和公式(8)的抛物线近似可用于推导公式(1)的驱动力分布，以使地震振动器中施加到反作用体上的驱动力未使得超过最大位移。因此，公式(1)可用于为给定的致动器能谱密度(esd(f))设计频率扫描的低频端。然而，可以指出，实际上进入地面的地面-力和能谱密度可准确地被推导出，只要地震振动器所处的土壤/地的性能是已知的。用于获得esd(f)的必需的扫描速率SR(f)可根据下面公式确定：

$\mathrm{SR}\left(f\right)=4\frac{\mathrm{esd}\left(f\right)}{{\mathrm{DF}}^2\left(f\right)}[s/\mathrm{Hz}]---\left(9\right)$

瞬时频率f_i进入地面的时间可根据以下公式确定：

$t_i\left(f_i\right)=\underset{f_{\min }}{\overset{f_i}{\∫}}\mathrm{SR}\left(f\right)\mathrm{df}---\left(10\right)$

其中，f_min是感兴趣的最小频率，t_i(f_i)是f_i的单调函数，该单调函数可被数字上转换，以获得进入地面中的随时间变化的瞬时频率

最后，扫描幅度可通过以下公式表示：

$a\left(t\right)=\mathrm{DF}\left({\hat{f}}_i\left(t\right)\right)\sin (2\mathrm{\π}{\∫}_0^t{\hat{f}}_i\left(t\right)\mathrm{dt}+\mathrm{\α})---\left(11\right)$

其中，α是用户定义的初始相位。

在能量需求导致长的扫描即t_i(f_max)的高值的某些实施例中，由于以低频扫描花费较长时间，因此可使用更多振动器获得所需的扫描。

在公开发明的另一实施例中，驱动力分布可通过使用根据公式(7)的非近似的反作用体位移设计。在这种实施例中，扫描速率的设计可与使用公式(8)的反作用体位移的抛物线近似的上述设计相同。本发明的实施例可仅需要用户输入地球物理性能和地震振动器的机械规格，该机械规格可从地震振动器的制造商提供的电子数据表获得，从而获得具有提高的低频组成的扫描的驱动力分布。如上所述，地/土壤特性可以忽略不计。相反，用于确定地震振动器的操作特性以产生扫描频率的现有方法可能需要反馈、和在频域和时域限定的调节量和/或规格，在频域，例如为所需的功率谱，在时域，例如为致动器力的包络，后者并不能准确知道。

图3是根据本发明的实施例的用于产生具有提高的低频组成的扫描信号的系统的简图。在本发明的实施例中，地震振动器10包括反作用体21，所述反作用体21通过驱动力机构22驱动而产生动作。驱动力机构22可以是液压机构、活塞机构等。当被驱动而产生动作时，反作用体20绕着静止位置振动。在本发明的实施例中，底板12在地震振动器10与地面16之间提供接触，通过该接触，振动波列(地震扫描)可被发射到地的地下。

在某些方面，反作用体20的运动可使得底板12与地面16脱离接触，同样地，压下体25可与底板12连接，以将底板12保持成与地面16接触。驱动力机构22可以以周期性运动方式移动反作用体以产生具有不同频率的振动，且这些振动可通过底板12传递到地面16中。驱动力机构22可绕着反作用体静止时的位置周期性地对反作用体20进行移位。地震振动器10可被构造成这样，即，对于反作用体21的每一振动频率，可具有反作用体21从静止位置和/或底板12移位的最大位移；其中，最大位移是反作用体20可移位而使驱动机构22可以以所述频率起作用、和/或底板12可被保持成与地面16接触的极限。

在本发明的实施例中，有关地震振动器10的物理特性可输入到处理器27中。物理特性可包括：可从驱动机构22获得的驱动力、一个或多个频率下的反作用体20的最大可能位移、反作用体20的峰值位移、峰值位移对应的平均频率-其中，峰值位移是对于地震振动器10的可使用操作来说而可能使地震振动器10获得的反作用体的极限位移-地震振动器的频率限制等。物理特性可被提供作为地震振动器10的操作限制。反作用体20的位移可从反作用体20的平均静止位置、反作用体20最靠近底板12时的位置等确定。

在本发明的实施例中，处理器27可使用模型函数来处理物理特性，以便确定地震振动器10可产生的低频输出下的反作用体20的最大位移。在某些方面，处理器27可使用公式(7)中描述的模型函数来确定地震振动器10可产生的低频下的反作用体20的最大位移。在其他方面，处理器27可使用公式(7)的抛物线近似来获知地震振动器10可产生的低频下的反作用体20的最大位移。在本发明的一些实施例中，处理器27可在没有接收关于地面16的物理性能的任何数据的情况下产生使低频组成最大化的地震扫描。在其他实施例中，地面16的物理性能，例如弹性、阻尼等，可输入处理器27中，且处理器27可将这些物理性能应用于模型函数，以产生使低频组成最大化的地震扫描。

处理器27可使用模型函数产生波列/频率扫描，其中，所述波列/频率扫描受地震振动器10的反作用体20的位移包络限制，所述位移包络具有波列/频率扫描中的每个频率下的最大可能位移。该频率扫描可从处理器27传送到控制器21，以使得驱动机构22驱动反作用体20而向地面16中输出波列/频率扫描，其中，输出的波列/频率扫描的每一输出频率具有与可从地震振动器10得到的最大可能幅度、包络接近的幅度。在某些方面，为了降低处理要求、成本和时间，处理器27可仅对低频建模，且提供了可增加到标准地震扫描的低频参数。通过采用这种方式，处理器27可提高标准地震扫描的低频组成。仅作为示例，处理器27可对10Hz或更低的频率下的最大反作用体进行建模。

在本发明的实施例中，一个或更多个低频振动下的最大反作用体位移被模型化，且该信息应用于频率扫描，以从地震振动器提供输出扫描，与不具有反作用体位移模型的标准扫描相比，该输出扫描在低频下具有最大输出。

图4是根据本发明的实施例的用于操作地震振动器以产生具有提高的低频组成的扫描的流程图。在步骤510，地震振动器的物理性能可被分析，且用于地震振动器的反作用体的反作用体峰值位移特性可在频域确定。反作用体峰值位移特性可以是可从地震振动器获得的频率下的反作用体峰值位移。本领域的普通技术人员可理解，反作用体峰值位移可与施加到反作用体的驱动力相关。

在某些方面，对于特殊的地震振动器来说，一频率下的反作用体峰值位移可通过实验确定。可对要在震动扫描中使用的一个或多个频率进行实验，且可确定一个或多个频率下的反作用体峰值位移。为操作地震振动器产生低频震动扫描，可进行实验。可选地或与前述相结合，振动扫描中的多个频率下的反作用体峰值位移可被确定，且可对结果执行函数近似，该函数近似可用作用于确定震动扫描中的一个或多个频率下的反作用体峰值位移的模型函数。在其他方面，反作用体峰值位移可由对地震振动器的操作进行建模的模型函数，例如公式(7)中再现的函数，确定。在本发明的实施例中，频域中的反作用体峰值位移的实验确定、频域中的反作用体峰值位移的函数近似和/或用于确定频域中的地震振动器的反作用体峰值位移的模型函数的使用均可被确定，而不用考虑待勘测的地层和/或井眼的地球物理性能。

在步骤520，一个或多个频率下的地震振动器的反作用体的反作用体峰值位移可用于确定地震振动器的操作设定，以产生地震扫描，其中，通过使用反作用体峰值位移，扫描中注入地面中的能量得到了提高。在本发明的实施例中，地震振动器可根据步骤510中确定的参数被驱动，以便使用于向地面中注入震动扫描的地震振动器产生这样的低频组成的震动，其中，震动扫描可具有提高的低频组成。

在步骤530，地震振动器的反作用体通过确定的驱动力驱动，以在低频组成提高的情况下将扫描注入地面中。在步骤540，接收器从注入地面中的扫描接收的振动信号可被分析，从而地层和/或井眼可被分析。

尽管以上已经给出了本发明的一个或多个实施例的详细描述，但在不脱离本发明的精神的情况下，本领域的普通技术人员可想到各种替换、修改和等同代换。而且，除特别清楚指出或以另外方式重点指出的以外，可以认为，可替换和/或组合不同实施例的特征、装置和/或构件。因此，以上描述不应认为是限制本发明的范围，本发明的范围由权利要求书限定。

Claims (17)

1.一种用于提高通过地震振动器发射到地面之下的地下从而对地层或井眼进行地震勘测的频率扫描信号的低频组成的方法，所述方法包括以下步骤：

接收地震振动器的物理规格，其中，所述地震振动器至少包括：

底板，所述底板被构造成在地震振动器与地面之间形成接触；

与底板连接的反作用体；

驱动系统，所述驱动系统与反作用体连接，且被构造成向反作用体施加力，其中，驱动系统被构造成使反作用体以振动频率振动，且在振动周期中，反作用体被驱动系统驱动成绕着静止位置振动；以及

控制机构，所述控制机构与驱动系统连接，且被构造成控制反作用体的振动频率；

使用处理器处理物理规格，以产生驱动信号，其中，所述处理器根据模型函数产生所述驱动信号，所述模型函数在频域对反作用体相对于静止位置的最大位移建模，且其中，驱动信号包括用于操作地震振动器以产生低频组成提高的频率扫描信号的信号；以及

向控制机构施加驱动信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，模型函数与地面的物理性能无关。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，物理规格至少包括反作用体的峰值位移、和峰值位移发生的平均频率，其中，峰值位移包括地震振动器能够产生的反作用体从地震振动器的撞击板的最大可能位移。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型函数是在频域将反作用体相对于静止位置的反作用体最大位移与施加到反作用体的驱动力、和反作用体运动的阻抗关联起来的函数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，处理器根据物理规格和模型函数的抛物线近似产生所述驱动信号。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，驱动信号被构造成增大频率扫描信号中低于10Hz的频率的幅度。

7.一种用于将低频组成提高的频率扫描信号发射到地面之下的地下中从而对地层或井眼进行地震勘测的系统，包括：

地震振动器，所述地震振动器被构造成接收驱动信号、且将频率扫描信号输入地下，其中，所述地震振动器包括：

底板，所述底板被构造成在地震振动器与地面之间形成接触；

与底板连接的反作用体；

驱动系统，所述驱动系统与反作用体连接，且被构造成向反作用体施加力，其中，所述驱动系统被构造成使反作用体以振动频率振动；以及

控制机构，所述控制机构与驱动系统连接，且被构造成控制反作用体的振动频率；以及

处理器，所述处理器能够与地震振动器通信，且被构造成向地震振动器提供驱动信号，用于驱动反作用体，且使在频率扫描信号的一个或多个频率下具有反作用体峰值位移，其中，与地层或井眼的地球物理性能无关地确定地震振动器的驱动信号。

8.如权利要求7所述的用于将低频组成提高的频率扫描信号发射到地面之下的地下中从而对地层或井眼进行地震勘测的系统，其特征在于，频率扫描信号的一个或多个频率下的反作用体峰值位移通过实验确定。

9.如权利要求8所述的用于将低频组成提高的频率扫描信号发射到地面之下的地下中从而对地层或井眼进行地震勘测的系统，其特征在于，一个函数与一个或多个频率的反作用体峰值位移接近，且用于外推频率扫描信号中的其他频率下的其他反作用体峰值位移。

10.如权利要求7所述的用于将低频组成提高的频率扫描信号发射到地面之下的地下中从而对地层或井眼进行地震勘测的系统，其特征在于，频率扫描信号的一个或多个频率下的反作用体峰值位移从模型函数确定。

11.如权利要求10所述的用于将低频组成提高的频率扫描信号发射到地面之下的地下中从而对地层或井眼进行地震勘测的系统，其特征在于，模型函数从与地震振动器等效的电路推导。

12.如权利要求7所述的用于将低频组成提高的频率扫描信号发射到地面之下的地下中从而对地层或井眼进行地震勘测的系统，其特征在于，反作用体峰值位移由地震振动器的信息确定。

13.一种用于将低频组成提高的频率扫描信号发射到地面之下的地下中从而对地层或井眼进行地震勘测的系统，包括：

地震振动器，所述地震振动器被构造成接收驱动信号、且将频率扫描信号输入地下，其中，所述地震振动器包括：

底板，所述底板被构造成在地震振动器与地面之间形成接触；

与底板连接的反作用体；

驱动系统，所述驱动系统与反作用体连接，且被构造成向反作用体施加力，其中，所述驱动系统被构造成使反作用体以振动频率振动；以及

控制机构，所述控制机构与驱动系统连接，且被构造成控制反作用体的振动频率；以及

处理器，所述处理器能够与地震振动器通信，且被构造成接收地震振动器的机械规格的输入且处理机械规格，以产生驱动信号，从而为地震振动器产生低频组成提高的频率扫描信号，其中：

所述机械规格至少包括反作用体的峰值位移、和峰值位移发生的平均频率，峰值位移包括地震振动器能够产生的反作用体从地震振动器的撞击板的最大可能位移；以及

处理器根据机械规格和模型函数产生驱动信号，所述模型函数对反作用体的随着振动频率变化的位移进行建模。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，模型函数与地面的物理性能无关。

15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述模型函数是在频域将反作用体相对于静止位置的反作用体最大位移与施加到反作用体的驱动力、和反作用体运动的阻抗关联起来的函数。

16.如权利要求13所述的系统，其特征在于，处理器根据机械规格和模型函数的抛物线近似产生驱动信号。

17.如权利要求13所述的系统，其特征在于，驱动信号被构造成增大频率扫描信号中低于10Hz的频率的幅度。

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