CN102388322A - 从震源发出的带外能量的衰减 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于衰减从海洋地震勘测中使用的震源发出的带外能量的方法。所述方法包括将所述震源放进水体中，然后，将气体释放到所述震源周围一定体积的水中。其中，所释放气体能够以小于2.9×10⁶立方米每立方秒的速率排开所述震源周围所述一定体积的水。

Description

从震源发出的带外能量的衰减

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年4月7日提交的序列号为61/167454的美国临时专利申请和2009年7月29日提交的序列号为61/229448的美国临时专利申请的权益。这两个美国临时专利申请通过引用包含在本申请中。 

技术领域

本申请描述的多种技术的实施方式总体上涉及海洋地震勘探。更具体地说，这些技术的实施方式涉及对海洋震源发出的带外能量的衰减。 

背景技术

下面的描述和例子不构成由于将其包含在这个部分中而认为其为现有技术的承认。

诸如气枪等震源产生用在海洋地震勘探中的压力信号。气枪可描述为具有填充有压缩气体的腔室。该压缩气体通过一个或多个端口被释放到周围的水中。每个端口都是一个管道，压缩气体通过该管道逸出腔室并进入周围的水中，由此产生声脉冲。 

现有技术的气枪发出非常明显的声脉冲，具有高幅值，形成了高频声能。高频声能通常包含某些频率的能量，这些频率对于成像没有用处，而且处于地震勘探所关注的频率范围之外。这种带外信号被认为是噪声，而且可能对海洋生物有不利影响。 

因此，需要找到用来减少诸如气枪等震源发出的带外频率的幅值的途径。 

发明内容

本申请所描述的是用来衰减震源发出的带外能量的多种技术和工艺的实施方式。在一种实施方式中，一种用于衰减从海洋地震勘测中使用的震源发出的带外能量的方法可以包括将所述震源放进水体中，然后，将气体释放到所述震源周围一定体积的水中。所释放气体能够以小于2.9×10⁶立方米每立方秒的速率排开所述震源周围一定体积的水。 

上述的用于衰减从震源发出的带外能量的方法可以使用多种类型的震源实现。在一种实施方式中，所述震源可以包括外缸、内缸、轴线杆、致动器和气源。内缸可以设置在外缸内部，使得内缸的外壁与外缸的内壁贴合。外缸和内缸可以有一个以上的开口，使得内缸的开口能够在内缸的多个转动位置处与外缸的开口对准。轴线杆可以结合到内缸，使得轴线杆可以转动内缸。致动器可以结合到轴线杆，使得致动器可以控制内缸的转速。气源可以结合到内缸，使得气源可以向内缸的内部提供压缩气体。然后，当内缸的开口对准外缸的开口时，压缩气体可以被释放到震源周围的水体中。所释放气体能够以小于2.9×10⁶m³/s³的速率排开震源周围一定体积的水。 

在另一实施方式中，所述震源可以包括筒、活塞、气源、轴线杆和致动器。活塞可被设置在筒的内部，气源可结合于筒。气源能够向筒的内部提供环境压力下的气体。轴线杆可以结合于活塞，使得轴线杆能够使活塞在筒的两端之间运动。致动器可以结合于轴线杆，使得致动器控制活塞的轴向运动。活塞的轴向运动可被用来压缩筒内环境压力下的气体并将压缩气体释放到筒周围一定体积的水中。所释放气体能够以小于2.9×10⁶m³/s³的速率排开筒周围一定体积的水。 

在又一种实施方式中，所述震源可以包括筒、点火器、混合物源和致动器。点火器和混合物源可结合于筒的底部。混合物源可向筒的底部提供可燃混合物。致动器可结合于点火器，并可控制点火器的点火。点火器的点火可以引起可燃混合物燃烧，使得燃烧的可 燃混合物可以以小于2.9×10⁶m³/s³的速率排开筒周围一定体积的水。 

在再一种实施方式中，所述震源可以包括壳体、结合于壳体的一个以上的端口和结合于端口的一个以上的发射管。壳体可装有压缩气体，压缩气体可以通过端口被释放到震源周围的水体中。发射管可以被设计成限制压缩气体到水体中的释放，使得震源周围一定体积的水以小于2.9×10⁶m³/s³的速率流动。 

上面讨论的发明内容部分是提供用来介绍一组简化形式的概念。这些概念在下面的具体实施方式部分中会进一步描述。发明内容不是意图指明所要保护的主题的关键特征或者必要特征，也不是意图用来限制所要保护的主题的范围。而且，所要保护的主题不限于解决本申请中任何地方指出的任意或者全部缺点的实施方式。 

附图说明

下面将参照附图描述多种技术的实施方式。但是，应该理解，附图仅仅示出了这里所描述的多种实施方式，并不意味着限制这里所描述的多种技术的范围。 

图1示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，用于衰减从震源发出的带外能量的方法的流程图。 

图2示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，希望的原始压力脉冲形状与现有技术中震源的原始压力脉冲形状示例进行对比的曲线图。 

图3示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，用于计算原始压力脉冲的平均上升斜率的曲线图。 

图4示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，用于衰减从震源发出的带外能量的旋转阀式震源。 

图5示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，用于衰减从震源发出的带外能量的气体活塞式震源。 

图6示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，用于衰减从震源发出的带外能量的受控燃烧式震源。 

图7示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，结合到震源用于衰减从该震源发出的带外能量的放射管。 

具体实施方式

下面的讨论针对的是某些具体的实施方式。应该理解，下面的讨论其目的仅仅是为了使得本领域普通技术人员能够制造和使用现在或者以后任何颁布的专利中认定的本专利权利要求所述限定的任何主题。 

下面的段落简要描述了旨在衰减震源发出的带外能量的多种工艺和技术的一种以上实施方式。在一种实施方式中，通过将震源放进水体中，然后，向震源发出指令将气体释放到水体中，使得震源周围一定体积的水以小于2.9×10⁶立方米每立方秒(m³/s³)的速率被所释放气体排开，使得从震源发出的带外能量可以得到衰减。通过限制一定体积的水被震源释放的气体排开的速率，从震源发出的带外能量被有效地衰减。 

在另一种实施方式中，可以使用旋转阀式震源根据上述的方法衰减从震源发出的带外能量。旋转阀式震源可以包括固定的外缸、可转动的内缸、结合于内缸的轴线杆、结合于轴线杆的致动器和结合于内缸内部的腔室的外部气源。内缸可以与外缸贴合，使得两个缸之间没有空气存在。这两个缸都可以包括一个以上的缸窗口(即，外缸窗口和内缸窗口)。内缸窗口和外缸窗口可以具有相同的尺寸和形状，并且当内缸相对于外缸转动到特定位置时，内缸窗口可以与外缸窗口彼此重合。轴线杆可以使内缸以圆周运动绕着轴线杆转动，使得内缸窗口可以在内缸的转动过程中在多个位置处与外缸窗口重合。内缸转动的速率(即转速)可以由致动器控制。外部气源可以向内缸的腔室提供压缩气体。 

为了根据上述的方法衰减从旋转阀式震源发出的带外能量，首先，可以将旋转阀式震源放置在水体中，然后，使内缸转动，使得内缸的腔室内的压缩气体可以在内缸窗口和外缸窗口重合的时候被 释放。通过控制内缸的转速，旋转阀式震源可以控制旋转阀式震源周围一定体积的水被旋转阀式震源释放的压缩气体排开的速率。内缸的转速可以被设计为，所释放气体排开的一定体积的水的速率小于2.9×10⁶m³/s³。 

在又一种实施方式中，可以使用气体活塞式震源根据上述的方法衰减从震源发出的带外能量。气体活塞式震源包括筒、活塞、结合于活塞的轴线杆、结合于轴线杆的致动器和结合于筒内部的外部气源。筒可以是具有一个开口端的缸。活塞可以是贴合地装配在筒内侧，使得活塞与筒贴合并可以在筒内沿着轴线杆运动。致动器可以控制活塞经轴线杆的轴向运动。致动器还可以控制活塞可以运动的速率。这个速率可以被称为活塞轴向位移对时间的函数。外部气源可以向筒的内部提供低压气体。 

为了根据上述的方法衰减从气体活塞式震源发出的带外能量，首先，可以将气体活塞式震源放置在水体中，使得筒的开口端被先放进水体中。在将气体活塞式震源放在水体中之前，活塞可以远离筒的开口定位。气体活塞式震源被放进水体中之后，外部气源可以向筒的内部提供环境压力下的气体。环境压力下的气体基于其浮力特性可保持在筒的内部并与水体分开。环境压力下的气体和水体之间的界线可以被称为气/水界面。接着，致动器可向轴线杆发出指令使活塞向气/水界面运动。按照这种方式，活塞可以将环境压力下的气体推向气/水界面。通过将环境压力下的气体推向气/水界面，气体活塞式震源可压缩环境压力下的气体并将压缩气体释放到水体中。在一种实施方式中，释放到水体中的压缩气体可以排开气体活塞式震源周围一定体积的水。由所释放气体排开气体活塞式震源周围一定体积的水的速率可以由活塞的轴向位移对时间的函数控制。于是，活塞的轴向位移对时间的函数可以被构造为，一定体积的水被所述释放气体排开的速率小于2.9×10⁶m³/s³。 

在又一种实施方式中，可以使用受控燃烧式震源根据上述方法衰减从受控燃烧式震源发出的带外能量。受控燃烧式震源包括筒、 结合于筒的底部的火花塞、结合于火花塞的致动器和结合于筒的底部的外部燃料/氧化剂源。这里，筒可以包括一个开口端，并可以为锥形、钟形等形状。外部燃料/氧化剂源可以向筒的底部提供燃料/氧化剂，这种燃料/氧化剂可以是具有已知燃烧速率的液体或者气体的可燃混合物。 

为了根据上述方法衰减从受控燃烧式震源发出的带外能量，可以首先将受控燃烧式震源放在水体中，使得筒的开口端首先被放进水体中。接着，外部燃料/氧化剂源向筒的底部填充燃料/氧化剂。基于密度性质，燃料/氧化剂可以保持在筒的底部，并与水体分开。受控燃烧式震源被放进水体中后，致动器可以向火花塞发出指令点燃燃料/氧化剂。响应于火花塞点燃燃料/氧化剂，燃料/氧化剂燃烧成为膨胀气体。膨胀气体然后可被释放到受控燃烧式震源周围一定体积的水中，并排开受控燃烧式震源周围一定体积的水。受控燃烧式震源周围一定体积的水被膨胀气体排开的速率可以受到燃料/氧化剂的燃烧速率和筒的形状的控制。于是，可以选择燃料/氧化剂并设计筒的形状，使得受控燃烧式震源释放的膨胀气体排开一定体积的水的速率小于2.9×10⁶m³/s³。 

在再一实施方式中，发射管可以被结合到震源以根据上述方法来衰减震源发出的带外能量。发射管包括方形缸和结合于方形缸的钟状件。在一种实施方式中，方形缸可以被构造为结合到震源的端口，使得发射管可有效地成为震源的一部分。 

为了根据上述方法衰减从震源发出的带外能量，可以将发射管结合于震源的各个端口。接着，可以将震源放进水体中。随着震源被放进水体中，发射管可充水。当震源被放进水体中后，震源可通过其端口释放压缩气体。当压缩气体经震源的端口排放时，压缩气体首先吹出发射管内的水，然后才将压缩气体释放到发射管外面的水体中。按此方式，发射管内的水的质量可以造成从震源端口释放进水体中的压缩气体的初始膨胀更慢地发生。通过使来自端口的压缩气体的初始膨胀更慢地发生，发射管可限制震源周围一定体积的 水的排开速率小于2.9×10⁶m³/s³。结果，发射管可减小震源发出的压力脉冲的上升沿的陡度，由此衰减了震源发射到水体中的带外能量。 

在下面的段落中，将参照图1～7更详细地描述用来衰减从震源发出的带外能量的多种技术和设备的一种以上的实施方式。 

图1示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，用于衰减从震源发出的带外能量的方法100的流程图。如上所述，传统震源通常发出很大的声幅值(即高频能量)，这种能量在地震勘探关注的频率范围之外。这种现象一般是由传统震源周围一定体积的水被突然排开引起的。例如，海洋地震气枪通过突然将一定体积的压缩气体释放到水体中来产生声脉冲。总的来说，这些类型的海洋地震气枪被设计成了尽可能快地释放空气，没有考虑到发射到水体中的高频声幅值可能对环境造成的影响。实际上，气枪被设计成了尽可能迅速地释放空气，使得其可发出可能的最高幅值的声脉冲。这种迅速的空气释放对应于水体接收到的原始压力脉冲中非常陡的上升沿。原始压力脉冲中的陡峭上升段已经被归因于高频能量(即带外信号)的起源。这种高频能量超出了对地震成像有益的频率范围。这种高频能量通常包含可能干扰水体中海洋动物的不必要的声音。 

然而，震源在水体中产生的带外(即高频)能量可以通过减少震源周围一定体积的水被所释放气体排开的速率来衰减。在一种实施方式中，震源周围一定体积的水被所释放气体排开的速率可以对应于水体接收到的压力脉冲的上升斜率。下面将参照图2描述与水体接收的压力脉冲有关的其他细节。 

在步骤110，可以将震源放进水体中。在一种实施方式中，水体可以是一部分海洋地震勘测区域，在该部分区域中，震源可以用来确定碳氢化合物在地球的地下岩层中的位置。震源可以包括任何海洋类型的震源，其可以将气体释放到水体中，使得该气体可排开震源周围一定体积的水。 

在步骤120，可以向放进水体中的震源发出指令，将气体释放到水体中，使得震源周围一定体积的水被所释放气体以小于2.9×10⁶ 立方米每立方秒(m³/s³)的速率排开。在一种实施方式中，震源周围一定体积的水被所释放气体排开的速率可以根据被震源释放的气体排开的水的体积对时间的三次微分(即d³V/dt³)进行测量。被震源释放的气体排开的水的体积对时间的三次微分可被描述为水体中的声压随时间的变化率。通过将震源周围一定体积的水被所释放气体排开的速率限定为小于2.9×10⁶m³/s³，方法100可以衰减被发射到水体中的带外声幅值。在一种实施方式中，一定体积的水被所释放气体排开的速率在0.6×10⁶m³/s³和1.8×10⁶m³/s³之间，如下面的方程所示。 

相比之下，传统震源通常以大于2.9×10⁶m³/s³的速率排开一定体积的水。结果，这些传统震源常常将带外声幅值发射到水体中。 

在一种实施方式中，被所释放气体排开的水的体积对时间的三次微分，可以通过计算被所释放气体排开的水的体积对时间二次微分的斜率(即体积加速度的斜率)进行测量。不可压缩液体中球形气泡的单极声压方程可以用来计算体积加速度对时间的斜率。这个方程可以用来确定震源周围的水的体积加速度，震源需要从其发出幅值已被衰减的声脉冲。不可压缩液体中球形气泡的单极声压方程可表述为： 

$P_{\mathrm{NS}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_w}{4\mathrm{\π}}\·\frac{d^{2}V}{d{t}^2}$ (方程1)

单极声压P_NS也被称作名义源信号。此外，ρ_w为周围水的密度，且V为被排开的水的体积。对被排开体积的时间二次微分被称为“体积加速度”。下面将参照图3描述有关体积加速度对时间的斜率的计算的其他细节。 

图2示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，希望的原始压力脉冲形状与现有技术中震源的原始压力脉冲形状示例进行对比的曲线图200。如上所述，传统震源发出在地震勘探关注的频率范围之外的很大幅值(即高频能量)。图2示出了三个现有技术中 的商业气枪的原始压力脉冲形状。这些现有技术中的商业气枪发出了在地震勘探中关注的频率范围之外的很大幅值。现有技术中商业气枪的原始压力脉冲在曲线图200中表示为虚线(即曲线220、曲线230和曲线240)。曲线220是现有技术中Input Output

套筒气枪的原始压力脉冲。曲线230是现有技术中Bolt

气枪的原始压力脉冲。曲线240是现有技术中Sodera

气枪的原始压力脉冲。曲线210是根据这里所描述的多种技术的实施方式的希望压力脉冲形状。如图2所示，曲线210的上升斜率明显小于曲线220、230和240的上升斜率。曲线220、230、240中显示的现有技术气枪的原始压力脉冲的陡峭的上升斜率可能造成关注频率范围之外的声幅值。因此，通过改进震源发出的原始压力脉冲来模拟希望压力脉冲形状(即曲线210)的上升斜率，这些声幅值(即高频能量)可以由此得到衰减，使得大部分幅值落在关注频率范围内。在一种实施方式中，如图1中描述的那样，通过限制震源释放气体，使得震源周围的一定体积的水被所释放气体排开的速率小于2.9×10⁶m³/s³，可以获得希望的压力脉冲形状(即曲线210)。 

图3示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，用于计算原始压力脉冲的平均上升斜率的曲线图300。在一种实施方式中，如图2所示，被所释放气体排开的水的体积对时间的三次微分，是从震源发射到水体中的压力脉冲的平均上升斜率。压力脉冲的平均上升斜率可以被计算成一直记录到50kHz的未经过滤的压力脉冲信号中10％和90％之间的斜率，即被震源释放的气体排开的水的体积对时间二次微分的最大值的10％和90％之间的斜率。例如，在图3中，原始压力脉冲上的圆圈表示的是一直记录到50kHz的未经过滤的信号中的10％点和90％点。这些点之间的体积加速度的平均斜率会得出一个以立方米每立方秒(即m³/s³)计量的值。因此，体积加速度的斜率与被所释放气体排开的水的体积对时间的三次微分具有相同的单位。 

图4示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，用于衰 减从震源发出的带外能量的旋转阀式震源。在一种实施方式中，旋转阀式震源400可以被用来将气体释放到水体中，使得由所释放气体以小于2.9×10⁶m³/s³的速率排开旋转阀式震源400周围一定体积的水。旋转阀式震源400包括外缸410、内缸430、轴线杆450、致动器460和外部气源470。外缸410可以是不动的，而内缸430可以绕着轴线杆450转动。进一步，外缸410的内壁可以与内缸430的外壁贴合，使得在两个筒之间不存在空气。在一种实施方式中，可以在外缸410和内缸430之间使用密封机构，确保两个筒之间没有空气。外缸410可以包括一个以上的外缸窗口420，而内缸430可以包括一个以上的内缸窗口440。外缸窗口420和内缸窗口440可以分别是外缸410和内缸430的表面上的方形开口。外缸窗口420可以和内缸窗口440具有相同的尺寸。外缸窗口420在外缸410上的位置可以是：当内缸相对于外缸转动到一个特定位置时，内缸窗口440可以与外缸窗口420重合或者对准。虽然外缸窗口420和内缸窗口440被描述成方形，但是，应该注意，在其他实施方式中，外缸窗口420和内缸窗口440可以是任意形状的。 

轴线杆450可以穿过外缸410和内缸430的中心布置。在一种实施方式中，内缸430可以结合到轴线杆450，使得轴线杆450可以转动内缸430。当内缸430绕着轴线杆450转动时，内缸窗口440在内缸430的转动过程中多次与外缸窗口420重合。 

致动器460可以结合到轴线杆450，并可以控制内缸430转动的速率(即转速)。外部气源470可以结合到内缸430的腔室或者内部，向腔室提供压缩气体。在一种实施方式中，旋转阀式震源400可以用作方法100中描述的震源。回过头参见图1中的步骤110，可以将旋转阀式震源400放置在水体中。回过头参见步骤120，可以向旋转阀式震源400发出指令，将内缸430的腔室里面的压缩气体释放到水体中，使得由所释放气体排开一定体积的水的速率小于2.9×10⁶m³/s³。 

旋转阀式震源400可以通过控制内缸430的转速来控制一定体 积的水被所释放气体排开的速率。在一种实施方式中，外部气源470可以向内缸430的腔室填充压缩气体。当内缸430旋转时，在内缸窗口440和外缸窗口420重合或者对准的时候，可以释放压缩气体。按此方式，内缸430的转速，和仔细设计的内缸窗口440和外缸窗口420的形状一起，可以用来决定旋转阀式震源周围一定体积的水被旋转阀式震源400释放的气体排开的速率。内缸430的转速和旋转阀式震源400周围一定体积的水被所释放气体排开的速率之间的关系，可以基于旋转阀式震源400外面一定体积的水的运动方程、理想气体定律和当外缸窗口420和内缸窗口440对准时流经外缸窗口420和内缸窗口440的压缩气体的流速方程。为了以小于2.9×10⁶m³/s³的速率排开一定体积的水，内缸430的转速也可以通过实验决定。 

图5示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，用于衰减从震源发出的带外能量的气体活塞式震源500。气体活塞式震源500包括轴线杆510、致动器520、活塞530、筒540和外部气源580。致动器520结合于轴线杆510，轴线杆510结合于活塞530。致动器520通过控制轴线杆510的运动来控制活塞530的轴向运动。在一种实施方式中，致动器520可以是电动的、液压的、气动的、或者诸如弹簧等机械的。对致动器520的选择取决于当气体活塞式震源500被放置在水体中时用于排开气体活塞式震源500周围一定体积的水的规定的体积加速度变化率。 

活塞530的外壁可以与筒540的内壁贴合。这样，活塞530可以在筒540的两端之间以轴向运动的方式进行运动。在一种实施方式中，筒540可以是缸，其中，该缸的一端被去掉。这里，活塞530可以是贴合地装配在筒540内侧的柱体。外部气源580可以结合于筒540。这样，外部气源580可以向筒540填充环境压力下的气体550。环境压力下的气体550可以是低压气体。 

在一种实施方式中，气体活塞式震源500可以用作方法100中描述的震源。回过头参见图1中的步骤110，气体活塞式震源500 可以被放置在水体中。当将气体活塞式震源500放置在水体中时，气体活塞式震源500可以定位成筒540的开口端指向水体，即图5的初始状态。通过以这种方式放置气体活塞式震源500，环境压力下的气体550可被保持在筒540内并与水体分离。由于筒540内的环境压力下的气体550相对于水体的浮力性质，这种情况是可能做到的。环境压力下的气体550和水体之间的界线可被称为气/水界面560。在一种实施方式中，在将气体活塞式震源500放进水体中之前，活塞530可被定位成离气/水界面560最远。当气体活塞式震源500被放进水体中时，气源580可向筒540填充环境压力下的气体550。 

回过头参见步骤120，气体活塞式震源500可以将气体释放到水体中，使得气体活塞式震源500周围一定体积的水被所释放气体排开的速率小于2.9×10⁶m³/s³。为了将气体释放到水体中，致动器520可向轴线杆510发出指令，使活塞530沿着其轴线向气/水界面560运动。如图5中“致动过程中”所示的，活塞530可将环境压力下的气体550推向气/水界面560。按照这种方式，环境压力下的气体550可压缩成压缩气体570。随着环境压力下的气体550被压缩，压缩气体570可被释放到气体活塞式震源500周围一定体积的水中。结果，压缩气体570可排开气体活塞式震源500周围一定体积的水。 

为了将压缩气体释放到水体中，使得气体活塞式震源500周围一定体积的水以小于2.9×10⁶m³/s³的速率被排开，活塞530可被推向气/水界面，使得气体活塞式震源500周围的水以规定的体积加速度被排开。在一种实施方式中，所规定的体积加速度可对应于作为时间函数的筒540中活塞530的排量。作为时间函数的活塞530的排量可以基于理想气体定律和气体活塞式震源500周围的水的运动方程进行计算。该计算的细节可取决于气体活塞式震源500的设计细节。 

图6示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，用于衰减从震源发出的带外能量的受控燃烧式震源600。受控燃烧式震源600可包括火花塞610、可燃混合物620、筒630、外部可燃混合物 源660和致动器670。火花塞610和外部可燃混合物源660可结合于筒630的底部。外部可燃混合物源660可向筒630的底部提供可燃混合物620。可燃混合物620可以由诸如燃料或氧化剂等一种以上气体或者一种以上液体的可燃混合物构成。可燃混合物620可以被设计为以已知的速率燃烧。在一种实施方式中，可燃混合物620可由丙烷和氧气的混合物构成，这是一种火箭燃料，或者其他类型。火花塞610，或者点火器，可结合于筒630的底部，使得火花塞610产生的火花可点燃可燃混合物620或者使得可燃混合物620燃烧。火花塞610也可以结合于致动器670，使得致动器630可以控制火花塞610何时可以产生火花或者点燃。筒630可以是端部开放的容器，使得筒630的开口端半径大于筒630的相对端(即底部)。在一种实施方式中，筒630的形状可以是钟状件形。但是，应该注意，在其他实施方式中，筒630可以是锥形或者任何其他形状。 

受控燃烧式震源600可用作方法100中描述的震源。回过头参见图1中的步骤110，受控燃烧式震源600可以被放置在水体中。当将受控燃烧式震源600放置在水体中时，受控燃烧式震源600可以定位成筒630的开口朝下。然后可以从外部可燃混合物源660向筒630填充可燃混合物620。当将受控燃烧式震源600放进水体中时，可燃混合物620和水体之间的界线可被称为燃料/水界面640。 

回过头参见步骤120，受控燃烧式震源600可以将气体释放到水体中，使得受控燃烧式震源600周围一定体积的水被所释放气体排开的速率小于2.9×10⁶m³/s³。为了将气体释放到水体中，致动器670可向火花塞610发出指令，点燃可燃混合物620。如图6中“致动过程中”所示的，在火花塞610点燃可燃混合物620之后，由于可燃混合物620燃烧释放的热，可燃混合物620变成了膨胀气体650。然后，膨胀气体650被释放到受控燃烧式震源600周围一定体积的水中。 

在一种实施方式中，可燃混合物620的燃烧速率和筒630的形状可以被用来控制膨胀气体650到水体的释放，使得受控燃烧式震 源600周围一定体积的水以小于2.9×10⁶m³/s³的速率被排开。在此方式中，用来决定受控燃烧式震源600周围一定体积的水排开速率的控制参数包括可燃混合物620的化学组成和筒630的形状。在一种实施方式中，筒630的形状和受控燃烧式震源600周围一定体积的水排开速率之间的关系可以通过实验决定。 

图7示出的是根据这里所描述的多种技术的实施方式，结合到震源用于衰减从该震源发出的带外能量的放射管700。在一种实施方式中，放射管700可以由方形缸710和钟状件720构成。方形缸710的一端可结合于震源720的端口，另一端可结合于钟状件720。震源720可以是用于将气体释放到水体中的装置，例如美国专利第7321527号中所描述的装置，或者上面所描述的受控燃烧式震源600。钟状件720的两端都可以是开放的，但钟状件720的一端可以比其另一端大。在一种实施方式中，钟状件720的小端可以结合于方形缸710。这样，钟状件720的小端具有方形形状，使其可以匹配其所结合的方形缸710的端部。钟状件720的大端的形状也可以是方形的，但与其小端相比具有更大的半径。虽然方形缸710和钟状件720被描述为方形的形状，但是，应该注意，在一些实施方式中，方形缸710和钟状件720可以具有不同的形状。 

在一种实施方式中，放射管700可结合于震源730，以执行上述的方法100。回过头参见图1中的步骤110，震源730可以被放置在水体中。然而，在将震源730放进水体中之前，可将一个以上的放射管700结合到震源730的各端口。震源730的端口可包括震源730上可以将气体释放到水体中的区域。在放射管被结合到震源730之后，可将震源730放置在水体中，并且可向放射管700填充水。 

回过头参见步骤120，震源730可以将气体释放到水体中，使得震源730周围一定体积的水被其所释放气体排开的速率小于2.9×10⁶m³/s³。通常来说，当击发诸如气枪等传统震源时，气枪内的压缩气体被通向气枪开口，从而在周围的水中形成气泡。释放到水中的压缩气体初始流量非常大，因此，气泡的体积加速度很大。结 果，射入气枪周围水体中的初始压力脉冲具有非常陡的上升段，气枪周围一定体积的水被气枪所释放气体排开的速率大于2.9×10⁶m³/s³。 

与此不同的是，当发射管被结合到同样的震源730时，震源730周围一定体积的水以小于2.9×10⁶m³/s³的速率被排开。在一种实施方式中，当压缩气体从震源730释放时，压缩气体通过震源730的端口排放。这样，压缩气体先是将发射管700内部的水吹出去，然后才被释放到发射管700外面的水体中。发射管内部的水的质量可以限制震源730外面一定体积的水的流动，并限定压缩气体可以如何被释放到水体中。结果，发射管700可造成从震源730的端口进入水体中的压缩气体的初始膨胀更慢地发生。通过使来自端口的压缩气体的初始膨胀更慢地发生，震源730发出的压力脉冲的上升沿的陡度可被降低，由此，降低了震源730的高频输出。 

如上所述，多种类型的震源730可以产生多种高频输出幅值。这样，为了降低来自这些多种类型的震源730的高频输出，可以针对每种类型的震源730专门设计发射管700。对于发射管700而言的设计参数可以包括长度、形状、以及方形缸710和钟状件720的半径。在一种实施方式中，发射管700的设计参数可以改变，使得震源730周围一定体积的水排开的速率小于2.9×10⁶m³/s³。按此方式，不同的发射管700的长度和直径可以用来使得震源730发出的压力脉冲的上升时间匹配所要求的震源带宽输出，由此，使不必要的高频输出最小。要求以小于2.9×10⁶m³/s³的速率排开震源730周围一定体积的水的发射管700的方形缸710和钟状件720的长度、形状和半径，可以通过实验决定。 

除了降低震源730的高频输出外，发射管700还可以减慢震源730内部的空气的流量，这又可以减少震源730的机械零件的磨损和破裂。 

虽然前面谈到了这里所述多种技术的实施方式，但是，在不脱离这些技术的基本范围的情况下，可以想到其他的、进一步的实施 方式。这些技术的基本范围由权利要求书决定。尽管本申请的主题是用结构特征和/或方法动作特有的语言来描述的，但是，应该理解，在权利要求书中限定的本申请主题不一定受限于上述的具体特征或动作，而是，上述的这些具体特征或动作是作为实施权利要求的例子的形式公开的。 

Claims (21)

1.一种用于衰减从海洋地震勘测中使用的震源发出的带外能量的方法，包括：

将所述震源放进水体中；并且

将气体释放到所述震源周围一定体积的水中，其中，所释放气体以小于2.9×10⁶立方米每立方秒的速率排开所述一定体积的水。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述速率处于区间[0.6×10⁶，1.8×10⁶]立方米每立方秒。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述速率是所述震源发出的原始压力脉冲的平均上升斜率。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述平均上升斜率是通过确定一直记录到50Hz的所述震源发出的原始压力脉冲的未经过滤的信号中10％点和90％点之间的平均斜率计算的。

5.一种用于海洋地震勘测的震源，包括：

具有一个以上开口的外缸；

具有一个以上开口的内缸，所述内缸的开口被构造成在所述内缸的一个以上预定转动位置处与所述外缸的开口对准，其中，所述内缸的外壁与所述外缸的内壁贴合；

结合于所述内缸的轴线杆，其中，所述轴线杆使所述内缸转动；

结合于所述轴线杆的致动器，其中，所述致动器控制所述内缸的转速；以及

结合于所述内缸的气源，其中，所述气源向所述内缸的内部提供压缩气体。

6.如权利要求5所述的震源，其中，所述压缩气体在所述内缸的开口与所述外缸的开口对准时被释放。

7.如权利要求6所述的震源，其中，所释放的压缩气体能够以小于2.9×10⁶m³/s³的速率排开所述震源周围一定体积的水。

8.如权利要求7所述的震源，其中，所述内缸的转速基于所述一定体积的水的运动方程、理想气体定律和当所述外缸的开口和所述内缸的开口对准时流经所述外缸和所述内缸的开口的压缩气体的流速方程。

9.一种用于海洋地震勘测的震源，包括：

筒；

放置在所述筒内的活塞；

结合于所述筒的气源，其中，所述气源向所述筒的内部提供环境压力下的气体；

结合于所述活塞的轴线杆，其中，所述轴线杆能够使所述活塞在所述筒的两端之间运动；以及

结合于所述轴线杆的致动器，其中，所述致动器控制所述活塞的轴向运动。

10.如权利要求9所述的震源，其中，所述筒是具有一个开口端的缸。

11.如权利要求10所述的震源，其中，所述震源能够被放进水体中，使得所述开口端指向海底。

12.如权利要求11所述的震源，其中，所述环境压力下的气体与所述水体在气/水界面处是分开的，所述致动器能够使所述活塞朝着所述气/水界面运动，使得所述环境压力下的气体被压向所述气/水界面。

13.如权利要求9所述的震源，其中，所述活塞的外壁与所述筒的内壁贴合。

14.一种用于海洋地震勘测的震源，包括：

筒；

结合于所述筒的底部的点火器；

结合于所述筒的底部的混合物源，其中，所述混合物源向所述筒的底部提供可燃混合物；以及

结合于所述点火器的致动器，其中，所述致动器控制所述点火器的点火，所述点火能够使所述可燃混合物燃烧，使得燃烧的可燃混合物以小于2.9×10⁶m³/s³的速率排开所述筒周围一定体积的水。

15.如权利要求14所述的震源，其中，所述速率基于所述筒的形状和所述可燃混合物的燃烧速率。

16.如权利要求14所述的震源，其中，所述筒能够竖直地放在水体中，使得所述筒的开口端指向海底。

17.一种用于海洋地震勘测的震源，包括：

具有压缩气体的壳体；

结合于所述壳体的一个以上的端口，其中，所述端口能够将所述压缩气体释放到水体中；以及

结合于一个以上的所述端口的一个以上的发射管。

18.如权利要求17所述的震源，其中，每一个所述发射管都包括：

缸，其中，所述缸的第一端结合于所述震源的一个端口；以及

结合于所述缸的第二端的钟状件。

19.如权利要求18所述的震源，其中，所述钟状件包括：

结合于所述缸的第二端的第一端；以及

半径大于所述钟状件的第一端的第二端。

20.如权利要求17所述的震源，其中，所述发射管能够限制所释放的压缩气体，使得所述震源周围一定体积的水的流动的速率小于2.9×10⁶m³/s³。

21.如权利要求20所述的震源，其中，所述速率是由各发射管的长度、形状和半径决定的。

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