CN103443655A - 海洋振动器扫描 - Google Patents

Abstract

使用一个或多个海洋地震振动器的海洋地震勘察，其中，振动器扫描函数基于质量要求，其可以是最终的图像质量要求或环境要求。该扫描函数可以是非线性的，且能量频谱可不与气枪的能量频谱相匹配。

Description

海洋振动器扫描

技术领域

本公开涉及用于油气的地震勘探，具体但不限制地涉及使用海洋振动器的海洋地震勘察。

背景技术

地震勘探包括为油气藏勘察地下地质构造。勘察可包括在预定的位置布置震源和地震传感器。该震源产生地震波，其传播到地质构造中，从而沿着路径产生压力变化和震动。地质构造的弹性特性的改变分散了地震波，从而改变了它们的传播方向以及其它的特性。震源发出的部分能量到达地震传感器。有些地震传感器感应压力变化（水听器），而另一些感应质点运动（例如，地听器）；工业勘察可布置一种传感器或两种传感器。响应于检测到的地震事件，传感器产生电信号以产生地震数据。接着，分析地震数据可以指示油气藏可能位置的存在或不存在。

有些勘察被称为“海洋”勘察，这是因为它们是在海洋环境中进行。然而，“海洋”勘察不仅仅是在盐水环境中进行，还在淡水和微咸水中进行。在一种称为“拖曳阵列”勘察的海洋勘察中，包含地震传感器的拖缆和震源的阵列被拖曳在勘察船的后面。在一种称为“海洋垂直地震剖面（海洋VSP）”勘察的勘察中，传感器阵列布置在钻孔中，震源要么是移动的（例如，拖曳在船的后面），要么是静止的（例如，悬浮在例如具有钻探设备的结构上）。在一种包含了水听器和地听器、称为“海底缆线（OBC）”勘察的海洋勘察中，将传感器铺设在海底。在另一种海洋勘察中，以其它的方式来布置传感器，且将震源以某种方式布置在水中，其中传感器或震源可以是移动的或是静止的。其它勘察被称为“陆地”勘察，这是因为它们在陆地的环境中进行。陆地勘察可使用炸药或地震振动器作为震源。含有地震传感器的线缆阵列铺设在地面，接收地震信号。该地震信号可由传感器进行转换、数字化、存储或传送到数据存储器和/或附近的处理设备，例如记录车。陆地勘察还可以使用无线接收器，以避免线缆的限制。地震勘察可以在陆地和海洋之间的区域进行，该区域被称为“过渡区域”。

理论上，在海洋地震勘察中，震源可以是脉冲源（例如，气枪）或连续源（例如，海洋地震振动器）。然而，通常，实际中并不使用海洋地震振动器。期望使海洋地震振动器变为能够用于海洋地震勘察的另一种实际可用的震源类型。

发明内容

所提供的该发明内容是介绍选择的在以下具体实施方式中进一步描述的概念。本发明内容不旨在确定权利要求主题的关键或必要特征，也不旨在作为权利要求主题范围的限制。

本公开涉及用于海洋地震勘察的方法和装置，其中使用海洋地震振动器作为勘察的震源。本发明实施例的方法包括并非基于将海洋地震振动器的输出能量与气枪相匹配或产生平谱的要求，而是基于质量要求来使用针对海洋地震振动器的振动器扫描函数。质量要求可基于最终图像质量（信噪比等）和/或环境影响/质量（例如，噪声，对海洋动物群的环境影响等）。

附图说明

参照以下附图描述了本公开的实施例。整个附图中相同的附图标记被用于表示相同的特征和部件。结合下述附图来理解下述几个实施例的详细描述，能更好地理解这些方法或装置，其中：

图1示出了在海洋环境中的地震采集系统；

图2示出了海洋振动器的单频输出功率Em(f)；

图3示出了对于图像中的不同深度在2D地震图中的信噪比（SNR）示例；

图4示出了数个扫描函数；

图5示出了数个扫描函数及其SNR；

图6示出了计算机系统的示意图，本文公开的实施例的一些方法可在该计算机系统上实现；以及

图7示出了根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

现在详细参考实施例，其示例在附图中示出。在下述详细的描述中，阐述了多个具体细节，以便提供本文主题的透彻理解。然而，本领域技术人员明显可知的是，这些主题可以在没有这些具体细节的情况下进行实施。此外，未详细描述公知的方法、步骤、部件以及系统，以便不会不必要地模糊实施例的各方面。

还应理解的是，尽管这里使用了术语第一、第二等来描述多个元件，但是这些元件不应被这些术语所限制。这些术语仅是用来将一个元件与另一个元件区分开。例如，第一物体或步骤可以称为第二物体或步骤，类似的，第二物体或步骤可以称为第一物体或步骤。第一物体或步骤，以及第二物体或步骤分别都是物体或步骤，但它们不能被认为是相同的物体或步骤。

在本公开的说明书中使用的术语仅做描述特定实施例的目的，并不旨在限制主题。如在说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非文中以其它方式清楚指明。还可以理解的是，本文使用的术语“和/或”涉及并涵盖了一个或多个列出的相关术语的任意和所有可能的组合。可进一步理解的是，说明书中使用的术语“包括（includs,including）”、“包含（comprises，comprising）”明确了陈述的特征、组分、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、组分、步骤、操作、元件和/或部件的存在或附加。

如这里所使用的，术语“如果”根据上下文可意味着“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到了[陈述的状况或事件]”根据内容可意味着“当确定时”或“响应于确定”或“当检测到[陈述的状况或事件]”或“响应于检测到[陈述的状况或事件]”。

而且，应注意到的是，实施例可能以被示为流程图、流程简图、数据流程简图、结构图或框图的过程来描述。尽管流程图以先后顺序的步骤来描述操作，但是许多操作是平行或同时执行的。此外，也可重排操作的顺序。在过程操作完成时，过程终止，但是可能具有不包括在附图中的附加步骤。一个过程可对应于一种方法、函数、例程、子程序、子项目等等。当一个过程对应于一个函数时，它的终止对应于函数回到调用函数或主函数。

此外，如本文公开的，术语“存储介质”可代表一个或多个存储数据的设备，包括用来存储信息的只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁RAM、磁心存储器、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备和/或其它机器可读介质。术语“计算机可读介质”包括但不限于便携式或固定式存储设备、光存储设备、无线通道和各种能够存储、包含或携带指令和/或数据的其它介质。

图1示出了基于海洋的地震数据采集系统10。在系统10中，勘察船20在该船20的后面拖曳一个或多个地震拖缆30（图1中示出了一个拖缆30）。应注意的是，可以将拖缆30布置在一个伸展带（spread），其中多个拖缆30在相同的深度在大致相同的平面上被拖曳。作为另一非限制性示例，拖缆可在多个深度被拖曳，例如在伸展带的上面或下面。

地震拖缆30可以是数千米长的，并且可以包含各种支撑线缆（未示出），以及可用来沿着拖缆30支持通讯的配线和/或电路（未示出）。通常，每个拖缆30包括主线缆，其安装到记录地震信号的地震传感器58中。拖缆30包括地震传感器58，其可以是采集压力数据的水听器、采集运动数据的地听器、或多分量传感器。例如，传感器58可以是多分量传感器，其中每个传感器能够检测压力波场和与位于该传感器的附近的声学信号相关的质点运动的至少一个分量。质点运动的示例包括质点位移的一个或多个分量、质点速度的一个或多个分量（主测线(x)、联络测线(y)、以及垂直线(z)分量（参见例如轴59））、以及质点加速度的一个或多个分量。

多分量地震传感器可包括一个或多个水听器、地听器、质点位移传感器、质点速度传感器、加速度计、压力梯度传感器之类的、和/或其组合。

海洋地震数据采集系统10包括一个或多个震源40（图1中示出了两个震源40），例如气枪或其它的震源。震源40可耦合到勘察船20上或由其拖曳。震源40可独立于勘察船20来操作，这是因为震源40可以耦合到其它的船只或浮标上，仅为几个示例。

在地震拖缆30被拖曳在勘察船20后面时，由震源40产生了通常称为“射程（shot）”的声学信号42（图1中示出了声学信号42），并向下穿过水柱44进入水底表面24下面的地层62和68。接着，声学信号42从多种地下地质构造（例如图1中所示的这样的构造65）处反射出。

由震源40生成的入射声学信号42产生对应的反射声学信号或压力波60，其由地震传感器58来检测。应注意到的是，由地震传感器58接收并感测的压力波包括未从水-气边界31反射的传播到传感器58的“向上”压力波和通过压力波60从水-气边界31的反射来产生的“向下”压力波。

地震传感器58产生被称为“轨迹”的信号（例如，数字信号），其指示采集到的压力波场和质点运动的测量值。应注意的是，虽然物理波场在空间和时间上是连续的，然而轨迹是以在空间中的离散点来记录，这会导致空间假频。根据一些实施例，这些轨迹被记录，并且至少部分地可通过布置在勘察船20上的单元23中的信号处理器进行处理。例如，一个特定的地震传感器58可提供一个轨迹，其对应于由水听器测量的压力波场；并且传感器58可提供（取决于传感器的配置）对应于质点运动的一个或多个分量的一个或多个轨迹。

地震采集的目标之一是建立勘察区域的图像，来用于识别地下地质构造，例如地质构造65。接下来对这些代表值的分析可揭露油气藏在地下地质构造中可能的位置。根据特定的勘察设计，这些代表值的部分分析可在地震勘察船20上执行，例如通过单元23中的信号处理器执行。在其它的勘察中，这些代表值可由例如可位于陆地上的办公室或船20上的地震数据处理系统（例如图6中示出的地震数据处理系统600，且以下将进一步描述）来处理。

特定的震源40可由震源元件（例如气枪或海洋地震振动器）的阵列来形成，该震源元件的阵列可以以成串的（例如枪串）阵列来布置。特定的震源40还可以由阵列中的一个气枪，或预定数量的气枪来形成，或由多个阵列来形成，等等。无关于震源的具体组成，震源在勘察期间能够以特定的时序来发射。

理论上，脉冲源或连续源都可以使用在地震勘察中。实际上，脉冲源和连续源都使用在陆地上执行的地震勘察中。然而，连续源（例如，海洋地震振动器）几乎从来没有在商业的海洋地震勘察中使用。海洋地震振动器的许多特性阻止了其作为实际源的使用。这些特性之一是，与气枪相比，海洋地震振动器所产生的低的声功率，特别是在低频。在地震勘察中，在低频的低功率会将所产生的地震图像降低到不可接受的水平。然而，海洋地震振动器的这个相同的特性-低功率-意味着海洋地震振动器在勘察期间产生低环境影响，这因为环境保护而是期望的，尤其是对于海洋动物群的保护，这在地震勘探期间值得关注。相比于可以一起发射覆盖整个频谱的脉冲的脉冲源（例如，气枪），振动器可依次在频谱中的每个单独频率下振动，以提供震源能量来覆盖整个频谱。由于生产或操作需要，而导致振动器扫描整个频谱的时间量是受限的。该制约还可能限制在整个频谱上由海洋地震振动器产生的总能量。

限制海洋地震振动器在海洋地震勘察中使用的另一方面是使用海洋地震振动器来复制普通气枪阵列的输出能量频谱的复杂性。之前，海洋地震振动器的使用还没有被期望、实际化等，这是因为它采用了复杂的设置（例如在受让给当前的受让人、名称为“Composite Bandwidth Marine VibroseisArray”的美国专利6942059中所公开的系统和方法）来配置海洋地震振动器，以产生与气枪或气枪阵列相等的输出/扫描。

图2示意性示出了海洋地震振动器的单频输出功率频谱Em(f)的示例。在特定衰减频率以上，输出功率基本上是恒定的。在该示例中，大约是10Hz。低于该衰减频率，该输出功率衰减并最终变为不足以用于地震勘察。该衰减可能由该振动器的有限扫描容积引起，且可能与频率的平方成正比。在地震勘察中，仍然需要在该衰减频率（例如，10Hz）以下的频率组成（例如，数Hz）。在衰减频率以上的平稳段可能是由于驱动振动器的机构的限制所引起。此处示出的来自海洋地震振动器的输出功率频谱与普通气枪的功率频谱非常不同，该普通气枪的功率频谱之一在图5中示出，曲线535，其之后将会被讨论。使用海洋地震振动器难以实现气枪的功率频谱。

图3示出了地震图像中的一些SNR，其中使用气枪阵列采集数据。附图示出了地震图像质量和在采集地震数据中的各种参数之间的关系。数据来源于传统的2D地震测线，使用气枪阵列在墨西哥湾采集该传统的2D地震测线。相同的测线还在未发射气枪的情况下进行采集（隐形部分仅具有噪声），从而可以使用同一处理来创建噪声图像。基于目标深度，根据TWT（TWT=双向时间，从震源到目标和从目标到接收器的行程时间）将图像数据分割为一秒窗口。将该一秒窗口图像数据变换为频域，接着将噪声频谱分开得到SNR，如图3中所示。每个曲线（302-307）示出了一秒窗口中图像的SNR，例如，曲线302是针对TWT2-3秒的窗口，曲线303是对于TWT3-4秒的，曲线304是对于TWT4-5秒的，曲线305是对于TWT5-6秒的，曲线306是对于TWT6-7秒的，以及曲线307是对于TWT7-8秒的。具有最小大约20分贝（dB）的SNR的图像通常可被视为好的质量。当在一些频谱中在20dB以下的SNR可能会降低地震图像，有时候会低至不可接受的水平时，在数据的其它部分在远大于20dB以上的SNR从整体来说并不会给所产生的地震图像带来任何好处。例如，对于在40赫兹（Hz）在4-5秒（304）的TWT，输出是在噪声以上约32dB，其比给出20dB图像所需的高出12dB。对于浅海目标（例如，对于小于4秒的TWT），20dB SNR的范围是相当大的（在该示例中大约12Hz及以上）。在具有TWT=4-5秒（304）的目标时，例如，在大约15Hz和70Hz之间实现20dB的SNR。在更深的目标（305、306或307）时，SNR对于20dB的质量水平是不够的。尽管对于浅海目标，SNR是远在所需质量以上，而对于更深的目标（大于6秒的TWT），SNR可能是不够的。

从图3（其中震源是气枪）中，可以看到能量密度分布是不均匀的。在高频端，来自气枪的能量多于设定图像质量(即以期望SNR需求)所必需的。为了地震图像的目的气枪的能量频谱并不是最理想的。因此，为了以设定图像质量来获得地震图像，不需要将能量密度频谱与气枪的能量密度频谱相匹配。换句话说，当使用海洋振动器时，它们不需要与气枪的频谱相匹配。在本发明的实施例中，海洋地震振动器可用于基于所产生的地震图像质量而不是气枪的频谱组成，来提供特定的频谱能量密度。在本发明的实施例中，这种基于图像质量的频谱能量分布，或者用于海洋地震振动器的扫描函数会是更加有益和有效的。

在本公开中，可控制/驱动海洋地震振动器产生地震扫描/扫描函数，其被配置为提供和/或基于质量要求，而不是匹配典型的气枪阵列的输出能量或产生标准平谱的要求。根据下面公开的方法或装置，通过针对基于图像质量要求或其它质量要求的扫描函数来配置该海洋地震振动器，该海洋振动器能够为地震勘察提供足够的能量。在以下讨论方法的各方面，用于海洋地震振动器的扫描函数可基于图像质量要求和/或环境影响质量要求来设计。以这样的方式，海洋地震振动器可被配置为所产生的地震扫描比气枪源产生的地震扫描更加环保。此外，在一些实施例中，随着噪声和/或环境影响条件的改变，扫描在地震勘察期间也可发生改变。

为了便于讨论，在接下来的讨论中，将由SNR定义的图像质量设定在任意的水平，例如18dB。取决于所产生的图像的需要或使用，可以将该SNR质量水平设定在更高（例如，如之前用过的20dB）或更低的水平。可以确定该扫描函数，其给出了在尽可能宽的频率范围上的该SNR。该SNR可选择为频率的函数。

图4示出了针对海洋振动器的三个扫描函数，且图5示出了它们根据SNR对应的能量曲线。在图4中，水平轴是线性刻度的时间（秒），而垂直轴是对数刻度的频率（Hz）。蓝色曲线410示出了线性扫描（意味着频率是时间的线性函数），其是振动器通常的扫描方案；红色曲线420是与气枪的频谱组成相匹配的扫描；且橘色曲线430是基于18dB图像SNR需求的扫描。该橘色曲线430以所需/限定的目标深度来匹配特定的图像SNR需求，和/或最小化多余的声学能量的发射。在三种扫描410、420、430之中，采用橘色扫描430能使振动器产生最佳的图像质量。此外，协同地（synergistically），橘色扫描430比其它两种扫描更加环保。

图5示出了针对图4中所示的扫描的单位是dB的相等震源能量水平以及背景噪声能量水平。水平轴是对数刻度的单位是Hz的频率；垂直轴是单位为dB的震源能量水平。黑点曲线502是背景噪声能量频谱，等于在图3中示出的示例中所测量的。具有该水平的噪声源在通过处理后，给出与图3中相同的图像噪声。为了实现恒定的18dB图像质量，震源可具有如橘点曲线532的能量曲线，其比背景噪声502高出18dB。蓝色实曲线510是线性扫描；红色实曲线520是试图与气枪的能量频谱相匹配的扫描，该气枪的能量频谱是在红色实曲线520的两端延伸的红点曲线535。由于扫描时间是有限的，在该示例中，是5秒，海洋地震振动器可能没有覆盖气枪的整个频谱535。在一些操作中，扫描时间可延长至10、15秒或更长，以获得更深目标的数据。在这些情况下，频带也会在低频端或高频端或这两者上延伸。橘色实曲线530是跟随18dB SNR曲线的扫描。图5示出了针对在4-5秒TWT时的目标的能量频谱密度。

了解了如黑点线502所示的背景噪声电平，具有恒定的SNR的扫描仅是橘色虚曲线532，其为背景噪声扫描加上所需的SNR，即18dB。如这个示例示出的背景噪声502在大约80Hz以上具有由测试中使用的震源深度导致的很大障碍（其在图3产生该数据），并在大约20Hz以下随着频率的减小稳定上升。如果由震源发射并且接着与信号一样进行处理产生一个图像，则震源噪声电平502是会产生与测试图像（其产生在图3中的曲线）中发现的电平相匹配的图像噪声电平。曲线502是被表示为相等震源电平的图像噪声。

在线性扫描510（蓝线）中，能量在从大约5Hz到大约83Hz的大范围之间展开。然而，具有18dB SNR的范围是大约19-80Hz。在低频端，震源能量保持平稳，直到大约10Hz并随后减少，而噪声能量稳定上升；SNR在低频段快速下降。在本发明的实施例中，如果勘察使用这种扫描类型，可用频率范围是大约19-80Hz。在图5底部附近的扫描线517示出了扫描以相等的时间量覆盖了整个频率范围5Hz-83Hz。

在模拟气枪频谱（红线）的扫描520中，在低频端，震源能量并不随着频率的降低而下降。为了仍在5秒扫描时间内覆盖频谱，扫描的频率范围小于线性扫描510。在这种情况下，扫描范围是从大约12Hz到大约70Hz(参见底部红线527)。对于几乎整个扫描，SNR是高于质量要求的，即18dB。相比于线性扫描517的19Hz，在低频端可用的频率范围延伸到12Hz。如果使用了实际气枪，频谱将可延伸到红点线535，其端部是大约5Hz。频谱范围可更大，但是可用的频率范围（即，高于18dB的SNR）在该示例中大致相同。

在跟随恒定的SNR（橘线530）的扫描530中，覆盖频率是最大的，从大约9.5Hz到70Hz。在这种情况下，大部分扫描时间花在扫描低频端，在这个地方的能量需求是最大的且在振动器单频功率常常最受限的时候。例如，振动器花费一秒，仅覆盖了从大约9.5Hz到10Hz的最低频带，并且花费4秒用于在大约16Hz以下的频率，而在一秒中覆盖从16-70Hz的很大的高频带。在该扫描530中，可用频率范围是大约9.5Hz到70Hz。相比于气枪扫描520至12Hz，线性扫描510至19Hz，低端频率延伸到10Hz以下。

扫描530是高度非线性的。在这个示例中，振动器花费4.2秒（5秒扫描时间的大约85%）在低频带9.5-18Hz（8.5Hz，或61.5Hz带宽的大约15%）扫描；而花费0.8秒（扫描时间的大约15%）在剩余的高频带18-70Hz（52Hz，或61.5Hz带宽的大约85%）扫描。

当海洋地震振动器被用于产生传统的线性扫描510或者设计为与气枪阵列（红色）所产生的一个相匹配的扫描520时，扫描530与该海洋地震振动器的特性非常不同。由海洋地震振动器的后两个扫描510和520在中间到更高的频率（例如在大约17Hz以上）处发射了太多的能量。扫描510和520在较低的频率（例如在大约17Hz以下）处发射太少的能量。它们在整个扫描频率中没有产生必需的/期望的SNR。

在如图4和5所示的示例中，扫描时间限制到5秒。如果延长了扫描时间，则将可获得更多的能量，且将覆盖更多的频率范围。

本发明的一个实施例（方法700）可被概述在如图7所示的流程图中。使用海洋地震振动器的方法700可如下进行：

·获得质量要求，例如在图像带宽上的图像背景噪声之上的SNR（710）；

·基于质量要求设定扫描函数，例如，作为在背景噪声以上18dB的能量曲线（720）；

·根据扫描函数控制振动器（730），并收集数据。

质量要求可以是最终图像的图像质量要求，例如设定的SNR。图像质量要求可以是一组频率函数，无需与SNR相关。质量要求可以是环境质量要求，例如在特定频率范围的对于保护海洋哺乳动物的能量限制或对于多余发射能量的限制。当使用SNR时，如上述示例中的可根据噪声的直接测量以及对于处理方法的近似，或者根据在相似勘察区域、相似天气或勘察设备中的过往经验来获得图像背景噪声。如上述示例中的，直接测量可在勘察之前完成。直接测量噪声还可以在勘察期间实时完成，即，在震源不被激活时让传感器记录信号。扫描函数可基于实时噪声来确定。

背景噪声还可以根据勘察设计、试验、模型之类的公知技术进行估算。质量要求可以是数个目标之间的折中，例如，扫描设计的因素可包括下列的地球物理学目标：（1）所需图像的SNR；（2）图像带宽的高低频限制；（3）环境的目标，其包括但不限于例如通过最小化多余的发射的声学能量来最小化估计的环境影响。

在一个实施例中，用于海洋地震振动器/海洋地震振动器阵列的扫描的设计可在执行勘察之前采用噪声频谱、地球地震响应、SNR、处理序列和/或环境要求的假设值来进行。在另外的实施例中，用于海洋地震振动器/海洋地震振动器阵列的扫描的设计可在勘察期间使用例如在每个地震扫描的起始和/或结束时获得的噪声记录、SNR、扫描特性等来计算/确定/处理。这可以用来在勘察期间根据当时遇到的特定的噪声状况来修订扫描。该扫描还可以被修改为考虑当地改变的环境要求，例如在地震勘察时的区域中的海洋哺乳动物的实际位置。

在操作中，可以布置多于一个的海洋地震振动器，如图1中示出的多个震源40。为了期望的波场构造，振动器可布置在各种深度（例如，上/下构造）或者主测线或者联络线位置。

简化起见，图1仅示出了拖曳式海洋地震勘察，其是多个海洋地震勘察之一。在拖曳式海洋地震勘察中，传感器和震源这两者均由一个或多个船只拖曳，并且在勘察期间沿着拖曳船行进。如前述提及的,还可以有许多其它类型的海洋地震勘察。在这些勘察的一些中，传感器在勘察期间要么是静止的要么是移动的。震源（例如，海洋地震振动器）在勘察期间也可以是静止的或者是移动的。

使用数学公式可能更容易理解上述讨论的部分方法。用于海洋地震振动器的扫描可基于所产生的地震图像的所需特性来设计。海洋地震振动器阵列下降的震源能量频谱，排除了海洋表面反射的影响以外，可大致由下式给出：

S(f)=N²*Em(f)*(dt/df)

其中：Em(f)是由单个振动器在单一频率f下连续被驱动所发射的功率。Em(f)是振动器的特性，其会在振动器与振动器之间变化。图2中示出了示例。N是振动器单元的数量。

如果定义了震源能量频谱S(f)，则可以确定dt/df以及由此的作为扫描函数的f(t)。对于线性扫描，dt/df是常数。当使用振动器模拟气枪时，S(f)是气枪的能量频率，如图5所示的曲线535。在图4和5中也示出了用来产生能量频谱的扫描函数。

在操作中，扫描的可用持续时间以及振动器阵列中的海洋地震振动器单元的数目限制了频率范围，在该频率范围上进行由海洋地震振动器产生的频谱扫描，以与给定的震源能量频谱需求相匹配，例如f(t_max)=f_max，则f(0)=f_min。例如，为了与例如其由气枪阵列产生的期望的扫描相匹配，可驱动海洋地震振动器来在期望扫描的一些高频处产生频谱匹配。接着，该扫描可设计为从该上频下降，直到达到扫描持续时间的限制。该扫描持续时间接着会对扫描频谱产生低频限制影响；在该限制以下，将不能满足要求。这在图5中（红色曲线520）示出。当设定了最大的频率为70Hz以及扫描时间为5秒时，扫描可达到的最小频率被限制到大约16Hz。为了增加频率范围（例如，减小最小频率限制），可以增加扫描时间，尽管增加扫描时间会降低勘察效率。

在一些实施例中，在地震勘察可使用多于一个的振动器阵列。在这些情况中，扫描设计方法可以应用到每个海洋地震振动器阵列。海洋地震振动器可以布置在多个深度的范围内，且这里讨论的方法可应用于任意深度。

在一些实施例中，可根据现有的振动器来制造或改造出新的海洋地震振动器阵列。海洋振动器阵列可以用作海洋地震勘察的震源。该海洋振动器阵列具有至少一个海洋地震振动器。振动器控制器与振动器阵列相关联，其中该振动器控制器可以控制振动器的操作，以根据一个或多个扫描函数在整个频率范围上扫描。该扫描函数可基于质量要求。扫描函数可以是频率的函数。质量要求可以是上述提及的质量要求中的任一种。振动器控制器可以是专用控制器或作为用于勘察控制系统的一部分。振动器阵列可由专用震源船来拖曳，或由拖曳用于勘察的海洋拖缆的地震船来拖曳。

在上述讨论中，示例基于2D勘察数据。然而，对于3D地震勘察，上述讨论的方法或装置的优势将会更大，这是因为叠加倍数（stack-fold）更大。上述讨论的方法或装置可同样应用。

本领域技术人员可以理解的是，上述讨论的方法的一个或多个步骤可以组合和/或一些操作的顺序可以改变。而且，方法中的一些操作可以与本文公开的其它示例性实施例中的各方面相组合，和/或一些操作的顺序可以改变。操作者采取的测量过程、其解译、和行动能够以迭代的方式来完成；该概念也可适用于本文讨论的方法。最后，部分方法可由任意合适的技术（包括图6中的基于计算系统600的自动或半自动化）来执行。

上述部分方法可在计算机系统600中实现，图6示出了该计算机系统600中的一个。该系统计算机630可与磁盘存储设备629、631、633和635（其可以是外部硬盘存储设备和测量传感器（未示出））通讯。可以构思，磁盘存储设备629、631、633和635是传统的硬盘驱动，由此，可以通过局域网或远程访问的方式来实现。虽然磁盘存储设备作为单独的设备来示出，单个磁盘存储设备可以用来存储程序指令、测量数据和需要的结果中的任一或全部。

在一个实施例中，来自传感器的实时数据可存储在磁盘存储设备631中。来自不同震源的多个非实时数据可存储在磁盘存储设备633中。系统计算机630可以从磁盘存储设备631或633中检索合适的数据，以根据与实现本文描述的各种技术相对应的程序指令来处理数据。该程序指令可以以计算机编程语言（例如C++、Java之类）来编写。程序指令可以存储在计算机可读介质中，例如程序磁盘存储设备635。这样的计算机可读介质可包括计算机存储介质。

在一个实施例中，系统计算机630可将输出主要地呈现到图形显示器627上，或经由打印机627（未示出）呈现。系统计算机630可将上述方法的结果存储到磁盘存储629上，用于后续使用和进一步分析。可为系统计算机630提供键盘626和点击设备（例如，鼠标、跟踪球之类的）625，以使得能够进行交互式操作。

系统计算机630可位于现场，例如作为如图1中的船只20上的单元23的一部分。系统计算机630可与现场设备进行通讯，来接收各种测量的数据。这些数据在经过传统的格式化以及其它的初始处理之后，可由系统计算机630作为数字数据存储在磁盘存储器631或633中，用于以上述方式的后续的检索及处理。虽然图6示出了磁盘存储器，例如631，作为直接连接到系统计算机630，还可构思，可通过局域网或远程访问来访问磁盘存储设备。此外，虽然磁盘存储设备629、631作为用于存储输入数据和分析结果的分离设备而示出，然而该磁盘存储设备629、631可以实现在单个磁盘驱动（与程序磁盘存储设备633一起或分开）内，或由本领域技术人员参考本说明书能够完全理解的其它任意传统方式来实现。

尽管以上仅详细描述了一些示例性实施例，然而本领域技术人员将容易理解的是，在本质上不偏离本发明的情况下在这些示例性实施例中可以做许多修改。因此，所有这样的修改旨在被包括在本公开的如所附权利要求所限定的范围内。在权利要求书中，手段加功能（means-plus-function）句型旨在涵盖执行所述功能时本文中所描述的结构，其不仅涵盖结构等价体，还包括等价结构。因此，尽管钉子和螺丝钉不是结构等价体，因为钉子利用圆柱形的表面而螺丝钉利用螺旋状的表面将木头部件紧固到一起，因此在紧固木头部件的环境中，钉子和螺丝钉可以是等价结构。

Claims (24)

1.一种用于操作海洋地震振动器作为海洋地震勘察中的震源的方法，所述方法包括：

确定质量要求；

基于所述质量要求配置扫描函数；以及

根据所述扫描函数，使所述振动器进行扫描以产生震源信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述质量要求是图像质量要求。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述图像质量要求是一组频率函数。

4.如权利要求2所述的方法，其中，所述图像质量要求是在图像带宽上的一组信噪比（SNR）要求。

5.如权利要求4所述的方法，其中，测量所述噪声，且使用所测量的噪声来设计所述扫描。

6.如权利要求2所述的方法，其中，所述图像质量要求是具有低频限和高频限的图像带宽要求。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述质量要求是环境影响要求。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述环境影响要求是在扫描中的一个或多个频率下对发射能量的限制的要求。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述扫描函数是非线性的。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述扫描函数为85%的时间在频带中最低的15%处扫描，且15%的时间在频带中最高的85%处扫描。

11.如权利要求1所述的方法，还包括：

接收由所述震源信号产生的地震数据；以及

处理所接收的地震数据，以产生地球地下部分的图像。

12.如权利要求11所述的方法，其中，使用所述扫描函数的特性对所接收的地震数据进行处理。

13.一种用于海洋地震勘察的装置，该装置包括：

至少一个海洋地震振动器；以及

振动器控制器，控制所述振动器的操作，其中：

所述振动器控制器包含扫描函数，在被激活时，使所述振动器根据所述扫描函数进行频率扫描；以及

所述扫描函数基于质量要求。

14.如权利要求13所述的装置，其中，所述质量要求是地震图像质量要求。

15.如权利要求13所述的装置，其中，所述地震图像质量要求是在图像带宽上的一组信噪比（SNR）要求。

16.如权利要求13所述的装置，还包括：

至少一个地震传感器，其中，当所述海洋地震振动器被激活时，所述地震传感器采集地震数据。

17.如权利要求15所述的装置，其中，所述海洋地震振动器被配置为在使用中当被激活时是静止的。

18.如权利要求13所述的装置，还包括：

至少一个海洋拖缆，其具有海洋地震传感器；以及

地震船，其拖曳所述至少一个拖缆，其中当所述海洋地震振动器被激活时，所述拖缆采集地震数据。

19.如权利要求18所述的装置，其中，所述质量要求是提供在图像带宽上的一组信噪比（SNR）要求的地震图像质量要求，并且所述噪声由所述海洋地震传感器测量。

20.一种包含机器可读指令的机器可读介质，所述机器可读指令在由处理器执行时，使海洋地震振动器根据扫描函数发射地震能量，其中所述扫描函数基于质量要求。

21.如权利要求20所述的机器可读介质，其中，所述质量要求是一组扫描频率的函数。

22.如权利要求20所述的机器可读介质，其中，所述质量要求是在图像带宽上的一组信噪比（SNR）要求。

23.如权利要求21所述的机器可读介质，其中，所述质量要求是具有低频限和高频限的图像带宽要求。

24.如权利要求20所述的机器可读介质，其中，所述质量要求是对多余的发射能量的限制的要求。

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