CN104254787A - 在低频处的地震振动限度控制方法 - Google Patents

Abstract

执行地震扫描的方法，采用用户定义的输入确定一频率处用户定义的力；采用扫描参数确定在所述频率处的最大的力；以及，如果用户定义的力大于所述最大的力，采用所述最大的力驱动地震源。

Description

在低频处的地震振动限度控制方法

发明的背景

1、技术领域

本发明一般地涉及地震探测并且特别涉及用于产生具有增强的地震频率扫描的地震源信号的方法和装置。

2、背景技术

在油气勘探领域，地球物理学工具和技术已经广泛用来识别具有潜在烃沉积的地下结构。许多不同的技术用于产生地震信号。

地震振动能量源已经在该领域中使用多年了。最简形式的地震振动器仅仅是能够在大约2到100Hz的预定频率范围内震动地面的重型车辆。振动器在相对长的时间周期将一个信号传导到地层下，其能够得到小于脉冲产生器例如炸药的能量级。

输入的能量，已知为地震源信号或“导频”信号，传播经过地下并且部分能量从某地下地质边界或层被反射。该反射的能量随后传输回地层，在此采用地动检测器记录该能量。记录的数据被处理来产生关于构成地层下空间的层的位置和物理特性的信息。

地震振动器源信号通常为扫描信号，或简单的扫描。扫描为在上述2-100Hz范围内的正弦振动并且具有2到20秒级的持续时间，取决于地形、地下岩性、经济限制以及振动器的物理能力。在频率超限时间可以增加正弦扫描，其称作“上扫描”。上扫频是通常使用在现代地震勘探的信号。此外，在频率超限时间也可以减少正弦扫描，其称作“下扫描”。振动器扫描的末端产品是经过地层传播以返回关于地层下线索的波。

本公开提供了用于增强地震扫描的方法和装置。

发明内容

在各个方面，本公开提供了执行地震扫描有关的方法、系统以及产品。该扫描可以通过如下来执行：采用用户定义的振动器控制输入确定一频率处用户定义的力；采用扫描参数确定该频率处最大的力；并且如果在该频率处用户定义的力大于该最大的力，则根据所述最大的力以该频率驱动地震源。在该频率处根据该最大的力驱动地震源可通过以采用最大的力推导出的振幅驱动地震源；或通过缩放最大的力并且以采用经缩放的最大的力推导出的振幅驱动地震源。

用户定义的力可在多个频率处确定，并且驱动地震源可在每个频率根据最大的力执行，其中，用户定义的力大于最大的力。

系统各个方面可包括配置为控制地震源的至少一个处理器。系统还可包括与一个或多个处理器通信并且配置为响应于一个或多个处理器的地震源。所述至少一个处理器可配置为执行此处描述的方法。例如，处理器可配置为采用用户定义的振动器控制输入确定某个频率处用户定义的力；采用扫描参数确定该频率处最大的力；并且如果在该频率处用户定义的力大于最大的力，则根据最大的力以该频率驱动地震源。

一种机器可读介质产品，可在其上具有指令，当通过至少一个处理器执行时，使得处理器执行在此描述的方法。例如，该指令可以是用于执行地质形成中的地震扫描的方法，包括采用用户定义的振动器控制输入确定某频率处用户定义的力；采用扫描参数确定该频率处最大的力；并且确定用于驱动地震源的信号，如果用户定义的力大于该频率处最大的力，则该信号根据最大的力驱动地震源。该产品可进一步包括根据该信号用于驱动地震源的指令。

附图说明

为了详细理解本发明，参考对优选实施例的下列详细说明，并结合附图一起考虑，其中相同的元件给定了相同的附图标记并且其中：

图1示出了利用本发明各方面的典型的地震数据获取操作；

图2是振动地震源例如图1的源的功能性特征的示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的产生合成力的轮廓包络的方法；

图4示出了采用根据本发明的一个实施例的最大反应块位移的计算式产生的力的轮廓包络；并且

图5示出了根据本发明的一个实施例的具有减少振幅的力的曲线。

具体实施例

正如从下面讨论中理解的，本公开的各方面提供了采用计算的力限度来限制在频率扫描的每个频率处的驱动水平的方法。当在低频驱动时，能通过地震源产生的最大的力通过反应块重量以及反应质量能移动的最大距离来限制。如果振动器控制电路尝试驱动反应块以产生更大的力，那么反应块能移动的距离会超过物理限度并且会对振动器造成损坏。根据本公开的方法和装置能通过阻止反应块撞击停止块从而产生相位中的尖峰和扭曲来改善扫描性能以及扫描质量(峰值和平均相位，力和扭曲)。

图1描绘了采用根据本公开的实施例开发的目标地震频率扫描的地球物理勘探布局。地震源100定位在勘察区域中的预定位置并且与地层耦合。在实施例中示出了地震源100是车载振动地震源。该振动地震源100可以是单轴源传导(imparting)，例如，仅仅压缩P波进入地层。本领域技术人员会意识到能够将P波和S波都传导进地层的多轴振动源能根据本公开在此详细描述的进行配置，而无需附加的说明和描述。因此，本公开为了简便着重于单轴地震源，并不是限度本公开的范围。

地震源100包括卡车170，其具有容纳控制器108的驾驶室172。该地震源包括液压子系统140，用于移动反应块104。如将要参照图2更进一步描述的，移动的反应块104作用在基板106上以将地震源信号102传导进地层。信号102经过地层，在断层和地层构造处反射，并且朝向地表传播。

多个传感器160以与地震源100间隔的阵列形式耦合到地层。传感器160检测反射的源信号102和电信号162，电信号可以是数字和/或模拟的，从传感器160的阵列发送到通常容纳在卡车内的记录站(未示出)。记录站包括地震记录器168并且还可包括相关性处理器，其还接收指示传导进地层的真实源信号102的电信号180。

仍然参见图1，地震源100包括具有用来产生地震信号102的系统组件的多个子系统。该系统100包括具有液压线142的液压泵子系统140，液压线加载液压流体114到伺服阀组件112。冷却器150通常用来冷却液压子系统。安装在卡车上的低频累加器144是比较大的，例如大约10加仑或更多，并且用作抑制由液压系统的运行引起的低频噪音，例如大约25Hz或更小、。

图2示意性示出了基本如上所述并且在图1中示出的用于传导正弦地震信号102进入地层的地震信号产生系统100。参考标记与图1中相同的组件一致。基板106经过静态重量耦合到地层。反应块104可移动耦合到基板106使得经由液压子系统140控制的反应块104的移动使基板106在期望振幅和频率处振动或扫描从而产生信号102。控制器108包括处理器110用于控制系统100。控制器电耦合到伺服阀组件112。伺服阀组件112包括伺服电机120，导向阀122和主级阀124。

伺服阀组件112控制流体在液压子系统140中的移动，其提供了用于移动反应块104的力。具有期望扫描信号特性的电信号116从控制器108传送到伺服电机，其操作导向阀122。导向阀122耦合到主级阀124并且包括液压耦合来传递液压力从而操作主级阀。当运行时，主级阀使液压通道(未示出)加压和减压来根据控制器信号移动反应块104。

在公开的各方面，地震信号102通过调节加压的液压流体114的流动挤压反应块104而产生，迫使反应块104垂直快速并且重复地往复运动。该振动的声学特性通过调节液压流体114的流动来控制，从而调节反应块104的速度和力。

现在参见图3，示出了用于控制地震源100(图1)的振动限度的一个方法200。在步骤202，用户可输入项目到振动器控制电路内。这些项目可包括反应块重量和可用的反应块行程限度。这些项目可被处理来产生振幅，用于操作地震源100(图1)。在步骤204，与振动器控制电路相关的信息处理器(例如微处理器)可基于扫描参数例如扫描长度、起始锥度(start taper)、终止锥度(endtaper)、驱动水平、峰值输出力、压制重量、起始频率、终止频率以及扫描类型来确定每个采样处的力。该确定可以输出作为在每个采样频率处定义最大的力的“包络”。在步骤206，对每个频率，与用户项目相关的力与在步骤204确定的力相比较。特别地，如果与用户项目相关的力超过了在特定频率处确定的力，则在步骤204确定的值将会应用来取代在那个特定频率处的用户项目的幅度。在步骤208，地震源100(图1)采用选择的幅度驱动。

在另一个实施例中，图3的方法可与软件应用相连使用，允许用户输入扫描和振动器参数并且产生扫描的文件或采样，其随后被手动通过无线通信(VHF，WiFi，UHF等)或硬件连线(USB，以太网，RS232等)传送到振动器控制电路。扫描和振动器参数可通过无线通信(VHF，WiFi，UHF等)或硬件连线(USB，以太网，RS232等)手动输入到振动器控制电路。

步骤204处确定的包络可采用各种数学模型和方程来研究，数学模型和方程可使用实验或经验值。在一个非限定性例子中，下面的公式可用于估计在频率扫描的每个频率处的最大驱动水平。

位移限定方程：

F＝m×a(牛顿第二定律)

Y＝A×sin(ω×t)(正弦位移)

$\stackrel{\·}{Y}=A\×\mathrm{\ω}\×\cos (\mathrm{\ω}\×t)$ (正弦速度)

$\stackrel{\·\·}{Y}=-A\×{\mathrm{\ω}}^2\×\sin (\mathrm{\ω}\×t)$ (正弦加速度)

F＝m×[-A×ω²×sin(ω×t)]

为了寻找低频处的最大基本峰值力：

Max[sin(ω×t)]＝1，a_max＝|-A×ω²|＝A×ω²

F＝m×A×ω²

m是反应块的质量，m_RM

A是反应块位移的峰值幅度

s_RM是可用的行程

ω＝2×π×f，f是频率

$F=m_{\mathrm{RM}}\×\frac{s_{\mathrm{RM}}}{2}\×{(2\×\mathrm{\π}\×f)}^2$

现在参见图4，示出了图表220，用来示出图3的方法。图表220示出了对于示例性的扫描的频率相对于力的关系。线226是如在步骤202确定的与用户定义的输入相关的力。线222是与步骤204确定的相关的最大的理论力。线224是通过缩放(例如90％)线222得到的线。该缩放可用于引入缩窄作业范围的安全边缘。如所能看到的在低频区域228，线226超过了线222和线224二者的最大值。该区域228在线222或224与线226相交的点处被区别开。因此，线222或线224的力的值(如果想要安全边缘)是用来驱动区域228中的地震源100。一旦落在区域248之外，使用用户定义的输入驱动地震源100。

现在参见图5，示出了曲线260，用来表示用户定义的幅度以及采用图3的方法修改的曲线260。正如应该理解的，频率保持不变，但是幅度减少了。

此处使用了属于“软件方面”的本公开的部分。这些方面包括详细的说明和按照通常编码在各种介质上编码的逻辑、软件或软件实施方面的权利要求，介质包括但不限于计算机可读介质、机器可读介质、程序存储介质或计算机程序产品。这些介质可通过信息处理装置被处理、读取、感测和/或解译。本领域技术人员将会认识到这些介质可以采取各种形式例如卡、磁带、磁盘(例如软盘或硬盘驱动器)以及光盘(例如光盘只读存储器(“CD-ROM”)或数字化通用(或影像)盘(“DVD”))。此处公开的任意实施例仅仅用来说明而不是以限制本公开或权利要求范围的方式进行的。

此处使用的术语“信息处理装置”、“处理器”、“计算机”或“控制器”包括，但不限于，传送、接收、操纵、转换、计算、调节、变换、加载、存储或另外利用信息的任意装置。在本公开的多个非限定性方面，信息处理装置包括执行用于实施各种方法的程序指令的计算机。

Claims (16)

1.一种执行地震扫描的方法，包括：

-采用用户定义的振动器控制输入来确定一频率处用户定义的力；

-采用扫描参数来确定所述频率处的最大的力；以及

-如果用户定义的力大于所述频率处的最大的力，则在所述频率处根据所述最大的力驱动地震源。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述频率处根据所述最大的力驱动地震源包括：以采用所述最大的力推导出的幅度驱动地震源。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括缩放所述最大的力；并且以采用经缩放的最大的力推导出的幅度驱动地震源。

4.根据权利要求1所述的方法，其中扫描参数包括至少如下之一：(i)扫描长度，(ii)起始锥度，(iii)终止锥度，(iv)驱动水平，(v)峰值输出力，(vi)压制重量，(vii)起始频率，(viii)终止频率以及(ix)扫描类型。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在多个频率处确定用户定义的力，其中所述最大的力在多个频率处被定义，并且在用户定义的力大于所述最大的力的每个频率处，根据所述最大的力执行对地震源的驱动。

6.一种用于在地层构造中执行地震扫描的系统，包括：

包括至少一个处理器的地震源，其中所述至少一个处理器配置为：

-采用用户定义的振动器控制输入来确定一频率处用户定义的力；

-采用扫描参数来确定所述频率处的最大的力；以及

-如果用户定义的力大于所述频率处的最大的力，则在所述频率处根据所述最大的力驱动地震源。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述至少一个处理器进一步配置为以采用所述最大的力推导出的幅度驱动地震源。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少一个处理器进一步配置为缩放所述最大的力；并且以采用经缩放的最大的力推导出的幅度驱动地震源。

9.根据权利要求6所述的系统，其中扫描参数包括至少如下之一：(i)扫描长度，(ii)起始锥度，(iii)终止锥度，(iv)驱动水平，(v)峰值输出力，(vi)压制重量，(vii)起始频率，(viii)终止频率以及(ix)扫描类型。

10.根据权利要求6所述的系统，其中在多个频率处确定用户定义的力，其中所述最大的力在多个频率处被定义，并且其中在用户定义的力大于所述最大的力的每个频率处，根据所述最大的力执行对地震源的驱动。

11.一种在其上具有指令的非易失机器可读介质产品，当通过至少一个处理器执行时，使得处理器执行一种方法，所述方法用于执行地层构造中的地震扫描，包括：

-采用用户定义的振动器控制输入来确定一频率处用户定义的用于地震源的力；

-采用扫描参数来确定所述频率处的最大的力；以及

-如果用户定义的力大于所述频率处的最大的力，则确定用于驱动地震源的信号，所述信号根据所述最大的力驱动所述源。

12.根据权利要求11所述的机器可读介质产品，进一步包括在其上的指令，用于确定一个信号，所述信号用于以采用所述最大的力推导出的幅度来驱动地震源。

13.根据权利要求12所述的机器可读介质产品，进一步包括其上的指令，用于缩放所述最大的力，并且用于确定一个信号，所述信号用于以采用经缩放的最大的力推导出的幅度驱动地震源。

14.根据权利要求11所述的机器可读介质产品，其中扫描参数包括至少如下之一：(i)扫描长度，(ii)起始锥度，(iii)终止锥度，(iv)驱动水平，(v)峰值输出力，(vi)压制重量，(vii)起始频率，(viii)终止频率以及(ix)扫描类型。

15.根据权利要求11所述的机器可读介质产品，其中在多个频率处确定用户定义的力，其中所述最大的力在多个频率处被定义，并且在用户定义的力大于所述最大的力的每个频率处，根据所述最大的力执行对地震源的驱动。

16.根据权利要求11所述的机器可读介质产品，进一步包括在其上的指令，用于根据所述信号驱动地震源。