EA021032B1

EA021032B1 - Морской сейсмический источник

Info

Publication number: EA021032B1
Application number: EA201100054A
Authority: EA
Inventors: Мартин Томпсон; Марк Френсис Люсьен Харпер
Original assignee: Бп Эксплорейшн Оперейтинг Компани Лимитед
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2015-03-31
Also published as: WO2009153595A2; EP2304468A2; US8630149B2; EG26266A; EP2304468B1; BRPI0914168A2; WO2009153595A3; EA201100054A1; BRPI0914168B1; DK2304468T3; US20110085422A1

Abstract

В изобретении предлагается низкочастотный звуковой источник, который имеет излучающий поршень (3) порядка несколько метров, поддерживаемый при помощи газовой пружины (13, 15), содержащей неизменную массу газа. Газовое давление в пружине поддерживается на уровнях, для которых собственная частота поршня (3), нагруженного жидкостью (41), лежит в сейсмической полосе и может быть такой низкой, как 0,5 Гц. Поршень (3) получает начальное смещение и начинает колебаться. Его колебания поддерживаются исполнительным механизмом (27, 29), сигнал управления которым получают от скорости поршня (5) при помощи датчика скорости или перемещения. Звуковой источник побуждает совершать качание частот за счет постепенного сжатия газа в газовой пружине (13, 15), так чтобы жесткость пружины повышалась как за счет повышения давления, так и за счет уменьшения длины пространств (13, 15) газовой пружины. Этот двойной эффект позволяет создавать большие изменения жесткости и, следовательно, позволяет источнику работать по меньшей мере в трех октавах частоты.

Description

(57) В изобретении предлагается низкочастотный звуковой источник, который имеет излучающий поршень (3) порядка несколько метров, поддерживаемый при помощи газовой пружины (13, 15), содержащей неизменную массу газа. Газовое давление в пружине поддерживается на уровнях, для которых собственная частота поршня (3), нагруженного жидкостью (41), лежит в сейсмической полосе и может быть такой низкой, как 0,5 Гц. Поршень (3) получает начальное смещение и начинает колебаться. Его колебания поддерживаются исполнительным механизмом (27, 29), сигнал управления которым получают от скорости поршня (5) при помощи датчика скорости или перемещения. Звуковой источник побуждает совершать качание частот за счет постепенного сжатия газа в газовой пружине (13, 15), так чтобы жесткость пружины повышалась как за счет повышения давления, так и за счет уменьшения длины пространств (13, 15) газовой пружины. Этот двойной эффект позволяет создавать большие изменения жесткости и, следовательно, позволяет источнику работать по меньшей мере в трех октавах частоты.

Настоящее изобретение имеет отношение к формированию акустических сигналов в воде для морской сейсмической разведки.

В ходе сейсмической разведки может возникать необходимость в контролировании сейсмической реакции до очень низких частот. Например, точность, с которой сейсмические данные могут быть использованы для оценки акустического импеданса подповерхности в функции глубины или времени прохождения сигнала, намного улучшается за счет включения очень низких частот в обратное преобразование.

Уже был предложен ряд различных методик, которые в основном (но не исключительно) связаны с сейсмической разведкой, проводимой в море (с морской сейсмической разведкой). Эти методики предусматривают использование подводного тромбона (ЗиддсвИоив !от бсус1ортсп1 о! сои1то11еб Ггссщспеу татше вшвтю воигсе, О'Впсп 1Т, Ссоркувюв ΝΘΥΕΜΒΕΚ. 1986); куйгаиИса11у бпусп воигсев; (Эеус1ортеи! о! а кубтаикс (гапвбиссг Гог татше вшвшюв, Βίτά 1.М., Реасоск кН., Аа1кст Ы. ртсвсШсб а! ЗЕС, А!1аи!а 1984; Со1с, патент США 3394775, 1и1у 30 1968; Ковв, патент США 3578102, Мау 11 1971; МГвиб, патент США 4483411, Νΰν 20, 1984; МГвиб, патент США 4557348, Эсс 10, 1985; Сгат, патент США 5491306, Рек 13, 1996); устройств, основанных на гидромониторе (§1аи1) магнитострикции (ОсуЛортет о! а №\у кпргсл'сб Матте У|кгаЮг Вавеб ои ТстГеио1-О, В_)!1ги &вш-Нс1т, Зада Рс(го1сиш: Кипе Теидкат, ΕΒ ЗсаЮск; Кадиаг РткетоМ, Шгвк Нубго; и Рег Аибегв Ов1сгко11. Мав!сг Зшл'сув. №гоау, ЗЕС АНайа 1984); и устройств, основанных на электрическом вибраторе (№\Ув1е11сг о! РСЗ Ссоркувюа1 1ис, №\еткег 2005). В патенте США 4578784 предлагается морской сейсмический источник, который связан с гидравлическим исполнительным механизмом и использует переменную пружинную систему. В патенте США 4142171 предлагается сейсмический источник, который изменяет объем газа внутри камеры, образованной в источнике, чтобы поддерживать постоянной частоту излучаемого сигнала.

Ни одна из известных предложенных методик не позволяет формировать полезные сейсмические сигналы на таких низких частотах, как 0,5 Гц.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается морской сейсмический источник для создания сейсмических сигналов в полосе частот, причем указанный источник содержит: поршень; средство для создания вибраций поршня, чтобы создавать сейсмические сигналы; газовую пружину, воздействующую на поршень; средство для изменения жесткости газовой пружины, чтобы изменять резонансную частоту вибраций поршня так, чтобы за счет этого изменять частоту формируемых сейсмических сигналов, излучаемых из поршня; отличающийся тем, что средство для изменения жесткости газовой пружины содержит средство, позволяющее изменять длину газовой камеры газовой пружины так, чтобы изменять давление газа внутри газовой камеры.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается изменять жесткость газовой пружины в достаточной степени для того, чтобы позволить источнику создавать очень широкое качание сигналов, простирающееся по меньшей мере на три частотные октавы, содержащие очень низкие частоты, а именно 0,5 Гц и ниже.

За счет того, что система пружина-поршень может резонировать, силы, которые требуются для возбуждения требуемых амплитуд движения поршня, будут намного меньше, чем в случае, когда поршень непосредственно приводится в движение при помощи исполнительного механизма.

В предпочтительном конструктивном варианте газовой камеры, она является герметизированной и удерживает неизменную (фиксированную) массу газа. Средство для создания вибраций поршня может содержать исполнительный механизм, который, когда он не воздействует на поршень, имеет механический импеданс, который ниже чем механический импеданс поршня и газовой пружины так, чтобы не мешать движению излучающего поршня.

Поршень может быть соединен со вторичным поршнем, выполненным с возможностью перемещения внутри газовой камеры. Размер газовой камеры может изменяться за счет наличия стенки герметизированной газовой камеры, выполненной с возможностью перемещения, так чтобы изменять длину герметизированной газовой камеры. Длина газовой камеры является размером в направлении, в котором вторичный поршень движется внутри газовой камеры. В альтернативном конструктивном варианте, противоположные стенки выполнены с возможностью синхронного перемещения. Это позволяет изменять длину камеры без изменения положения покоя поршня и, таким образом, без изменения плавучести сейсмического источника. Это является важным, когда источник буксируют позади обслуживающего судна.

Одна или каждая выполненная с возможностью перемещения стенка может быть образована при помощи третичного поршня, скользящего у смежной стенки или стенок газовой камеры так, чтобы изменять их длину. Третичный поршень может иметь внутренний периметр, образующий газонепроницаемое уплотнение с валом, соединенным со вторичным поршнем и выходящим из газовой камеры так, чтобы позволить третичному поршню и вторичному поршню двигаться друг относительно друга.

Один или каждый третичный поршень перемещается при помощи исполнительного механизма, имеющего высокий механический импеданс по сравнению с газовой пружиной. Это предотвращает существенное перемещение одного или каждого третичного поршня в результате изменений давления в газовой пружине, вызванных за счет движений вторичного поршня, и, таким образом, демпфирует колебания излучающего поршня или изменение его частоты колебаний.

- 1 021032

Для того, чтобы источник мог создавать качание частот в полосе частот, источник может содержать средство, позволяющее изменять длину герметизированной газовой камеры, когда поршень вибрирует (совершает колебания). Поршень преимущественно имеет диаметр, составляющий по меньшей мере один метр, для того, чтобы сформированный сигнал был достаточно сильным для его использования в морской сейсмической разведке.

Равным образом, предпочтительно, чтобы источник был способен создавать сейсмический сигнал в полосе частот, перекрывающей по меньшей мере три октавы, и чтобы эта полоса содержала частоты 0,5 Гц или ниже.

Газовая пружина может находиться внутри заполненной газом оболочки, одна стенка которой образована при помощи поршня. Для того, чтобы поршень мог колебаться на своей самой низкой желательной частоте, которая может составлять 0,5 Гц или ниже, объем газа, удерживаемого внутри оболочки, должен быть достаточно большим, так чтобы изменение давления газа, вызванное за счет движения поршня, было существенно меньше чем изменение давления газа внутри газовой пружины, вызванное за счет движения вторичного поршня.

Для того, чтобы усиливать и поддерживать вибрации излучающего поршня, источник преимущественно должен содержать обнаружитель, чтобы обнаруживать перемещение или скорость поршня, и содержать средство, позволяющее использовать выходной сигнал обнаружителя для управления исполнительным механизмом, воздействующим на поршень.

Выходной сигнал указанного обнаружителя может быть использован для того, чтобы побуждать исполнительный механизм прикладывать силу к поршню, которая является пропорциональной скорости поршня и имеет такое же направление. Альтернативно, исполнительный механизм может быть побужден прикладывать силу к поршню, которая имеет постоянную величину и имеет такое же направление, что и перемещение поршня. Приложение силы к поршню, которая зависит только от скорости поршня, усиливает колебания поршня и газовой пружины на их резонансной частоте, причем выходную частоту можно изменять просто за счет изменения жесткости газовой пружины.

Для инициирования (запуска) вибрации поршня, источник преимущественно содержит средство начального смещения поршня из положения равновесия и затем его освобождения (отпускания).

Это может быть обеспечено за счет использования средства, побуждающего газ втекать в оболочку или вытекать из нее. Альтернативно, средство может побуждать газ втекать в газовую камеру поршня газовой пружины или вытекать из нее, чтобы содействовать движению вторичного поршня и, таким образом, движению (первичного) поршня. Еще одной альтернативой является приложение переходной силы к поршню с использованием вышеупомянутого имеющего низкий импеданс исполнительного механизма, который после этого используют для приложения силы, зависящей от скорости излучающего поршня.

Для того, чтобы удерживать поршень в смещенном положении ранее начала вибрации, источник может содержать защелку с дистанционным управлением и может содержать средство освобождения (отпускания) защелки.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения также предлагается способ формирования сейсмических сигналов в полосе частот, причем указанный способ включает в себя следующие операции: возбуждение вибраций поршня, чтобы формировать сейсмические сигналы; изменение жесткости газовой пружины, которая воздействует на поршень, чтобы изменять резонансную частоту вибраций поршня, чтобы за счет этого изменять частоту сейсмических сигналов, формируемых поршнем и излучаемых им; возбуждение вибраций поршня при помощи имеющего низкий импеданс исполнительного механизма, чтобы формировать сейсмические сигналы; и управление имеющим низкий импеданс исполнительным механизмом, чтобы прикладывать силу к указанному поршню в направлении движения поршня.

Жесткость газовой пружины можно изменять путем изменения длины газовой пружины газовой камеры так, чтобы жесткость газовой пружины изменялась как за счет изменения давления газа, который она содержит, так и за счет изменения ее длины. Этот двойной эффект позволяет создавать очень большие изменения жесткости и, следовательно, резонансной частоты излучающего поршня и газовой пружины. Жесткость газовой пружины также можно изменять, в то время как поршень вибрирует, чтобы излучать качание частот во всей полосе частот.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг. 1 показано поперечное сечение сейсмического источника, предназначенного для формирования акустических сигналов для морской сейсмической разведки.

На фиг. 2 показана блок-схема системы управления, предназначенной для управления перемещением поршня.

На фиг. 3 показано поперечное сечение альтернативного варианта сейсмического источника.

На фиг. 1 показан вариант сейсмического источника в соответствии с настоящим изобретением, который погружен в воду 41, которой может быть, например, морская вода. Показанное на фиг. 1 устройство находится внутри заполненной газом цилиндрической оболочки 1, изготовленной из стали или друго- 2 021032 го прочного материала. Излучающий поршень 3 диаметром порядка нескольких метров прикреплен к штоку 5, поддерживаемому при помощи продольных опор 7, 9, так что шток 5 может свободно перемещаться вертикально. Кольцевое скользящее уплотнение (не показано) исключает просачивание воды между оболочкой 1 и излучающим поршнем 3. Нижняя опора 7 поддерживается за счет того, что она прикреплена к оболочке 1 при помощи трех перемычек, одна из которых (21) показана заштрихованной. Верхняя опора 9 поддерживается при помощи газонепроницаемой заглушки 25, которая закрывает нижний конец цилиндра 17 газовой пружины. Газонепроницаемое скользящее уплотнение (не показано) между заглушкой 25 и штоком 5 исключает утечку газа из цилиндра 17. Цилиндр 17 поддерживается за счет того, что он прикреплен к оболочке 1 при помощи трех перемычек, одна из которых (19) показана заштрихованной. Позади поршня 3 находится вторичный поршень 11, который также прикреплен к штоку 5 и имеет газонепроницаемое скользящее уплотнение (не показано) вокруг его внешнего периметра. Вторичный поршень 11 разделяет газ внутри цилиндра 17 газовой пружины на два объема (пространства) 13, 15. Масса газа в пространствах 13, 15 является фиксированной во время работы. Верхний конец пространства 13 закрыт при помощи третичного поршня 23, который имеет газонепроницаемое скользящее уплотнение (не показано) вокруг его внешнего периметра и второе газонепроницаемое уплотнение между поршнем 23 и штоком 5. Третичный поршень 23 прикреплен к вилке 26, которая, в свою очередь, прикреплена к мощному линейному исполнительному механизму 33, который имеет очень высокий механический импеданс по сравнению с механическим импедансом газовой пружины 13, 15. Исполнительный механизм 33 содержит датчик положения (не показан), который позволяет показанной на фиг. 2 системе управления определять (измерять) положение исполнительного механизма 33 в любой момент времени, как это хорошо известно специалистам в области промышленных систем управления. Таким образом, положением третичного поршня 23 управляет исполнительный механизм 33 и на это положение не влияют изменения давления в объеме 13 газовой пружины, возникающие за счет колебаний излучающего поршня 3. Исполнительный механизм 33 имеет привод от электродвигателя 34 с использованием приводного ремня 36. Вилка может направляться внутри цилиндра 17 газовой пружины при помощи кольца 28, которое прикреплено к вилке 26 и имеет скользящую посадку в цилиндре 17. Исполнительный механизм 33 поддерживается при помощи верхней заглушки 35 оболочки 1 и (также) поддерживается за счет того, что он прикреплен к стенке оболочки 1 при помощи трех перемычек, одна из которых (37) показана заштрихованной. Внутри вилки 26 и с опорой на нее установлена обмотка 27 линейного электродвигателя. Магнитный шток 29 направляется через обмотку 27 при помощи подшипников скольжения (не показаны) и прикреплен к верхнему концу штока 5. Линейный электродвигатель может быть использован потому, что он имеет низкий механический импеданс и поэтому не ограничивает движение подвижного узла 3, 5, 11, 29 и не мешает ему. Линейный электродвигатель может иметь датчик положения (не показан), который позволяет системе управления измерять взаимное положение штока 29 исполнительного механизма и обмотки 27 в любой момент времени, как это хорошо известно специалистам в области промышленных систем управления и показано на фиг. 2.

До начала работы устройства следует обеспечить, чтобы масса газа в объеме 2, заключенном внутри оболочки 1, было такой, чтобы неподвижный поршень 3 находился в средней точке его возможного диапазона перемещения между опорами 7, 9 и не был близок ни к одной из опор 7, 9. Это может быть обеспечено за счет подачи газа (например, воздуха) в пространство или откачки газа из него с использованием газового насоса 43, по трубе 45. Насос 43 может быть установлен на обслуживающем судне (не показано). Во время работы исполнительный механизм 33 сначала втягивается, так что третичный поршень 23 движется в направлении вверх в цилиндре 17 газовой пружины и объемы 13, 15 являются большими, а давление газа внутри них является низким. Затем используют линейный электродвигатель 27, 29 для начала перемещения штока 5 и поршней 3, 11 так, чтобы излучать звук от поршня в окружающую воду 41. Это может быть осуществлено просто за счет создания большого начального смещения и последующего разрешения поршню 3 свободно колебаться, или за счет приложения силы, пропорциональной скорости поршня 3, так что он становится отрицательно демпфированным и колеблется с нарастающей амплитудой до тех пор, пока излучаемая энергия не создаст достаточную потерю энергии, чтобы ограничить колебания, или за счет приложения силы, пропорциональной знаку скорости поршня 3, так что он также становится отрицательно демпфированным, или за счет комбинации этих решений. Приложение зависящей от скорости силы может быть осуществлено с использованием простой системы с обратной связью, в которой используют датчик скорости или датчик положения, прикрепленный к любой части поршня 3 или штока 5, как это хорошо известно специалистам в данной области. Начальное смещение поршня 3 может быть создано за счет приложения силы при помощи линейного электродвигателя 27, 29 или за счет временного вывода газа из объема 2, фиксации поршня в смещенном положении при помощи соленоидного фиксатора (не показан), возврата газа в объем 2 и затем освобождения фиксатора (защелки). Альтернативно, это может быть создано за счет подъема третичного поршня 23, при этом вторичный поршень 11 и, следовательно, излучающий поршень 3 смещаются, фиксируя поршень 3 аналогично ранее описанному, возврата поршня 23 в его старое положение и затем освобождения фиксатора.

Поршень 3 будет загружен водой 41, как это хорошо известно специалистам в области акустики, и эффективная движущаяся масса типично будет в несколько раз больше массы поршня 3 вместе со што- 3 021032

ком 5, вторичным поршнем 11 и магнитным штоком 29. Угловая частота колебаний штока 5 и поршней 3,11 с приемлемой точностью может быть определена по формуле т

в которой т представляет собой эффективную движущуюся массу, в том числе массу поршней 3, 11 и штоков 5, 29 и массу нагрузки, созданной за счет жидкости 41, к₁₃ и к₁₅ представляют собой жесткости газовых объемов 13, 15, а к₀ представляет собой жесткость газа, содержащегося в пространстве 2 внутри оболочки 1, когда он сжат или разрежен за счет движений излучающего поршня 5. Коэффициенты к с приемлемой точностью могут быть определены по формуле

I в которой д представляет собой отношение удельных теплоемкостей газа, р представляет собой среднее давление газа, А представляет собой область газового пространства, перпендикулярную к оси движения, а 1 представляет собой длину газового пространства, параллельную оси движения. Массы газа в пространствах 13, 15 могут быть одинаковыми, но их давления и, следовательно, длины будут различными, причем давление в нижнем пространстве 15 будет выше за счет веса штока 5 поршней 3 и 11 и магнитного штока 29.

Важной особенностью конструкции является то, что объем 2 газа внутри оболочки 1 является достаточно большим, так что жесткость, противодействующая движению поршня 3, не является достаточно большой для того, чтобы препятствовать колебаниям системы на самой низкой частоте.

После того, как поршень 3 достиг желательной амплитуды движения, исполнительный механизм 33 постепенно удлиняется, толкая третичный поршень вниз, так что давление газа в пространствах 13, 15 постепенно увеличивается и длина пространств 13, 15 постепенно уменьшается. Из второго из приведенных уравнений следует, что одновременное уменьшение 1 и увеличение р будет приводить к большим изменениям жесткостей к₁₃ и к₁₅. В свою очередь, это будет приводить к существенным изменениям частоты колебаний поршня 3, так что устройство может работать в широкой полосе частот. Очень низкие частоты, порядка 0,5 Гц, могут быть достигнуты за счет наличия низкого давления в газовых объемах 13, 15 в начале работы и за счет больших длин пространств 13, 15.

Подходящая система управления показана на фиг. 2. ПК 51 имеет связь с двумя одноосными устройствами 53, 57 сервоуправления через последовательные каналы 59, 61 связи. Контроллер 53 управляет имеющим высокий импеданс исполнительным механизмом 33, 34, 36, показанным здесь как блок 55, по магистралям 63 вращательного электропривода. Удлинение исполнительного механизма 55 (сигнал, соответствующий удлинению. - Прим. переводчика) подается назад от внутреннего датчика (не показан, но это может быть, например, датчик положения вала его двигателя) на устройство 53 сервоуправления по кабелю 65 обратной связи. Аналогично, контроллер 57 управляет имеющим низкий импеданс исполнительным механизмом 27, 29, показанным здесь как блок 59, по магистралям 69 вращательного электропривода. Положение излучающего поршня (сигнал, соответствующий положению. - Прим. переводчика) подается назад на контроллер 57 от датчика 67 положения, прикрепленного к излучающему поршню 3, которым может быть, например, линейный переменный дифференциальный трансформатор.

ПК 51 используют для загрузки программ управления в устройства 53, 57 сервоуправления. При запуске программы, загруженной в устройство 53 сервоуправления, она может побуждать имеющий высокий импеданс исполнительный механизм 55 осуществлять желательное удлинение, которое, например, может содержать начальную короткую фазу высокого ускорения, фазу удлинения на постоянной скорости и последующую короткую фазу торможения, за счет которой исполнительный механизм 55 приводится в состояние покоя, после чего следует задержка, которая, например, может составлять десять секунд, и затем возврат в начальную фазу, в которой удлинение исполнительного механизма возвращается к исходному значению и выполнение программы заканчивается. Полный временной интервал между запуском и возвратом к исходному значению удлинения может быть постоянным и может быть обозначен как Т.

Загруженная в устройство 57 сервоуправления программа, после ее запуска, может побуждать имеющий низкий импеданс исполнительный механизм 59 прикладывать начальную импульсную силу к штоку 5 поршня и может затем контролировать движение излучающего поршня 3 при помощи датчика 67 и побуждать исполнительный механизм 59 прикладывать постоянный уровень силы в направлении движения, обнаруженного за счет звена 67 обратной связи, за счет чего осуществляется двухпозиционное регулирование, как это хорошо известно специалистам в области проектирования систем управления. Сила затем может быть уменьшена до нуля и программа может заканчиваться по истечении промежутка времени от момента начала, также равного Т.

При нормальной работе ПК может инициировать одновременное выполнение программ, загруженных в контроллеры 53, 57. Совместное действие затем будут побуждать систему осуществлять качание частоты, как уже было описано здесь выше.

- 4 021032

Второй конструктивный вариант сейсмического источника в соответствии с настоящим изобретением показан на фиг. 3. В этом конструктивном варианте вместо сжатия пневматической пружины 15, 16 при помощи единственного третичного поршня 23 она сжимается за счет пары третичных поршней 71, 73, которые одновременно движутся в противоположных направлениях с одинаковой скоростью, то есть синхронно. Таким образом, в то время как среднее положение поршней 3, 11 в первом конструктивном варианте, показанном на фиг. 1, постепенно изменяется, когда движется третичный поршень, во втором конструктивном варианте среднее положение поршней 3, 11 не изменяется, когда движутся третичные поршни 71, 73. Преимуществом такого решения является то, что плавучесть системы не изменяется, причем это преимущество является существенным для системы, которую типично буксируют позади обсуживающего судна и глубина буксировки которой в большой степени зависит от изменения плавучести.

В показанном на фиг. 3 конструктивном варианте, третичные поршни 71, 73 приводятся в движение за счет пары исполнительных механизмов 79, 81 через элементы 75, 77 связи, которые механически являются очень жесткими. Исполнительные механизмы 79, 81 имеют очень высокий механический импеданс, так что на положения третичных поршней 71, 73 влияют только команды на изменение положения, посланные на исполнительные механизмы 79, 81 при помощи системы управления, показанной на фиг. 2, и практически не влияют изменения давления в объемах 13, 15 газовой пружины. Исполнительными механизмами 79, 81 могут быть, например, серводвигатели, объединенные с редукторами. Исполнительные механизмы 79, 81 управляют элементами 75, 77 связи через левосторонние шариковые ходовые винты 83, 87 и правосторонние шариковые ходовые винты 85, 89, так что, когда исполнительные механизмы 79, 81 вращаются против часовой стрелки, третичные поршни 71, 73 движутся внутрь и сжимают газовые пружины 15, 16, а когда исполнительные механизмы 79, 81 вращаются по часовой стрелке, третичные поршни 71, 73 движутся наружу и ослабляют газовые пружины 15, 16.

Второе различие между первым конструктивным вариантом, показанным на фиг. 1, и вторым конструктивным вариантом, показанным на фиг. 3, заключается в том, что на фиг. 1 показан имеющий низкий импеданс исполнительный механизм 29, 31, поддерживаемый при помощи вилки 26, 28 и приводимый в движение при помощи имеющего высокий импеданс исполнительного механизма 33, 34, 36, а на фиг. 3 показаны по меньшей мере два имеющих низкий импеданс исполнительных механизма 91, 93, поддерживаемых непосредственно при помощи кожуха 1 и воздействующих непосредственно на излучающий поршень 3.

Полный конструктивный вариант, показанный на фиг. 3, позволяет получить более простую и более компактную механическую связь между имеющими высокий импеданс исполнительными механизмами 79, 81 и третичными поршнями 71, 73, чем в конструктивном варианте, показанном на фиг. 1. Однако он требует наличия по меньшей мере двух имеющих высокий импеданс исполнительных механизмов 79, 81 и по меньшей мере двух имеющих низкий импеданс исполнительных механизмов 91, 93. Они должны быть установлены с регулярными интервалами вокруг оси устройства. Например, если используют два исполнительных механизма, то они должны быть разделены интервалом 180°. Имеющие высокий импеданс исполнительные механизмы должны всегда двигаться в синхронизме (синхронно) друг относительно друга, чтобы исключить перекос третичных поршней 71, 73 в расточке цилиндра 17 пневматической пружины. Аналогично, имеющие низкий импеданс исполнительные механизмы 91, 93 должны всегда прикладывать одинаковые силы к поршню 3, чтобы исключить перекос поршня 3.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Морской сейсмический источник для создания сейсмических сигналов в полосе частот, содержащий поршень;

средство для создания вибраций поршня, чтобы создавать сейсмические сигналы; газовую пружину, воздействующую на поршень; и средство для изменения жесткости газовой пружины, чтобы изменять резонансную частоту вибраций поршня так, чтобы за счет этого изменять частоту формируемых сейсмических сигналов, излучаемых из поршня;

отличающийся тем, что средство для изменения жесткости газовой пружины содержит средство, позволяющее изменять длину газовой камеры газовой пружины, так чтобы вызывать изменение давления газа внутри газовой камеры; при этом изменение длины газовой камеры, так и изменение давления газа в газовой камере вызывают качание частот сейсмических сигналов в полосе частот.
2. Морской сейсмический источник по п.1, в котором средство для создания вибраций поршня содержит исполнительный механизм, который, когда он не приводит в действие поршень, имеет механический импеданс, который ниже чем механический импеданс поршня и газовой пружины.
3. Морской сейсмический источник по п.1 или 2, в котором поршень жестко связан со вторичным поршнем, выполненным с возможностью перемещения внутри газовой камеры.
4. Морской сейсмический источник по п.2 или 3, в котором стенка газовой камеры выполнена с возможностью перемещения так, чтобы изменять длину газовой камеры, или в котором противоположные стенки газовой камеры выполнены с возможностью перемещения при помощи одного или несколь- 5 021032 ких исполнительных механизмов, которые движутся синхронно, или в котором одна или каждая стенка, выполненные с возможностью перемещения, образованы при помощи третичного поршня, при этом третичный поршень имеет внешний периметр, образующий газонепроницаемое уплотнение со смежной стенкой камеры, и внутренний периметр, образующий газонепроницаемое уплотнение с валом, соединенным с вторичным поршнем и выходящим из газовой камеры, чтобы третичный поршень и вторичный поршень могли перемещаться друг относительно друга, причем третичный поршень перемещается при помощи исполнительного механизма, имеющего более высокий механический импеданс по сравнению с газовой пружиной.
5. Морской сейсмический источник по одному из пп.1-4, который содержит средство, позволяющее изменять длину газовой камеры, когда поршень вибрирует, так чтобы поршень формировал и излучал сигнал, представляющий собой качание частот.
6. Морской сейсмический источник по одному из пп.1-5, в котором поршень имеет диаметр по меньшей мере один метр.
7. Морской сейсмический источник по одному из пп.1-6, в котором газовая пружина удерживается внутри наполненной газом оболочки, одна стенка которой образована при помощи поршня, при этом объем удерживаемого внутри оболочки газа является достаточным для того, чтобы изменение давления газа, вызванное перемещением поршня, являлось существенно меньшим, чем изменение давления газа внутри газовой пружины, вызванное движением вторичного поршня.
8. Морской сейсмический источник по одному из пп.1-7, который содержит обнаружитель, позволяющий обнаруживать перемещение или изменение скорости поршня, и средство управления исполнительным механизмом, воздействующее на поршень на основании обнаруженных изменений перемещения и/или скорости поршня, или в котором исполнительный механизм выполнен с возможностью приложения силы к поршню, которая либо пропорциональна скорости поршня и имеет такое же направление, как и перемещение поршня, либо имеет постоянную величину и имеет такое же направление, что и перемещение поршня.
9. Морской сейсмический источник по одному из пп.1-8, который содержит средство начального смещения поршня из положения равновесия и затем его освобождения.
10. Морской сейсмический источник по п.9, в котором средство начального смещения излучающего поршня содержит средство, побуждающее газ втекать в наполненную газом оболочку или вытекать из нее.
11. Морской сейсмический источник по п.9, в котором либо (а) средство начального смещения излучающего поршня содержит средство для создания начального смещения за счет втекания газа в газовую камеру поршня газовой пружины; либо (б) средство для создания вибраций поршня, чтобы формировать сейсмические сигналы, также создает начальное смещение поршня из положения равновесия.
12. Морской сейсмический источник по одному из пп.9-11, в котором поршень удерживается в смещенном положении за счет управляемой дистанционно защелки, причем указанный источник содержит средство для освобождения защелки, чтобы позволить поршню начать колебаться.
13. Способ формирования сейсмических сигналов в полосе частот, который включает в себя следующие операции: возбуждение вибраций поршня, чтобы формировать сейсмические сигналы; и изменение жесткости газовой пружины, чтобы изменять резонансную частоту вибраций поршня и газовой пружины, чтобы за счет этого изменять частоту сейсмических сигналов, формируемых поршнем и излучаемых им, при этом жесткость пружины изменяют за счет изменения длины камеры газовой пружины так, чтобы изменять давление газа, удерживаемого внутри газовой камеры.
14. Способ по п.13, в котором жесткость газовой пружины изменяют в то время, когда поршень совершает колебания для того, чтобы излучать качающиеся частоты.
15. Морской сейсмический источник, пригодный для создания сейсмических сигналов в полосе частот, содержащий излучающий поршень;

газовую пружину переменной длины, воздействующую на излучающий поршень и удерживающую фиксированную массу газа;

средство для изменения жесткости газовой пружины за счет изменения ее длины; исполнительный механизм, чтобы возбуждать вибрации поршня для того, чтобы генерировать сейсмические сигналы; и систему управления, которая побуждает указанный исполнительный механизм прикладывать силу к указанному поршню в направлении перемещения поршня.
16. Средство создания качающегося синусоидального сигнала, который содержит достаточную энергию для морской сейсмической разведки до частоты 0,5 Гц и идет до более высоких частот в полосе по меньшей мере три октавы, за счет колебаний излучающего поршня с диаметром порядка несколько метров, нагруженного массой окружающей воды и поддерживаемого газовой пружиной, содержащей фиксированную массу газа, которая сжата при помощи вторичного поршня, с достаточно большой амплитудой, чтобы излучать желательный акустический сигнал.