EA031052B1

EA031052B1 - Система и способ осуществления сейсмических исследований при помощи управляемого источника, использующего свип-сигналы максимальной мощности

Info

Publication number: EA031052B1
Application number: EA201592084A
Authority: EA
Inventors: Джозеф Энтони Деллинджер; Марк Френсис Люсьен Харпер
Original assignee: Бипи Корпорейшн Норд Америка Инк.
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2018-11-30
Also published as: MX361367B; BR112015029382B1; BR112015029382A2; AU2014327346B2; EA201592084A1; US20150092517A1; WO2015047784A1; CA2913224A1; EP3049831A1; CA2913224C; US9702991B2; AU2014327346A1

Abstract

Спектр выходного сигнала управляемого акустического источника с качающейся частотой на данной частоте может управляться путем приравнивания скорости изменения частоты к желаемому спектру мощности выходного сигнала, деленному на квадрат огибающей амплитуды выходного сигнала источника, при этом обе величины измеряют в момент времени после начала его частотного свипа, когда частота свипа проходит через данную частоту. Система и способ также могут быть использованы для внесения поправки на эффекты распространения вне источника путем деления желаемого спектра на эффект распространения. Способ может быть дополнительно использован для получения спектра выходного сигнала желаемой формы из источника, работающего на максимальной выходной мощности, или для проектирования свипа с минимально возможной длительностью, который будет давать в результате спектр выходного сигнала определенной формы и с определенной амплитудой.

Description

Настоящее изобретение относится, в общем, к области сейсмической разведки и наблюдения и, в частности, к способам сбора сейсмических и других сигналов, являющихся представительными в отношении земных недр, для целей сейсмической разведки и/или наблюдения.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Сейсмическая разведка представляет собой попытку изобразить или картировать земные недра путем посылки звуковой энергии вглубь земной поверхности и регистрации эхо-сигналов, возвращающихся от слоев горных пород на глубине. Источниками проходящей вниз звуковой энергии могут быть, например, взрывы или сейсмические вибраторы на суше или пневматические источники сейсмических сигналов на море. При сейсмической разведке источник энергии располагают в разных местах у поверхности Земли над интересуемой геологической структурой. Каждый раз при активировании источника он создает сейсмический сигнал, который распространяется вглубь Земли. Эхо сигналы, возникшие в результате сейсмического сигнала, регистрируют во множестве пунктов на поверхности Земли. Затем несколько сочетаний источников/регистрации (приема) объединяют для создания почти непрерывного профиля земных недр, который может простираться на много миль. При двумерной (2D) сейсмической разведке пункты регистрации (приема) обычно располагают вдоль одной линии, а при трехмерной или объемной (3D) сейсморазведке пункты регистрации (приема) распределяют по поверхности сеткой. Проще говоря, 2D сейсморазведочный профиль можно рассматривать как дающий картину поперечного сечения (вертикальный срез) слоев земных недр в том виде, как они залегают непосредственно под пунктами регистрации (приема). 3D сейсморазведка дает куб или объем данных, то есть, по меньшей мере, концептуально, 3D картину земных недр, лежащих под площадью сейсморазведки. Фактически как 2D, так и 3D сейсморазведки детально исследуют лишь некоторый объем земных недр, лежащий под площадью, охватываемой сейсморазведкой. Наконец, четырехмерная (4D) (или повторяющаяся во времени) сейсморазведка это сейсморазведка, которая проводится над одной и той же площадью в два или более разных момента времени. Очевидно, при сравнении последовательных изображений земных недр любые наблюдаемые изменения (принимая во внимание то, что учтены различия в форме импульса источника, приемниках, регистраторах, условиях окружающего шума и т.д.) будут приписаны изменениям в земных недрах.

Результат сейсмической разведки состоит из очень большого числа отдельных сейсмических записей или сейсмотрасс. Цифровые образцы на сейсмических трассах обычно получают с интервалами 0,002 с (2 миллисекунды или мс), хотя распространенными являются и интервалы дискретизации 4 и 1 мс. Стандартные значения длины трасс при использовании стандартных импульсных источников составляют 5-16 с, что соответствует 2500-8000 образцам при 2 мс интервале. Если используют неимпульсный источник, должно быть учтено продолжительное время активации источника, так что значения длины трасс будут, как правило, большими. Обычно каждая трасса осуществляет регистрацию одной активации сейсмического источника, так что для каждой существующей комбинации расположение источника/активация приемника существует одна трасса. В некоторых случаях одновременно могут быть активированы несколько физических источников, однако составной сигнал от этих источников будет именоваться в настоящем документе «источником», независимо от того, сколько источников используют для его генерирования.

При обычной 2D сейсморазведке обычно будут получены несколько десятков тысяч сейсмотрасс, а при 3D сейсморазведке число отдельных сейсмотрасс может достигать нескольких миллионов.

Хотя доступно множество сейсмических источников, управляемые источники использовались на протяжении многих лет для сбора наземных и морских сейсмических данных, предназначенных для использования при разведке, оценке коллектора и т.п. Для целей настоящего раскрытия под термином «управляемый источник» следует понимать акустический сейсмический источник, испускающий акустические волны в качестве сигнала с качающейся частотой, чей профиль изменения частоты по времени после начала свипа является управляемым и непрерывным, и чьи ограничения физического характера накладывают лимит по амплитуде его выходного сигнала, что обычно будет варьировать с частотой.

Управляемые источники могут быть использованы в условиях, когда желательно провести разведку среды путем получения акустического ответа. Например, при проведении разведки сейсмические сигналы испускают в геологическую среду, а затем эхо-сигналы, которые вернулись на поверхность, регистрируют и используют при изучении геологического строения земных недр для того, чтобы идентифицировать возможные местоположения нефтяных и газовых коллекторов. К управляемым источникам относятся, кроме прочего, наземные и морские вибросейсмические источники, морские резонаторы и т.п. Общая информация, касающаяся морских резонаторов, может быть найдена, например, в заявках на выдачу патента США №№ 12/980,527 и 12/995,763, раскрытия которых ссылкой полностью включены в настоящий документ, как если бы они были изложены в этом месте.

- 1 031052

В таких условиях желательно контролировать форму спектра акустического сигнала, передаваемого источником. Кроме того, обычно желательно максимально увеличить акустическую выходную мощность источника, которая будет ограничена его физическими возможностями. Разумеется, выходная мощность может быть максимизирована путем эксплуатации источника с максимальным уровнем выходного сигнала, который он способен выдавать. Однако, в общем, этот уровень будет варьировать строго с частотой, так что если устройство качается по частоте с постоянной скоростью, оно будет выдавать спектр, у которого форма или изменение относительной величины с частотой (здесь и далее его частотный профиль) обусловлены ограничениями физического характера, присущими источнику, и могут не быть оптимальными для практического применения. Например, выходной сигнал поршневого источника на низких частотах ограничен ходом поршня и обратно пропорционален квадрату частоты, тогда как для целей сейсмической разведки, как правило, желательно иметь плоский или приблизительно плоский спектр. Если спектр не является плоским, то возникают искажения в изображениях земных недр, устранение которых может быть сложным или невозможным.

Таким образом, необходим метод генерирования сейсмического сигнала при помощи управляемого источника таким образом, чтобы указанный сигнал характеризовался частотным свойствами, которые были выбраны для получения более качественных изображений земных недр, и максимально эффективного использования управляемого источника при осуществлении указанного генерирования.

Следует отметить, что известные из уровня техники попытки, направленные на достижение указанных целей, были сфокусированы исключительно на смещении поршня в качестве ограничивающего параметра на низких частотах и опираются на традиционные линейные свипы для более высоких частот, при этом во многих случаях указанный подход оказался неудовлетворительным.

Как известно, в областях сейсмических исследований и обработки сейсмических данных существовала потребность в наличии системы и способа, которые предоставляют более эффективный путь сбора широкополосных сейсмических данных (например, в диапазоне приблизительно 1-80 Гц). Соответственно, следует признать, как было признано авторами настоящего изобретения, что существует (и существует уже некоторое время) реальная необходимость в способе обработки сейсмических данных, который будет направлен на решение вышеупомянутых проблем и решит их.

Однако перед тем как приступить к описанию настоящего изобретения, следует отметить и запомнить, что последующее описание вместе с прилагаемыми фигурами не должны истолковываться как ограничивающие идеи настоящего изобретения показанными и описанными примерами (или предпочтительными вариантами осуществления). Это является таковым, поскольку специалисты в области, к которой относится настоящее изобретение, смогут придумать новые формы настоящего изобретения в объеме прилагаемой формулы изобретения.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

В соответствии с одним аспектом предлагаются система и способ сейсмической разведки, позволяющие осуществить отображение подповерхностных структур при помощи управляемых сейсмических источников, которые превосходят доступные ранее системы и способы.

Один вариант осуществления предоставляет способ сейсмической разведки над районом земных недр, содержащим структурные или стратиграфические особенности, способствующие присутствию, миграции или аккумуляции углеводородов, причем указанный способ предусматривает: выбор управляемого источника; выбор множества параметров, характерных для указанного управляемого источника; определение предельных кривых для каждого из указанного выбранного множества параметров в зависимости от частоты; применение указанных определенных предельных кривых для того, чтобы получить ограничивающую кривую для указанного управляемого источника; применение указанной ограничивающей кривой для того, чтобы получить свип-сигнал для указанного управляемого источника; и применение указанного свип-сигнала совместно с указанным управляемым источником для того, чтобы осуществить сбор сейсмических данных рядом с районом земных недр.

Другой вариант осуществления предоставляет способ сейсмической разведки над районом земных недр, содержащим структурные или стратиграфические особенности, способствующие присутствию, миграции или аккумуляции углеводородов, причем указанный способ предусматривает: выбор сейсмического источника, при этом указанный сейсмический источник содержит поршень для генерирования управляемого сигнала с качающейся частотой; определение, по меньшей мере, максимального смещения поршня, максимальной скорости поршня и максимального ускорения поршня; применение указанного максимального смещения поршня для расчета предельной кривой смещения; применение указанного максимального ускорения поршня для расчета предельной кривой ускорения; применение указанной максимальной скорости поршня для расчета предельной кривой скорости; применение указанной предельной кривой смещения, указанной предельной кривой скорости и указанной предельной кривой ускорения для определения ограниченной предельной кривой; применение указанной ограниченной предельной кривой для проектирования графика свипа, предназначенного для указанного сейсмического источника; и применение указанного графика свипа для сбора сейсмических данных рядом с указанным районом земных недр, тем самым осуществляя разведку указанного района земных недр.

Управляемый сейсмический источник с качающейся частотой содержит корпус; поршень, находя

- 2 031052 щийся внутри указанного корпуса, при этом указанный поршень предназначен, по меньшей мере, для генерирования сейсмического сигнала с качающейся частотой; и контроллер, связанный при помощи электронных средств связи с указанным поршнем, при этом указанный контроллер содержит график свипа для перемещения указанного поршня внутри указанного поршня, чтобы генерировать указанный сейсмический сигнал с качающейся частотой, при этом указанный график свипа определен при помощи способа, предусматривающего: определение для указанного поршня, по меньшей мере, максимального значения смещения поршня, максимального значения скорости поршня и максимального значения ускорения поршня; применение указанного максимального значения смещения поршня для расчета предельной кривой смещения; применение указанного максимального значения скорости поршня для расчета предельной кривой скорости; применение указанного максимального значения ускорения поршня для расчета предельной кривой ускорения; применение указанной предельной кривой смещения, указанной предельной кривой скорости и указанной предельной кривой ускорения для определения ограниченной предельной кривой; и применение указанной ограниченной предельной кривой для проектирования графика свипа, предназначенного для указанного сейсмического источника.

Другой вариант осуществления предоставляет способ сейсмической разведки над районом земных недр, содержащим структурные или стратиграфические особенности, способствующие присутствию, миграции или аккумуляции углеводородов, причем указанный способ предусматривает выбор сейсмического источника, при этом указанный сейсмический источник содержит поршень для генерирования управляемого сигнала с качающейся частотой; определение по меньшей мере двух из максимального смещения поршня, максимальной скорости поршня, максимального ускорения поршня и максимальной скорости изменения ускорения поршня; расчет соответствующей предельной кривой для каждого из указанных определенных по меньшей мере двух из максимального смещения поршня, максимальной скорости поршня, максимального ускорения поршня и максимальной скорости изменения ускорения поршня; применение указанных соответствующих предельных кривых для определения ограниченной предельной кривой; применение указанной ограниченной предельной кривой для проектирования графика свипа, предназначенного для указанного сейсмического источника; и применение указанного графика свипа для сбора сейсмических данных рядом с указанным районом земных недр, тем самым осуществляя разведку указанного района земных недр.

Еще один вариант осуществления предоставляет способ сейсмической разведки подповерхностного объекта, причем указанный способ предусматривает: доступ к множеству сейсмических трасс, собранных рядом с указанным подповерхностным объектом, при этом указанное множество сейсмических трасс собирают при помощи способа сбора, предусматривающего: выбор сейсмического источника, при этом указанный сейсмический источник содержит поршень для генерирования управляемого сигнала с качающейся частотой; определение по меньшей мере двух из максимального смещения поршня, максимальной скорости поршня, максимального ускорения поршня и максимальной скорости изменения ускорения поршня; расчет соответствующей предельной кривой для каждого из указанных определенных по меньшей мере двух из максимального смещения поршня, максимальной скорости поршня, максимального ускорения поршня и максимальной скорости изменения ускорения поршня; применение указанных соответствующих предельных кривых для определения ограниченной предельной кривой; применение указанной ограниченной предельной кривой для проектирования графика свипа, предназначенного для указанного сейсмического источника; применение указанного графика свипа для сбора указанного множества сейсмических трасс рядом с указанным подповерхностным объектом и применение по меньшей мере части из указанного множества обработанных сейсмических трасс, к которым был осуществлен доступ, для разведки углеводородов рядом с указанным подповерхностным объектом.

Разумеется, в пределах объема настоящего изобретения возможны и другие варианты осуществления и модификации, при этом такие варианты и модификации могут быть легко сформулированы специалистами в данной области техники при изучении описания настоящего изобретения.

Выше в общих чертах описаны наиболее важные признаки изобретения, раскрытого в настоящем описании, чтобы можно было легче понять последующее подробное описание, и можно было лучше оценить вклад авторов настоящего изобретения в уровень техники. В своем применении настоящее изобретение не ограничивается деталями конструкции и компоновками компонентов, изложенными в последующем описании или проиллюстрированными на фигурах. Напротив, настоящее изобретение может иметь и другие варианты осуществления и может осуществляться различными иными путями, конкретно не перечисленными в настоящем описании. Наконец, следует понимать, что фразеология и терминология, используемые в настоящем описании, служат лишь цели описания и не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего изобретения, если в описании объем изобретения конкретно не ограничивается таким образом.

Краткое описание фигур

Другие цели и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при прочтении последующего подробного описания со ссылками на фигуры, где на фиг. 1 представлены общие условия сбора и обработки сейсмических данных;

на фиг. 2 представлена приведенная в качестве примера последовательность обработки, которая

- 3 031052 может быть использована для целей настоящего описания;

на фиг. 3 представлена приведенная в качестве примера морская среда;

на фиг. 4 представлена схема варианта осуществления аппаратного оборудования;

на фиг. 5 представлена блок-схема операционной логики;

на фиг. 6 представлен пример того, как многочисленные физические ограничения могут оказывать влияние на ограничение движения поршня в пределах различных частотных интервалов для морского резонатора;

на фиг 7 представлена одна приведенная в качестве примера конфигурация устройства, которое будет пригодно для осуществления управления в соответствии со способами, раскрытыми в настоящем документе;

на фиг. 8 представлены ограничения скорости плиты основания в отношении примера, изображенного на фиг. 7, для ограничений по внутреннему импедансу;

на фиг. 9 представлен частотный профиль свипа, который рассчитан для устройства, изображенного на фиг. 7;

на фиг. 10 представлена максимальная скорость опорной плиты в зависимости от времени в соответствии с примером, изображенным на фиг. 7;

на фиг. 11 представлен оптимальный свип, который рассчитан в соответствии с одним вариантом устройства, изображенного на фиг. 7;

на фиг. 12 представлен спектр усилия на поршне для устройства, изображенного на фиг. 7;

на фиг. 13 представлено изображение примера двухстороннего источника;

на фиг. 14 представлены ограничения на объемное ускорение для варианта осуществления, изображенного на фиг. 13;

на фиг. 15 представлен частотный профиль оптимального свипа в диапазоне 3-16 Гц, который определен в соответствии с одним вариантом осуществления (зависимость частоты от времени);

на фиг. 16 представлена иллюстрация изменения давления на дистанции 1 м по времени в диапазоне 3-16 Гц для оптимального свипа в части, касающейся примера, изображенного на фиг. 13.

на фиг. 17 изображен спектр давления в дальней зоне для примера, изображенного на фиг. 13, который показан в сравнении с желаемым уровнем целевого спектра.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

Хотя настоящее изобретение может быть осуществлено во многих различных формах, на фигурах показаны и будут подробно описаны ниже некоторые конкретные варианты осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, следует понимать, что настоящее раскрытие должно рассматриваться как пояснение принципов изобретения, и не предназначено для ограничения изобретения конкретными описанными вариантами осуществления или алгоритмами.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения раскрыт способ получения спектра мощности выходного сигнала с желаемым частотным профилем из управляемого акустического источника таким образом, чтобы максимально увеличить выходную мощность источника. Желаемый частотный профиль может быть постоянным в пределах передаваемой полосы частот или он может варьировать с частотой, например, для поддержания постоянного отношения сигнал-шум, учитывая измеренный спектр фонового шума, который варьирует с частотой, или для противодействия эффекту отражения сигнала источника от поверхности моря (так называемой волне-спутнику источника). Настоящий способ не требует снижения выходной мощности источника ниже его максимальной возможности, из чего следует, что для данного управляемого акустического источника может быть выдана данная целевая амплитуда энергетического спектра, аккумулированная за один свип источника, при этом указанная амплитуда характеризуется минимально возможной длительностью свипа, или альтернативно данный целевой частотный профиль может быть выдан, при это указанный профиль характеризуется максимально достижимой амплитудой для данной допустимой длительности свипа.

Согласно другому аспекту предлагается способ определения оптимального профиля свипа (частоты свипа в зависимости от времени с начала указанного свипа) для морского резонатора с использованием взаимосвязи между желаемым выходным частотным профилем, максимальным смещением поршня резонатора, максимальной скоростью, максимальным ускорением и, необязательно, скоростью изменения ускорения (т.е. производной по ускорению) указанного поршня, наряду с продолжительностью в секундах свипа. В соответствии со способами, изложенным в настоящем документе, эти параметры могут быть использованы для определения эффективного профиля свипа для конкретного резонатора для того, чтобы получить спектр выходного сигнала с желаемым частотным профилем, который характеризуется максимальной амплитудой для данного времени свипа, или получить целевой спектр выходного сигнала в пределах минимального времени свипа.

Способ согласно одному варианту осуществления основан на характеристике сигнала с качающейся частотой, состоящей в том, что его спектр мощности при данной частоте пропорционален квадрату его амплитуды в момент времени, когда он проходит через данную частоту, и обратно пропорционален его скорости изменения частоты в этот момент времени, при условии, что скорости изменения амплитуды и фазы сигнала являются низкими по сравнению с частотой сигнала. Вкратце, согласно одному варианту

- 4 031052 осуществления указанный способ заключается в регулировке скорости изменения частоты свип-сигнала, испускаемого управляемым акустическим источником, пропорционально квадрату его максимальной амплитуды на этой частоте и обратно пропорционально желаемому частотному профилю спектра мощности сигнала. Таким образом, существует возможность придать спектру мощности выходного сигнала управляемого источника такую форму, которая соответствует желаемому целевому частотному профилю. Альтернативно, энергетический спектр выходного сигнала управляемого источника, который аккумулирован за один свип, может, тем самым, быть приравнен желаемому целевому амплитудному спектру, и определена минимальная длительность свипа, необходимая для достижения этого целевого амплитудного спектра. Скорость изменения частоты, которая обеспечивает это, будет в целом изменяться в зависимости от частоты и, следовательно, времени после начала свипа.

Этот способ будет давать более точные результаты, когда скорость изменения частоты и огибающая амплитуды относительно малы. То есть, было бы лучше всего, если бы скорость изменения частоты, деленная на частоту, являлась небольшой по сравнению с угловой частотой; при этом скорость изменения огибающей амплитуды, деленная на огибающую амплитуды, также должна быть небольшой по сравнению с угловой частотой. По большому счету, любая форма волны, которая может быть обоснованно описана в качестве качания частоты (свипа), будет, по меньшей мере, приблизительно удовлетворять этим условиям.

Варианты осуществления настоящего изобретения

В соответствии с одним вариантом осуществления предлагается система и способ улучшения изображений, полученных из сейсмических данных (передача и отражение), посредством улучшения качества исходного сигнала, генерируемого управляемым источником.

Согласно настоящему изобретению предлагается способ получения спектра мощности сигнала с желаемым частотным профилем из управляемого акустического источника. Желаемый частотный профиль может быть постоянным в пределах передаваемой полосы частот или он может варьировать с частотой, например, для поддержания постоянного отношения сигнал-шум, учитывая измеренный спектр фонового шума, который варьирует с частотой, или так, чтобы получить плоский спектр в дальней зоне с учетом эффекта фильтрации отражения сигнала источника от морской поверхности в случае морского источника. Согласно одному варианту осуществления предложенный способ не требует снижения выходной мощности источника ниже его максимально возможности.

Один вариант предлагаемого способа принимает в качестве отправной точки наблюдение, заключающееся в том, что спектр мощности сигнала с качающейся частотой при данной частоте пропорционален квадрату его амплитуды в момент времени, когда он проходит через данную частоту, и обратно пропорционален скорости изменения частоты в этот момент. Вкратце, согласно одному варианту осуществления указанный способ заключается в регулировке скорости изменения частоты свип-сигнала, испускаемого управляемым акустическим источником, пропорционально квадрату его максимальной амплитуды на этой частоте и обратно пропорционально желаемому частотному профилю спектра мощности сигнала (квадрат абсолютной величины его преобразования Фурье). Таким образом, частотный профиль спектра мощности его выходного сигнала может быть приравнен к желаемому профилю. Скорость изменения частоты, которая обеспечивает это, будет в целом изменяться в зависимости от частоты и, следовательно, времени после начала свипа.

Следовательно, если амплитуда при любой частоте физически ограничена источником, то спектр мощности выходного сигнала может быть сформирован путем выполнений манипуляций со скоростью изменения частоты свипа. В частности, плоский спектр выходного сигнала может быть получен, не смотря на многочисленные физические ограничения, которые различно ограничивают максимальную выходную мощность источника на различных частотах. Кроме того, регулировка может быть произведена для компенсации эффектов распространения вне источника.

Как правило, максимальная амплитуда сигнала источника будет определена исходя из физических аспектов источника при различных частотах - для поршневых источников при самых низких частотах, например, она обычно определена максимально допустимым ходом поршня, а при несколько более высоких частотах -максимально допустимой скоростью поршня.

Предлагаемый способ может быть применен в контекстах, в которых различные аспекты механизма источника являются причиной различных ограничений касательно различных частей частотного спектра. Например, поршневому источнику будет присущ лишь ограниченный ход, по крайней мере потому, что акустический источник характеризуется определенной длиной, при этом, как правило, его ход будет намного меньше его длины. Кроме того, некоторые из производных по времени смещения поршня будут, как правило, являться предметом ограничений. Касательно скорости поршня - первой производной смещения по времени - этот параметр будет, как правило, физически ограничен скоростью, с которой уплотнения поршня могут амортизировать энергию трения без повреждения. Ускорение поршня (вторая производная смещения) будет, как правило, ограничена максимальным усилием, которое источник может приложить для смещения поршня. Скорость изменения ускорения (производная по ускорению) может быть ограничена потерей энергии на акустическое излучение. Аналогичные ограничения присущи безпоршневым источникам.

- 5 031052

Совместно эти многочисленные ограничения определяют общий максимальный уровень источника как функцию частоты. Принимая во внимание эту функцию, которая будет определена на основе свойств устройства, предлагаемый способ может быть применен, как описано выше, для создания графика свипсигнала, который предоставит желаемый частотный спектр выходного сигнала за минимально возможное время для данного управляемого источника. Альтернативно, указанный способ может быть использован для создания спектра с желаемым частотным профилем, который характеризуется максимально возможной амплитудой для данного времени свипа.

Преимущество предлагаемого подхода заключается в том, что источник может функционировать с максимальной или приблизительно максимальной выходной мощностью, по-прежнему выдавая спектр с предпочтительным частотным профилем. Таким образом, выходная мощность и эффективность выходного сигнала могут быть одновременно математически максимизированы. Суммарную акустическую энергию свипа контролируют при помощи времени, которое отведено для завершения свипа. Согласно некоторым вариантам осуществления устройство может генерировать свип на протяжении некоторого времени, после чего устройство делает паузу перед началом генерирования нового свипа. Согласно другим вариантам осуществления устройство может испускать звук непрерывно и время, которое отведено для завершения свипа, может быть выбрано с интервалами, удобно разнесенными по времени. Например, устройство может осуществлять повышение частоты, а затем понижение частоты и т.д., при этом начало и конец индивидуальных свипов могут быть определены в точках поворота частоты.

Раскрытые в настоящем документе способы могут быть применены различными путями. В своей самой простой форме для данного желаемого спектра выходного сигнала и данного набора ограничений как функций частоты, способ находит наиболее короткий свип, который выдает конкретный спектр выходного сигнала. В случае спектра с данным частотным профилем, чем выше полная амплитуда спектра выходного сигнала и, тем самым, выше общая энергия, необходимая для выходного свипа, тем больше длительность свипа, который будет необходим.

Обычно общее время свипа ограничено. Например, в случае морского источника, буксируемого движущимся судном с данной скоростью, свип должен быть завершен перед тем, как будет достигнут следующий пункт возбуждения. Время, в течение которого судно проходит расстояние между соседними пунктами возбуждения, ограничивает максимально допустимое время свипа. В этих случаях может быть желательным получить сигнал с предпочтительным частотным профилем спектра, который характеризуется максимальной амплитудой для конкретной общей длительности свипа. В этом случае согласно другому варианту осуществления способ может быть итерационно использован для нахождения максимально возможной амплитуды спектра выходного сигнала, которая совместима с физическими возможностями источника и соответствует свипу желательной длительности. В общем, длительность свипа будет варьировать пропорционально общей величине желаемого спектра мощности сигнала.

Аналогично, согласно другому варианту осуществления способ может быть использован путем итерационного применения для определения максимальной скорости судна, совместимой с получением выходного свипа с желаемой амплитудой для данного источника.

Способ может также быть использован для внесения поправки на изменения в зависимости от частоты передачи сигнала через среду. Например, сигнал, передаваемый в земные недра при помощи морского сейсмического источника, модифицируется при помощи его паразитного отражения от морской поверхности. Эта модификация может быть откорректирована путем применения раскрытого способа, в котором желаемый частотный профиль делят на нежелательную модификацию. В результате этого будет получен спектр сигнала в дальней зоне с желаемым профилем.

Однако отметим, что конструктивные соображения ограничивают свип частотными диапазонами, в которых волна-спутник, обусловленная поверхностью, не вызывает полное затухание или практически полное затухание передаваемого сигнала. Хорошо известно, что такие частотные диапазоны могут быть отрегулированы для включения желаемого частотного диапазона сигнала источника путем работы источника на подходящей глубине относительно морской поверхности.

Если физические ограничения морского источника изменяются в зависимости с его рабочей глубиной, то согласно другому варианту осуществления способ может быть итерационно рассчитан для диапазона глубин (и, следовательно, ограничений), чтобы найти оптимальную рабочую глубину источника для данного желаемого спектра выходного сигнала в дальней зоне. Возможно широкое разнообразие применений настоящего способа для проектирования исследований.

Способ может также быть использован в качестве средства проектирования путем конструирования динамической модели предлагаемого управляемого источника, включающей все аспекты проектирования, которые могут повлиять на его выход. Модель используют для оценки максимальной амплитуды выходного сигнала источника как функции частоты. Способ может быть использован для прогнозирования минимальной длины свипа, которая будет необходима для выдачи желаемого спектра выходного сигнала, а также может быть дополнительно использован для оценки влияния изменений проекта на длину свипа для того, чтобы прийти к проекту, который выдает желаемый спектр со свипом, продолжительность которого составляет не более определенного периода времени.

При необходимости способ может быть использован в сочетании с экспериментальными измере- 6 031052 ниями максимальной выходной мощности источника в зависимости от частоты, а не с оценками, основанными на динамической модели. Все, что будет необходимо для применения способов, раскрытых в настоящем документе, так это достоверная оценка максимальной выходной мощности источника в зависимости от частоты (независимо от ее происхождения) и желаемый спектр мощности выходного сигнала. Согласно некоторым вариантам осуществления максимальная выходная мощность может быть функцией как частоты, так и времени, например, если устройство периодически нуждается в уменьшении выдаваемой мощности для обеспечения рассеивания тепла. Если максимальная выходная мощность изменяется лишь очень медленно по сравнению с длительностью одного свипа, то предлагаемый способ может быть по-прежнему применен с обеспечением пригодных результатов, при этом необходимо периодически осуществлять повторное применение способа для того, чтобы повторно рассчитать оптимальный свип при изменении максимальной выходной мощности. Если предлагаемый способ применяют в случаях, когда максимальная выходная мощность характеризуется более быстрым изменением, то рассчитанные свипы будут менее близки к тому, чтобы быть оптимальными. Согласно некоторым вариантам осуществления устройство может характеризоваться наличием датчиков, которые будут динамически регулировать максимальную выходную мощность в режиме реального времени, и скорость свипа будет рассчитываться в режиме реального времени на основе определенного в настоящий момент значения максимальной выходной мощности.

Рассмотрим фиг. 1, на которой изображен общий обзор варианта осуществления и связанных с ним условий. Как изображено на фигуре, сейсмическая разведка будет спроектирована 110 в соответствии со способами, хорошо известными специалистам в данной области техники. Разведка может быть, например, сейсморазведкой на основе ВСП (вертикального сейсмического профиля), наземной съемкой, работами на акватории или любым их сочетанию. Специалистам в данной области техники будет понятно, как проектируются такие разведки и, в частности, как это следует выполнить, если задача разведки заключается в отображении конкретной поземной цели.

Как часть этого процесса, алгоритмы 140 будут доступны для ЦП (центрального процессора) 150, который может быть любым стандартным или специализированным программируемым вычислительным устройством, использующим указанные алгоритмы для того, чтобы осуществить разработку оптимальных свипов источника, которые будут использованы на стадии проектирования 110 разведки, как указано стрелкой от блока 150 к блоку 110. Алгоритмы 140, раскрытые в настоящем документе, могут быть сохранены на локальном или удаленном жестком диске или другом запоминающем устройстве.

В полевых условиях сейсмические данные будут собраны в соответствии с планом сейсмической разведки (блок 120). Это будет, как правило, предусматривать расположение источника и приемников, по меньшей мере, приблизительно в соответствии с проектом, а также регистрацию активаций источников согласно стандартной практике. Зарегистрированные сейсмические волны (т.е. сейсмические данные) могут (или могут не быть) подвержены некоторой обработке в полевых условиях перед передачей в центр обработки, в котором, как правило, выполняют основную обработку.

Как правило, внутри центра обработки будет осуществляться некоторая начальная обработка для того, чтобы связать каждую сейсмическую запись с некоторой поверхностью или другим местоположением (блок 130), хотя некоторые аспекты этого блока могут быть выполнены в полевых условиях. В любом случае вычислительная система 150, которая может быть рабочей станцией, сервером, мэйнфреймом, компьютером параллельного действия, сетевой группой компьютеров и рабочих станций и т.п., как правило, будет вовлечена в дополнительную обработку данных при подготовке к использованию их в разведке.

Затем, активации отдельных истоков или подгруппы источников будут идентифицированы и разделены согласно способам, хорошо известным для специалистов в данной области техники (например, при помощи способа разреженной инверсии). Алгоритмы такого разделения будут, как правило, доступны компьютеру, который использует их путем доступа к некоторому объему локального или удаленного жесткого диска или другого запоминающего устройства (блок 145). Дополнительные алгоритмы, используемые при обработке сейсмических данных, будут также загружены в ЦП 150, который может быть любым стандартным или специализированным программируемым вычислительным устройством.

Обычно сейсмические данные будут обработаны и отображены на дисплее вычислительной машины, таком как дисплей рабочей станции 170. Результаты обработки сейсмических данных могут быть использованы для создания карты или графиков сейсмических данных и/или сейсмических атрибутов 180 согласно способам, хорошо известным специалистам в данной области техники.

Согласно некоторым примерам способы, раскрытые в настоящем документе, могут быть частью компонента проектирования разведки блока 110, а затем могут быть реализованы при проведении разведки (блок 120).

На фиг. 2 представлены дополнительные детали стандартной последовательности обработки сейсмических данных, состоящей из сбора 210 сейсмических данных, редактирования 215, некоторого типа начальной обработки 220, кондиционирования и отображения 230 сигналов, получения отображенных секций и объемов 240, начальной интерпретации 250 сейсмических данных, дополнительного улучшения

260 отображения, совместимого с задачами разведки, генерирования 270 атрибутов на основе обработан- 7 031052 ных сейсмических данных, повторной интерпретации 280 сейсмических данных (при необходимости) и окончательного генерирования 290 перспектив бурения.

Рассмотрим фиг. 3, на которой приведена иллюстрация практического применения одного варианта осуществления во время фазы сбора данных сейсмического исследования. Согласно одному варианту осуществления по меньшей мере одно судно 310, расположенное на поверхности воды 320, будет тянуть один или несколько сейсмических резонаторов 330 (являющихся иллюстративным примером управляемого сейсмического источника), которые будут работать в соответствии с принципами, рассмотренными в настоящем документе. Согласно другому варианту осуществления (не показан) один или несколько сейсмических резонаторов 330 могут буксироваться автономным подводным аппаратом (АПА). Согласно некоторым вариантам осуществления одно или несколько сейсмических суден 310 будут буксировать множество датчиков 332 приемников. Согласно некоторым вариантам осуществления приемники 335 (например, донные приемники) будут установлены на дне 325 океана. Независимо от месторасположения приемников - под водой 320, на дне 325 океана и/или в скважинах под дном океана (не показаны) главная задача заключается в получении изображения конфигурации 324 подповерхностного слоя.

Обратимся теперь к рассмотрению некоторых теоретических аспектов, можно показать, что если частотный свип состоит из колеблющегося сигнала, частота которого медленно изменяется по времени и является непрерывной, и амплитуда которого изменяется медленно по сравнению с периодом колебания, его энергетический спектр при данной частоте теоретически равен удвоенной огибающей амплитуды сигнала в квадрате, деленной на скорость изменения угловой частоты свипа, которые взяты в момент времени, когда свип проходит через данную частоту. В общем виде это может быть выражено следующим уравнением:

В этом уравнении представляет собой преобразование Фурье изменения по времени АО свип сигнала;

ΆθΟ представляет собой амплитуду свип-сигнала в момент времени Ά когда он проходит через угловую частоту ® _ ²-7.

где f представляет собой частоту; и

А (С) представляет собой скорость изменения угловой частоты свипа в момент времени '

Изменение по времени свипа задано уравнением:

А(Г) = <x(/)sin(rf(t))

В этом уравнении представляет собой непрерывно возрастающую функцию времени после начала свипа, производная которой равна частоте свипа

Выбор удельной величины, заданной A(t), а также единиц измерения, будет зависеть от типа источника. A(t) следует выбрать таким образом, чтобы оно было пропорционально амплитуде наблюдаемого акустического поля, созданного источником:

В этом уравнении P(t) представляет собой излучаемое акустическое поле; и k представляет собой константу пропорциональности, преобразующую единицы. Уравнение для спектра акустического поля может быть записано как:

|р(й>)|² = и|А«)|

Хотя k в этом выражении может быть выбрано для использования таких единиц, что k=1, как правило, более удобно представить A(t) при помощи единиц, которые соответствуют физическим размерам акустического источника, и P(t) в стандартных единицах, используемых для измерения акустических уровней мощности, и выполнить преобразования единиц при необходимости с использованием k. Пара метр к также может варьировать в соответствии с правилом, которое используют для представления спектра мощности: например, инженеры-акустики учитывают как положительные, так и отрицательные частоты, а согласно принятому в области геофизики правилу рассматривают только мощность для положительных частот при расчете спектральной плотности мощности для сейсмического источника. Для некоторых практических применений целевой спектр является энергетическим спектром, измеряющим общую энергию свипа (стандартное правило для инженеров-геофизиков), но для других практических применений (например, для источника непрерывного излучения) целевой спектр является спектром мощности, измеряющим энергию за единицу времени (стандартное правило для инженеров-акустиков). Выбор единиц и правил, используемых для представления целевого спектра, будет определять подходящие единицы и значение для k в соответствии со способами, хорошо известными специалистам в данной области техники.

В случае компактного морского источника с подвижным поршнем A(t) может, например, быть вы- 8 031052 брано так, чтобы представлять объемное ускорение источника (компактным источником является источник, физические размеры которого являются небольшими по сравнению со значениями длины волны его акустического выходного сигнала). Для источника с подвижным поршнем V(t) = A_px(t) представляет объем воды, вытесненной источником, где A_p представляет собой площадь поперечного сечения подвижного поршня; и x(t) представляет собой смещение поршня как функцию времени. Затем A(t) выбирают так, чтобы быть оно равным второй производной объемного смещения по времени, т.е. A(f) = v(t) = л_рх(с), которой пропорциональна амплитуда наблюдаемого поля акустического давления, созданного источником на эталонной дистанции 1 м, с использованием константы пропорциональности

где р представляет собой плотность воды.

Это является корректной формулой для компактного морского источника с подвижным поршнем, если измеряют с использованием совместимых единиц, например Па² х Гц² на эталонном расстоянии 1 м при использовании единиц в системе СИ. Если для АД) были использованы единицы в системе СИ, а для P(t) были использованы мкПа (вместо Па), чтобы следовать правилу инженеров-акустиков для измерения уровня звукового давления, то k будет представлять собой вить желаемое преобразование единиц.

Продолжая этот пример, может быть записано в виде |л(®)|’=(й>ц,У|х®)|²,

для того, чтобы осущестсвязывая преобразование Фурье смещения x со спектром выходного сигнала

В случае наземного вибрационного сейсмического источника A(t) может быть выбрано так, чтобы представлять собой ускорение опорной плиты, которое и в этом случае является величиной, которой пропорциональна амплитуда наблюдаемого поля акустического давления, созданного источником на фиксированной эталонной дистанции. В целом, константа пропорциональности k будет зависеть от типа источника и выбора единиц и преобразований, используемых для представления A(t) и P(t).

Эти уравнения формируют базу для настоящего подхода. До настоящего времени попытки, направленные на формирование наблюдаемого акустического спектра выходного сигнала вибратора или резонатора, были сфокусированы на максимальном смещении поршня или опорной плиты. Однако настоящий подход обеспечивает гораздо более общий подход, который принимает во внимание множество ограничений, а не лишь одно ограничение, позволяя получать спектр с желаемым частотным профилем более эффективно, чем было возможно ранее.

Из указанного выше следует, что после задания желаемого спектра выходного сигнала 1^Л(^1 ’ величины “Й) _и Ф(0, которые определяют свип A(t), который будет производить желаемый спектр выходного сигнала, могут быть вычислены при помощи описанного ниже метода.

Если не существует ограничений по амплитуде квадрату которой пропорционален спектр выходного сигнала ’ то скорость изменения частоты, А(С). может быть просто установлена равной постоянной величине и регулируют для получения желаемой величины

Эту методику линейного свипа обычно используют в практических применениях, в которых управляемый сейсмический источник имеет мощности больше, чем необходимо.

На практике, как было пояснено выше, источник может не иметь резервной мощности, в этом случае а ограничивается физическими свойствами источника и будет ограничиваться некоторым максимальным значением которое может варьировать с частотой. Если цель заключается в получении от источника максимально возможной энергии, интуитивно очевидно, что источник должен работать все время с максимальной мощностью. Следовательно, определяющее уравнение принимает следующий вид:

|аа)|

Это уравнение может быть обращено для получения требования по частоте свипа:

Если цель заключается в определении минимального времени свипа, необходимого для достижения данного наблюдаемого акустического спектра (с определенной амплитудой, а не только с определенным частотным профилем), необходимо преобразовать предыдущее уравнение исходя из спектра мощности измеряемого акустического сигнала с использованием ранее введенной константы пропорциональности к. Уравнение для АО.) может быть преобразовано в форму, которая соотносит его непосредственно с желаемым наблюдаемым акустическим спектром. Теперь это уравнение может быть пере- 9 031052 писано в качестве дифференциального уравнения, решаемого для ro(t):

|ρ(ΰ>(0)|·

Аналогичной процедуре можно следовать для любого типа акустического источника, так что G может быть рассчитано непосредственно на основе знания и желаемого спектра мощности наблюдаемого акустического сигнала.

Отметим, что хотя записана как функция частоты, согласно некоторым вариантам она может также быть медленно изменяющейся функцией времени,

Эта ситуация может возникать, например, если температура источника поднимается медленно со временем, требуя снижения его максимальной амплитуды выходного сигнала. При условии, что скорость изменения ^а1иД®(А9 _со временем является низкой, в частности, если изменение в течение одного свипа является незначительным, предлагаемый способ может по-прежнему быть применен с условием, что периодически функцию необходимо будет повторно пересчитывать. В общем случае, когда AnaJAAO изменяется более быстро со временем, этот алгоритм больше не гарантирует получение оптимальных свипов, так как общая производительность может быть увеличена путем функционирования устройства в некоторых точках свипа с амплитудой, которая меньше максимальной, (т.е. ^α™«(®) может быть снижена в некоторых точках свипа). Однако в этом случае способ может быть по-прежнему полезен для расчета пробных свипов для множества сниженных

Для некоторых простых функций это уравнение может допускать аналитическое решение для

В общем случае, приблизительное численное решение может быть получено путем:

1) выбора начальной частоты ^<9 и конечной частоты “АО _для свипа;

2) задания со = со_в и t - 0 ;

3) ступенчатого изменения времени t, численно интегрируя для получения ^ωίί), причем при каждой итерации используют текущее значение для оценки ^а (9 = ^(0 = ^(^(0) ^и |^(θ| =|^(®(0)|

4) прекращения интегрирования, когда ~®^ε’ и сохранения конечного времени А ~^г ·

5) получения ^(0 (если необходимо, ®(О может быть интегрировано по времени от t = 0 до t = t_E), которое совместно с АО определяет полный свип АО = <x(0sm(^(i))

Начальное значение ~ может быть выбрано для определения исходного положения источника. Более точные численные методы (хорошо известные специалистам в области техники, относящейся к нахождению численных решений дифференциальных уравнений), могут также быть использованы для решения этого уравнения, например, метод Рунге-Кутта и метод квадратур. Методология тривиально обобщается на случай свип-сигналов с разверткой вниз и устройства, для которых “,'_№<®.Ο может также варьировать по времени в свипе. Конечное время t = t_E дает минимальное время свипа, необходимое для получения желаемого спектра выходного сигнала для этого источника.

Разумеется, при необходимости источник может работать с мощностью, которая меньше максимальной, но в этом случае время свипа для выдачи аналогичного спектра выходного сигнала может быть увеличено. Оптимальные свипы для этих случаев могут быть рассчитаны просто путем выбора более консервативной ^а^^ю'^>

Если РМ представляет желаемый частотный профиль, т.е. желаемую относительную спектральную форму, вместо абсолютного уровня спектральной мощности плотности, то k может быть записан как k = k_vk_u, где k_u в обычном порядке преобразует единицы, a k_v представляет собой ручку регулирования громкости. Величина k_v может варьировать для получения списка свипов при различных уровнях амплитуды, каждый из которых выдает желаемый частотный профиль, но в диапазоне возможных длительностей свипа

Если все остальное остается без изменений, в этом случае время свипа будет масштабироваться обратно пропорционально квадрату k_v, т.е.

следовательно, возможно прямо найти решение для значения k_v, которое выдаст любое желаемое t_Eлишь после одной начальной итерации. Согласно некоторым вариантам осуществления “««Д®) может также зависеть от времени в свипе (например, если устройство нагревается во время свипа, изменяя свои свойства), в случае чего может быть необходимо итерационное решение по множеству пробных значений k_v для нахождения свипа, который остается лишь в пределах желаемого лимита времени свипа t_max,

- 10 031052

т.е. для нахождения такого k_v, чтобы

Рассмотрим фиг. 5, на этой фигуре представлена операционная логика, пригодная для применения совместно с вариантом осуществления алогично тому, как это может быть реализовано на практике. Следует отметить, что хотя этот вариант осуществления рассмотрен в связи с морским поршневым источником, такой же общий подход может быть использован для проектирования оптимального или близкого к оптимальному свипа для морского вибратора или наземного вибратора или, в общем, для любого источника с управляемым качанием частоты.

Согласно этому варианту осуществления будут точно определены конкретные физические параметры поршня (блок 505). Предпочтительно точно определить, по меньшей мере, максимальный ход (смещение) поршня, который возможен (или рекомендуем, допустим, желателен и т.п.) для конкретного управляемого источника. Кроме того, согласно этому варианту осуществления также будут определены максимально возможные (или рекомендуемые, допустимые, желательные и т.п.) скорость и ускорение поршня. Наконец, хотя это и является необязательным во многих примерах, будет определена максимально возможная (или рекомендуемая, допустимая, желательная и т.п.) производная ускорения по времени (скорость изменения ускорения). Этот последний параметр является необязательным во многих случаях, так как он может вообще не быть полезным в качестве ограничения, что зависит от используемого конкретного резонатора и значений других выбранных выше параметров.

Затем согласно этому варианту осуществления выбранные значения параметров из блока 505 будут использованы для определения предельных кривых для этого резонатора как функции частоты (блок 510). Для этого примера ограничения выражают в количественной форме через объемное ускорение источника > так как указанное ускорение является величиной, которая может быть легко рассчитана для морского поршневого источника, и была ранее разъяснена, при этом она пропорциональна испускаемому акустическому давлению. Объемное ускорение связано со смещением х, скоростью ν, ускорением а и скоростью изменения ускоренияу источника через площадь поршня A_p следующим образом:

Смещение:

Скорость:

Ускорение:

Скорость изменения ускорения: У(а>) = А_р

На фиг. 6 представлены четыре кривые ограничений для гипотетического морского поршневого резонатора. Как можно видеть, на этой фигуре изображены кривые, соответствующие смещению, скорости, ускорению и скорости изменения ускорения. В контексте настоящего раскрытия эти кривые будут именоваться предельными кривыми, по одной для каждого из смещения (предельная кривая смещения), скорости (предельная кривая скорости), ускорение (предельная кривая ускорения) и, необязательно, скорости изменения ускорения (предельная кривая скорости изменения ускорения). Для этого примера предельные значения для смещения, скорости и скорости изменения ускорения являются константами, которые не зависят от частоты (т.е. они являются функциями-константами ω), при этом лимит по ускорению зависит от частоты. Согласно другим вариантам осуществления предельные значения для ускорения могут быть константой, которая не зависит от частоты, или все четыре предельных значения могут варьировать с частотой. Согласно другим вариантам осуществления любая или все предельные кривые могут сами по себе быть результатом сочетания двух или более ограничений. Фактически для этого иллюстративного устройства существуют два ограничения по ускорению, одно из которых не зависит от частоты, тогда как другое зависит. Предельная кривая ускорения, изображенная на фиг. 6, следует минимуму этих двух ограничений. Согласно другим вариантам осуществления, в зависимости от особенностей конкретного устройства, может существовать более четырех предельных кривых или менее четырех предельных кривых. Минимум всех взятых вместе предельных кривых выдает введенное выше значение

После этого предельные кривые, рассчитанные в блоке 510, будут использованы для определения ограничений свипа, свойственных этому конкретному резонатору (блок 515). Изображенные на фиг. 6 кривые демонстрируют пример одного из путей реализации этого. Согласно этому примеру жирную линию, связанную с кривой ограниченного уровня, выбрали для следования кривой, которая характеризуется наличием минимального значения для данной частоты (которая в дальнейшем в этом документе будет именоваться кривой ограниченного уровня или ограничивающей кривой). Результатом является непрерывная кривая, которая определяет на каждой частоте предельное значение “»»· при этом преобразование Фурье объемного ускорения будет использовано в представленном выше уравнении для определения свип-сигнала.

Если идет речь о морском сейсмическом источнике, то согласно этому варианту осуществления же- 11 031052 ной частотами свипа ^ий,Э·

Он может иметь любую форму и, например, может быть постоянным на протяжении выбранной полосы частот сигнала, т.е. может быть плоским спектром.

Согласно этому варианту осуществления и продолжая рассмотрение морского резонатора, затем будет выбрана рабочая глубина резонатора (блок 530). Хотя это подразумевает, что указанный вариант осуществления будет функционировать в морской среде, что более подробно будет рассмотрено ниже, это допущение сделано в настоящем документе лишь в целях конкретики при обсуждении этого частного примера.

Затем согласно одному варианту осуществления необходимый спектр в дальней зоне, приведенный к эталонной дистанции 1 mJ ’ будет вычислен из желаемого спектра в дальней зоне и выбранной рабочей глубины. Это может быть выполнено в соответствии со способами, хорошо известными специалистам в данной области техники. Тем не менее, один метод выполнения этого расчета заключается в следующем. Если источник находится на глубине d, а скорость звука в воде составляет с, то эффект паразитного отражения от поверхности воды заключается в модификации спектральной амплитуды в дальней зоне, так что

Если желаемый диапазон ненулевых частот в дальней зоне включает в себя любую частоту, при которой этот коэффициент распространения равен нулю или приблизительно нулю, то следует повторно выбрать рабочую глубину d или диапазон частот свипа. Согласно этому варианту осуществления требуемый спектр мощности в ближней зоне может быть рассчитан (блок 535) следующим образом:

В этом примере спектр выходного сигнала

спектру в дальней зоне

так что

Для этого примера был выбран пропорциональным акустическому

при л(Ц = к(Ц, где р представляет собой плотность воды, что предполагает соответствующий выбор единиц для

После этого акустический спектр в ближней зоне может быть преобразован (блок 540) в требуемый спектр объемного ускорения при помощи следующего уравнения:

|й(®)|² =|дд®)|² /к^г

Рассмотрим теперь наземную ветку, изображенную на фиг. 5, в случае, когда предлагаемый способ применяют к наземным (вибросейсмическим) источникам, желаемый спектр усилия будет нуждаться в уточнении (блок 525). Дополнительные подробности могут быть найдены ниже.

Учитывая упомянутое ранее, определенные выше элементы могут быть использованы для расчета того, как частота свипа должна колебаться во времени. Формула является такой же вне зависимости от того, вычислена ли скорость изменения частоты из спектра объемного ускорения для морского сейсмического источника (блок 545) или спектра усилия для наземного сейсмического источника (блок 547):

|л(®(0)|

Продолжим рассмотрение этого пример, согласно некоторым вариантам осуществления приведенное выше дифференциальное уравнением может быть интегрировано по времени для получения выражения изменение частоты по времени m(t) (блок 550).

Для рассматриваемого поршневого источника (т.е. ветка Резонатор) уравнения могут быть использованы для нахождения соответствующего среднеквадратического значения амплитуды движения поршня как функцию времени (блок 555):

Этого будет достаточно для примера резонатора со свободно колеблющимся поршнем; согласно

- 12 031052 этому варианту осуществления устройство работает с максимально допустимым среднеквадратическим значением амплитуды ’ когда резонансная частота устройства отрегулирована по времени согласно ait).

Согласно другим вариантам осуществления следует произвести интегрирование ^{ш л} для получения азатем ^(0 = a(0sin(^(0), _где «(О - аг„_их(й>(0), _следу_{ет использовать} для определения свипа A(t) (т.е. блок 557 по ветке Вибратор, изображенной на фиг. 5).

На практике другие способы могут быть использованы для расчета фаз постепенного повышения и понижения частоты свипа, причем это изменение используется для находящегося между ними тела свипа.

Наконец, предполагается, что полученный ранее свип будет использован для обеспечения управления функционированием управляемого сейсмического источника в качестве части сейсмического исследования, цель которого заключается в отображении некоторой части земных недр (блок 560).

Примеры

Далее будут приведены два примера практического применения способа в отношении двух различ ных источников путем иллюстрации его использования для проектирования свипов, которым присущи физические ограничения, налагаемые источником. Первый пример относится к наземному вибратору, а второй пример относится к морскому поршневому источнику.

В первом примере будет выбран наземный вибратор, которому присущи известные характеристики низкочастотного вибратора «Liquidator» университета штата Техас в г. Остине, а именно:

Реактивная масса: 3575 кг

Максимальное относительное смещение; ±0,2 м

Максимальное усилие: 89 кН

В целях иллюстрации будут использованы следующие параметры:

Максимальная относительная скорость: 3 м/с

Внутренний импеданс: 30000 Нс/м

Максимально допустимое усилие по внутреннему импедансу: 10000 Н

Масса поршня: 1000 кг

Импеданс основания: 106 Нс/м.

Схематическое изображение иллюстративной системы приведено на фиг. 7. Пример, изображенный на этой фигуре, может быть описан как односторонний, так как только поршень взаимодействует со средой, в которой распространяется сигнал (земные недра). Корпус обеспечивает инерционную реактив ную массу.

Этот пример будет сформулирован в отношении скорости поршня, а не объемного ускорения, которое использовали в иллюстративных целях в предыдущих уравнениях. Частично это сделано потому, что показатель объемного ускорения обычно не подходит для наземного источника, для которого площадь поршня не так важна, как для морского источника. Кроме того, это означает, что параметры системы могут быть описаны непосредственно через механический импеданс, то есть отношения прикладываемого усилия к результирующей скорости при любой данной частоте. На графике ограничений, который связан с этим примером и показан на фиг. 8, ось ординат градуирована соответственно в единицах скоро сти плиты основания.

Принимая выбранные выше параметры, согласно этой фигуре источник будет ограничен по смещению до приблизительно 7 рад/с (ограничение х), а также ограничен максимальным усилием, которое может поддержать его внутренний импеданс, до приблизительно 17 рад/с (ограничение fz). Выше этой точки он ограничен максимальным усилием, которое может обеспечить гидравлическая система (ограничение fs). Пиковая мощность близка к максимальному усилию силового привода; выше приблизительно 1000 рад/с начинается спад, так как начинает действовать инерция опорной плиты.

Кривая на фиг. 8 имеет несколько важных характеристик. В этом примере ограничение по скорости является не просто горизонтальной линией. Это обусловлено тем, что хотя график ограничений измеряет скорость плиты основания, само ограничение будет на скорости поршня (опорной плиты) относительно корпуса привода, а не на самой скорости поршня. На низких частотах импеданс среды выше инерции привода, и привод движется без значительного перемещения среды. Однако при повышении частоты происходит повышение инерционного импеданса, и, следовательно, повышается перемещение, сообщенное среде. Таким образом, при более высоких частотах ограничение по скорости становится горизонтальной линией.

Дополнительно, в этом примере ограничение по внутреннему усилию (fz) проходит параллельно ограничению по скорости. Это обусловлено тем, что оба ограничения непосредственно зависят от относительной скорости (и, следовательно, находятся в фиксированной пропорции). Абсолютный уровень

- 13 031052 ограничения по внутреннему усилию является оценкой: он будет увеличиваться или уменьшаться, если допустимое внутреннее усилие увеличивается или снижается, или если оцененный внутренний импеданс снижается или увеличивается.

Обозначим огибающую ограничения по скорости v_max. Желаемый свип будет теперь определен как изменения по времени, подчиняющиеся v_max, что дает желаемый спектр усилия в среде. Для наземных источников выходной сигнал обычно определяют через усилие плиты основания, приложенное к земной поверхности, а не акустическое давление в дальней зоне, следовательно, в этом примере нет необходимости в использовании коэффициента преобразования k, или, альтернативно, k = 1 для этого примера. Функция 1⁷»1 связана со скоростью поршня ^ν'·^<ω) и импедансом основания ^ζ/^ω) _Пр_И помощи следующего уравнения:

|.ζ<ω)| = y[2v_p(a>)z_m(a>)

С учетом приведенных выше уравнений (в частности, в разделе Варианты осуществления настоящего изобретения) и помня, что толкающее усилие занимает место объемного ускорения, получаем следующее:

В этом уравнении ?<» представляет собой момент времени, в который частота свипа проходит через |7Д®)| представляет собой спектр усилия, прикладываемого к основанию и представляет собой максимальное желаемое значение скорости поршня при угловой частоте ω.

Теперь может быть спроектирован оптимальный свип для этого примера. Скорость изменения частоты может быть извлечена или найдена с получением уравнения следующего вида:

|./>)| J

Принимая во внимание предыдущее выражение, численное интегрирование является одним из способов расчета частоты как функции времени согласно методу, описанному ранее применительно к этому

варианту осуществления.

В случае плоского спектра в диапазоне 1-16 Гц для спектра усилия, приложенного к основанию, 56 кН/Гц численное интегрирование дает график частоты по времени свипа, изображенный на фиг. 9.

График изменения скорости опорной плиты по времени для этого примера изображен на фиг. 10. Изменения по времени толкающего усилия с исходной фазой в нуле изображены на фиг. 11. Наконец, спектр усилия, численно вычисленный из этого свипа, изображен на фиг. 12. Как предполагалось, он является плоским, но с колебаниями на краях полосы. Эти проявления эффекта Гиббса, которые очевидны в этом примере, вызваны резким началом и концом свипа, при этом они могут быть уменьшены при помощи подходящих линейных изменений амплитуды методом, известным специалистам в данной области техники.

Во втором примере смоделирован морской резонансный источник, в котором резонансные внутренние динамические свойства обеспечивают большую часть усилия на его поршне. Этот пример будет относиться к двухстороннему источнику, так как поршень и корпус устройства взаимодействуют с водой и могут оказывать влияние на выходной сигнал. Равно как и прямое влияние поршня и корпуса на среду, этот пример вызывает передаточный импеданс между двумя концами: скорость поршня создает усилие, воздействующее на корпус, а скорость корпуса создает усилие, воздействующее на поршень. Схематическое изображение существенных компонентов источника изображено на фиг. 13.

Источник для этого примера может быть смоделирован с использованием следующих параметров:

Масса источника:	15000 кг
Масса поршня;	4000 кг
Максимальное относительно смещение:	±0,1 м
Максимальная относительная скорость:	2 м/с
Максимальное усилие силового привода:	12 кН

Максимально допустимое усилие по внутреннему сопротивлению: 280 кН (только по настраиваемой части - см. ниже).

Импеданс среды для этого примера задан равным низкочастотному импедансу поршня плюс небольшая добавка на гидродинамическое сопротивление.

Передаточный импеданс моделируют в качестве небольшой части (0,1) импеданса поршня с добавлением 2% пропорционального демпфирования в иллюстративных целях.

В этом примере внутренний импеданс zs моделируют в качестве двух параллельных пружин, одна из которых имеет фиксированную жесткость, а другая имеет переменную жесткость и является настраиваемой таким образом, чтобы была возможность управлять резонансной частотой источника для следо

- 14 031052 вания за желаемым частотно-временным профилем. Максимальное ускорение поршня задано наибольшим усилием, которое могут вынести поддерживающие его пружины. Пружина с фиксированной жесткостью может выдерживать большее усилие, чем пружина с переменной жесткостью; следовательно, большие ускорения могут допускаться при низких частотах, когда на фиксированную пружину приходится большая часть усилия, необходимого для ускорения поршня. Следовательно, ограничение по ускорению не является постоянным по частоте.

Этот вариант осуществления будет теперь применен для получения свипа, который будет выдавать плоский спектр в дальней зоне между частотами 3 и 50 Гц, а также для вывода его минимальной длительности.

График ограничений для этого примера показан на фиг. 14. Ось ординат градуирована в единицах объемного ускорения, как использовано на фиг. 6, при этом специалистам в данной области техники будет понятно, что такой выбор сделан из соображений удобства. Необходимо лишь, чтобы переменная, используемая в качестве ограничения, могла быть связана с релевантными ограниченными свойствами движения в модели, а также чтобы коэффициент масштабирования и наблюдаемый выходной сигнал являлись известными. Этот график ограничений очень отличается от одностороннего случая. Возможность применения предлагаемого подхода в равной степени как к односторонним, так и к двухсторонним акустическим источникам можно рассматривать в качестве преимущества.

Модель будет теперь использована для расчета свипа, который дает плоский спектр в дальней зоне 200 дБ на 1 мкПа/1 Гц при эталонной дистанции 1 м. Это влечет за собой корректировку свипа для того, чтобы принять во внимание искажения, вносимые паразитным отражением от морской поверхности, как описано ранее. Если объемное ускорение выражено через ускорение поршня а, а целевой спектр через спектр давления в дальней зоне _неслОжно получить уравнение, обуславливающее оптимальный профиль свипа, из приведенных выше уравнений:

Л(/э) = Κ(ω) = а(й>) = Аа(&) |л(®)| = |7,„(®)|/^ ’ следовательно

где d представляет собой глубину источника, и a._max(rn) представляет собой максимальное желательное ускорение поршня при угловой частоте ω. В этом случае коэффициент 10⁶ в k является необходимым из-за (несогласованного) выбора единиц: единицы измерения системы СИ для 4(^), _н0 мкПА на Гц для

Как и ранее, в этом примере численное интегрирование будет использовано для вычисления частоты как функции времени для получения свипа от 3 до 50 Гц, что является подходящим диапазоном для иллюстрирования влияний ограничений по смещению, скорости и ускорению.

Для этого примера частота как функция времени показана на фиг. 15. Очевидно, что длительность свипа должна составлять приблизительно 34 секунды для обеспечения желательного спектра выходного сигнала. Изменение давление на эталонной дистанции 1 м по времени изображено на фиг. 16. На фиг. 17 изображен спектр в дальней зоне и приведенный для сравнения целевой уровень 200 дБ, изображенный пунктирной линией. Спектр в дальней зоне является плоским, как и предполагалось, за исключением участков с колебаниями рядом с краями полосы. В этом примере эффект Гиббса также, по меньшей мере, частично несет ответственность за ненулевые спектральные амплитуды на более высоких частотах, которые модулированы посредством эффекта паразитного отражения от морской поверхности.

Наконец, согласно еще одному варианту осуществления предлагается управляемый сейсмический источник с качающейся частотой (см. фиг. 4), который предназначен для функционирования в соответствии с раскрытыми в настоящем документе способами. Отметим, что, как разъяснено более подробно ниже, вариант осуществления на этой фигуре предназначен для представления в общих чертах как вибрационных (наземных или морских), так и резонирующих (морских) источников. Согласно варианту осуществления, представленному на этой фигуре, источник 400 будет содержать, по меньшей мере, поршень 420 и контроллер 410, который управляет работой поршня. Как правило, контроллер будет содержать, по меньшей мере, ЦП 430 некоторого типа (например, микропроцессор, микроконтроллер, матрицу логиче

- 15 031052 ских элементов или другое программируемое логическое устройство) и (энергозависимое или энергонезависимое) запоминающее устройство 400 с некоторым объемом, которое доступно ЦП 430 и которое обычно будет использовано для хранения графика свипа, который определен в соответствии со способами, рассмотренными в настоящем документе. Следует отметить, что запоминающее устройство 440 может быть внутренним или внешним в отношении ЦП 430. В процессе работы при испускании разработанного свипа контроллер 410 будет управлять работой излучающего поршня 420 в соответствии со способами, хорошо известными специалистами в данной области техники. Дополнительно в этом примере предусмотрены линия 460 управления пружиной с переменной жесткостью, благодаря которой контроллер 410 может варьировать резонансную частоту излучающего поршня 420, а также силовой привод 470 и связанная с силовым приводом линия 475 управления, благодаря которым можно будет управлять огибающей смещения поршня 420.

Отметим, что хотя представленное выше было рассмотрено в отношении резонатора, специалистам в данной области техники будет понятно каким образом пример, изображенный на фиг. 4, может быть модифицирован для его преобразования в наземный или морской вибратор. В случае вибратора эта схема может быть модифицирована таким образом, чтобы представлять схему вибратора путем устранения линии 460 управления пружиной с переменной жесткостью. Отметим, что в случае резонатора управляют огибающей смещения, а в случае вибратора управляют самим смещением. Разумеется, в случае наземного резонатора или вибратора, опорная плита будет использована вместо поршня, применяемого в морских резонаторах или вибраторах.

Энергетический спектр выходного сигнала источника с качающейся частотой пропорционален квадрату его амплитуды в момент времени, когда он проходит через любую данную частоту, и обратно пропорционален скорости изменения частоты по времени в этот же момент времени. Этот факт может быть использован для определения скорости изменения частоты как функции времени, которая необходима для получения любого необходимого спектра выходного сигнала, который устройство способно выдавать, учитывая предусмотренную максимальную амплитуду, которую устройство может выдавать как функцию частоты. Это также может быть использовано для определения минимальной длительности свипа, необходимой для получения желаемого спектра для данного источника с качающейся частотой.

Эта зависимость спектра от скорости изменения частоты справедлива для любого типа устройств, испускающих акустическое излучение в частотном свипе, например, наземных вибраторов, скважинных пьезоэлектрических источников, морских вибраторов, резонаторов, сирен, скважинных вибраторов и т. п. Таким образом, описанная в настоящем документе методология является очень общей и подходит для любого вида сейсмических свип-источников, для которых ограничение для амплитуды выходного сигнала может быть описано как функция частоты. Такого рода анализ применим во всех случаях, когда скорости изменения амплитуды и частоты являются относительно медленными по сравнению с периодом испускаемой частоты, независимо от типа устройства.

Раскрытый подход может быть использован для множества других целей, которые связаны с манипуляцией или коррекцией передаваемого сигнала. Например, если желательно получить сигнал с предпочтительным частотным профилем и определенной длительностью, то указанный способ может быть итерационно использован для нахождения максимально возможной амплитуды спектра выходного сигнала, совместимого с физическими возможностями источника и соответствующего свипу желательной длительности. В целом длительность свипа будет варьировать в пропорции от абсолютной величины целевого спектра мощности, т. е. в два раза больше энергии получают путем увеличения длительности свипа в два раза.

Идеи настоящего изобретения могут также быть использованы для внесения поправки на изменения в зависимости от частоты передачи сигнала через среду. Например, сигнал, передаваемый в земные недра при помощи морского сейсмического источника, модифицируется при помощи паразитного отражения его сигнала от морской поверхности. Эта модификация может быть откорректирована путем применения раскрытого способа, в котором желаемый частотный профиль делят на нежелательную модификацию. В результате этого будет получен спектр сигнала в дальней зоне с желаемым профилем. Однако указанный способ будет обычно ограничен частотными диапазонами, в которых волна-спутник, обусловленная поверхностью, не вызывает полное затухание или практически полное затухание передаваемого сигнала. Хорошо известно, что такие частотные диапазоны могут быть отрегулированы для включения желаемого частотного диапазона сигнала источника путем работы источника на подходящей глубине относительно морской поверхности.

Предлагаемый способ может также быть использован в качестве средства проектирования путем конструирования динамической модели предлагаемого управляемого источника, включающей все аспекты проектирования, которые могут повлиять на его выходной сигнал. Модель используют для оценки максимальной амплитуды выходного сигнала источника как функции частоты. Предлагаемый способ может быть использован для прогнозирования минимальной длины свипа, которая будет необходима для выдачи желаемого спектра выходного сигнала, а также может быть дополнительно использован для оценки влияния изменений проекта на длину свипа для того, чтобы прийти к проекту, который выдает желаемый спектр со свипом, продолжительность которого составляет не более определенного периода

- 16 031052 времени.

Предлагаемый способ может быть использован в сочетании с экспериментальными измерениями максимальной выходной мощности источника как функции частоты, а не с оценками, основанными на динамической модели. Все, что будет необходимо для применения способа, - это достоверная оценка максимальной выходной мощности источника в зависимости от частоты (независимо от ее происхождения) и желаемый спектр мощности выходного сигнала.

Выше описание велось, в основном, в контексте стандартных сейсмических разведок, но это было сделано лишь в целях иллюстрации и вовсе не с намерением ограничить применение идей настоящего изобретения, раскрытых в настоящем документе, лишь этими типами сейсмических разведок. Специалистам в данной области техники будет понятно как варианты осуществления, представленные выше в настоящем документе, могут быть легко применены, например, к двумерным, трехмерным, четырехмерным и тому подобным исследованиям, инклинометрии или любому их сочетанию, а также к случаям, в которых источник испускает звуковые колебания в разделенных свипах, в промежутках между которыми относительная тишина, или к случаям, в которых источник испускает звуковые колебания непрерывно или в течение относительно долгих интервалов без перерывов.

Если в настоящем документе упоминается способ, предусматривающий две или более определенных стадии, то определенные стадии могут быть выполнены в любом порядке или одновременно (кроме случаев, когда контекст исключает такую возможность), при этом способ может также предусматривать одну или несколько других стадий, которые осуществляют перед этими определенными стадиями, между двумя из этих определенных стадий или после всех этих определенных стадий (кроме случаев, когда контекст исключает такую возможность).

Хотя предлагаемые система и способ описаны и проиллюстрированы в настоящем документе на примере некоторых конкретных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры, специалисты могут внести различные изменения и дальнейшие модификации, помимо показанных или предложенных в настоящем документе изменений и модификаций, в пределах сути настоящего изобретения, объем которого определен прилагаемой формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ сейсмической разведки над районом земных недр, содержащим структурные или стратиграфические особенности, способствующие присутствию, миграции или аккумуляции углеводородов, при помощи управляемого сейсмического источника, причем указанный способ предусматривает определение предельных кривых для каждого из множества параметров, характерных для указанного управляемого источника, как функцию зависимости от частоты;

получение ограничивающей кривой для указанного управляемого источника на основе указанных определенных предельных кривых;

получение свип-сигнала для указанного управляемого источника на основе указанной ограничивающей кривой и (f) осуществление сбора сейсмических данных рядом с районом земных недр на основе указанного свип-сигнала как части профиля свип-сигнала, в котором указанный управляемый источник функционирует с максимальной или приближенной к максимальной выходной акустической мощностью для минимизирования продолжительности свип-сигнала или максимального увеличения достигаемой амплитуды для заданного частотного профиля в случае, когда указанный свип-сигнал имеет заранее заданную продолжительность.
2. Способ сейсмической разведки по п.1, в котором указанный управляемый источник представляет собой морской резонатор, или морской вибратор, или наземный вибратор, или скважинный вибратор.
3. Способ сейсмической разведки по п.1, в котором указанный управляемый сейсмический источник является морским резонатором, указанный морской резонатор характеризуется наличием поршня и указанное множество параметров, характерных для указанного управляемого источника, содержит по меньшей мере два из максимального смещения поршня резонатора, максимальной скорости поршня резонатора, максимального ускорения поршня резонатора и максимальной скорости изменения ускорения поршня резонатора.
4. Способ сейсмической разведки по п.3, в котором определение предельных кривых предусматривает определение предельных кривых для каждого из указанного множества параметров как функции от частоты, при этом каждая из указанных предельных кривых основана на ограничении объемного ускорения.
5. Способ сейсмической разведки по п.3, в котором определение предельных кривых:

определение предельных кривых для каждого из указанного множества параметров в зависимости от частоты, при этом в каждой из указанных предельных кривых используют ограничение объемного ускорения, определенное согласно

- 17 031052

Ё(й») = А_ра>²х(со)

J/(co) = A_pcov(o)

7(ίΰ) = Α_ρα(ΰ>)

V(^A^ co где представляет собой ограничение объемного ускорения;

ω представляет собой частоту;

А_р представляет собой площадь поперечного сечения указанного поршня резонатора;

х( ω) представляет собой максимальное смещение поршня резонатора;

ν(ω) представляет собой максимальную скорость поршня резонатора;

α(ω) представляет собой максимальное ускорение поршня резонатора и |(ω) представляет собой максимальную скорость изменения ускорения поршня резонатора.
6. Способ сейсмической разведки над районом земных недр, содержащим структурные или стратиграфические особенности, способствующие присутствию, миграции или аккумуляции углеводородов, при помощи управляемого сейсмического источника, представляющего собой поршень для генерирования управляемого сигнала с качающейся частотой (свип-сигнала), причем указанный способ предусматривает определение, по меньшей мере, максимального смещения поршня, максимальной скорости поршня и максимального ускорения поршня;

расчет предельной кривой смещения на основе указанного максимального смещения поршня; расчет предельной кривой скорости на основе указанной максимальной скорости поршня; расчет предельной кривой ускорения на основе указанного максимального ускорения поршня; определение ограниченной предельной кривой на основе указанной предельной кривой смещения, указанной предельной кривой скорости и указанной предельной кривой ускорения;

(g) проектирование графика свипа, предназначенного для указанного сейсмического источника, на основе указанной ограниченной предельной кривой; и (h) сбор сейсмических данных рядом с указанным районом земных недр на основании указанного графика свипа, тем самым осуществляя разведку указанного района земных недр.
7. Способ сейсмической разведки по п.6, в котором указанный сейсмический источник представляет собой морской резонатор, или морской вибратор, или наземный вибратор, или скважинный вибратор.
8. Способ сейсмической разведки по п.6, в котором каждая из указанной предельной кривой смещения, указанной предельной кривой скорости и указанной предельной кривой ускорения зависит от частоты, и каждая из указанных предельных кривых основана на ограничении объемного ускорения.
9. Способ сейсмической разведки по п.8, в котором указанный сейсмический источник является морским резонатором и указанную предельную кривую смещения рассчитывают по следующей формуле:

V(a>) = А_рсо^гх(а) указанную предельную кривую скорости рассчитывают по следующей формуле: ν(ω)-Α_ρων(ω) указанную предельную кривую ускорения рассчитывают по следующей формуле:

V(co) = A_pa(co) где представляет собой ограничение объемного ускорения;

ω представляет собой частоту;

Ар представляет собой площадь поперечного сечения указанного поршня;

х( ω) представляет собой максимальное смещение поршня;

ν(ω) представляет собой максимальную скорость поршня и α(ω) представляет собой максимальное ускорение поршня.
10. Управляемый сейсмический источник с качающейся частотой, содержащий:

(a) корпус;

(b) поршень, находящийся внутри указанного корпуса, при этом указанный поршень предназначен, по меньшей мере, для генерирования сейсмического сигнала с качающейся частотой; и (c) контроллер, связанный при помощи электронных средств связи с указанным поршнем, при этом указанный контроллер содержит график свипа для перемещения указанного поршня внутри указанного корпуса, чтобы генерировать указанный сейсмический сигнал с качающейся частотой, при этом указанный график свипа определен при помощи способа, предусматривающего:

(c1) определение для указанного поршня, по меньшей мере, максимального значения смещения поршня, максимального значения скорости поршня и максимального значения ускорения поршня;

(с2) расчет предельной кривой смещения на основе указанного максимального значения смещения поршня;

(с3) расчет предельной кривой скорости на основе указанного максимального значения скорости

- 18 031052 поршня;

(с4) расчет предельной кривой ускорения на основе указанного максимального значения ускорения поршня;

(с5) определение ограниченной предельной кривой на основе указанной предельной кривой смещения, указанной предельной кривой скорости и указанной предельной кривой ускорения и (с6) проектирование графика свипа, предназначенного для указанного сейсмического источника, на основе указанной ограниченной предельной кривой.
11. Управляемый сейсмический источник с качающейся частотой по п.10, в котором указанный управляемый сейсмический источник с качающейся частотой представляет собой морской резонатор, или морской вибратор, или наземный вибратор, или скважинный вибратор.
12. Управляемый сейсмический источник с качающейся частотой по п.10, в котором каждая из указанной предельной кривой смещения, указанной предельной кривой скорости и указанной предельной кривой ускорения зависит от частоты и каждая из указанных предельных кривых основана на ограничении объемного ускорения.
13. Управляемый сейсмический источник с качающейся частотой по п.12, в котором указанный управляемый сейсмический источник с качающейся частотой является морским резонатором и указанная предельная кривая смещения рассчитана по следующей формуле:

У(а>) = А_ра>^г х(а>) указанная предельная кривая скорости рассчитана по следующей формуле:

Κ(ω) = Α_ρων(ω) указанная предельная кривая ускорения рассчитана по следующей формуле:

Ϋ(ω) = А_ра(а>) где представляет собой ограничение объемного ускорения;

ω представляет собой частоту;

А_р представляет собой площадь поперечного сечения указанного поршня;

,\(ω) представляет собой максимальное смещение поршня;

ν(ω) представляет собой максимальную скорость поршня и α(ω) представляет собой максимальное ускорение поршня.
14. Способ сейсмической разведки над районом земных недр, содержащим структурные или стратиграфические особенности, способствующие присутствию, миграции или аккумуляции углеводородов, при помощи управляемого сейсмического источника, представляющего собой поршень для генерирования управляемого сигнала с качающейся частотой (свип-сигнала), причем указанный способ предусматривает определение по меньшей мере двух из максимального смещения поршня, максимальной скорости поршня, максимального ускорения поршня и максимальной скорости изменения ускорения поршня;

расчет соответствующей предельной кривой для каждого из указанных определенных по меньшей мере двух из максимального смещения поршня, максимальной скорости поршня, максимального ускорения поршня и максимальной скорости изменения ускорения поршня;

определение ограниченной предельной кривой на основе указанных соответствующих предельных кривых;

(e) проектирование графика свипа, предназначенного для указанного сейсмического источника, на основе применения указанной ограниченной предельной кривой; и (f) сбор сейсмических данных рядом с указанным районом земных недр на основе указанного графика свип-сигнала, тем самым осуществляя разведку указанного района земных недр.
15. Способ сейсмической разведки по п.14, в котором указанный сейсмический источник представляет собой морской вибратор, или наземный вибратор, или скважинный вибратор.

- 19 031052 ________________________________________________________110

IПроектируют сейсморазведку дляI отображения подповерхностногоI объекта...... | < 120

Проводят сейсморазведку • Располагают источник(и)/сейсмоприемники согласно проекту • Начинают регистрацию Активируют источник(и) согласно проекту ’Обнаруживают и регистрируют сейсмические сигналы

130 γ, I Ζ

Начальная обработка: получение геофизических данных с х/у [координатами

Компьютерное отображение геофизических данных и/или атрибутов

Рабочая станция

Обрабатывающий компьютер(ы) или Рабочая станция ________________<140_____ |* * Алгоритмы для выбора параметров для [формирования спектра выходного {.сигнала резонатора .....................................................

I ___Г М5 , • Алгоритмы для обработки / [отображения сейсмических данных J

Карта или график сейсмических данных и/или атрибутов

18(1

Фиг. 1

Фиг. 2

Фиг. 3

- 20 031052

Фиг. 4

Фиг. 5

- 21 031052

Фиг. 7

Модель одностороннего привода Оптимальный свип в диапазоне 1-16 Гц пъ,: 3575 кг. ну 1000 кг, z_s: 3000 Н/см, z_m: 1000000 Н/с-м хшах: 0,2 м, vrnax: 3 m/s, fsmax: 89000 Н, fziuax: 40000 Η Выходной спектральный уровень: 56337 Н/Гц

10 15 20 25 30

Фиг. 9

Фиг. 10

Модель одностороннего привода Оптимальный свип в диапазоне 1-16 Г и

11%: 3575 кг, т_р: 1000 кг, ту. 3000 Н/см. z_ro: 1000000 Н/с-м хитах: 0,2 м. vmax: 3 ητ/s. fsmax: 89000 Н. fzmax: 40000 Η дБна!Н/Гц Спектр усилия на поршне

Фиг. 11

- 22 031052

Фиг. 13

Фиг. 15

Фиг. 16

- 23 031052