專利名稱：從震源發(fā)出的帶外能量的衰減的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式總體上涉及海洋地震勘探。更具體地說(shuō)，這些技術(shù)的實(shí)施方式涉及對(duì)海洋震源發(fā)出的帶外能量的衰減。
背景技術(shù)：
下面的描述和例子不構(gòu)成由于將其包含在這個(gè)部分中而認(rèn)為其為現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。諸如氣槍等震源產(chǎn)生用在海洋地震勘探中的壓力信號(hào)。氣槍可描述為具有填充有壓縮氣體的腔室。該壓縮氣體通過一個(gè)或多個(gè)端口被釋放到周圍的水中。每個(gè)端口都是一個(gè)管道，壓縮氣體通過該管道逸出腔室并進(jìn)入周圍的水中，由此產(chǎn)生聲脈沖?，F(xiàn)有技術(shù)的氣槍發(fā)出非常明顯的聲脈沖，具有高幅值，形成了高頻聲能。高頻聲能通常包含某些頻率的能量，這些頻率對(duì)于成像沒有用處，而且處于地震勘探所關(guān)注的頻率范圍之外。這種帶外信號(hào)被認(rèn)為是噪聲，而且可能對(duì)海洋生物有不利影響。因此，需要找到用來(lái)減少諸如氣槍等震源發(fā)出的帶外頻率的幅值的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)所描述的是用來(lái)衰減震源發(fā)出的帶外能量的多種技術(shù)和工藝的實(shí)施方式。 在一種實(shí)施方式中，一種用于衰減從海洋地震勘測(cè)中使用的震源發(fā)出的帶外能量的方法可以包括將所述震源放進(jìn)水體中，然后，將氣體釋放到所述震源周圍一定體積的水中。所釋放氣體能夠以小于2. 9X IO6立方米每立方秒的速率排開所述震源周圍一定體積的水。上述的用于衰減從震源發(fā)出的帶外能量的方法可以使用多種類型的震源實(shí)現(xiàn)。在一種實(shí)施方式中，所述震源可以包括外缸、內(nèi)缸、軸線桿、致動(dòng)器和氣源。內(nèi)缸可以設(shè)置在外缸內(nèi)部，使得內(nèi)缸的外壁與外缸的內(nèi)壁貼合。外缸和內(nèi)缸可以有一個(gè)以上的開口，使得內(nèi)缸的開口能夠在內(nèi)缸的多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)位置處與外缸的開口對(duì)準(zhǔn)。軸線桿可以結(jié)合到內(nèi)缸，使得軸線桿可以轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)缸。致動(dòng)器可以結(jié)合到軸線桿，使得致動(dòng)器可以控制內(nèi)缸的轉(zhuǎn)速。氣源可以結(jié)合到內(nèi)缸，使得氣源可以向內(nèi)缸的內(nèi)部提供壓縮氣體。然后，當(dāng)內(nèi)缸的開口對(duì)準(zhǔn)外缸的開口時(shí)，壓縮氣體可以被釋放到震源周圍的水體中。所釋放氣體能夠以小于2.9X106m7s3 的速率排開震源周圍一定體積的水。在另一實(shí)施方式中，所述震源可以包括筒、活塞、氣源、軸線桿和致動(dòng)器?；钊杀辉O(shè)置在筒的內(nèi)部，氣源可結(jié)合于筒。氣源能夠向筒的內(nèi)部提供環(huán)境壓力下的氣體。軸線桿可以結(jié)合于活塞，使得軸線桿能夠使活塞在筒的兩端之間運(yùn)動(dòng)。致動(dòng)器可以結(jié)合于軸線桿，使得致動(dòng)器控制活塞的軸向運(yùn)動(dòng)。活塞的軸向運(yùn)動(dòng)可被用來(lái)壓縮筒內(nèi)環(huán)境壓力下的氣體并將壓縮氣體釋放到筒周圍一定體積的水中。所釋放氣體能夠以小于2.9X106m7s3的速率排開筒周圍一定體積的水。在又一種實(shí)施方式中，所述震源可以包括筒、點(diǎn)火器、混合物源和致動(dòng)器。點(diǎn)火器和混合物源可結(jié)合于筒的底部?；旌衔镌纯上蛲驳牡撞刻峁┛扇蓟旌衔?。致動(dòng)器可結(jié)合于點(diǎn)火器，并可控制點(diǎn)火器的點(diǎn)火。點(diǎn)火器的點(diǎn)火可以引起可燃混合物燃燒，使得燃燒的可燃混合物可以以小于2. 9X 106m7s3的速率排開筒周圍一定體積的水。在再一種實(shí)施方式中，所述震源可以包括殼體、結(jié)合于殼體的一個(gè)以上的端口和結(jié)合于端口的一個(gè)以上的發(fā)射管。殼體可裝有壓縮氣體，壓縮氣體可以通過端口被釋放到震源周圍的水體中。發(fā)射管可以被設(shè)計(jì)成限制壓縮氣體到水體中的釋放，使得震源周圍一定體積的水以小于2. 9X 106m3/S3的速率流動(dòng)。上面討論的發(fā)明內(nèi)容部分是提供用來(lái)介紹一組簡(jiǎn)化形式的概念。這些概念在下面的具體實(shí)施方式
部分中會(huì)進(jìn)一步描述。發(fā)明內(nèi)容不是意圖指明所要保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或者必要特征，也不是意圖用來(lái)限制所要保護(hù)的主題的范圍。而且，所要保護(hù)的主題不限于解決本申請(qǐng)中任何地方指出的任意或者全部缺點(diǎn)的實(shí)施方式。


下面將參照附圖描述多種技術(shù)的實(shí)施方式。但是，應(yīng)該理解，附圖僅僅示出了這里所描述的多種實(shí)施方式，并不意味著限制這里所描述的多種技術(shù)的范圍。圖1示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，用于衰減從震源發(fā)出的帶外能量的方法的流程圖。圖2示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，希望的原始?jí)毫γ}沖形狀與現(xiàn)有技術(shù)中震源的原始?jí)毫γ}沖形狀示例進(jìn)行對(duì)比的曲線圖。圖3示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，用于計(jì)算原始?jí)毫γ}沖的平均上升斜率的曲線圖。圖4示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，用于衰減從震源發(fā)出的帶外能量的旋轉(zhuǎn)閥式震源。圖5示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，用于衰減從震源發(fā)出的帶外能量的氣體活塞式震源。圖6示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，用于衰減從震源發(fā)出的帶外能量的受控燃燒式震源。圖7示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，結(jié)合到震源用于衰減從該震源發(fā)出的帶外能量的放射管。
具體實(shí)施例方式下面的討論針對(duì)的是某些具體的實(shí)施方式。應(yīng)該理解，下面的討論其目的僅僅是為了使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠制造和使用現(xiàn)在或者以后任何頒布的專利中認(rèn)定的本專利權(quán)利要求所述限定的任何主題。下面的段落簡(jiǎn)要描述了旨在衰減震源發(fā)出的帶外能量的多種工藝和技術(shù)的一種以上實(shí)施方式。在一種實(shí)施方式中，通過將震源放進(jìn)水體中，然后，向震源發(fā)出指令將氣體釋放到水體中，使得震源周圍一定體積的水以小于2. 9X IO6立方米每立方秒(m3/S3)的速率被所釋放氣體排開，使得從震源發(fā)出的帶外能量可以得到衰減。通過限制一定體積的水被震源釋放的氣體排開的速率，從震源發(fā)出的帶外能量被有效地衰減。在另一種實(shí)施方式中，可以使用旋轉(zhuǎn)閥式震源根據(jù)上述的方法衰減從震源發(fā)出的帶外能量。旋轉(zhuǎn)閥式震源可以包括固定的外缸、可轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)缸、結(jié)合于內(nèi)缸的軸線桿、結(jié)合于軸線桿的致動(dòng)器和結(jié)合于內(nèi)缸內(nèi)部的腔室的外部氣源。內(nèi)缸可以與外缸貼合，使得兩個(gè)缸之間沒有空氣存在。這兩個(gè)缸都可以包括一個(gè)以上的缸窗口(即，外缸窗口和內(nèi)缸窗口)。內(nèi)缸窗口和外缸窗口可以具有相同的尺寸和形狀，并且當(dāng)內(nèi)缸相對(duì)于外缸轉(zhuǎn)動(dòng)到特定位置時(shí)，內(nèi)缸窗口可以與外缸窗口彼此重合。軸線桿可以使內(nèi)缸以圓周運(yùn)動(dòng)繞著軸線桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使得內(nèi)缸窗口可以在內(nèi)缸的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中在多個(gè)位置處與外缸窗口重合。內(nèi)缸轉(zhuǎn)動(dòng)的速率(即轉(zhuǎn)速)可以由致動(dòng)器控制。外部氣源可以向內(nèi)缸的腔室提供壓縮氣體。為了根據(jù)上述的方法衰減從旋轉(zhuǎn)閥式震源發(fā)出的帶外能量，首先，可以將旋轉(zhuǎn)閥式震源放置在水體中，然后，使內(nèi)缸轉(zhuǎn)動(dòng)，使得內(nèi)缸的腔室內(nèi)的壓縮氣體可以在內(nèi)缸窗口和外缸窗口重合的時(shí)候被釋放。通過控制內(nèi)缸的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)閥式震源可以控制旋轉(zhuǎn)閥式震源周圍一定體積的水被旋轉(zhuǎn)閥式震源釋放的壓縮氣體排開的速率。內(nèi)缸的轉(zhuǎn)速可以被設(shè)計(jì)為，所釋放氣體排開的一定體積的水的速率小于2. 9X 106m7s3。在又一種實(shí)施方式中，可以使用氣體活塞式震源根據(jù)上述的方法衰減從震源發(fā)出的帶外能量。氣體活塞式震源包括筒、活塞、結(jié)合于活塞的軸線桿、結(jié)合于軸線桿的致動(dòng)器和結(jié)合于筒內(nèi)部的外部氣源。筒可以是具有一個(gè)開口端的缸。活塞可以是貼合地裝配在筒內(nèi)側(cè)，使得活塞與筒貼合并可以在筒內(nèi)沿著軸線桿運(yùn)動(dòng)。致動(dòng)器可以控制活塞經(jīng)軸線桿的軸向運(yùn)動(dòng)。致動(dòng)器還可以控制活塞可以運(yùn)動(dòng)的速率。這個(gè)速率可以被稱為活塞軸向位移對(duì)時(shí)間的函數(shù)。外部氣源可以向筒的內(nèi)部提供低壓氣體。為了根據(jù)上述的方法衰減從氣體活塞式震源發(fā)出的帶外能量，首先，可以將氣體活塞式震源放置在水體中，使得筒的開口端被先放進(jìn)水體中。在將氣體活塞式震源放在水體中之前，活塞可以遠(yuǎn)離筒的開口定位。氣體活塞式震源被放進(jìn)水體中之后，外部氣源可以向筒的內(nèi)部提供環(huán)境壓力下的氣體。環(huán)境壓力下的氣體基于其浮力特性可保持在筒的內(nèi)部并與水體分開。環(huán)境壓力下的氣體和水體之間的界線可以被稱為氣/水界面。接著，致動(dòng)器可向軸線桿發(fā)出指令使活塞向氣/水界面運(yùn)動(dòng)。按照這種方式，活塞可以將環(huán)境壓力下的氣體推向氣/水界面。通過將環(huán)境壓力下的氣體推向氣/水界面，氣體活塞式震源可壓縮環(huán)境壓力下的氣體并將壓縮氣體釋放到水體中。在一種實(shí)施方式中，釋放到水體中的壓縮氣體可以排開氣體活塞式震源周圍一定體積的水。由所釋放氣體排開氣體活塞式震源周圍一定體積的水的速率可以由活塞的軸向位移對(duì)時(shí)間的函數(shù)控制。于是，活塞的軸向位移對(duì)時(shí)間的函數(shù)可以被構(gòu)造為，一定體積的水被所述釋放氣體排開的速率小于2. 9X106m3/S3。在又一種實(shí)施方式中，可以使用受控燃燒式震源根據(jù)上述方法衰減從受控燃燒式震源發(fā)出的帶外能量。受控燃燒式震源包括筒、結(jié)合于筒的底部的火花塞、結(jié)合于火花塞的致動(dòng)器和結(jié)合于筒的底部的外部燃料/氧化劑源。這里，筒可以包括一個(gè)開口端，并可以為錐形、鐘形等形狀。外部燃料/氧化劑源可以向筒的底部提供燃料/氧化劑，這種燃料/ 氧化劑可以是具有已知燃燒速率的液體或者氣體的可燃混合物。
為了根據(jù)上述方法衰減從受控燃燒式震源發(fā)出的帶外能量，可以首先將受控燃燒式震源放在水體中，使得筒的開口端首先被放進(jìn)水體中。接著，外部燃料/氧化劑源向筒的底部填充燃料/氧化劑?；诿芏刃再|(zhì)，燃料/氧化劑可以保持在筒的底部，并與水體分開。 受控燃燒式震源被放進(jìn)水體中后，致動(dòng)器可以向火花塞發(fā)出指令點(diǎn)燃燃料/氧化劑。響應(yīng)于火花塞點(diǎn)燃燃料/氧化劑，燃料/氧化劑燃燒成為膨脹氣體。膨脹氣體然后可被釋放到受控燃燒式震源周圍一定體積的水中，并排開受控燃燒式震源周圍一定體積的水。受控燃燒式震源周圍一定體積的水被膨脹氣體排開的速率可以受到燃料/氧化劑的燃燒速率和筒的形狀的控制。于是，可以選擇燃料/氧化劑并設(shè)計(jì)筒的形狀，使得受控燃燒式震源釋放的膨脹氣體排開一定體積的水的速率小于2. 9X 106m7s3。在再一實(shí)施方式中，發(fā)射管可以被結(jié)合到震源以根據(jù)上述方法來(lái)衰減震源發(fā)出的帶外能量。發(fā)射管包括方形缸和結(jié)合于方形缸的鐘狀件。在一種實(shí)施方式中，方形缸可以被構(gòu)造為結(jié)合到震源的端口，使得發(fā)射管可有效地成為震源的一部分。為了根據(jù)上述方法衰減從震源發(fā)出的帶外能量，可以將發(fā)射管結(jié)合于震源的各個(gè)端口。接著，可以將震源放進(jìn)水體中。隨著震源被放進(jìn)水體中，發(fā)射管可充水。當(dāng)震源被放進(jìn)水體中后，震源可通過其端口釋放壓縮氣體。當(dāng)壓縮氣體經(jīng)震源的端口排放時(shí)，壓縮氣體首先吹出發(fā)射管內(nèi)的水，然后才將壓縮氣體釋放到發(fā)射管外面的水體中。按此方式，發(fā)射管內(nèi)的水的質(zhì)量可以造成從震源端口釋放進(jìn)水體中的壓縮氣體的初始膨脹更慢地發(fā)生。通過使來(lái)自端口的壓縮氣體的初始膨脹更慢地發(fā)生，發(fā)射管可限制震源周圍一定體積的水的排開速率小于2. 9X106m7s3。結(jié)果，發(fā)射管可減小震源發(fā)出的壓力脈沖的上升沿的陡度，由此衰減了震源發(fā)射到水體中的帶外能量。在下面的段落中，將參照?qǐng)D1 7更詳細(xì)地描述用來(lái)衰減從震源發(fā)出的帶外能量的多種技術(shù)和設(shè)備的一種以上的實(shí)施方式。圖1示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，用于衰減從震源發(fā)出的帶外能量的方法100的流程圖。如上所述，傳統(tǒng)震源通常發(fā)出很大的聲幅值(即高頻能量)， 這種能量在地震勘探關(guān)注的頻率范圍之外。這種現(xiàn)象一般是由傳統(tǒng)震源周圍一定體積的水被突然排開引起的。例如，海洋地震氣槍通過突然將一定體積的壓縮氣體釋放到水體中來(lái)產(chǎn)生聲脈沖。總的來(lái)說(shuō)，這些類型的海洋地震氣槍被設(shè)計(jì)成了盡可能快地釋放空氣，沒有考慮到發(fā)射到水體中的高頻聲幅值可能對(duì)環(huán)境造成的影響。實(shí)際上，氣槍被設(shè)計(jì)成了盡可能迅速地釋放空氣，使得其可發(fā)出可能的最高幅值的聲脈沖。這種迅速的空氣釋放對(duì)應(yīng)于水體接收到的原始?jí)毫γ}沖中非常陡的上升沿。原始?jí)毫γ}沖中的陡峭上升段已經(jīng)被歸因于高頻能量(即帶外信號(hào))的起源。這種高頻能量超出了對(duì)地震成像有益的頻率范圍。這種高頻能量通常包含可能干擾水體中海洋動(dòng)物的不必要的聲音。然而，震源在水體中產(chǎn)生的帶外(即高頻)能量可以通過減少震源周圍一定體積的水被所釋放氣體排開的速率來(lái)衰減。在一種實(shí)施方式中，震源周圍一定體積的水被所釋放氣體排開的速率可以對(duì)應(yīng)于水體接收到的壓力脈沖的上升斜率。下面將參照?qǐng)D2描述與水體接收的壓力脈沖有關(guān)的其他細(xì)節(jié)。在步驟110，可以將震源放進(jìn)水體中。在一種實(shí)施方式中，水體可以是一部分海洋地震勘測(cè)區(qū)域，在該部分區(qū)域中，震源可以用來(lái)確定碳?xì)浠衔镌诘厍虻牡叵聨r層中的位置。震源可以包括任何海洋類型的震源，其可以將氣體釋放到水體中，使得該氣體可排開震源周圍一定體積的水。在步驟120，可以向放進(jìn)水體中的震源發(fā)出指令，將氣體釋放到水體中，使得震源周圍一定體積的水被所釋放氣體以小于2. 9X IO6立方米每立方秒(m3/s3)的速率排開。在一種實(shí)施方式中，震源周圍一定體積的水被所釋放氣體排開的速率可以根據(jù)被震源釋放的氣體排開的水的體積對(duì)時(shí)間的三次微分(即d3V/dt3)進(jìn)行測(cè)量。被震源釋放的氣體排開的水的體積對(duì)時(shí)間的三次微分可被描述為水體中的聲壓隨時(shí)間的變化率。通過將震源周圍一定體積的水被所釋放氣體排開的速率限定為小于2. 9X 106m7s3，方法100可以衰減被發(fā)射到水體中的帶外聲幅值。在一種實(shí)施方式中，一定體積的水被所釋放氣體排開的速率在 0. 6X10V/s3和1. 8X IOf5mYs3之間，如下面的方程所示。
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^.3相比之下，傳統(tǒng)震源通常以大于2. 9X106m3/S3的速率排開一定體積的水。結(jié)果， 這些傳統(tǒng)震源常常將帶外聲幅值發(fā)射到水體中。在一種實(shí)施方式中，被所釋放氣體排開的水的體積對(duì)時(shí)間的三次微分，可以通過計(jì)算被所釋放氣體排開的水的體積對(duì)時(shí)間二次微分的斜率(即體積加速度的斜率)進(jìn)行測(cè)量。不可壓縮液體中球形氣泡的單極聲壓方程可以用來(lái)計(jì)算體積加速度對(duì)時(shí)間的斜率。這個(gè)方程可以用來(lái)確定震源周圍的水的體積加速度，震源需要從其發(fā)出幅值已被衰減的聲脈沖。不可壓縮液體中球形氣泡的單極聲壓方程可表述為Pm =B-. ^L {方程 1)
4π dt單極聲壓Pns也被稱作名義源信號(hào)。此外，Pw為周圍水的密度，且V為被排開的水的體積。對(duì)被排開體積的時(shí)間二次微分被稱為“體積加速度”。下面將參照?qǐng)D3描述有關(guān)體積加速度對(duì)時(shí)間的斜率的計(jì)算的其他細(xì)節(jié)。圖2示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，希望的原始?jí)毫γ}沖形狀與現(xiàn)有技術(shù)中震源的原始?jí)毫γ}沖形狀示例進(jìn)行對(duì)比的曲線圖200。如上所述，傳統(tǒng)震源發(fā)出在地震勘探關(guān)注的頻率范圍之外的很大幅值(即高頻能量)。圖2示出了三個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中的商業(yè)氣槍的原始?jí)毫γ}沖形狀。這些現(xiàn)有技術(shù)中的商業(yè)氣槍發(fā)出了在地震勘探中關(guān)注的頻率范圍之外的很大幅值?，F(xiàn)有技術(shù)中商業(yè)氣槍的原始?jí)毫γ}沖在曲線圖200中表示為虛線(即曲線220、曲線230和曲線M0)。曲線220是現(xiàn)有技術(shù)中hput Output 套筒氣槍的原始?jí)毫γ}沖。曲線230是現(xiàn)有技術(shù)中Bolt 氣槍的原始?jí)毫γ}沖。曲線240是現(xiàn)有技術(shù)中Sodera 氣槍的原始?jí)毫γ}沖。曲線210是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式的希望壓力脈沖形狀。如圖2所示，曲線210的上升斜率明顯小于曲線220、230和MO的上升斜率。曲線220、230、240中顯示的現(xiàn)有技術(shù)氣槍的原始?jí)毫γ}沖的陡峭的上升斜率可能造成關(guān)注頻率范圍之外的聲幅值。因此，通過改進(jìn)震源發(fā)出的原始?jí)毫γ}沖來(lái)模擬希望壓力脈沖形狀(即曲線210)的上升斜率，這些聲幅值(即高頻能量)可以由此得到衰減， 使得大部分幅值落在關(guān)注頻率范圍內(nèi)。在一種實(shí)施方式中，如圖1中描述的那樣，通過限制震源釋放氣體，使得震源周圍的一定體積的水被所釋放氣體排開的速率小于2. 9X IO6Hi3/ s3，可以獲得希望的壓力脈沖形狀(即曲線210)。
圖3示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，用于計(jì)算原始?jí)毫γ}沖的平均上升斜率的曲線圖300。在一種實(shí)施方式中，如圖2所示，被所釋放氣體排開的水的體積對(duì)時(shí)間的三次微分，是從震源發(fā)射到水體中的壓力脈沖的平均上升斜率。壓力脈沖的平均上升斜率可以被計(jì)算成一直記錄到50kHz的未經(jīng)過濾的壓力脈沖信號(hào)中10%和90%之間的斜率，即被震源釋放的氣體排開的水的體積對(duì)時(shí)間二次微分的最大值的10%和90% 之間的斜率。例如，在圖3中，原始?jí)毫γ}沖上的圓圈表示的是一直記錄到50kHz的未經(jīng)過濾的信號(hào)中的10%點(diǎn)和90%點(diǎn)。這些點(diǎn)之間的體積加速度的平均斜率會(huì)得出一個(gè)以立方米每立方秒(即m3/s3)計(jì)量的值。因此，體積加速度的斜率與被所釋放氣體排開的水的體積對(duì)時(shí)間的三次微分具有相同的單位。圖4示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，用于衰減從震源發(fā)出的帶外能量的旋轉(zhuǎn)閥式震源。在一種實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)閥式震源400可以被用來(lái)將氣體釋放到水體中，使得由所釋放氣體以小于2. 9X 106m7s3的速率排開旋轉(zhuǎn)閥式震源400周圍一定體積的水。旋轉(zhuǎn)閥式震源400包括外缸410、內(nèi)缸430、軸線桿450、致動(dòng)器460和外部氣源 470。外缸410可以是不動(dòng)的，而內(nèi)缸430可以繞著軸線桿450轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)一步，外缸410的內(nèi)壁可以與內(nèi)缸430的外壁貼合，使得在兩個(gè)筒之間不存在空氣。在一種實(shí)施方式中，可以在外缸410和內(nèi)缸430之間使用密封機(jī)構(gòu)，確保兩個(gè)筒之間沒有空氣。外缸410可以包括一個(gè)以上的外缸窗口 420，而內(nèi)缸430可以包括一個(gè)以上的內(nèi)缸窗口 440。外缸窗口 420和內(nèi)缸窗口 440可以分別是外缸410和內(nèi)缸430的表面上的方形開口。外缸窗口 420可以和內(nèi)缸窗口 440具有相同的尺寸。外缸窗口 420在外缸410上的位置可以是當(dāng)內(nèi)缸相對(duì)于外缸轉(zhuǎn)動(dòng)到一個(gè)特定位置時(shí)，內(nèi)缸窗口 440可以與外缸窗口 420重合或者對(duì)準(zhǔn)。雖然外缸窗口 420和內(nèi)缸窗口 440被描述成方形，但是，應(yīng)該注意，在其他實(shí)施方式中，外缸窗口 420 和內(nèi)缸窗口 440可以是任意形狀的。軸線桿450可以穿過外缸410和內(nèi)缸430的中心布置。在一種實(shí)施方式中，內(nèi)缸 430可以結(jié)合到軸線桿450，使得軸線桿450可以轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)缸430。當(dāng)內(nèi)缸430繞著軸線桿450 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)缸窗口 440在內(nèi)缸430的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中多次與外缸窗口 420重合。致動(dòng)器460可以結(jié)合到軸線桿450，并可以控制內(nèi)缸430轉(zhuǎn)動(dòng)的速率(即轉(zhuǎn)速)。 外部氣源470可以結(jié)合到內(nèi)缸430的腔室或者內(nèi)部，向腔室提供壓縮氣體。在一種實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)閥式震源400可以用作方法100中描述的震源?；剡^頭參見圖1中的步驟110， 可以將旋轉(zhuǎn)閥式震源400放置在水體中?；剡^頭參見步驟120，可以向旋轉(zhuǎn)閥式震源400發(fā)出指令，將內(nèi)缸430的腔室里面的壓縮氣體釋放到水體中，使得由所釋放氣體排開一定體積的水的速率小于2. 9X 106m3/S3。旋轉(zhuǎn)閥式震源400可以通過控制內(nèi)缸430的轉(zhuǎn)速來(lái)控制一定體積的水被所釋放氣體排開的速率。在一種實(shí)施方式中，外部氣源470可以向內(nèi)缸430的腔室填充壓縮氣體。 當(dāng)內(nèi)缸430旋轉(zhuǎn)時(shí)，在內(nèi)缸窗口 440和外缸窗口 420重合或者對(duì)準(zhǔn)的時(shí)候，可以釋放壓縮氣體。按此方式，內(nèi)缸430的轉(zhuǎn)速，和仔細(xì)設(shè)計(jì)的內(nèi)缸窗口 440和外缸窗口 420的形狀一起， 可以用來(lái)決定旋轉(zhuǎn)閥式震源周圍一定體積的水被旋轉(zhuǎn)閥式震源400釋放的氣體排開的速率。內(nèi)缸430的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)閥式震源400周圍一定體積的水被所釋放氣體排開的速率之間的關(guān)系，可以基于旋轉(zhuǎn)閥式震源400外面一定體積的水的運(yùn)動(dòng)方程、理想氣體定律和當(dāng)外缸窗口 420和內(nèi)缸窗口 440對(duì)準(zhǔn)時(shí)流經(jīng)外缸窗口 420和內(nèi)缸窗口 440的壓縮氣體的流速方程。為了以小于2. 9X106m3/S3的速率排開一定體積的水，內(nèi)缸430的轉(zhuǎn)速也可以通過實(shí)驗(yàn)決定。圖5示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，用于衰減從震源發(fā)出的帶外能量的氣體活塞式震源500。氣體活塞式震源500包括軸線桿510、致動(dòng)器520、活塞530、 筒540和外部氣源580。致動(dòng)器520結(jié)合于軸線桿510，軸線桿510結(jié)合于活塞530。致動(dòng)器520通過控制軸線桿510的運(yùn)動(dòng)來(lái)控制活塞530的軸向運(yùn)動(dòng)。在一種實(shí)施方式中，致動(dòng)器520可以是電動(dòng)的、液壓的、氣動(dòng)的、或者諸如彈簧等機(jī)械的。對(duì)致動(dòng)器520的選擇取決于當(dāng)氣體活塞式震源500被放置在水體中時(shí)用于排開氣體活塞式震源500周圍一定體積的水的規(guī)定的體積加速度變化率?；钊?30的外壁可以與筒MO的內(nèi)壁貼合。這樣，活塞530可以在筒MO的兩端之間以軸向運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。在一種實(shí)施方式中，筒540可以是缸，其中，該缸的一端被去掉。這里，活塞530可以是貼合地裝配在筒MO內(nèi)側(cè)的柱體。外部氣源580可以結(jié)合于筒M0。這樣，外部氣源580可以向筒540填充環(huán)境壓力下的氣體550。環(huán)境壓力下的氣體550可以是低壓氣體。在一種實(shí)施方式中，氣體活塞式震源500可以用作方法100中描述的震源?；剡^頭參見圖1中的步驟110，氣體活塞式震源500可以被放置在水體中。當(dāng)將氣體活塞式震源500放置在水體中時(shí)，氣體活塞式震源500可以定位成筒540的開口端指向水體，即圖5 的初始狀態(tài)。通過以這種方式放置氣體活塞式震源500，環(huán)境壓力下的氣體550可被保持在筒540內(nèi)并與水體分離。由于筒540內(nèi)的環(huán)境壓力下的氣體550相對(duì)于水體的浮力性質(zhì)，這種情況是可能做到的。環(huán)境壓力下的氣體550和水體之間的界線可被稱為氣/水界面560。 在一種實(shí)施方式中，在將氣體活塞式震源500放進(jìn)水體中之前，活塞530可被定位成離氣/ 水界面560最遠(yuǎn)。當(dāng)氣體活塞式震源500被放進(jìn)水體中時(shí)，氣源580可向筒540填充環(huán)境壓力下的氣體550?；剡^頭參見步驟120，氣體活塞式震源500可以將氣體釋放到水體中，使得氣體活塞式震源500周圍一定體積的水被所釋放氣體排開的速率小于2. 9X 106m7s3。為了將氣體釋放到水體中，致動(dòng)器520可向軸線桿510發(fā)出指令，使活塞530沿著其軸線向氣/水界面 560運(yùn)動(dòng)。如圖5中“致動(dòng)過程中”所示的，活塞530可將環(huán)境壓力下的氣體550推向氣/ 水界面560。按照這種方式，環(huán)境壓力下的氣體550可壓縮成壓縮氣體570。隨著環(huán)境壓力下的氣體550被壓縮，壓縮氣體570可被釋放到氣體活塞式震源500周圍一定體積的水中。 結(jié)果，壓縮氣體570可排開氣體活塞式震源500周圍一定體積的水。為了將壓縮氣體釋放到水體中，使得氣體活塞式震源500周圍一定體積的水以小于2. 9 X 10V/s3的速率被排開，活塞530可被推向氣/水界面，使得氣體活塞式震源500周圍的水以規(guī)定的體積加速度被排開。在一種實(shí)施方式中，所規(guī)定的體積加速度可對(duì)應(yīng)于作為時(shí)間函數(shù)的筒540中活塞530的排量。作為時(shí)間函數(shù)的活塞530的排量可以基于理想氣體定律和氣體活塞式震源500周圍的水的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行計(jì)算。該計(jì)算的細(xì)節(jié)可取決于氣體活塞式震源500的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。圖6示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，用于衰減從震源發(fā)出的帶外能量的受控燃燒式震源600。受控燃燒式震源600可包括火花塞610、可燃混合物620、筒 630、外部可燃混合物源660和致動(dòng)器670。火花塞610和外部可燃混合物源660可結(jié)合于筒630的底部。外部可燃混合物源660可向筒630的底部提供可燃混合物620?？扇蓟旌衔?20可以由諸如燃料或氧化劑等一種以上氣體或者一種以上液體的可燃混合物構(gòu)成?？扇蓟旌衔?20可以被設(shè)計(jì)為以已知的速率燃燒。在一種實(shí)施方式中，可燃混合物620可由丙烷和氧氣的混合物構(gòu)成，這是一種火箭燃料，或者其他類型?；鸹ㄈ?10，或者點(diǎn)火器，可結(jié)合于筒630的底部，使得火花塞610產(chǎn)生的火花可點(diǎn)燃可燃混合物620或者使得可燃混合物620燃燒?；鸹ㄈ?10也可以結(jié)合于致動(dòng)器670，使得致動(dòng)器630可以控制火花塞610 何時(shí)可以產(chǎn)生火花或者點(diǎn)燃。筒630可以是端部開放的容器，使得筒630的開口端半徑大于筒630的相對(duì)端(即底部)。在一種實(shí)施方式中，筒630的形狀可以是鐘狀件形。但是， 應(yīng)該注意，在其他實(shí)施方式中，筒630可以是錐形或者任何其他形狀。受控燃燒式震源600可用作方法100中描述的震源。回過頭參見圖1中的步驟 110，受控燃燒式震源600可以被放置在水體中。當(dāng)將受控燃燒式震源600放置在水體中時(shí)， 受控燃燒式震源600可以定位成筒630的開口朝下。然后可以從外部可燃混合物源660向筒630填充可燃混合物620。當(dāng)將受控燃燒式震源600放進(jìn)水體中時(shí)，可燃混合物620和水體之間的界線可被稱為燃料/水界面640?；剡^頭參見步驟120，受控燃燒式震源600可以將氣體釋放到水體中，使得受控燃燒式震源600周圍一定體積的水被所釋放氣體排開的速率小于2. 9X 106m7s3。為了將氣體釋放到水體中，致動(dòng)器670可向火花塞610發(fā)出指令，點(diǎn)燃可燃混合物620。如圖6中“致動(dòng)過程中”所示的，在火花塞610點(diǎn)燃可燃混合物620之后，由于可燃混合物620燃燒釋放的熱，可燃混合物620變成了膨脹氣體650。然后，膨脹氣體650被釋放到受控燃燒式震源 600周圍一定體積的水中。在一種實(shí)施方式中，可燃混合物620的燃燒速率和筒630的形狀可以被用來(lái)控制膨脹氣體650到水體的釋放，使得受控燃燒式震源600周圍一定體積的水以小于 2.9X10V/S3的速率被排開。在此方式中，用來(lái)決定受控燃燒式震源600周圍一定體積的水排開速率的控制參數(shù)包括可燃混合物620的化學(xué)組成和筒630的形狀。在一種實(shí)施方式中，筒630的形狀和受控燃燒式震源600周圍一定體積的水排開速率之間的關(guān)系可以通過實(shí)驗(yàn)決定。圖7示出的是根據(jù)這里所描述的多種技術(shù)的實(shí)施方式，結(jié)合到震源用于衰減從該震源發(fā)出的帶外能量的放射管700。在一種實(shí)施方式中，放射管700可以由方形缸710和鐘狀件720構(gòu)成。方形缸710的一端可結(jié)合于震源720的端口，另一端可結(jié)合于鐘狀件720。 震源720可以是用于將氣體釋放到水體中的裝置，例如美國(guó)專利第7321527號(hào)中所描述的裝置，或者上面所描述的受控燃燒式震源600。鐘狀件720的兩端都可以是開放的，但鐘狀件720的一端可以比其另一端大。在一種實(shí)施方式中，鐘狀件720的小端可以結(jié)合于方形缸710。這樣，鐘狀件720的小端具有方形形狀，使其可以匹配其所結(jié)合的方形缸710的端部。鐘狀件720的大端的形狀也可以是方形的，但與其小端相比具有更大的半徑。雖然方形缸710和鐘狀件720被描述為方形的形狀，但是，應(yīng)該注意，在一些實(shí)施方式中，方形缸710 和鐘狀件720可以具有不同的形狀。在一種實(shí)施方式中，放射管700可結(jié)合于震源730，以執(zhí)行上述的方法100?；剡^頭參見圖1中的步驟110，震源730可以被放置在水體中。然而，在將震源730放進(jìn)水體中之前，可將一個(gè)以上的放射管700結(jié)合到震源730的各端口。震源730的端口可包括震源730上可以將氣體釋放到水體中的區(qū)域。在放射管被結(jié)合到震源730之后，可將震源730放置在水體中，并且可向放射管700填充水?；剡^頭參見步驟120，震源730可以將氣體釋放到水體中，使得震源730周圍一定體積的水被其所釋放氣體排開的速率小于2. 9X 106m7s3。通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)擊發(fā)諸如氣槍等傳統(tǒng)震源時(shí)，氣槍內(nèi)的壓縮氣體被通向氣槍開口，從而在周圍的水中形成氣泡。釋放到水中的壓縮氣體初始流量非常大，因此，氣泡的體積加速度很大。結(jié)果，射入氣槍周圍水體中的初始?jí)毫γ}沖具有非常陡的上升段，氣槍周圍一定體積的水被氣槍所釋放氣體排開的速率大于 2. 9X 106m3/s3。與此不同的是，當(dāng)發(fā)射管被結(jié)合到同樣的震源730時(shí)，震源730周圍一定體積的水以小于2. 9X 106m7s3的速率被排開。在一種實(shí)施方式中，當(dāng)壓縮氣體從震源730釋放時(shí)， 壓縮氣體通過震源730的端口排放。這樣，壓縮氣體先是將發(fā)射管700內(nèi)部的水吹出去，然后才被釋放到發(fā)射管700外面的水體中。發(fā)射管內(nèi)部的水的質(zhì)量可以限制震源730外面一定體積的水的流動(dòng)，并限定壓縮氣體可以如何被釋放到水體中。結(jié)果，發(fā)射管700可造成從震源730的端口進(jìn)入水體中的壓縮氣體的初始膨脹更慢地發(fā)生。通過使來(lái)自端口的壓縮氣體的初始膨脹更慢地發(fā)生，震源730發(fā)出的壓力脈沖的上升沿的陡度可被降低，由此，降低了震源730的高頻輸出。如上所述，多種類型的震源730可以產(chǎn)生多種高頻輸出幅值。這樣，為了降低來(lái)自這些多種類型的震源730的高頻輸出，可以針對(duì)每種類型的震源730專門設(shè)計(jì)發(fā)射管700。 對(duì)于發(fā)射管700而言的設(shè)計(jì)參數(shù)可以包括長(zhǎng)度、形狀、以及方形缸710和鐘狀件720的半徑。在一種實(shí)施方式中，發(fā)射管700的設(shè)計(jì)參數(shù)可以改變，使得震源730周圍一定體積的水排開的速率小于2.9X106m7s3。按此方式，不同的發(fā)射管700的長(zhǎng)度和直徑可以用來(lái)使得震源730發(fā)出的壓力脈沖的上升時(shí)間匹配所要求的震源帶寬輸出，由此，使不必要的高頻輸出最小。要求以小于2. 9X 106m7s3的速率排開震源730周圍一定體積的水的發(fā)射管700 的方形缸710和鐘狀件720的長(zhǎng)度、形狀和半徑，可以通過實(shí)驗(yàn)決定。除了降低震源730的高頻輸出外，發(fā)射管700還可以減慢震源730內(nèi)部的空氣的流量，這又可以減少震源730的機(jī)械零件的磨損和破裂。雖然前面談到了這里所述多種技術(shù)的實(shí)施方式，但是，在不脫離這些技術(shù)的基本范圍的情況下，可以想到其他的、進(jìn)一步的實(shí)施方式。這些技術(shù)的基本范圍由權(quán)利要求書決定。盡管本申請(qǐng)的主題是用結(jié)構(gòu)特征和/或方法動(dòng)作特有的語(yǔ)言來(lái)描述的，但是，應(yīng)該理解，在權(quán)利要求書中限定的本申請(qǐng)主題不一定受限于上述的具體特征或動(dòng)作，而是，上述的這些具體特征或動(dòng)作是作為實(shí)施權(quán)利要求的例子的形式公開的。
權(quán)利要求
1.一種用于衰減從海洋地震勘測(cè)中使用的震源發(fā)出的帶外能量的方法，包括 將所述震源放進(jìn)水體中；并且將氣體釋放到所述震源周圍一定體積的水中，其中，所釋放氣體以小于2. 9X IO6立方米每立方秒的速率排開所述一定體積的水。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述速率處于區(qū)間W.6X106，1.8X106]立方米每立方秒。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述速率是所述震源發(fā)出的原始?jí)毫γ}沖的平均上升斜率。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述平均上升斜率是通過確定一直記錄到50Hz的所述震源發(fā)出的原始?jí)毫γ}沖的未經(jīng)過濾的信號(hào)中10%點(diǎn)和90%點(diǎn)之間的平均斜率計(jì)算的。
5.一種用于海洋地震勘測(cè)的震源，包括 具有一個(gè)以上開口的外缸；具有一個(gè)以上開口的內(nèi)缸，所述內(nèi)缸的開口被構(gòu)造成在所述內(nèi)缸的一個(gè)以上預(yù)定轉(zhuǎn)動(dòng)位置處與所述外缸的開口對(duì)準(zhǔn)，其中，所述內(nèi)缸的外壁與所述外缸的內(nèi)壁貼合； 結(jié)合于所述內(nèi)缸的軸線桿，其中，所述軸線桿使所述內(nèi)缸轉(zhuǎn)動(dòng)； 結(jié)合于所述軸線桿的致動(dòng)器，其中，所述致動(dòng)器控制所述內(nèi)缸的轉(zhuǎn)速；以及結(jié)合于所述內(nèi)缸的氣源，其中，所述氣源向所述內(nèi)缸的內(nèi)部提供壓縮氣體。
6.如權(quán)利要求5所述的震源，其中，所述壓縮氣體在所述內(nèi)缸的開口與所述外缸的開口對(duì)準(zhǔn)時(shí)被釋放。
7.如權(quán)利要求6所述的震源，其中，所釋放的壓縮氣體能夠以小于2.9X 106m7s3的速率排開所述震源周圍一定體積的水。
8.如權(quán)利要求7所述的震源，其中，所述內(nèi)缸的轉(zhuǎn)速基于所述一定體積的水的運(yùn)動(dòng)方程、理想氣體定律和當(dāng)所述外缸的開口和所述內(nèi)缸的開口對(duì)準(zhǔn)時(shí)流經(jīng)所述外缸和所述內(nèi)缸的開口的壓縮氣體的流速方程。
9.一種用于海洋地震勘測(cè)的震源，包括 筒；放置在所述筒內(nèi)的活塞；結(jié)合于所述筒的氣源，其中，所述氣源向所述筒的內(nèi)部提供環(huán)境壓力下的氣體； 結(jié)合于所述活塞的軸線桿，其中，所述軸線桿能夠使所述活塞在所述筒的兩端之間運(yùn)動(dòng)；以及結(jié)合于所述軸線桿的致動(dòng)器，其中，所述致動(dòng)器控制所述活塞的軸向運(yùn)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求9所述的震源，其中，所述筒是具有一個(gè)開口端的缸。
11.如權(quán)利要求10所述的震源，其中，所述震源能夠被放進(jìn)水體中，使得所述開口端指向海底。
12.如權(quán)利要求11所述的震源，其中，所述環(huán)境壓力下的氣體與所述水體在氣/水界面處是分開的，所述致動(dòng)器能夠使所述活塞朝著所述氣/水界面運(yùn)動(dòng)，使得所述環(huán)境壓力下的氣體被壓向所述氣/水界面。
13.如權(quán)利要求9所述的震源，其中，所述活塞的外壁與所述筒的內(nèi)壁貼合。
14.一種用于海洋地震勘測(cè)的震源，包括 筒；結(jié)合于所述筒的底部的點(diǎn)火器；結(jié)合于所述筒的底部的混合物源，其中，所述混合物源向所述筒的底部提供可燃混合物；以及結(jié)合于所述點(diǎn)火器的致動(dòng)器，其中，所述致動(dòng)器控制所述點(diǎn)火器的點(diǎn)火，所述點(diǎn)火能夠使所述可燃混合物燃燒，使得燃燒的可燃混合物以小于2. 9X 106m7s3的速率排開所述筒周圍一定體積的水。
15.如權(quán)利要求14所述的震源，其中，所述速率基于所述筒的形狀和所述可燃混合物的燃燒速率。
16.如權(quán)利要求14所述的震源，其中，所述筒能夠豎直地放在水體中，使得所述筒的開口端指向海底。
17.一種用于海洋地震勘測(cè)的震源，包括 具有壓縮氣體的殼體；結(jié)合于所述殼體的一個(gè)以上的端口，其中，所述端口能夠?qū)⑺鰤嚎s氣體釋放到水體中；以及結(jié)合于一個(gè)以上的所述端口的一個(gè)以上的發(fā)射管。
18.如權(quán)利要求17所述的震源，其中，每一個(gè)所述發(fā)射管都包括 缸，其中，所述缸的第一端結(jié)合于所述震源的一個(gè)端口 ；以及結(jié)合于所述缸的第二端的鐘狀件。
19.如權(quán)利要求18所述的震源，其中，所述鐘狀件包括 結(jié)合于所述缸的第二端的第一端；以及半徑大于所述鐘狀件的第一端的第二端。
20.如權(quán)利要求17所述的震源，其中，所述發(fā)射管能夠限制所釋放的壓縮氣體，使得所述震源周圍一定體積的水的流動(dòng)的速率小于2. 9X 106m3/s3o
21.如權(quán)利要求20所述的震源，其中，所述速率是由各發(fā)射管的長(zhǎng)度、形狀和半徑?jīng)Q定的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于衰減從海洋地震勘測(cè)中使用的震源發(fā)出的帶外能量的方法。所述方法包括將所述震源放進(jìn)水體中，然后，將氣體釋放到所述震源周圍一定體積的水中。其中，所釋放氣體能夠以小于2.9×106立方米每立方秒的速率排開所述震源周圍所述一定體積的水。
文檔編號(hào)G01V1/133GK102388322SQ201080015936
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者J·E·克拉格, J-F·霍珀斯塔德, R·勞斯 申請(qǐng)人:格庫(kù)技術(shù)有限公司