专利名称：获取海上地震震源的系统和方法
技术领域：
本发明所公开的主题的实施方案基本上涉及方法和系统，更具体而言，涉及用于生成地震波的机构和技术。
背景技术：
反射地震学是一种用以确定地球次表层的一部分的性质的地球物理勘探方法，这些性质是石油和天然气工业中特别有用的信息。海上反射地震学基于受控震源的使用，所述受控震源将能波传到地层里。通过测量反射回到多个接收器所花的时间，可以估计造成此类反射的特征的深度和/或组成。这些特征可能与地下烃沉积物相关联。为了进行海上应用，震源基本上是冲击性的(例如，压缩空气能突然膨胀)。一种最常用的震源是气枪，所述气枪在短时间内产生大量的声能。此种震源由船拖行在水面或在水下某深度。来自气枪的声波在所有方向上传播。所发出的声波的典型频率范围是在6赫兹与300赫兹之间。然而，冲击性震源的频率组成不完全可控，并且取决于特定勘测的需要来选择不同的震源。另外，冲击性震源的使用可能会造成某些安全和环境问题。因此，可使用的另一类震源是振动性震源。振动性震源(vibratory source)，包括液压动力震源以及使用压电或磁致伸缩材料的震源，已用在海上操作中。然而，此类震源并未大规模地使用，因为它们的威力有限，并且由于生成地震波需要大量活动零件而是不可靠的。振动性震源的一个积极方面是，振动性震源能够生成包括各种频带的信号，通常被称为“扫频”。换言之，此类震源的频带与冲击性震源相比可以更好地加以控制。然而，所述已知的振动性震源不提供高的垂直分辨率，因为海上地震震源的典型频率范围大约表现为四个倍频程。现在论述此类震源的几个实例。美国专利7，551，518号的全部内容以引用的方式并入本发明中，所述内容描述一种弹张震源(flextensional source).所述弹张震源包括致动器的组合，所述致动器具有充当力转换器的挠曲系统。这种系统的一个缺点是需要大的尺寸以适合柔性元件，从而防止所述柔性元件应力超限。此类系统的可靠性可能也是一个弱点，因为那些柔性部件在声发射期间会不断地受到形变影响。国际专利W08603015的全部内容以引用的方式并入本发明中，所述内容描述一种具有液压驱动的活塞震源的地震发生器。然而使用加压液压流体以驱动活塞，如果发生泄漏可能威胁到环境。美国专利6，464，035号的全部内容以引用的方式并入本发明中，所述内容描述一种可牵引的海上地震能量震源，从而在水体内产生强烈的扫描频率和脉冲编码信号。所述鱼形震源半介于纯振动器和脉冲震源之间。所述震源是由使用加压液压流体的系统驱动。因此，其有污染环境的风险。由于冲程限制，所述震源属于弱扫描震源，这不合要求，因为好的震源需要生成低频扫频。因此，至少基于如上提及的现有震源的不足，需要开发新的震源，其将消除或减少所述震源对环境的影响，也更可靠，具有更长的寿命，并通过增加至少另一个倍频程而提高垂直分辨率。因此，需要提供新的系统和方法以克服以上描述的问题和缺陷。
发明内容
根据一个示例性实施方案，一种地震振声震源元件(seismic vibro-acousticsource element)，其被配置为生成声波。所述地震振声震源元件包括具有第一开口和第二开口的外壳；第一活塞和第二活塞，其配置成封闭第一开口和第二开口 ；致动器系统，其设置在外壳内部并配置成致动第一活塞和第二活塞以生成具有第一频率的波；以及压力调节机构，其附接到外壳并配置成控制在外壳内的流体的压力，以便使流体压力基本上等于外壳的环境压力。根据另一个示例性实施方案，以震源阵列产生海下地震波。所述的震源阵列包括至少一个如上所述地震振声震源元件。根据另一个示例性实施方案，存在一种用于组装配置成在水下生成声波的地震振声震源元件的方法。所述方法包括设置具有第一开口和第二开口的外壳的步骤；在外壳内部安装致动器的步骤；将第一活塞和第二活塞附接到致动器系统，用这种方式以封闭所述第一开口和第二开口的步骤；以及将压力调节机构安装到外壳以控制外壳内部的流体压力，以便使流体压力基本上等于外壳的环境压力的步骤。依据另一个示例性实施方案，一种在水下产生声波的方法。所述方法包括通过设置在外壳内部的致动器系统致动第一刚性活塞和第二刚性活塞的步骤，以生成具有第一频率的波；以及通过附接到外壳的压力调节机构致动第一活塞和第二活塞的步骤，以控制外壳内部的流体压力，使流体压力基本上等于外壳环境压力。根据再多一个示例性实施方案，一种地震振声震源元件，其配置成生成声波。所述地震振声震源元件包括具有单一开口的外壳；配置成封闭所述单一开口的单一活塞；设置在外壳内部并配置成致动单一活塞以生成具有第一频率的波的致动器系统；以及附接到外壳并配置成控制外壳内的流体的压力的压力调节机构，以便使外壳内的流体压力基本上等于外壳的环境压力。
附图并入说明书中并构成了说明书的一部分，所述附示一个或更多个实施方案，并且与说明书一起对这些实施方案进行说明。在附图中图1是根据一个示例性实施方案的地震振声震源元件的示意图；图2是根据另一个示例性实施方案的地震振声震源元件的示意图；图3是根据示例性实施方案图示由电磁致动器致动时的活塞一个冲程的曲线图，所述电磁致动器由地震振声震源元件组成；图4是根据示例性实施方案图示由电磁致动器和压力调节机构致动时的活塞一个冲程的曲线图，所述电磁致动器和压力调节机构由地震振声震源元件组成；图5是根据示例性实施方案的另一个地震振声震源元件的示意图；图6是根据示例性实施方案的具有多个振声震源元件的震源的示意图；图7是根据示例性实施方案的另一个地震振声震源元件的示意图；图8是根据示例性实施方案的用于组装地震振声震源元件的一种方法的流程图9是根据示例性实施方案的用于使用所述地震振声震源元件的一种方法的流程图；图10是控制系统的示意图。
具体实施例方式以下对示例性实施方案的描述是参照附图进行的。在不同图示中的相同的附图标记标识相同或相似的元件。以下详细描述不对本发明构成限制，本发明的范围由所附权利要求界定。为简单起见，在以下实施方案关于声学震源的论述中，使用了电磁和气动驱动活塞这样的术语和结构。然而，接下来要论述的实施方案并不限于此结构，而是可应用于配置成生成具有受控频率范围的波的其他结构。贯穿本说明书提及的“一个实施方案”或“实施方案”的意思是，结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性是包括在本公开的主题的至少一个实施方案中。因此，在贯穿本说明书各处出现的词组“在一个实施方案中”或“在实施方案中”，未必是指同一个具体实施方案。另外，所述特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。根据示例性实施方案，一种具有一个或多个地震振声震源元件的震源阵列，所述地震振声震源元件是能够产生声波的单元。震源阵列可以包括一个或更多个地震振声震源元件。为简单起见，接下来只讨论一个地震振声震源元件的情况。以下应用的术语“地震振声震源元件”与术语“振声震源元件”是可互换的。地震振声震源元件可以具有电磁线性致动器系统，该电磁线性致动器系统被配置成驱动一个活塞(或一对活塞)。然而，所述致动器系统可能具有液压或压电致动器来代替电磁致动器。所述地震振声震源元件也可以包括压力调节机构，其利用压力调节以平衡外部液体静压力，以使电磁致动器系统上的工作负载减少。所述压力调节机构也可以被用来提供附加的力到活塞，以及更低的频率声输出。所述地震振声震源元件可以具有用来辐射波的辐射活塞，且所述活塞可以具有轴向导引的轴杆，通过致动器系统直接加以致动。所述活塞可以是刚性的，即其不是像在美国专利7551518号中那样柔性的。换言之，当活塞的一部分相对于活塞的另一部分是不移动的时，活塞是刚性的。本地控制系统可以设置在地震振声震源元件处来控制电磁致动器系统和压力调节机构，从而实现地震振声震源元件的实时控制。这样的实时本地控制系统可以配置成连续或间歇性地调整地震振声震源元件的性能以匹配期望的输出。在一个应用中，可以设置冷却系统以冷却电磁致动器系统。所述冷却系统可以利用周围的水以实现冷却功能。现在论述在示例性实施方案中的所有这些特性更多的细节。根据示例性实施方案(如图1所示),地震震源的地震振声震源元件10包括外壳20，所述外壳20与活塞30和32 —起围起电磁致动器系统40并且将其与可能是水的周围环境50隔开。尽管图1显示两个可移动的活塞30和32，应注意到，振声震源元件可以只有一个可移动的活塞(如稍后论述)。所述外壳20具有第一开口 22和第二开口 24，这两个开口配置成由活塞30和活塞32封闭。电磁致动器系统40配置成在相反方向上同时驱动活塞30和活塞32以生成地震波。在一个应用中，活塞30和活塞32是刚性的。电磁致动器系统40可包括两个或更多独立的电磁致动器42和电磁致动器44。不管在单个的地震振声震源元件10中使用了多少独立的电磁致动器，所述致动器都成对地设置并且配置成在相反方向上同时作用于对应的活塞以便防止地震振声震源元件10的“摇摆”运动。在该方面注意到，当生成波时“摇摆”所述地震振声震源源元件10是不合需要的，因为当其在水中被拖行时地震振声震源源元件的位置应该遵循预定的路径。电磁致动器的尺寸和配置取决于地震振声震源元件的声输出。图1显示了在两个致动器42和44之间的壁46,所述壁46不必在致动器系统40中部。另外,在一个实施方案中，两个致动器42和44形成为单个的单元，并且这两个致动器之间没有界面。在另一个应用中，所述两个致动器42和44以预定的距离相互隔开，如图2所示。还在另一个应用中，致动器系统40通过附件48而附接到外壳20。所述附件48可以是柱型结构。在一个应用中，附件48可以是将外壳20分成第一腔室20a和第二腔室20b的壁。如果附件48是壁，那么所述致动器42和致动器44可以附接到壁48，或者可以按照致动器42和致动器44不接触壁48的方式通过其他方式来附接到外壳20。为了向活塞30和活塞32提供相对于外壳20移动以便生成地震波的能力，在活塞与外壳之间设置了密封机构60。所述密封机构60可配置成随活塞前后滑动。所述密封机构60可以由弹性体材料制成，或者可以是金属柔性结构。在另一个应用中，密封机构60可以是气封或液封。气封(空气轴承密封)配置成在外壳与活塞之间的界面处注入气体，以防止环境水进入外壳中。液封可以在外壳与活塞之间的界面处使用(例如)铁磁流体，以防止环境水进入外壳中。所属领域的技术人员将认识到，可以使用其他密封。所述实施方案(如图1所示)也可以包括压力调节机构70。所述压力调节机构70可用以使周围环境50的外部压力与外壳20所围起的流体的压力平衡，从而减少致动器系统40的工作负荷。注意到，如果周围环境在点72处(在活塞30前面)的压力基本上等于外壳20所围起的流体73在点74处的压力，那么致动器系统40的工作负荷可全部用以致动活塞生成声波，而不是有一部分工作负荷要用来克服点72处的环境压力。所述外壳20的围起的流体73可以是空气或其它气体或混合气体。压力调节机构70可以是气动机构，即使用空气来致动所述机构。压力调节机构70可以流体介质连接到在拖行地震振声震源元件10的船上的压力源(未图示)。压力调节机构70也可配置成在活塞30和32上提供附加的力，例如，以较低的频率，从而增加地震振声震源元件的声输出并且还扩展了地震振声震源元件的频谱。图1所示的实施方案可以每个活塞使用单个轴杆80和82，将致动运动从致动器系统40传输到活塞30和活塞32。然而，每个活塞可以使用一个以上的轴杆，这取决于地震振声震源元件的要求。为了使轴杆80能相对于外壳20平稳地运动(例如，以防止轴杆的摆动运动)，可以设置导引系统90。在一个应用中，致动器系统40会生成热。这种热可能会影响轴杆的运动和/或致动器系统的运行。由于这个原因，可以在地震振声震源元件处设置冷却系统94。如稍后所论述的，冷却系统94可配置成将热从致动器系统40传递到周围环境50。期望活塞30和活塞32生成具有预定频谱的输出。为了控制这个输出，可以相对于外壳20在内部、外部，或同时在内部和外部，设置本地控制系统100。所述本地控制系统100可配置成实时地起作用以校正地震振声震源元件10的输出。因此，本地控制系统100可以包括一个或多个处理器，这些处理器连接到对地震振声震源元件10的状态进行监视的传感器并且向致动器系统40和/或压力调节机构70发出命令。
为了论述每个上面所论述的地震振声震源元件的更多细节，并设置此种地震振声震源元件的操作模式，详细的地震振声震源元件200现在提供在图2中。然而，该详细的地震振声震源元件200不应被理解为限制本文中所论述的新颖的特征的适用性。如图2所示，除了少数例外，所述地震振声震源元件200类似于地震振声震源元件10 (如图1所示)。例如，致动器系统40具有完全设置在第一腔室20a中的一个致动器42，同时具有完全设置在第二腔室20b中的另一个致动器44。在到壁48预定的距离D处设置致动器42和致动器44，其中D等于或大于零。支承工具202 (例如，支柱，杆，螺栓，机械部件，等等)和204设置给每个致动器，以相对于外壳20支承致动器。所述致动器42和致动器44是主要的驱动器，其以预定冲程线性地、往复地致动活塞，以产生具有期望的频率带宽(例如，4到32赫兹)的波。每个线性致动器是由移动部件和固定部件制成的，它们中的一个含有永久的无源磁铁，且另一个含有电流从其中通过的有源线圈。该致动器所产生的力与循环通过线圈组件的电流成正比。磁铁或线圈中的任何一个均可以是移动的部件，另一个是固定的。其他已知的电磁致动器可以被使用。驱动轴杆80和82配置成分别地从致动器42和致动器44直接传输致动力到活塞30和活塞32。所述轴杆配置成防止偏轴形变，即所述轴杆是由刚性材料制成和/或通过导轨设置。在一个应用中，轴杆是刚性的(例如，由钢铁制成)，坚硬的，且其可以具有圆形、矩形或正方形的剖面。当然，可以使用其他剖面。在一个变体中，该轴杆也可以被分为，例如，三个轴杆以相互成120度安装以便传播力并进一步增加偏轴刚度。其它布置也是可能的。通过导引系统90的辅助，所述轴杆80和轴杆82可以实现活塞30和32的轴向运动，并防止偏轴形变。例如，图2显示了在轴杆80周围的两个导引元件90a和导引元件90b。或多或少的导引元件可以被使用。所述导引元件配置成实现该任务，不会恶化得太快或磨损或损坏轴杆。例如导引元件可以使用气垫机构，液体垫或通过金属球和/或棍接触。在一个应用中，导引元件可以包括球轴承以接触并导引轴杆。所述轴杆80 (轴杆82也是)可以装备有端停止(end-stop)机构210。端停止机构210配置成阻止轴杆的轴向运动(沿着图中X轴)，即防止轴杆过度的位移。该机构可以由坚硬的材料制成，并可以包括一些阻尼层以阻尼冲击力。在一个应用中，端停止机构210可以包括附接到轴杆80上的第一块212和一个或两个挡块214，其限制第一块212的运动。其它布置也是可能的。活塞30附接到轴杆80的一端(对活塞32和轴杆82类似)。活塞30是刚性的，并且由超过所需的带宽不变形的材料制作。活塞30可以具有圆形、球形或其它的横截面形状。活塞30的形状和大小是以这样设计的，提高声输出同时最小化由环境水的质量引起的工作负荷。如关于图1所述的实施方案，被限制在外壳20内部的流体73可以是空气。该流体73通过压力调节机构70加压以平衡环境(水)的外部液体静压力。如稍后将加以论述的，所述流体73也充当弹性元件。根据不同的应用，额外的机械弹性元件可能是必需的，其将被直接添加在轴杆上或者活塞上。为了防止水进入到外壳20内部，密封60a和密封60b设置在每个活塞和外壳20之间。图2中所示的密封60a和密封60b可以由弹性体材料制成，并且所述密封是柔性的，其允许活塞沿着X轴来回移动，不允许水进入到外壳20内部。
正如上面所论述的，气动调节系统70可以具有双重功能。气动调节系统70控制在外壳20内部的流体73的压力，使其基本上等于环境压力。为此，压差传感器76可以设置以确定压力差，例如，点72和点74之间。通过这种方式，所述气动调节系统70可以允许在压力下的空气进入或退出外壳20以平衡压力。在压力下的空气可以通过外部供应来提供，例如来自地震勘探船的管道或软管。过量的空气压力可以被释放到外壳20外部，例如，直接到环境或返回到船上。压力调节机构70可以配置成随着外部压力改变调节外壳20内部的压力，所述外部压力改变是由于海浪或深度变化弓I起的。压力调节机构70的第二个任选的功能是在较低的频率下(例如，小于4赫兹)通过额外的力驱动活塞(30和32)。因此，活塞30会生成具有由于致动器系统40的运动引起的第一频率的波，和具有由于通过压力调节机构70所产生的增加或减少的压力引起的第二频率的波。换言之，所述活塞会同时生成至少两个不同的频率，一个频率由致动器系统40控制，且另一个频率由压力调节机构70控制。所述新颖的振声震源元件的这种优势稍后论述。在地震振声震源元件200处本地地设置控制系统100。控制系统100负责一项或更多项功能。例如，控制系统100连接到用于测量活塞所产生的信号的传感器(例如，活塞位置和加速度)102。然后，控制系统100比较被测信号及其性能与期望信号及其性能。如果这些元件之间的不匹配大于预定的阈值，控制系统100可以本地地命令致动器系统40以改变驱动致动器42和致动器44的电流。类似的，控制系统100可以配置成从压差传感器76接收信息，并配置成确定在外壳20内部建立怎样的压力以平衡环境压力。此外，控制系统100可以配置成控制压力调节机构70，以便以期望的频率驱动活塞30和活塞32。图2显示了控制系统100包括处理器104，所述处理器104被连接到压力调节机构70，致动器42和致动器44，而且也连接到功率放大器106。功率放大器106配置成将从电端口 108接收到电功率转换至应用于致动器42和致动器44上的所需电流。控制系统100还包括支持上面所描述的功率转换、实时控制、传感和遥测功能的任何电子组件110。控制系统100可以设置在一个外罩(housing)中，所述外罩可以被密闭地与环境密封，以防止水到达所述控制系统。所述控制系统100可以存放在基本上处于大气压下的该外罩中。可以设置数据和命令端口 112以便促进控制系统100与船之间的数据交换。根据不例性实施方案,冷却系统94可以包括第一热交换器94a和第二热交换器94b。第一热交换器94a可以设置在致动器42上以从所述致动器移除热。第二热交换器94b可以设置在外壳20上，以便从致动器转移热到震源外部。流体73可以用作工作流体，以把热从第一热交换器94a转移到第二热交换器94b。用其自己的工作流体的专用的管道系统可以设置在第一和第二热交换器之间来转移热。已描述的地震振声震源元件的可能的实施方案具有多个新颖的特征，现在论述地震振声震源元件的一个特征。控制系统100可以包括，如下将描述的，处理器和存储装置。指令(例如，软件)可以被下载到控制系统100中，或者在地震振声震源元件部署在水下之前，或者在地震振声震源元件被拖行之前，来控制各种各样的活动，接下来论述。一个这样的活动是，维持环境和地震振声震源元件内部的压力平衡。控制系统命令压力调节机构来执行该功能。如果外壳20内部的压力小于环境的压力，所述压力调节机构允许更多的压力从压力端口 78进入外壳20。如果外壳20内部的压力大于环境的压力，在外壳内部的流体的部分被允许退出外壳，以便减少所述外壳的内部压力。控制系统100也配置成控制致动器系统40。正如上面所注意到的，控制系统100可以具有存储在本地存储装置中的指令以控制致动器系统，而处理器可以命令适当的元件来实现该功能。例如，处理器可以命令致动器系统40以发出力的驱动信号，(例如，扫描或其它类型的信号)，通过轴向地推和拉以导引轴杆来回运动。通过这种方式，附接到轴杆的活塞被驱动以在周围环境中施加声压以便生成期望的声波。活塞的位移取决于来自电磁致动器系统40的可用的力、被发出的期望的频率、被活塞推动的水的质量(除了其它方面，其取决于活塞的面积)和在外壳内部的流体的弹性刚度。对于最低的频率，活塞的位移可以通过端停止机构实体和机械地加以限制。随着频率的增大，位移可以迅速减小并很快成为几乎忽略不计的，尽管致动器提供的力可能接近最大值。在这点上，图3图示了电磁致动器的冲程作为通过活塞发出的地震波的频率的函数的变化。注意到，带宽的大约15%期望最大的冲程，而带宽的其余部分不使用可用冲程的全部优势。也注意到，随着发出的地震波的频率增大，所述冲程迅速降低，如曲线300所示。在该基本操作模式中，压力调节机构不用来生成低频地震波。压力调节机构配置成该基本操作模式，只平衡外壳内部和外部的压力。对于基本操作模式，地震振声震源元件发出的频率(显示在图2中)是4至32赫兹。类似的设计可以用于生成更高频率的地震波(例如,32到300赫兹)。图2所示的地震振声震源元件配置成以相反的方向在相同的时间(同时地)移动活塞30和活塞32。通过这种方式，地震振声震源元件上没有净力(net force )使得地震振声震源元件出现不合需要的“摇摆”。所述地震振声震源元件不使用液压流体或油，而因此是污染更少的震源。即使地震振声震源元件失效或故障，也没有液压材料释放到环境中。另外，地震振声震源元件是一个高度线性的系统。因此，输出信号的质量比现有的震源更好，且没有必需的信号清洗过程。所述地震振声震源元件具有小的体积，例如，1000升每活塞。所述地震振声震源元件也不依赖于如传统震源的变形部件，其本质上是容易失效的。因此，地震振声震源元件的寿命和可靠性得以改进。地震振声震源元件也可以运行在高级操作模式中。所述高级操作模式将运行与高频驱动信号重叠的低频驱动信号的性能添加到基本操作模式中，如图4所示。更具体而言，当电磁致动器提供的频率增大和活塞的位移减小时，如图4中的曲线302，气动致动器同时运行与高频驱动信号重叠的低频驱动信号，如图4中的曲线304。通过这种方式，随着对于高频驱动信号的轴杆冲程减�。沽Φ鹘诨估檬Ｓ嗟某宄淘诵械推登藕�。这样的动作在相对于电磁致动器和对于地震振声震源元件没有付出的情况下，增强了低频声输出。注意到，压力调节机构的低频驱动信号可以增大地震振声震源元件的低频范围，例如，产生在0到4赫兹范围的地震波。在一个应用中，控制系统配置成驱动机电致动器系统和压力调节机构，以便活塞30同时产生具有不同的频率的两种波。由于活塞的大面积(其对于力转换器充当高效的压力)和地震振声震源元件相对较低的刚度，从气动调节器所需的气动压力变化是相当小的，无需较高的气流即可满足。上面所论述的地震振声震源元件的一种变体如图5所示。根据该示例性实施方案，震源阵列的地震振声震源元件500具有与如图2所示的地震振声震源元件200相比增加的冲程。所述地震振声震源元件200的冲程限制主要是由电磁致动器系统40的机械限制引起的。然而，如果外壳20隔开为前外壳502和后外壳504，那么系统的总冲程限制可以增加，在这种方式下，致动器42、导引系统90和端停止机构210被安装在前外壳502中。内壁540从后外壳504隔离前外壳502。注意到，前外壳502连同后外壳504对应于图2中的第一腔室20a。第二腔室20b没有显示于图5中，但应理解所述第二腔室20b具有与第一腔室20a相同的结构，并且所述第二腔室20b相对于线506被对称地设置，以便第一腔室20a和第二腔室20b组成地震振声震源元件500。因此，下面的论述的重点只在腔室20a上，可以理解腔室20b的结构是完全相同的。附加的的密封520置于前外壳502和后外壳504之间，以便前外壳502可以相对于后外壳504移动。注意到，第一腔室20a的后壁526相对于地震振声震源兀件500是固定的。换言之，外壳20分成固定部件530 (其与后外壳504对应，并且是固定的)和可移动部件532(其与前外壳502对应)，所述可移动部件532配置成连同其内容(例如，致动器42)一起，相对于固定部件530移动。内壁540从后外壳504隔离前外壳502，且所述内壁540具有通道542，其允许后外壳和前外壳之间的流体进行流通。因此，前外壳和后外壳之间的慢速压力变化会通过一个外壳到另一个外壳，而快速变化则不会。所述致动器42 (其相对于前外壳502是固定部分)安装在前外壳中，并附接到所述前外壳，以便致动器42的固定部分与前外壳502 —起移动。为了控制整个致动器42的运动，轴杆541附接到致动器42的固定部分。所述轴杆通过导引机构542设置，并且其可以用端停止机构544 (类似于图2所示)提供。通过这种方式，当在后外壳504中的流体的压力增大时，整个驱动器42沿着轴X的反方向向前移动，从而消除或最小化致动器42的摆动。因此，在该实施方案中，电磁致动器系统40和压力调节机制70串行地动作，而不是如图2所示的并行地动作。换言之，如果致动器系统40使活塞30移位距离dl，压力调节机制70进一步使活塞30移位距离d2，所以活塞被移位总距离dl+d2。还注意到，根据该实施方案，当压力调节机构70被激活时，致动器系统40被移位距离d2。当压力调节机构70增压或减压后外壳504时，该布置允许整个前外壳502、致动器系统40和活塞30移动，利用致动器系统40的完整冲程。所述致动器系统40也可以用其自己的冲程驱动活塞30。地震振声震源元件500的操作类似于地震振声震源元件200的操作，除了当对应于高频驱动信号的冲程降低时，低频驱动信号不需要被应用。具有一对地震振声震源元件602和604的震源阵列600包括四个移动的活塞代替了两个，其显示于图6中。根据该示例性实施方案，活塞30和32同时加以致动，而活塞30’和32’也同时加以致动。所述两对活塞可以同时或不同时地加以致动。如在图2相关的实施方案中或图5相关的实施方案中已论述的，为每一对活塞设置了对应的致动器系统。超过两对的活塞可以被使用。图7显示了一种替代的振声震源元件。振声震源元件700包括一个可移动的活塞710，且所述活塞710与外壳712 —起组成腔室714。腔室714具有配置成接收可移动的活塞710的开口 715。壁720封闭外壳712，且机电致动器722设置在壁714内部，例如，附接到壁720上。杆724连接到活塞710，且被致动器722激活。导引系统728可以设置导引杆724。密封730设置在活塞710和外壳712之间以防止环境740中的介质与腔室714的介质742混合。类似于冷却系统94 (如图1所示)的冷却系统750可以设置。在振声震源元件700处可以进一步设置控制系统755和气动机构760，以控制活塞710的运动。因此，该图中显示的实施方案类似于图1和图2中显示的实施方案，除了只有一个可移动的活塞设置于整个振声震源元件。根据图8所示的示例性实施方案，有一种用于组装地震振声震源元件10的方法，所述振声震源元件配置成在水下生成声波。所述方法包括步骤800，设置具有第一开口 22和第二开口 24的外壳20 ;步骤802，在外壳20内部安装电磁致动器40 ;步骤804，将第一刚性活塞30和第二刚性活塞32附接到电磁致动器40，用这种方式以封闭所述第一开口 22和第二开口 24 ;和步骤806，将压力调节机构70安装到外壳20以控制外壳20内部的流体压力，这样以便使流体压力基本上等于外壳的环境压力。依据图9所示的另一个示例性实施方案，一种在水下产生声波的方法，所述方法包括，步骤900，通过设置在外壳20内部的电磁致动器系统40致动第一刚性活塞30和第二刚性活塞32以生成具有第一频率的波；和步骤902，通过附接到外壳20以控制外壳20内部的流体压力，这样以便使流体压力基本上等于外壳环境压力的压力调节机构70致动第一刚性活塞30和第二刚性活塞32。与上文所述的示例性实施方案一致的能够进行操作的代表性的控制系统的示例如图10所示。硬件、固件、软件或它们的组合可以用于执行本文所描述的各种步骤和操作。图10所示控制系统1000是示例性的网络结构，其可以被用于与此种系统连接。适合于执行示例性实施方案中所描述的活动的示例性控制系统1000可以包括服务器1001。此种服务器1001可以包括中央处理器(CPU) 1002，所述中央处理器(CPU) 1002连接到随机存取存储器(RAM) 1004以及到只读存储器(ROM) 1006。只读存储器1006也可以用以存储程序的其他类型的存储媒体，例如可编程只读存储器(PR0M)、可擦除可编程只读存储器(EPR0M)，等等。所述处理器1002可以通过输入/输出(I/O)电路1008以及总线连接1010来与其他内部和外部组件通信，以提供控制信号等。例如，处理器1002可以与传感器、电磁致动器系统和/或压力调节机构通信。处理器1002实施本领域中已知的由软件和/或固件指令所指示的各种功能。所述服务器1001也可以包括一个或多个数据存储装置，包括硬盘和软盘驱动器1012、⑶-ROM驱动器1014，以及能够读取和/或存储信息的其他硬件(例如，DVD)等。在一个实施方案中，用于进行上述步骤的软件可以存储并且分布在CD-R0M1016、软盘1018或能够可携式地存储信息的其他形式的媒体上。这些存储媒体可以插入到例如⑶-ROM驱动器1014、磁盘驱动器1012等装置中并且通过所述装置读取。服务器1001可以连接到显示器1020，所述显示器1020可以是任何类型的已知显示器或呈现屏幕，例如，IXD显示器、等离子体显示器、阴极射线管(CRT)等。设置用户输入接口 1022，包括一个或多个用户接口机构，例如鼠标、键盘、麦克风、触控板、触摸屏、语音识别系统等。服务器1001可以经由网络连接到其他计算装置，例如船上的设备。所述服务器可以是例如因特网1028等全球区域网(GAN)中的较大网络配置的部分，从而允许最终连接到各种陆上通信线和/或移动客户端/监视器装置。如所属领域的技术人员还将了解到，示例性实施方案可以体现在无线通信装置、电信网络中、体现为一种方法，或体现在计算机程序产品中。因此，示例性实施方案可以采取全是硬件的实施方案或组合了硬件和软件方面的实施方案的形式。另外，示例性实施方案可以采取存储在计算机可读存储媒体上的计算机程序产品的形式，其中所述媒体中包括了计算机可读指令。可以利用任何合适的计算机可读媒体，包括硬盘、CD-ROM、数字多功能光盘(DVD)、光存储装置，或磁存储装置，例如软盘或磁带。计算机可读媒体的其他非限制性实例包括快闪型存储器或其他已知类型的存储器。所揭示的示例性实施方案提供这样一种震源，地震振声震源元件和用于以改进的频谱产生海下地震波的方法。应理解，此描述不希望限制本发明。相反，示例性实施方案既定涵盖包括在如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围内的替代方案、修改以及等效物。另外，在示例性实施方案的详细描述中，陈述了众多特定细节以便全面理解所主张的发明。然而，所属领域的技术人员将理解，可以在无此类特定细节的情况下实践各种实施方案。虽然当前示例性实施方案的特征和元件是以特定组合在多个实施方案中进行描述，但是每个特征或元件可以单独使用而不依赖于实施方案的其他特征和元件，或者可以在具有或不具有本文所揭示的其他特征和元件的情况下以各种组合来使用。本说明书使用了所揭示的主题的实例，使任何所属领域的技术人员都能够实践所述主题，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。主题的可取得专利的范围由权利要求书界定，并且可以包括所属领域的技术人员想到的其他实例。此类其他实例既定属于权利要求书的范围。
权利要求
1.一种配置成生成声波的地震振声震源元件，所述地震振声震源元件包括 外壳，所述外壳具有第一开口和第二开口 ； 第一活塞和第二活塞，所述第一活塞和第二活塞配置成封闭所述第一开口和第二开Π ； 致动器系统，所述致动器系统设置在所述外壳内部并配置成致动第一活塞和第二活塞以生成具有第一频率的波；以及 压力调节机构，所述压力调节机构附接到所述外壳并配置成控制外壳内的流体的压力使得流体压力基本上等于外壳的环境压力。
2.根据权利要求1所述的配置成生成声波的地震振声震源元件，其进一步包括 壁，所述壁配置成将所述外壳分隔为第一腔室和第二腔室， 其中所述致动器系统是电磁致动器系统，所述电磁致动器系统包括 第一致动器，所述第一致动器设置在所述第一腔室中；以及 第二致动器，所述第二致动器设置在所述第二腔室中， 其中所述第一致动器和第二致动器配置成同时作用于所述第一活塞和第二活塞。
3.根据权利要求2所述的配置成生成声波的地震振声震源元件，其进一步包括 第一轴杆，所述第一轴杆将所述第一活塞连接到所述第一致动器；和 第二轴杆，所述第二轴杆将所述第二活塞连接到所述第二致动器。
4.根据权利要求3所述的配置成生成声波的地震振声震源元件，其进一步包括 第一导引系统，所述导引系统配置成沿轴向导引所述第一轴杆。
5.根据权利要求1所述的配置成生成声波的地震振声震源元件，其进一步包括 冷却系统，所述冷却系统配置成冷却所述致动器系统。
6.根据权利要求1所述的配置成生成声波的地震振声震源元件，其进一步包括 控制系统，所述控制系统设置在所述外壳上或在所述外壳内部并配置成控制所述致动器系统和所述压力调节机构。
7.一种用来生成海下地震波的震源阵列，所述震源阵列包括 至少一个地震振声震源元件，其中所述地震振声震源元件包括 外壳，所述外壳具有第一开口和第二开口 ； 第一活塞和第二活塞，所述第一活塞和第二活塞配置成封闭所述第一开口和第二开Π ； 致动器系统，所述致动器系统设置在外壳内部并配置成致动第一活塞和第二活塞以生成具有第一频率的波；和 压力调节机构，所述压力调节机构附接到外壳并配置成控制在外壳内部的流体压力使得流体压力基本上等于外壳的环境压力。
8.一种组装生成水下声波的地震振声震源元件的方法，所述方法包括 提供具有第一开口和第二开口的外壳； 在所述外壳内部安装致动器； 将第一活塞和第二活塞附接到所述致动器系统，用这种方式以封闭所述第一开口和第二开口 ；和 安装压力调节机构到所述外壳以便控制在所述外壳内部的流体压力使得流体压力基本上等于所述外壳的环境压力。
9.一种用来生成水下声波的方法，所述方法包括 通过设置在外壳内部的致动器系统致动第一刚性活塞和第二刚性活塞来生成具有第一频率的波；和 通过附接到所述外壳的压力调节机构致动所述第一活塞和第二活塞，以控制在所述外壳内部的流体的压力使得所述流体压力基本上等于所述外壳的环境压力。
10.一种配置成生成声波的地震振声震源元件，所述地震振声震源元件包括 外壳，所述外壳具有单个开口 ； 单个活塞，所述单个活塞配置成封闭所述单个开口 ； 致动器系统，所述致动器系统设置在外壳内部并配置成致动所述单个活塞以生成具有第一频率的波；和 压力调节机构，所述压力调节机构附接到外壳并配置成控制在外壳内部的流体压力使得流体压力基本上等于外壳的环境压力。
全文摘要
本发明提供一种获取海上地震震源的系统和方法。具体地，提供一种配置成生成水下声波的震源和地震振声震源元件的方法。所述地震振声震源元件包括具有第一开口和第二开口的外壳；配置成封闭第一开口和第二开口的第一活塞和第二活塞；设置在外壳内部并配置成致动第一活塞和第二活塞以生成具有第一频率的波的致动器系统；以及附接到外壳并配置成控制在外壳内的流体的压力使得流体压力基本上等于外壳的环境压力的压力调节机构。
文档编号G01V1/38GK103064116SQ201210331458
公开日2013年4月24日 申请日期2012年9月7日 优先权日2011年10月19日
发明者L·吕埃, R·道勒, B·泰桑迪耶 申请人:地球物理维里达斯集团公司
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