地震頻率掃描增強(qiáng)的制作方法
【專利摘要】一種執(zhí)行地震掃描的方法，包括形成合力分布；利用合力分布構(gòu)建目標(biāo)地震頻率掃描；以及利用構(gòu)建的目標(biāo)頻率地震掃描操作地震源。
【專利說(shuō)明】地震頻率掃描增強(qiáng)
[0001]
【背景技術(shù)】
[0002]1、【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明主要涉及地震勘探，特別是涉及用生成具有增強(qiáng)的地震頻率掃描的地震源信號(hào)的方法和裝置。
[0004]2、相關(guān)技術(shù)
[0005]在石油和天然氣勘探行業(yè)，通常采用地球物理工具和技術(shù)來(lái)識(shí)別具有潛在烴類儲(chǔ)藏的地下結(jié)構(gòu)。可利用多種不同的技術(shù)來(lái)生成地震信號(hào)。
[0006]地震的振動(dòng)能量源在本領(lǐng)域已經(jīng)使用多年。地震振動(dòng)器的最簡(jiǎn)單形式僅僅是能夠以大約2到300Hz的預(yù)定頻率范圍震動(dòng)地面的重型車(chē)輛。經(jīng)過(guò)相對(duì)長(zhǎng)的一段時(shí)間，振動(dòng)器的信號(hào)傳遞到地下，其能夠達(dá)到的能量等級(jí)小于諸如炸藥的沖擊波發(fā)生器。
[0007]被傳遞的能量，已知為地震源信號(hào)或“導(dǎo)向”信號(hào)，穿過(guò)地下并且從某些地下地質(zhì)邊界或?qū)臃瓷洳糠帜芰?。被反射的能量然后傳送回地表，在地表處利用地球運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器進(jìn)行記錄。處理被記錄的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生關(guān)于組成地下的層的位置和物理性質(zhì)的信息。
[0008]地震的振動(dòng)源信號(hào)典型地是掃描(swe印)信號(hào)，或者簡(jiǎn)稱掃描。掃描是在上述2-300HZ的范圍內(nèi)的正弦振動(dòng)，并且持續(xù)時(shí)間在2到40秒的級(jí)別，這取決于地形、地下的巖性、經(jīng)濟(jì)約束以及振動(dòng)器的物理性能?？梢噪S著時(shí)間增加正弦掃描頻率，這稱為“升頻掃描”。升頻掃描是典型地用在現(xiàn)代地震勘探中的信號(hào)。而且，正弦掃描還可以隨著時(shí)間減小掃描頻率，這稱為“降頻掃描`”。振動(dòng)器掃描的最終產(chǎn)物是通過(guò)地表傳播以返回地下線索的波。
[0009]本發(fā)明提供用于增強(qiáng)地震掃描的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在各個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種執(zhí)行地震掃描的方法。該方法可以包括形成合力分布；利用合力分布構(gòu)建目標(biāo)地震頻率掃描；以及利用構(gòu)建的目標(biāo)頻率地震掃描操作地震源。該合力分布可以通過(guò)利用以下方法獲得兩個(gè)或多個(gè)力分布而形成:一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)態(tài)掃描；一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)力掃描；一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)頻率掃描；以及一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)力和頻率掃描。
[0011]在各個(gè)方面中，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀媒介，具有嵌入其中的計(jì)算機(jī)程序并且可由處理器訪問(wèn)以執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序。計(jì)算機(jī)程序可以包括形成合力分布的指令以及利用合力分布構(gòu)建目標(biāo)地震頻率掃描的指令。計(jì)算機(jī)程序還可以包括利用構(gòu)建的目標(biāo)頻率地震掃描操作地震源的指令。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]為了詳細(xì)地理解本發(fā)明，結(jié)合附圖，參考以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，附圖中相同的元件給出了相同的標(biāo)記，并且其中:
[0013]圖1示出了利用本發(fā)明各個(gè)方面的典型地震數(shù)據(jù)采集操作；
[0014]圖2是振動(dòng)型地震源、例如圖1中的地震源的功能特征的示意性表示；
[0015]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例生成合力分布的方法；
[0016]圖3A示出了可用于產(chǎn)生目標(biāo)掃描的示例性曲線擬合方法；
[0017]圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用穩(wěn)態(tài)方法產(chǎn)生的測(cè)試掃描；
[0018]圖4B示出了利用圖4A的測(cè)試掃描識(shí)別的基本力；
[0019]圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用瞬態(tài)力方法產(chǎn)生的測(cè)試掃描；
[0020]圖5B示出了利用圖5A的測(cè)試掃描識(shí)別的基本力；
[0021]圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用瞬態(tài)頻率方法產(chǎn)生的測(cè)試掃描；
[0022]圖6B示出了利用圖6A的測(cè)試掃描的用于頻率的優(yōu)選時(shí)間；
[0023]圖6C示出了與在利用瞬態(tài)頻率方法獲得的頻率范圍內(nèi)的驅(qū)動(dòng)力值相關(guān)聯(lián)的時(shí)間表;
[0024]圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用瞬態(tài)頻率和瞬態(tài)力方法產(chǎn)生的測(cè)試掃描;
[0025]圖7B示出了利用圖7A的測(cè)試掃描識(shí)別的瞬態(tài)力；
[0026]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例利用圖3中的方法產(chǎn)生的目標(biāo)地震掃描；以及
[0027]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建目標(biāo)掃描的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0028]通過(guò)下面的論述，將能夠意識(shí)到的是，本發(fā)明的各個(gè)方面提供了執(zhí)行增強(qiáng)的地震掃描的方法。振動(dòng)器的行為可取決于用于產(chǎn)生力分布的方法。在一個(gè)方面，通過(guò)建立合力分布(profile)控制地震振動(dòng)器的行為，獲得這種增強(qiáng)。該過(guò)程的結(jié)果是基于結(jié)果掃描的目的來(lái)確定振動(dòng)器的最優(yōu)力分布。這些方法的一個(gè)方面是利用合力分布構(gòu)建目標(biāo)地震頻率掃描。該目標(biāo)頻率地震掃描可以包括包括單一頻率的頻率掃描；頻率隨時(shí)間增加的頻率掃描；頻率隨時(shí)間減小的頻率掃描；包括單一頻率和增加的頻率的頻率掃描；包括單一頻率和減小的頻率的頻率掃描；或者包括單一頻率和增加的頻率以及減小的頻率的頻率掃描。
[0029]合力分布可以基于一個(gè)或多個(gè)實(shí)驗(yàn)性的掃描，例如利用一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)態(tài)掃描的力分布，利用一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)力掃描的力分布，利用一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)頻率掃描的力分布以及利用一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)力和頻率掃描的力分布。然后可以利用目標(biāo)地震頻率掃描來(lái)操作振動(dòng)性地震源。
[0030]圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例可以使用目標(biāo)地震頻率掃描的測(cè)量布置圖。地震源100位于勘探區(qū)域中的預(yù)定位置并且耦接到地表。在所示的實(shí)施例中，地震源100是卡車(chē)裝載的振動(dòng)性地震源。該振動(dòng)性地震源100可以是單軸源，例如僅僅將壓縮P波傳遞到地表。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，也可以根據(jù)本發(fā)明以下的詳細(xì)描述來(lái)配置能夠?qū)波和S波都傳遞到地表的多軸振動(dòng)源，而無(wú)需附加的描述或說(shuō)明。因此，為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)而非限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明將重點(diǎn)討論單軸地震源。
[0031]地震源100包括具有駕駛室172的卡車(chē)170，駕駛室中容納有控制器108。地震源包括用于移動(dòng)反作用質(zhì)量塊104的液壓子系統(tǒng)140。將參照?qǐng)D2進(jìn)行更詳細(xì)地描述的，移動(dòng)反作用質(zhì)量塊104作用到底盤(pán)106上，將地震源信號(hào)102傳遞到地表。信號(hào)102穿過(guò)地表，在不連續(xù)的底層處反射，并且朝著地球表面?zhèn)鞑ァ?br> [0032]多個(gè)傳感器160以與地震源100間隔開(kāi)來(lái)的陣列形式耦接到地表。傳感器160檢測(cè)反射的源信號(hào)102，并且可以是數(shù)字的和/或模擬的電信號(hào)162從傳感器160的陣列傳輸?shù)降湫偷厝菁{在卡車(chē)中的記錄站(未示出)。記錄站包括地震記錄器168，并且還可以包括關(guān)聯(lián)處理器，其還接收表示傳遞到地表的實(shí)際源信號(hào)102的電信號(hào)180。
[0033]仍然參照?qǐng)D1，地震源100包括幾個(gè)子系統(tǒng)，具有用于產(chǎn)生地震信號(hào)102的系統(tǒng)部件。系統(tǒng)100包括具有液壓管路142的液壓泵子系統(tǒng)140，用于將液壓液114輸送到伺服閥組件112。冷卻器150典型地被用來(lái)冷卻液壓子系統(tǒng)。安裝在卡車(chē)上的低頻蓄電池144相對(duì)大，例如大約10加侖容量或者更大，并且用作抑制液壓系統(tǒng)的操作引起的低頻噪聲，例如大約25Hz或者更小。
[0034]圖2示意性地描述了基本上如上所述的并且示出在圖1中的用于傳遞正弦地震信號(hào)102到地表的地震信號(hào)生成系統(tǒng)100。附圖標(biāo)記與圖1中相同的部件保持一致。底盤(pán)106通過(guò)靜重耦接到地表。反作用質(zhì)量塊104可移動(dòng)地耦接到底盤(pán)106，使得反作用質(zhì)量塊104經(jīng)由液壓子系統(tǒng)140的受控的移動(dòng)以期望的幅度和頻率或掃描振動(dòng)底盤(pán)106，從而生成信號(hào)102。控制器108包括用于控制系統(tǒng)100的處理器110。該控制器電耦接到伺服閥組件112。伺服閥組件112包括伺服電機(jī)120，導(dǎo)向閥122以及主級(jí)閥124。
[0035]伺服閥組件112控制液壓子系統(tǒng)140中的流體移動(dòng)，從而提供移動(dòng)反作用質(zhì)量塊104的力。具有期望的掃描信號(hào)特征的電信號(hào)116從控制器108傳輸?shù)剿欧姍C(jī),操作導(dǎo)向閥122。導(dǎo)向閥122耦接到主級(jí)閥124，并且包括液壓聯(lián)軸器，用于傳送液壓以操作主級(jí)閥。當(dāng)被操作時(shí)，主級(jí)閥對(duì)液壓通道(未示出)增壓和減壓，從而根據(jù)控制器信號(hào)移動(dòng)反作用質(zhì)量塊104。
[0036]在本發(fā)明的各個(gè)方面中，通過(guò)調(diào)節(jié)被加壓的液壓液114逆著(against)反作用質(zhì)量塊104流動(dòng)，迫使反作用質(zhì)量塊104快速且反復(fù)地在垂直方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，創(chuàng)建地震信號(hào)102。通過(guò)調(diào)節(jié)液壓液114的流動(dòng)從而調(diào)節(jié)反作用質(zhì)量塊104的速度和力來(lái)控制這種振動(dòng)的聲學(xué)特征。
[0037]現(xiàn)在參照?qǐng)D3，這里示出了一種用于構(gòu)建合力分布202的方法200。該方法200可以包括利用一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)態(tài)掃描通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的力分布204，利用一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)力掃描通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的力分布206，利用一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)頻率掃描通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的力分布208，以及利用一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)力和頻率掃描通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的力分布210。這些通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的力分布204-210可以被關(guān)聯(lián)或合并以獲得合力分布202。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可利用數(shù)學(xué)運(yùn)算，例如加權(quán)平均，來(lái)合并力分布204-210。在其它實(shí)施例中，可利用歷史的或經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整任一或所有的力分布204-210。在其它實(shí)施例中，可省略通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的力分布204-210中的一個(gè)或多個(gè)。以下將參照附圖4-7，討論每個(gè)實(shí)驗(yàn)性的力分布204-210。
[0038]圖4A-B描述了可以如何利用穩(wěn)態(tài)方法生成力分布數(shù)據(jù)。圖示出了驅(qū)動(dòng)力(F)關(guān)于時(shí)間(T)的關(guān)系，以及表示出了選定頻率處的示意性力分布。如圖4A所示,在每個(gè)頻率處，在選定頻率范圍內(nèi)增加目標(biāo)驅(qū)動(dòng)力。最大的力被標(biāo)注為數(shù)字220。圖4B示出了發(fā)生在輸出力值222 (或基本力)處的穩(wěn)態(tài)條件。對(duì)每個(gè)力間隔監(jiān)控系統(tǒng)行為，直到檢測(cè)到該頻率的穩(wěn)態(tài)(例如，力值222)。在這些測(cè)試過(guò)程中采集的系統(tǒng)行為信息可以在完成測(cè)試之后進(jìn)行處理。這種處理可以包括濾波，分類，轉(zhuǎn)換以及其它已知的分析方法以識(shí)別最優(yōu)的力值。
[0039]在圖4A-B中，生成力的時(shí)間(t)保持恒定，但并不總是需要這樣。在期望頻率范圍內(nèi)的所有頻率上執(zhí)行該處理，以產(chǎn)生力值和相關(guān)頻率的數(shù)據(jù)集。因此，通常，穩(wěn)態(tài)方法通過(guò)在預(yù)定時(shí)間周期施加一個(gè)或多個(gè)所選擇的力來(lái)估算每個(gè)頻率處的驅(qū)動(dòng)力。然后，可以選擇預(yù)定的時(shí)間周期，使得驅(qū)動(dòng)力至少超過(guò)瞬態(tài)響應(yīng)。
[0040]圖5A-B描述了可以如何利用瞬態(tài)力的方法生成力分布數(shù)據(jù)。所述圖示出了驅(qū)動(dòng)力(F)關(guān)于時(shí)間(T)的關(guān)系，并表示出了選定頻率處的示意性力分布。如圖5A所示，對(duì)于每個(gè)頻率處在時(shí)間周期(例如20秒)上，驅(qū)動(dòng)力從零線性傾斜上升到計(jì)算的最大力230。圖5B示出了發(fā)生在輸出力值232 (或基本力)處的穩(wěn)態(tài)條件。對(duì)每個(gè)力間隔監(jiān)控系統(tǒng)行為,直到檢測(cè)到穩(wěn)態(tài)(例如，力值232)。在這些測(cè)試過(guò)程中采集的系統(tǒng)行為信息可以在完成測(cè)試之后進(jìn)行處理和分析以識(shí)別最優(yōu)的力值。
[0041]力值232可以被選擇為該頻率的力。
[0042]圖6A-B描述了瞬態(tài)頻率掃描方法。該圖示出了驅(qū)動(dòng)力(F)關(guān)于時(shí)間⑴的關(guān)系，以及表示出了選定頻率處的示意性力分布。雖然圖6A示出的是恒定頻率，該方法也可以使用頻率范圍。如圖6A所示，力保持恒定并且增加時(shí)間來(lái)確定振動(dòng)器系統(tǒng)中激勵(lì)共振的掃描時(shí)間。在另一方法中，可以增加時(shí)間來(lái)確定其它操作特征或參數(shù)。例如，可以增加時(shí)間來(lái)確定跨多個(gè)頻率的最小持續(xù)時(shí)間，以便達(dá)到適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)器性能，例如泵流量。因此，力間隔232-238每個(gè)都具有連續(xù)增加的長(zhǎng)度。于是，時(shí)間保持在可以激勵(lì)共振的時(shí)間之下。如圖6B所示，可以分析每個(gè)時(shí)間周期處的振動(dòng)器性能來(lái)估計(jì)何時(shí)可接受該響應(yīng)。在圖6B中，可接受的響應(yīng)可被認(rèn)為發(fā)生在力239處。因此，瞬態(tài)頻率掃描方法通常通過(guò)在整個(gè)選定頻率范圍掃描并且在每個(gè)頻率處保持 變化的時(shí)間周期來(lái)估算驅(qū)動(dòng)力。根據(jù)圖6B，可接受的時(shí)間進(jìn)入到圖6C中所示的表240中，這里力與每個(gè)頻率優(yōu)選的時(shí)間相關(guān)。
[0043]圖7A-B示出了瞬態(tài)頻率掃描和頻率方法。該圖示出了驅(qū)動(dòng)力(F)關(guān)于時(shí)間(T)的關(guān)系，以及表示出了選定頻率處的示意性力分布。如圖7A所示，力傾斜上升并且時(shí)間增加。可通過(guò)如下方法首先確定可能由于反作用質(zhì)量塊位移限制導(dǎo)致的力，瞬態(tài)力可以是傾斜的:
[0044]為了找到低頻處的最大理論基本峰值力:
【權(quán)利要求】
1.一種執(zhí)行地震掃描的方法,包括: 形成合力分布； 利用合力分布構(gòu)建目標(biāo)地震頻率掃描；以及 利用構(gòu)建的目標(biāo)頻率地震掃描操作地震源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中形成合力分布包括以下至少兩項(xiàng): 利用一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)態(tài)掃描獲得力分布； 利用一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)力掃描獲得力分布； 利用一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)頻率掃描獲得力分布；以及 利用一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)力和頻率掃描獲得力分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中利用穩(wěn)態(tài)掃描計(jì)算力分布包括: 通過(guò)在預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)施加一個(gè)或多個(gè)所選力估算每個(gè)頻率處的驅(qū)動(dòng)力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中選擇所述預(yù)定時(shí)間周期以使得驅(qū)動(dòng)力至少超過(guò)瞬態(tài)響應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中利用瞬態(tài)力掃描計(jì)算力分布包括: 通過(guò)施加從標(biāo)稱力到估算的最大力的范圍內(nèi)的所選力在每個(gè)頻率處估算多于一個(gè)驅(qū)動(dòng)力。`
6.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中利用瞬態(tài)頻率掃描計(jì)算力分布包括: 通過(guò)在整個(gè)選定頻率范圍掃描并且在每個(gè)頻率處保持變化的時(shí)間周期來(lái)估算驅(qū)動(dòng)力。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中利用瞬態(tài)力和頻率掃描計(jì)算力分布包括: 通過(guò)在整個(gè)選定頻率范圍內(nèi)掃描來(lái)估算驅(qū)動(dòng)力； 在每個(gè)頻率處保持變化的時(shí)間周期；以及 施加從標(biāo)稱力到估算的最大力的范圍內(nèi)的多于一個(gè)所選力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)利用加權(quán)平均方法來(lái)形成合力分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括輸入目標(biāo)地震掃描到配置為操作地震源的可編程控制器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)配置為操作地震源的可編程控制器構(gòu)建目標(biāo)地震掃描；并且所述方法進(jìn)一步包括輸入合力分布到可編程控制器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中調(diào)整合力分布的選自以下內(nèi)容的至少一個(gè)參數(shù):(i)環(huán)境參數(shù)，(?)設(shè)備參數(shù)，以及(iii)信號(hào)傳輸媒介參數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括:在執(zhí)行地震掃描前從預(yù)先存在的數(shù)據(jù)庫(kù)中采集與地震源相關(guān)的信息；以及其中合力分布至少部分基于預(yù)先存在的數(shù)據(jù)庫(kù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中目標(biāo)頻率地震掃描包括下列至少之一: 包括單一頻率的頻率掃描； 頻率隨時(shí)間增加的頻率掃描； 頻率隨時(shí)間減小的頻率掃描； 包括單一頻率和增加的頻率的頻率掃描； 包括單一頻率和減小的頻率的頻率掃描；以及 包括單一頻率和增加的頻率與減小的頻率的頻率掃描。
14.一種具有嵌入其中的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，可被用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的處理器訪問(wèn)，其中計(jì)算機(jī)程序包括: 形成合力分布的指令；以及 利用合力分布構(gòu)建目標(biāo)地震頻率掃描的指令。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中計(jì)算機(jī)程序進(jìn)一步包括利用構(gòu)建的目標(biāo)頻率地震掃描操作地震源的指令`。
【文檔編號(hào)】G01V1/04GK103874935SQ201280045011
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月16日
【發(fā)明者】T·F·菲利普斯, 魏周宏 申請(qǐng)人:英洛瓦有限公司