FR2961902A1

FR2961902A1 - Vibrateur acoustique marin ayant une amplitude a basse frequence accrue

Info

Publication number: FR2961902A1
Application number: FR1155764A
Authority: FR
Inventors: Stig Rune Lennart Tenghamn
Original assignee: PGS Geophysical AS
Current assignee: PGS Geophysical AS
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2011-12-30
Anticipated expiration: 2031-06-28
Also published as: AU2011202819A1; AU2011202819B2; GB2507206B; US20110317515A1; GB201111034D0; FR2961902B1; GB201322719D0; GB2481707B; NO20110910A1; NO344032B1; GB2507206A; BRPI1102801A2; GB2481707A; US8446798B2

Abstract

Une source séismique comprend une coque à flexion et tension (2) définissant un grand axe et un petit axe et au moins un dispositif d'entraînement (8) relié à la coque à flexion et tension (2) à proximité d'une extrémité du petit axe. La source séismique peut être un composant d'un système de recherche séismique marine. Le système de recherche séismique marine peut être utilisé dans un procédé de recherche séismique marine.

Description

L'invention se rapporte d'une manière générale au domaine de la recherche séismique marine. Plus spécifiquement, l'invention se rapporte à des sources d'énergie séismique du type à vibrateur acoustique utilisées pour la recherche séismique marine. Des sources séismiques sont utilisées dans la recherche géophysique sur terre et dans des zones recouvertes d'eau de la terre. Des signaux générés par des sources séismiques se déplacent vers le bas dans la terre, sont réfléchis par des interfaces dans la subsurface, et sont détectés par des détecteurs de signal, de manière typique des hydrophones ou des géophones, à la surface ou près de la surface terrestre ou de la surface de l'eau. La plupart des sources séismiques utilisées dans des opérations de recherche marine sont du type à impulsion, dans lequel des efforts sont faits pour générer autant d'énergie acoustique que possible pendant une durée aussi courte que possible. Des exemples de ces sources comprennent des canons pneumatiques, des canons à eau, et des rangées de tels canons. La teneur en fréquence de ces sources peut être commandée seulement dans une faible mesure, principalement en ajoutant à une rangée de canon des canons additionnels avec différentes tailles de chambre de charge. Différentes rangées de sources sont choisies pour la génération de différentes plages de fréquence pour différents besoins de recherche. Les sources à impulsion ont généralement une sortie acoustique limitée dans la bande à très basse fréquence de 1 à 10 Hz, et plus spécialement en-dessous de 5 Hz. Un autre type de source séismique est un vibrateur acoustique. Des sources du type à vibrateur acoustique connues dans l'art comprennent des sources à commande hydraulique, des sources conventionnelles à coque à flexion et tension, et des sources utilisant une matière piézoélectrique ou magnétostrictive. Les vibrateurs acoustiques tendent à offrir une meilleure commande de fréquence que des sources à impulsion.

D'une manière similaire aux sources à impulsion, les vibrateurs acoustiques ont généralement une sortie d'énergie acoustique très limitée en-dessous de 10 Hz. Des sources typiques à coque à flexion et tension sont basées sur le principe de changements de volume dans une coque vibrante globalement elliptique. Quand le grand axe plus long d'une ellipse est mis en vibration par une force d'entraînement (par exemple un dispositif d'entraînement électrodynamique), la longueur du petit axe plus court vibre également, mais avec une amplitude beaucoup plus grande. Cependant, pour des fréquences très basses, il peut être assez problématique de générer suffisamment d'amplitude avec des sources standard à coque à flexion et tension (par exemple utilisant un dispositif d'entraînement du type piézocéramique ou Terfenol-D fixé sur l'extrémité du grand axe dans l'ellipsoïde). Par exemple, puisque la force générée chute rapidement avec la distance entre les aimants, de nombreux dispositifs d'entraînement électromagnétiques conventionnels peuvent être incapables de générer suffisamment de force pour des applications de grande amplitude. Certaines sources à coque à flexion et tension utilisent des mécanismes additionnels pour augmenter la force d'entraînement appliquée sur le grand axe de la coque. Des exemples de celles-ci peuvent être trouvés dans les brevets U.S. numéros 5 959 939, 6 076 629 et 7 551 518, chacun délivrés au nom de Tenghamn. Il est connu dans l'art que, lorsque les ondes acoustiques se déplacent à travers l'eau et à travers des structures géologiques de subsurface, des ondes acoustiques de plus haute fréquence sont atténuées plus rapidement que des ondes de plus basse fréquence. Par conséquent, des ondes sonores de fréquence plus basse peuvent être transmises sur de plus longues distances à travers l'eau et des structures géologiques que des ondes sonores de fréquence plus haute. Une source à coque à flexion et tension globalement elliptique peut être conçue avec une fréquence de résonance fondamentale basse de telle sorte que les dimensions de la coque sont faibles comparées à la longueur d'onde dans l'eau, en permettant ainsi à la coque à flexion et tension de rayonner du son de manière omnidirectionnelle. Cependant, du fait de la relative petite taille de la coque à flexion et tension (comparée à la longueur d'onde dans l'eau), la charge acoustique est faible aux basses fréquences et fortement réactive, ce qui exige de manière typique une grande amplitude de vitesse de la surface de rayonnement. L'effort maximum admissible dans la coque est donc une limitation dans la sortie de puissance des coques à flexion et tension elliptiques typiques avec des fréquences de résonance basses. Il y a un besoin de longue date dans le secteur séismique de l'industrie du pétrole et du gaz de sources sonores marines puissantes et à basse fréquence fonctionnant dans la bande de fréquence de 1 à 10 Hz. Une source séismique selon un aspect de l'invention comporte une coque à flexion et tension définissant un grand axe et un petit axe. La source séismique comporte en outre au moins un dispositif d'entraînement relié à la coque à flexion et tension à proximité d'une extrémité du petit axe. Un système de recherche séismique marine selon un autre aspect de l'invention comporte au moins un navire. Le système de recherche séismique marine comporte en outre au moins une source séismique. La source séismique comporte une coque à flexion et tension définissant un grand axe et un petit axe, et au moins un dispositif d'entraînement relié à la coque à flexion et tension à proximité d'une extrémité du petit axe. Le système de recherche séismique marine comporte en outre un dispositif de commande électrique capable de commander le dispositif d'entraînement. Un procédé de recherche séismique marine selon un autre aspect de l'invention comporte le fait de remorquer une flûte marine à capteur séismique avec un navire à travers une étendue d'eau au-dessus d'une formation souterraine. Le procédé comporte en outre le fait de commander une source séismique afin de générer un signal séismique. La source séismique comporte une coque à flexion et tension définissant un grand axe et un petit axe, et au moins un dispositif d'entraînement relié à la coque à flexion et tension à proximité d'une extrémité du petit axe. Le procédé comporte en outre le fait de permettre au signal séismique de se propager à travers l'étendue d'eau et la formation souterraine afin de procurer un signal séismique modifié. Le procédé comporte en outre le fait de détecter le signal séismique modifié avec la flûte marine à capteur séismique. D'autres aspects et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit. La figure 1 montre une section transversale d'un dispositif d'entraînement et d'une coque à flexion et tension pour un vibrateur acoustique selon une forme de réalisation de l'invention. La figure lA montre des contours de sections transversales de coques à flexion et tension selon des formes de réalisation de l'invention.

La figure 2 montre une section transversale d'un dispositif d'entraînement, d'une coque à flexion et tension, et d'un ressort intérieur avec des masses supplémentaires, selon une forme de réalisation de l'invention. Les figures 2A et 2B montrent une variante d'agencement de ressort intérieur et de masses supplémentaires, vus depuis le dessus et le côté, respectivement. La figure 3 montre un graphique de réponse en fréquence du vibrateur acoustique de la figure 2.

La figure 4 montre un exemple d'un système d'acquisition séismique marin utilisant au moins un vibrateur acoustique selon la figure 2. La figure 5 montre une variante d'exemple d'un système séismique d'acquisition marin utilisant au moins un vibrateur acoustique selon la figure 2. La figure 1 montre une source séismique du type à vibrateur acoustique 100 en coupe partielle, selon une forme de réalisation de l'invention. La source séismique 100 peut comprendre un dispositif d'entraînement 8, qui peut être un dispositif d'entraînement électrodynamique. Dans certaines formes de réalisation (décrites plus en détail ci-dessous), le dispositif d'entraînement 8 peut être un dispositif d'entraînement à « bobine mobile », qui peut procurer la capacité de générer de très grandes amplitudes d'énergie acoustique. (Des sources séismiques utilisant les dispositifs d'entraînement à bobine mobile peuvent être désignées « projecteurs à bobine mobile"). Bien que la forme de réalisation particulière décrite ici montre seulement un unique dispositif d'entraînement bidirectionnel, des formes de réalisation avec un ou plusieurs dispositifs d'entraînement unidirectionnels ou dans lesquelles de multiples dispositifs d'entraînement sont utilisés en parallèle sont dans la portée de l'invention. La forme de réalisation illustrée comprend en outre une coque à flexion et tension 2, qui peut être fabriquée en acier à ressort ou un métal élastique similaire, et qui peut être un transducteur à flexion et tension de classe V. Des exemples de coques appropriées à flexion et tension sont discutés d'une manière générale dans le brevet américain numéro 6 076 629 délivré au nom de Tenghamn. La coque à flexion et tension 2 peut être formée à partir de deux moitiés semi-elliptiques 2a, 2b, reliées au niveau ou près des extrémités de leurs grands axes les plus longs par des charnières respectives 12. Le dispositif d'entraînement 8 peut être relié à la face des deux moitiés semi-elliptiques 2a, 2b de la coque à flexion et tension 2. Par exemple, comme cela est illustré dans la figure 2B, le dispositif d'entraînement 8 peut être relié approximativement au niveau du point médian vertical de la face de la coque à flexion et tension 2, à proximité des extrémités des petits axes les plus courts des moitiés semielliptiques 2a, 2b. Dans une mise en oeuvre particulière de l'invention, la coque à flexion et tension 2 peut agir comme un ressort ayant une première constante de ressort afin de générer une première résonance de système. Comme cela serait compris par un homme de l'art avec le bénéfice de cette divulgation, la constante de ressort de la coque à flexion et tension peut être déterminée par les dimensions de la coque (par exemple, environ 2 mètres de large par environ 2 mètres de haut), la composition matérielle de la coque, et la forme de la coque dans un état relâché. Bien que la figure 1 représente une coque à flexion et tension de forme essentiellement semi-elliptique, des coques à flexion et tension d'autres formes, y compris convexes, concaves, plates, ou des combinaisons de celles-ci peuvent également convenir, comme cela est illustré dans la figure 1A. Dans ces formes de réalisation, les charnières 12 peuvent continuer à relier deux moitiés de la coque à flexion et tension 2 au niveau ou près des extrémités du grand axe 25 de la coque, alors que le dispositif d'entraînement 8 peut continuer à être relié aux faces des moitiés à proximité de l'extrémité du petit axe 35 de la coque. (1l est évident que, comme avec les grand et petit axes d'une ellipse, les grand et petit axes sont perpendiculaires l'un à l'autre). Idéalement, les dimensions, la composition matérielle, et la forme de la coque à flexion et tension seront choisies pour procurer une constante de ressort souple pour des vibrations entre environ 1 et 10 Hz quand la coque est immergée dans l'eau. Dans certaines formes de réalisation, la source séismique 100 peut comprendre en outre un montage 4 capable de suspendre le dispositif d'entraînement 8 à l'intérieur de la coque à flexion et tension 2. Par exemple, dans la forme de réalisation illustrée, le montage 4 s'étend le long du grand axe de la coque à flexion et tension 2 et est relié à la coque à flexion et tension 2 en utilisant des paliers linéaires 6. Dans certaines formes de réalisation, le montage 4 peut être de section circulaire et peut être monté sur des charnières 12 en utilisant des paliers linéaires 6. Un tel montage peut permettre une contraction du grand axe de la coque à flexion et tension 2 quand le petit axe est agrandi par le mouvement du dispositif d'entraînement 8. Dans la forme de réalisation illustrée, le dispositif d'entraînement 8 comporte un dispositif d'entraînement bidirectionnel à bobine mobile, ayant deux ensembles de bobine électrique 10, un élément de transmission 11, et un circuit magnétique 14 qui est capable de générer un champ magnétique. Comme cela est illustré, le circuit magnétique 14 peut être relié au montage 4, alors que l'élément de transmission 11 se raccorde à la coque à flexion et tension 2. Dans certaines formes de réalisation, cette disposition est inversée (c'est-à-dire que le circuit magnétique 14 se raccorde à la coque à flexion et tension 2, alors que l'élément de transmission 11 se raccorde au montage 4).

En fixant la partie plus lourde (circuit magnétique 14) du dispositif d'entraînement 8 à la coque 2, il peut être plus facile de générer des basses fréquences sans avoir à rendre la coque 2 trop faible pour permettre une constante de ressort souple. Comme cela est illustré, chaque élément de transmission 11 peut transférer un mouvement de bobine électrique 10 à la surface intérieure de la coque à flexion et tension 2 à proximité de son petit axe. La bobine électrique 10 peut être reliée au dispositif de commande électrique approprié (42 dans la figure 4) afin de commander le dispositif d'entraînement 8. Par exemple, le dispositif de commande électrique (42 dans la figure 4) peut commander le courant à travers le dispositif d'entraînement, par exemple, du courant alternatif à balayage de fréquence sur une plage d'environ 1 à environ 100 Hz, ou plus particulièrement entre environ 1 et environ 10 Hz. Souvent, le circuit magnétique 14 peut comprendre des aimants permanents, bien que n'importe quel dispositif capable de générer un flux magnétique puisse être incorporé. Quand du courant électrique I est appliqué sur la bobine électrique 10, une force F agissant sur la bobine électrique 10 peut être générée . (Equation 1) F= l 1B, où 1 est la longueur du conducteur dans la bobine électrique et B est le flux magnétique généré par le circuit magnétique 14. Pour une longueur 1 et un flux magnétique B constants, la grandeur du courant électrique I détermine ainsi la grandeur de la force F agissant sur la bobine électrique 10. La force F peut amener la bobine électrique 10 à se déplacer, et l'élément de transmission 11 peut transférer ce mouvement et cette force F à la coque à flexion et tension 2, qui peut fléchir tout en résistant au mouvement et à la force F. Par conséquent, la grandeur du courant électrique I détermine également la longueur de la course de dispositif d'entraînement. Le dispositif d'entraînement 8 peut procurer des longueurs de course de plusieurs centimètres - à partir de 5 centimètres par exemple et jusqu'à et y compris environ 25 centimètres - qui peuvent permettre à la source séismique 100 de générer une sortie acoustique à amplitude accrue dans les plages de basse fréquence, par exemple entre environ 1 et environ 100 Hz, et plus particulièrement entre environ 1 et 10 Hz. Des exemples de dispositifs d'entraînement 8 appropriés peuvent être trouvés dans le brevet U.S. numéro 5 959 939 délivré au nom de Tenghamn et al. Dans certaines formes de réalisation de la présente invention, la source séismique 100 présente au moins une fréquence de résonance (quand la coque est immergée dans l'eau) dans la plage de fréquence séismique entre environ 1 Hz et environ 10 Hz. La source séismique 100 peut présenter au moins deux fréquences de résonance dans la plage entre environ 1 Hz et environ 50 Hz. Dans certaines formes de réalisation, la source séismique 100 peut présenter au moins deux fréquences de résonance au-dessous d'environ 10 Hz.

Comme cela est évident pour un homme de l'art avec le bénéfice de cette divulgation, l'impédance totale qui est subie par un vibrateur acoustique marin peut être exprimée comme suit : (Equation 2) Zr = Rr + jXr où Zr représente l'impédance totale, Rr représente l'impédance de rayonnement, et Xr est l'impédance réactive. Dans une analyse du transfert d'énergie d'un vibrateur acoustique marin, le vibrateur acoustique et ses composants opérationnels peuvent être approchés par analogie avec un piston freiné. Dans une expression de l'impédance totale qui est subie par un piston freiné, l'impédance de rayonnement Rr d'un piston freiné est : (Equation 3) Rr =7ra2pOCRl(x) et l'impédance réactive est : (Equation 4) X,. =7ra2pacXl(x) dans laquelle 4nzi 2COa (Equation 5) x=2ka= _ c

(Equation 6) R1(x)=1- J1 (x) x et (Equation 7) X1(x)= 4 fe sin(xcosa)si.n2ada Dans les expressions précédentes, po représente la densité de l'eau (dans laquelle la surface de rayonnement du vibrateur acoustique est immergée), Cv représente la fréquence angulaire, k 25 représente le nombre d'onde de l'énergie acoustique, a représente le rayon du piston, c représente la vitesse du son dans l'eau, 2 représente la longueur d'onde, et J1 est une fonction de Bessel du premier ordre. L'utilisation du développement en série de 30 Taylor sur les équations ci-dessus donne les expressions suivantes pour R1(x) et X1(x) : 20 2 x4 (Equation 8) R1(x)=-~ --- --t --- 2 21!2! 2 `12!3! (Equation 9) X1(x)_ 4 x, x3 + l5 3 32.5 32 -52 -7 Pour des basses fréquences, c'est-à-dire quand x=2ka est beaucoup plus petit que 1, la partie réelle (R) et la partie imaginaire (X) de l'expression d'impédance totale peuvent être approximées par le premier terme du développement de Taylor. Les expressions pour des basses fréquences, quand la longueur d'onde est beaucoup plus grande que le rayon du piston, deviennent ainsi : (Equation 10) R1(x) -i - (L \2 8ka (Equation 11) X1(x) -a 3n Par conséquent, pour des basses fréquences l'impédance de rayonnement R est faible comparée à l'impédance réactive X, ce qui suggère une génération de signal à très faible rendement, et par conséquent une faible amplitude de sortie de signal. Cependant, en introduisant une résonance dans la partie inférieure du spectre de fréquence de la structure acoustique de vibrateur, de l'énergie acoustique à basse fréquence peut être générée plus efficacement. A la résonance, la partie imaginaire (réactive) de l'impédance est sensiblement annulée, et la source acoustique est capable de transmettre efficacement de l'énergie acoustique dans l'eau.

La figure 2 montre une autre forme de réalisation de la source séismique 100, comprenant l'addition d'un ressort intérieur de forme globalement elliptique 16 à l'intérieur la coque à flexion et tension 2 avec des masses 18 fixées dessus le long des extrémités du grand axe et supportées de façon coulissante sur le montage 4 en utilisant des paliers linéaires 20. Le ressort intérieur 16 peut être relié à la coque à flexion et tension 2 à proximité du petit axe. Le dispositif d'entraînement 8 peut être relié à la coque à flexion et tension 2 comme dans la forme de réalisation illustrée dans la figure 1. Comme cela sera davantage discuté ci-dessous, le ressort intérieur 16 avec les masses 18 fixées dessus peut provoquer une deuxième fréquence de résonance de système quand la coque est immergée dans l'eau dans la plage de fréquence séismique intéressante (par exemple, entre environ 1 et environ 10 Hz). Bien qu'une source séismique 100 qui comprendrait seulement la coque à flexion et tension 2 agissant en tant que ressort présenterait de manière typique une deuxième fréquence de résonance, pour des systèmes ayant une taille appropriée pour une utilisation dans l'exploration géophysique, la deuxième fréquence de résonance quand la coque est immergée dans l'eau serait de manière typique beaucoup plus élevée que les fréquences dans la plage de fréquence séismique intéressante. Dans certaines formes de réalisation, comme cela est représenté dans les figures 2A et 2B, les extrémités de grand axe du ressort intérieur 16 peuvent être reliées aux extrémités de grand axe de la coque à flexion et tension 2 au niveau des charnières 12. Les masses 18 peuvent être fixées sur le ressort intérieur 16 à proximité de son petit axe. Comme cela est illustré dans la figure 2B, le ressort intérieur 16 peut être verticalement divisé en deux ressorts, chacun avec des masses supplémentaires 18. Dans la forme de réalisation illustrée, un ressort intérieur 16 est disposé au-dessus du dispositif d'entraînement 8, alors que l'autre ressort intérieur est disposé au-dessous du dispositif d'entraînement 8, et le dispositif d'entraînement 8 reste relié à la coque à flexion et tension 2. La figure 3 montre un graphique d'une simulation d'un vibrateur acoustique marin fabriqué sensiblement comme cela est représenté dans la figure 2. La première fréquence de résonance résulte sensiblement d'une interaction de la coque à flexion et tension agissant en tant que ressort. La deuxième fréquence de résonance résulte sensiblement de l'interaction du ressort intérieur avec ses masses supplémentaires. Dans le présent exemple, la première résonance a été établie à environ 2,5 Hz et la deuxième résonance a été établie à environ 4,5 Hz. En construisant n'importe quelle mise en oeuvre spécifique de l'invention, une analyse par éléments finis peut être utilisée comme cela est connu des hommes de l'art. Dans une telle analyse, les principes de fonctionnement suivants sont pertinents. Si la coque à flexion et tension est approchée par analogie avec un piston, alors, pour des basses fréquences, la charge de masse, ou la masse équivalente de fluide agissant sur la coque à flexion et tension est . (Equation 12) Mshell -P0 3 où Mshell représente la charge de masse, po représente la densité de l'eau, et oc représente le rayon équivalent pour un piston qui correspond à la surface externe de la coque à flexion et tension. 8a3 Quand la coque à flexion et tension 2 a une constante de ressort Kshe11 dans la direction des bobines électriques mobiles dans le dispositif d'entraînement 8, la première résonance, fresonance-1

pour le système de vibrateur acoustique est sensiblement déterminée par la relation masse-ressort suivante . (Equat ion 13) 1 Ksftell Îresonaitce-1 = - ~~ Mshell Pour obtenir une transmission efficace d'énergie avec la plage de fréquence séismique intéressante, dans de nombreux cas d'environ 1 à environ 10 Hz, il peut être important d'obtenir une deuxième fréquence de résonance dans la plage de

fréquence séismique intéressante. En l'absence du ressort à masse intérieur, la deuxième fréquence de résonance se produit quand la coque à flexion et tension a son deuxième mode propre. Cette fréquence de résonance, cependant, est normalement beaucoup plus

élevée que la première fréquence de résonance, et serait par conséquent en dehors de la plage de fréquence séismique intéressante. Comme cela est évident d'après l'équation précédente, la fréquence de résonance est réduite si la charge de masse sur la

coque à flexion et tension est augmentée. Cette charge de masse peut être augmentée en ajoutant de la masse à la coque à flexion et tension, cependant, afin d'ajouter suffisamment de masse pour obtenir une deuxième fréquence de résonance dans la plage de

fréquence séismique intéressante, la quantité de masse qui devrait être ajoutée à la coque à flexion et tension rendrait un tel système impropre à une utilisation pratique dans des opérations séismiques marines.

Dans l'exemple illustré dans la figure 2, un deuxième ressort, le ressort intérieur 16, est inclus à l'intérieur de la coque à flexion et tension 2 avec des masses supplémentaires 18. Le ressort intérieur a un facteur de transformation Tinnez entre les grand et petit axes de son ellipse, de telle sorte que la flexion des deux parties latérales (au niveau des extrémités de son petit axe) a une amplitude plus élevée que la flexion des extrémités de son grand axe fixées sur la coque à flexion et tension. L'effet d'une telle masse supplémentaire Madded est équivalent à l'addition de masse à l'extrémité du dispositif d'entraînement où il est fixé sur la coque à flexion et tension. 1.5 (Equat ion 14) Minner = (Tinner)2 Madded L'utilisation du ressort intérieur 16 avec les masses supplémentaires 18 permet à la deuxième résonance du système d'être accordée de telle sorte que 20 la deuxième résonance tombe dans la plage de fréquence séismique intéressante, en améliorant ainsi l'amplitude du vibrateur acoustique pour des opérations séismiques. La deuxième résonance peut être exprimée sous la forme . 25 Khmer + Kshell .fresonance-2 - 2e (T rnerY- ' Madded Mshell

où Kinase, représente la constante de ressort du ressort intérieur, et Ksheii représente la constante de ressort de la coque à flexion et tension. 30 Il est possible, comme cela a été représenté ci-dessus, de sélectionner la masse afin d'accorder la deuxième résonance. Il est également possible de sélectionner l'étendue de l'influence que la deuxième résonance a sur le système. Si le ressort intérieur a (Equation 15) une faible constante de ressort comparée à celle de la coque à flexion et tension et une masse correspondante est ajoutée au ressort intérieur, le ressort intérieur avec sa masse fonctionne essentiellement indépendamment de la coque à flexion et tension. Dans ces cas, la deuxième résonance peut être exprimée comme suit : (E uation 16) 1 Kinner q fresonance-2 = 2~ (liniier)Z ' Madded De la même manière, il est également possible

de rendre la deuxième résonance très grande en sélectionnant une constante de ressort élevée pour le ressort intérieur avec une masse correspondante ; la deuxième résonance dans ces cas a une plus grande amplitude que la première résonance.

Les vibrateurs acoustiques marins selon ce qui précède peuvent créer de très grandes amplitudes d'énergie séismique à basses fréquences (par exemple

entre environ 1 et environ 100 Hz, et plus particulièrement entre environ 1 et environ 10 Hz). Le

dispositif d'entraînement peut fonctionner en phase avec la coque, et la taille du dispositif peut être optimisée par rapport à des contraintes opérationnelles. De plus, des éléments de ressort moins nombreux peuvent réduire des pertes du fait de points

de raccordement moins nombreux. La figure 4 montre un système d'acquisition marin qui peut utiliser une ou plusieurs sources d'énergie du type à vibrateur acoustique marin selon l'explication fournie ci-dessus. Chacun des vibrateurs acoustiques Vl à V5 représentés dans la figure 4 peut être monté dans un logement approprié pour le raccordement à la coque d'un navire de recherche 40 (par exemple V1 et V2) et/ou pour être remorqué à l'extrémité d'un câble approprié 44 (par exemple V3, V4, V5). Chaque vibrateur acoustique Vl à V5 peut avoir une plage de fréquence de fonctionnement différente comprenant deux résonances, comme cela a été expliqué ci-dessus, afin de délivrer une sortie à amplitude essentiellement constante dans une plage de fréquence sélectionnée. Au moins une de ces plages de fréquence est prévue pour être entre environ 1 et environ 10 Hz, selon l'exemple représenté dans la figure 2. Des exemples de structures de logement appropriées sont représentés d'une manière générale dans le brevet U.S. numéro 7 551 518 délivré au nom de Tenghamn et détenu en commun avec la présente invention. Le navire de recherche 40 se déplace le long de la surface 41 d'une étendue d'eau, telle qu'un lac ou l'océan. Lorsque de l'énergie est émise par les vibrateurs acoustiques V1 à V5, elle se déplace vers le bas à travers l'eau et les formations rocheuses 52 au-dessous du fond de l'eau 50. De l'énergie réfléchie est détectée par les capteurs séismiques 48 disposés le long d'une ou plusieurs flûtes marines 46 remorquées par un navire de recherche ou un navire différent. Le type de capteur séismique n'est pas une limite pour la portée de la présente invention et il peut s'agir d'hydrophones ou d'un autre capteur sensible à la pression, de géophones, d'accéléromètres ou d'un autre capteur sensible au mouvement, ou de combinaisons de ceux-ci. Des signaux générés par les capteurs sont communiqués à un équipement sur le navire 40, représenté d'une manière générale en 42 et appelé par souci pratique « système d'enregistrement. » Le système d'enregistrement 42 comprend de manière typique des dispositifs (aucun n'est représenté séparément) pour faire naviguer le navire 40, pour actionner les vibrateurs acoustiques Vl à V5, par exemple un dispositif de commande électrique avec du courant alternatif à balayage de fréquence ou un autre signal, et pour enregistrer des signaux générés par les capteurs séismiques 48. La figure 5 montre une variante de système marin d'acquisition qui utilise des canons pneumatiques conjointement avec une ou plusieurs sources d'énergie du type à vibrateur acoustique marin selon l'explication fournie ci-dessus. Dans ce système, des canons pneumatiques Al à A3 peuvent procurer une source d'énergie séismique à impulsion dans la plage d'environ 5 à 10 Hz à une profondeur entre environ 6 et 10 mètres. Des vibrateurs V3 à V5 peuvent travailler avec les canons pneumatiques, en procurant une source d'énergie séismique dans la plage d'environ 1 à 5 Hz à une profondeur entre environ 60 et 70 mètres. Dans certaines formes de réalisation, des vibrateurs acoustiques V3 à V5 peuvent être remorqués le long du fond de l'eau 50. Comme cela est illustré, les capteurs séismiques peuvent être remorqués à une profondeur entre celle des canons pneumatiques Al à A3 et des vibrateurs acoustiques V3 à V5. Par exemple, les capteurs séismiques peuvent être remorqués à une profondeur entre environ 15 et 25 mètres. Comme cela est évident pour un homme de l'art avec le bénéfice de cette divulgation, des réflexions de surface peuvent atténuer les signaux à très basse fréquence. En remorquant les vibrateurs acoustiques à fréquence plus basse V3 à V5 à une plus grande profondeur que les canons pneumatiques à fréquence plus élevée Al à A3, les effets des réflexions de surface peuvent être minimisés. Bien que l'invention ait été décrite par rapport à un nombre limité de formes de réalisation, les hommes de l'art, ayant le bénéfice de cette divulgation, apprécieront le fait que d'autres formes de réalisation peuvent être conçues sans qu'elles s'écartent de la portée de l'invention telle que décrite ici.

Claims

REVENDICATIONS1. Source séismique, caractérisée en ce qu'elle comporte . une coque à flexion et tension (2) définissant un grand axe (25) et un petit axe (35) ; et au moins un dispositif d'entraînement (8) relié à la coque à flexion et tension (2) à proximité d'une extrémité du petit axe (35).
2. Source séismique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source séismique a une première fréquence de résonance entre environ 1 et environ 10 Hz lorsqu'elle est disposée dans l'eau.
3. Source séismique selon la revendication 1 ou 1.5 2, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre : au moins un ressort intérieur (16) relié à la coque à flexion et tension (2) ; et une pluralité de masses (18) reliées au ressort intérieur (16). 20
4. Source séismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la source séismique a des première et deuxième fréquences de résonance entre environ 1 et environ 50 Hz lorsqu'elle est disposée dans l'eau. 25
5. Source séismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement (8) comporte un dispositif d'entraînement à bobine mobile.
6. Source séismique selon la revendication 3, 30 caractérisée en ce que le ressort intérieur (16) a une forme essentiellement elliptique, le ressort intérieur (16) est relié à la coque à flexion et tension (2) à proximité de chaque extrémité d'un grand axe (25) de la forme elliptique, et les masses (18) sont disposées à 35 proximité de chaque extrémité d'un petit axe (35) de la forme elliptique.
7. Source séismique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le ressort intérieur (16) a une forme essentiellement elliptique, le ressort intérieur (16) est relié à la coque à flexion et tension (2) à proximité de chaque extrémité d'un petit axe (35) de la forme elliptique, et les masses (18) sont disposées à proximité de chaque extrémité d'un grand axe (25) de la forme elliptique.
8. Source séismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un deuxième dispositif d'entraînement (8), chaque dispositif d'entraînement (8) étant relié à la coque à flexion et tension (2) à proximité d'une extrémité du petit axe (35).
9. Source séismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un montage (4) relié au dispositif d'entraînement (8).
10. Source séismique selon la revendication 9, caractérisée en ce que le montage (4) est relié à la coque à flexion et tension (2) à proximité d'une extrémité du grand axe (25).
11. Source séismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'une longueur de course du dispositif d'entraînement (8) est entre environ 5 et environ 25 centimètres.
12. Source séismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement (8) comporte : un élément de transmission (11) ; et un circuit magnétique (14) qui est relié à la coque à flexion et tension (2).
13. Système de recherche séismique marine, caractérisé en ce qu'il comporte : au moins un navire (40) ;au moins une source séismique, la source séismique comportant . une coque à flexion et tension (2) définissant un grand axe (25) et un petit axe (35) ; et au moins un dispositif d'entraînement (8) relié à la coque à flexion et tension (2) à proximité d'une extrémité du petit axe (35) ; et un dispositif de commande électrique (42) capable de commander le dispositif d'entraînement (8).
14. Système de recherche séismique marine selon la revendication 13, caractérisé en ce que la source séismique a une première fréquence de résonance entre environ 1 et environ 10 Hz lorsqu'elle est disposée dans l'eau.
15. Système de recherche séismique marine selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que la source séismique comporte en outre . au moins un ressort intérieur (16) relié à la coque à flexion et tension (2) ; et une pluralité de masses (18) reliées au ressort intérieur (16).
16. Système de recherche séismique marine selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que la source séismique a des première et deuxième fréquences de résonance entre environ 1 et environ 50 Hz lorsqu'elle est disposée dans l'eau.
17. Système de recherche séismique marine selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement (8) comporte un dispositif d'entraînement à bobine mobile ayant une longueur de course entre environ 5 et environ 25 centimètres.
18. Système séismique marin selon l'une 35 quelconque des revendications 13 à 17, caractérisé ence que la au moins une source séismique est reliée à une coque du navire (40).
19. Système séismique marin selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisé en 5 ce que la au moins une source séismique est reliée au navire (40) par un câble de remorquage (44).
20. Système séismique marin selon l'une quelconque des revendications 13 à 19, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un canon 10 pneumatique (A1-A3), une profondeur du au moins un canon pneumatique (A1-A3) étant plus faible qu'une profondeur de la au moins une source séismique (V3-V5).
21. Procédé de recherche séismique marine, caractérisé en ce qu'il comporte le fait de : 15 remorquer une flûte marine à capteur séismique (46) avec un navire (40) à travers une étendue d'eau au-dessus d'une formation souterraine ; commander une source séismique afin de générer un signal séismique, la source séismique comportant : 20 une coque à flexion et tension (2) définissant un grand axe (25) et un petit axe (35) ; et au moins un dispositif d'entraînement (8) relié à la coque à flexion et tension (2) à proximité d'une extrémité du petit axe (35) ; 25 permettre au signal séismique de se propager à travers l'étendue d'eau et la formation souterraine (52) afin de procurer un signal séismique modifié ; et détecter le signal séismique modifié avec la flûte marine à capteur séismique (46). 30
22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que la source séismique a une première fréquence de résonance entre environ 1 et environ 10 Hz lorsqu'elle est disposée dans l'eau.
23. Procédé selon la revendication 21 ou 22, caractérisé en ce que la source séismique comporte en outre . au moins un ressort intérieur (16) relié à la 5 coque à flexion et tension (2) ; et une pluralité de masses (18) reliées au ressort intérieur (16).
24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 23, caractérisé en ce que la source 10 séismique a des première et deuxième fréquences de résonance entre environ 1 et environ 50 Hz lorsqu'elle est disposée dans l'eau.
25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 24, caractérisé en ce qu'il 15 comprend en outre le fait de remorquer au moins un canon pneumatique (A1-A3) à une profondeur plus faible qu'une profondeur de la au moins une source séismique (V3-V5).