СПОСОБ СБОРА СЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G01V1/22 

Изобретение относится к области сейсмической разведки, в частности к процессу проведения площадных сейсмических работ с помощью многоканальных сейсмических станций.

Известны способ и устройство сбора сейсмических данных (авторское свидетельство СССР 1594474, G 01 V 1/22). Данное техническое решение основано на использовании связанной с множеством идентичных полевых модулей автоматической регистрирующей станции. Согласно данному способу по каналу связи передают сигналы к включению и адресации группам идентичных полевых модулей, на информационные входы которых поступает сейсмическая информация, в каждом полевом модуле преобразуют принятую сейсмическую информацию в цифровую форму (цифровой код) и передают ее по линии связи в автоматическую регистрирующую станцию.

Устройство, реализующее данный способ, включает автоматическую регистрирующую станцию, связанную двухпроводным каналом связи с K группами соединенных последовательно полевых модулей (регистраторов). При этом автоматическая регистрирующая станция содержит блок управления, связанный с включающими блок памяти процессором и приемопередатчиком, K канальными контроллерами, и схему синхронизации возбуждения. Каждый полевой модуль (регистратор) содержит связанные общей магистралью усилитель, n входов которого подключены к n геофонам, а n выходов соединены с n информационными входами аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а также процессор, оперативное запоминающее устройство, приемопередающее устройство, источник питания.

Недостатком данного технического решения является низкая производительность и надежность регистрации, что обусловлено продолжительной во времени процедурой сбора данных, вероятностью сбоя при передаче команды пуска, а также ограничением по длине расстановки сейсмоприемников.

Задачей изобретения является создание способа сбора сейсмических данных и устройства для его осуществления, обеспечивающих проведение сейсмических измерений с высокой производительностью и достоверностью в реальном масштабе времени на практически неограниченных удалениях между пунктами сбора данных.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе сбора сейсмических данных, включающем возбуждение сейсмических колебаний и их синхронную регистрацию с помощью групп идентичных полевых модулей, в каждом из которых принимают, преобразовывают в цифровую форму сейсмическую информацию и передают ее на автоматическую регистрирующую станцию, согласно изобретению, используют несколько автоматических регистрирующих станций, на одной из которых определяют и устанавливают необходимые параметры режима сбора сейсмических данных (время включения полевых модулей, время начала регистрации сейсмических данных, частоту квантования АЦП, величину предварительного усиления, количество отсчетов и количество каналов регистрации), через спутниковую систему связи передают установленные параметры режима сбора сейсмических данных на остальные, работающие в программном режиме автоматические регистрирующие станции, которые в установленный момент времени, предшествующий установленному времени начала регистрации сейсмических данных, включают соответствующие полевые модули, осуществляют процедуру их адресации и настройки, после чего в установленный момент времени, также предшествующий установленному времени начала регистрации сейсмических данных, выдают сигнал команды "пуск сеанса", полевые модули принимают и определяют сигнал "пуск сеанса", а по его окончании начинают регистрацию сейсмических данных, после набора заданного количества отсчетов, в полевые модули подают сигнал команды "стоп сеанса".

Кроме того, сбор сейсмических данных в каждой из групп полевых модулей осуществляют, начиная с оконечного, последовательно добавляя информацию, переданную каждым последующим полевым модулем.

Поставленная задача решается также тем, что устройство для сбора сейсмических данных, содержащее связанную через первый контроллер линии связи с группой соединенных последовательно полевых модулей первую центральную автоматическую регистрирующую станцию, включающую первый блок управления, первый и второй порты которого связаны соответственно с первым контроллером линии связи и блоком синхронизации возбуждения, дополнительно содержит связанные с группами соединенных последовательно полевых модулей вторые ведомые автоматические регистрирующие станции, содержащие вторые блоки управления, первые порты которых соединены с входами вторых контроллеров линии связи, при этом первая автоматическая регистрирующая станция и каждая из вторых автоматических регистрирующих станций снабжены спутниковыми модемами, связанными в первой автоматической регистрирующей станций с третьим портом первого блока управления, а во вторых автоматических регистрирующих станциях со вторым портом второго блока управления.

Преимущественно первая центральная автоматическая регистрирующая станция расположена на подвижном объекте, и ее блок управления выполнен в виде персонального компьютера, а блоки управления вторых ведомых автоматических регистрирующих станций выполнены в виде компьютеров, совместимых с персональными.

Поставленная задача решается также за счет того, что каждый полевой модуль содержит многоканальный усилитель, информационные выходы которого соединены с многоканальным аналого-цифровым преобразователем, управляющие входы и информационные выходы которого соединены с соответствующими входами и выходами контроллера, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго приемопередатчиков, а первый и второй выходы - с их соответствующими входами, при этом двунаправленные входы-выходы приемопередатчиков являются линейными входами-выходами полевого модуля.

На фиг.1 представлена общая блок-схема устройства для сбора сейсмических данных согласно изобретению; на фиг.2 - блок-схема первой центральной автоматической регистрирующей станции; на фиг.3 - блок-схема одной из вторых ведомых автоматических регистрирующих станций и блок-схема полевого модуля.

Устройство для сбора сейсмических данных (фиг.1) включает несколько соединенных с соответствующими группами полевых модулей 1 автоматических регистрирующих станций, в том числе первую центральную автоматическую регистрирующую станцию 2, а также ряд вторых ведомых автоматических регистрирующих станций 3. Первая автоматическая регистрирующая станция АРС 2 (фиг.2) содержит блок управления 4, преимущественно управляющий персональный компьютер, первый, второй и третий порты которого связаны соответственно с системой синхронизации возбуждения ССВ 5, первым контроллером 6 линии связи и первым спутниковым модемом 7. Второй порт первого контроллера 6 линии связи является линейным входом-выходом первой автоматической регистрирующей станции 2. Каждая из вторых автоматических регистрирующих станций АРС 3 (фиг. 3) включает второй блок управления 8, преимущественно управляющий компьютер, совместимый с персональным, первый и второй порты которого соединены соответственно с первым портом второго контроллера 9 линии связи и вторым спутниковым модемом 10. Второй порт второго контроллера 9 линии связи является линейным входом-выходом вторых автоматических регистрирующих станций 3. Каждый из полевых модулей 1 (фиг.3) включает контроллер 11, первый и второй входы которого соединены соответственно с первыми выходами первого и второго приемопередатчиков 12 и 13. Первый и второй выходы контроллера 11 соединены с соответствующими входами приемопередатчиков 12 и 13. Управляющие выходы и информационные входы контроллера 11 соединены с входами и выходами многоканального аналого-цифрового преобразователя АЦП 14, входы которого соединены с выходами многоканального усилителя 15. Входы усилителя 15 подключены к сейсмоприемникам (не показаны). Двунаправленные входы-выходы приемопередатчиков 12, 13 являются линейными входами-выходами полевого модуля 1.

В каждой группе полевые модули 1 последовательно соединены между собой линией связи 16 и с входами соответствующих регистрирующих автоматических станций 2 и 3.

Контроллер 11 выполнен с использованием программируемой логической матрицы фирмы "Altera" EPF10K10LI84-4.

Процесс сбора сейсмических данных согласно изобретению осуществляется следующим образом.

Перед началом эксперимента на местности в заданных точках наблюдения производится расстановка групп полевых модулей 1 и подключение их к соответствующим автоматическим регистрирующим станциям 2 и 3. Далее оператор первой центральной автоматической регистрирующей станции 2, которая выполняет функцию головной и находится преимущественно на подвижном объекте, в блоке управления 4, в качестве которого может быть использован персональный компьютер, устанавливает параметры эксперимента, а именно время включения полевых модулей 1, время начала регистрации сейсмических данных, частоту квантования АЦП, величину предварительного усиления, количество отсчетов и количество каналов регистрации, и через спутниковый модем 7 ретранслирует их в ведомые вторые автоматические регистрирующие станции 3. Через спутниковые модемы 10 команды (сигналы), устанавливающие параметры режима сбора сейсмических данных, поступают в блоки управления 8 (например, индустриальные компьютеры, совместимые с персональными) вторых автоматических регистрирующих станций 3. В результате они автоматически настраиваются на указанные значения параметров и в дальнейшем работают в установленном программном режиме.

По достижении заданного программой времени, предшествующему времени начала сеанса регистрации, происходит включение всех полевых модулей 1 и настройка всей системы на рабочий режим (привязка идет к мировому времени с точностью, достаточной для требований сейсморазведки). Все АРС 3 и АРС 2 с этого момента работают в программном (автоматическом) режиме. Вначале в линию связи 16 подается команда "включение линии" (пакет из 58 единиц, частота пакетов около 2 кГц), которая достигает ближайшего к АРС полевого модуля 1 и запускает его источник питания (не показан) Питание подается на все составные части полевого модуля 1. Первый приемопередатчик 12, на который пришел сигнал "включение линии", выдает в контроллер 11 соответствующую последовательность импульсов. Контроллер 11 дешифрует эту последовательность, определяет ее как команду "включение линии", восстанавливает длительности импульсов и подает их на второй приемопередатчик 13, на котором происходит восстановление формы исходной последовательности, которая и передается в следующую линию связи 16, т.е. происходит ретрансляция команды "включение линии". Аналогичным образом происходит включение всех последующих полевых модулей 1 по всей линии. Процедура включения полевых модулей 1 занимает какое-то время, около 0,1 с на полевой модуль. Сразу после включения полевые модули 1 могут ретранслировать только специальные безадресные команды. Настройка полевых модулей 1 производится адресными командами, которые будут ретранслироваться только после присвоения каждому полевому модулю 1 своего логического адреса, поэтому следующей командой, которую подают АРС в линию связи 16, является команда присвоения логического адреса. Логика присвоения состоит в следующем. Команда присвоения логического адреса несет этот адрес в себе и поступает из линии связи 16 на вход первого приемопередатчика 12 и далее в виде импульсов - на вход контроллера 11. Команда присвоения адреса не ретранслируется и на вход второго приемопередатчика 13 не поступает. Контроллер 11 принимает команду присвоения адреса, заносит логический адрес, представленный в этой команде, в регистр логического адреса, а по завершении команды устанавливает в "1" указатель присвоения адреса. С этого момента полевой модуль 1 всегда ретранслирует все команды, а воспринимает и исполняет только те, которые адресованы ему (по адресу команды), или безадресные специальные команды. Команда установки логического адреса не воспринимается, не исполняется, но ретранслируется. Управляющий компьютер 8 АРС 3 всегда может проверить правильность записи любого регистра контроллера 11 полевого модуля 1 (с установленным в "1" указателя присвоения адреса) путем чтения указанного (логическим адресом полевого модуля и внутренним адресом) регистра. Аналогично присваиваются логические адреса остальным полевым модулям 1. Каждая следующая команда присвоения логического адреса имеет в поле данных очередной логический адрес, который будет присвоен последующему полевому модулю 1.

После процедуры присвоения логических адресов всем полевым модулям 1, расположенным в линии, происходит настройка параметров регистрации как запись внутренних регистров контроллера 11. Для обеспечения помехозащищенности используемого множества полевых модулей 1 в работе контроллера 11 может быть использована, например "система электронного ключа". Чтобы разрешить запись любого внутреннего регистра, кроме регистра адреса, который закрывается для записи после присвоения логического адреса, нужно послать в регистр "электронного ключа" (тоже внутренний регистр контроллера 11) определенную битовую последовательность, а закрыть любой другой. Настройка режимов происходит следующим образом. Открываем "ключ", записываем регистры контроллера 11, закрываем "ключ", проверяем правильность записи. При ошибках записи процедуру можно повторить. Все настройки происходят последовательно помодульно. Настройка режимов АЦП 14 происходит путем записи регистра состояния микросхем АЦП 14. При настройке указывают конфигурацию системы наблюдения, т.е. указывают, какие из модулей 1 участвуют в работе. Оконечному в цепочке полевых модулей 1 указывается (записью соответствующего бита), что он будет ведущим. Время, предшествующее пуску сеанса регистрации, должно быть больше времени всех настроек полевых модулей 1. Это время, например, на систему из 20 полевых модулей с запасом на многократную перезапись составляет не более 1 минуты (реально в пределах 2 с).

Перед началом сеанса, за несколько секунд, все АРС подают в линию связи 16 команду "пуск сеанса", которая представляет собой последовательность единиц. Первый приемопередатчик 12 принимает ее и передает в контроллер 11. Контроллер 11 определяет команду "пуск сеанса", ретранслирует ее через второй приемопередатчик 13 и, если последовательность не имеет ошибок на протяжении 1024 тактов, подготавливает запуск сеанса, т.е. устанавливает бит ожидания паузы линии связи 16. Распространяясь по линии 16 и достигая каждого полевого модуля 1, команда "пуск сеанса" переводит в режим ожидания начала сеанса все модули 1. В этом состоянии полевые модули 1 могут находиться сколь угодно долго. Из режима ожидания возможен переход только в режим регистрации данных.

В момент времени, соответствующий времени начала регистрации, центральная первая АРС 2 выдает команду на ССВ 5, одновременно с этим все АРС прекращают передачу последовательности единиц команды "пуск сеанса" и тем самым запускают режимы регистрации. В этот момент контроллеры 11 полевых модулей 1 разрешают работу собственных АЦП 14. Полевые модули 1 принимают аналоговые данные от сейсмоприемников (не показаны), усиливают их в дифференциальных усилителях 15. Усиленные сигналы поступают на входы АЦП 14, которые преобразует аналоговые сигналы в цифровые. Контроллер 11 полевого модуля 1, выделенного как ведущий, по готовности собственного АЦП 14 формирует в линию связи посылку данных, в которую включает данные собственных АЦП 14. Данные для передачи поступают на оба приемопередатчика 12, 13 и далее в линию связи 16. Посылка данных распространяется по линии связи 16 и достигает очередного полевого модуля 1, который эту посылку ретранслирует, а в конце посылки добавляет пакет данных от своих АЦП 14. Распространяясь по линиям связи 16 и цепочке полевых модулей 1, пакет данных разрастается и на входе контроллеров 6 (АРС 2) и 9 (АРС 3) линии связи содержит в себе один отсчет всех АЦП 14 всех полевых модулей 1 данной группы, участвующих в эксперименте, т.е. с установленными соответствующими битами.

После набора заданного количества отсчетов управляющие компьютеры 4 (АРС 2) и 8 (АРС 3) при помощи контроллеров 6 (9) линии связи передают в полевые модули 1 по линии связи 16 сигнал "стоп сеанса". Полевые модули 1 последовательно принимают эту команду, дешифруют ее, ретранслируют и запрещают формирование пакетов данных. Если по окончании команды "стоп сеанса" в линию связи ничего не подается, то источники питания полевых модулей 1 выключаются. Если по окончании сеанса в линию связи 16 подать сигнал "включение линии", то полевые модули 1 останутся во включенном состоянии со всеми установками, которые были перед сеансом. Следующий сеанс сбора сейсмических данных можно организовать подачей команд "пуск сеанса" и "стоп сеанса". По окончании эксперимента, в момент сбора АРС 3 с местности или позже, информация считывается с последних на головную АРС 2 через линию связи 16 или стандартные порты управляющих компьютеров 4, 8 для долговременного хранения и обработки. Сбор информации с АРС 3 должен производиться по мере наполнения энергонезависимой памяти (например, "флэш-диска") блоков управления 8.

Совокупность признаков технического решения в целом, согласно изобретению, позволяет с высокой точностью и надежностью проводить наблюдения на площадях любых размеров при сохранении точности синхронизации, дистанционно проводить контроль состояния составных частей сейсмостанции, выборочно контролировать качество полученного материала. При этом, алгоритмически-схемное построение автоматических регистрирующих станций и полевых модулей обеспечивает высокую скорость обмена по линии связи между полевыми модулями, регистрацию сейсмических данных в реальном времени без ограничения длительности сеанса наблюдения и, как следствие этого, увеличение производительности, снижение мощности потребления и удешевление всей конструкции. Результатом перечисленных преимуществ является возможность, в отличие от прототипа, реализации эффективных двух- и трехмерных, непрерывных и дискретных систем сейсмических наблюдений.

Способ и устройство согласно данному изобретению реализованы в разработанной заявителем многоканальной сейсмической телеметрической станции СТС-24Р, позволяющей с высокой эффективностью и производительностью проводить региональные сейсмические исследования на удалениях 150-200 км и более.

Использование изобретения: проведение площадных сейсмических работ с помощью многоканальных сейсмических станций. Сущность изобретения: в способе сбора сейсмических данных, включающем возбуждение сейсмических колебаний и их синхронную регистрацию с помощью групп идентичных полевых модулей, используют несколько автоматических регистрирующих станций, на одной из которых определяют и устанавливают необходимые параметры режима сбора сейсмических данных. Через спутниковую систему связи передают установленные параметры режима сбора сейсмических данных на остальные, работающие в программном режиме автоматические регистрирующие станции. Устройство для сбора сейсмических данных, содержащее связанную с группой соединенных последовательно полевых модулей первую центральную автоматическую регистрирующую станцию, дополнительно содержит связанные с группами соединенных последовательно полевых модулей вторые ведомые автоматические регистрирующие станции. При этом первая центральная автоматическая регистрирующая станция и каждая из вторых ведомых автоматических регистрирующих станций снабжены спутниковыми модемами. Технический результат: повышение производительности и достоверности. 2 с. и 4 з. п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ сбора сейсмических данных, включающий возбуждение сейсмических колебаний и их синхронную регистрацию с помощью групп идентичных полевых модулей, в каждом из которых принимают, преобразовывают в цифровую форму сейсмическую информацию и передают ее на автоматическую регистрирующую станцию, отличающийся тем, что используют несколько автоматических регистрирующих станций, на одной из которых определяют и устанавливают необходимые параметры режима сбора сейсмических данных: время включения полевых модулей, время начала регистрации сейсмических данных, частоту квантования АЦП, величину предварительного усиления, количество отсчетов и количество каналов регистрации, через спутниковую систему связи передают установленные параметры режима сбора сейсмических на остальные, работающие в программном режиме автоматические регистрирующие станции, которые в установленный момент времени, предшествующий установленному времени начала регистрации сейсмических данных, включают соответствующие полевые модули, осуществляют процедуру их адресации и настройки, после чего в установленный момент времени, также предшествующий установленному времени начала регистрации сейсмических данных, выдают сигнал команды "Пуск сеанса", полевые модули принимают и определяют сигнал "Пуск сеанса", а по его окончании начинают регистрацию сейсмических данных, после набора заданного количества отсчетов, в полевые модули подают сигнал команды "Стоп сеанса". 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сбор сейсмических данных в каждой из групп полевых модулей осуществляют, начиная с оконечного, последовательно добавляя информацию, переданную каждым последующим полевым модулем. 3. Устройство для сбора сейсмических данных, содержащее связанную через первый контроллер линии связи с группой соединенных последовательно полевых модулей первую центральную автоматическую регистрирующую станцию, включающую первый блок управления, первый и второй порты которого связаны соответственно с первым контроллером линии связи и блоком синхронизации возбуждения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит связанные с группами соединенных последовательно полевых модулей вторые ведомые автоматические регистрирующие станции, содержащие вторые блоки управления, первые порты которых соединены с входами вторых контроллеров линии связи, при этом первая центральная автоматическая регистрирующая станция и каждая из вторых ведомых автоматических регистрирующих станций снабжены спутниковыми модемами, связанными в первой автоматической регистрирующей станции с третьим портом первого блока управления, а во вторых автоматических регистрирующих станциях - со вторыми портами второго блока управления. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что первая центральная автоматическая регистрирующая станция расположена на подвижном объекте. 5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что блок управления первой автоматической регистрирующей станции выполнен в виде персонального компьютера, а блоки управления вторых автоматических регистрирующих станций в виде компьютеров, совместимых с персональными. 6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что каждый полевой модуль содержит многоканальный усилитель, информационные выходы которого соединены с многоканальным аналого-цифровым преобразователем, управляющие входы и информационные выходы которого соединены с соответствующими входами и выходами контроллера, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго приемопередатчиков, а первый и второй выходы - с их соответствующими входами, при этом двунаправленные входы-выходы приемопередатчиков являются линейными входами-выходами полевого модуля.