УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЙСМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДНА ВОДОЕМОВ Российский патент 2003 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к разведочной геофизике и может быть использовано для сейсмических исследований структурных и литологических особенностей дна акваторий.

Известно устройство для сейсмического зондирования дна водоемов (см. патент США 3555499, кл. G 01 V 1/38, 1973), содержащее источник и приемник сейсмических сигналов, блок определения временных интервалов, соединенный входом запуска через первую пороговую схему (пороговый элемент) с выходом источника, а входом останова - через вторую пороговую схему (пороговый элемент) с выходом приемника и индикатор, соединенный входом с выходом блока определения временных интервалов.

Недостатки известного устройства - ограничены функциональные возможности, состоящие в неспособности выделять горизонты земной коры с заданными порядковыми номерами, адаптироваться к изменениям их глубины залегания и низкая помехозащищенность.

Наиболее близким по технической сущности к предмету изобретения является устройство для сейсмического зондирования дна водоемов (см. авторское свидетельство СССР 1111117, кл. G 01 V 1/38, б. 32, 1984), содержащее блок управления, формирователь упреждения, схему временной селекции и формирователь времени анализа шумов, соединенных последовательно, пороговую схему (пороговый элемент) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), сигнальный вход которого является входом устройства, выход соединен с сигнальным входом пороговой схемы, цифровой преобразователь (АЦП), сигнальный вход которого является входом устройства, выход соединен с сигнальным входом пороговой схемы, а управляющий вход - с вторым входом схемы временной селекции и с вторым входом блока управления, первый вход которого является управляющим входом устройства, цифровой согласованный фильтр, два блока задержки кодов (две группы элементов задержки), два селектора, преобразователь код-напряжение (ЦАП), схема определения сбоев и схема логического анализа, выход которой является управляющим выходом устройства и соединен с вторым входом блока управления, а первый и второй входы - с выходами соответствующих селекторов, вход первого селектора соединен с входом первого и выходом второго блоков задержки кодов, сигнальный вход последнего подключен к выходу АЦП и сигнальному входу цифрового согласованного фильтра, выход которого соединен с входами второго селектора и ЦАП, выход последнего является аналоговым выходом устройства, вход формирователя времени анализа шумов через управляющий вход пороговой схемы соединен с первым управляющим входом цифрового согласованного фильтра, а выход - с третьим входом блока управления, первый выход которого соединен с управляющими входами второго блока задержки кодов и обоих селекторов, с вторым управляющим входом цифрового согласованного фильтра и с первым входом схемы определения сбоев, второй вход которой подключен к выходу временной селекции, а выход - к второму входу формирователя упреждения, выход первого блока задержки кодов является цифровым выходом устройства.

Существенными недостатками известного устройства являются его неспособность выделять горизонты структуры дна водоема с заданным порядковым номером и адаптироваться к изменчивости глубины их залегания.

Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей за счет управления по частоте спектров излучений сейсмических сигналов источниками сейсмических сигналов, нахождения заданного (с заданным порядковым номером) горизонта структуры дна водоема и адаптации устройства к вариациям глубин залегания этих горизонтов.

Технический результат задачи изобретения достигается тем, что в устройстве для сейсмического зондирования дна водоемов, содержащем источник и приемник сейсмических сигналов, усилитель, соединенный входом с выходом приемника сейсмических сигналов, пиковый вольтметр, соединенный входом с выходом усилителя, первый пороговый элемент, цифроаналоговый преобразователь, генератор тактовых импульсов, первый и второй элементы задержки и первый формирователь импульсов, источник сейсмических сигналов выполнен групповым пневматическим с управляемым спектром излучаемых сигналов и введены блок управления частотой сейсмических сигналов, соединенный выходами с входами источника сейсмических сигналов, делитель частоты, соединенный входом с выходом генератора импульсов, первый элемент ИЛИ, соединенный первым входом с выходом делителя частоты, а выходом - с входом первого элемента задержки, второй пороговый элемент, соединенный входом через третий элемент задержки с выходом источника сейсмических сигналов, первый триггер, соединенный нулевым входом с выходом первого элемента ИЛИ, а единичным входом - с выходом второго порогового элемента, первый элемент И, соединенный первым входом с выходом генератора импульсов, а вторым входом - с единичным выходом триггера, первый счетчик импульсов, соединенный входом обнуления с выходом первого элемента задержки, а счетным входом - с выходом первого элемента И, группу вторых элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами первого счетчика импульсов, а вторыми входами - с выходом второго элемента задержки, выходы группы вторых элементов И поразрядно соединены с цифровыми выходами устройства, третий элемент задержки, соединенный входом с выходом делителя частоты, в выходом - с сигнальным входом блока управления спектром излучения сейсмических сигналов, второй счетчик импульсов, соединенный входом обнуления с выходом делителя частоты, а счетным входом - с выходом первого формирователя импульсов, вход которого через первый пороговый элемент соединен с выходом пикового вольтметра, коммутатор, соединенный входами поразрядно с выходами второго счетчика импульсов, а выходом - с вторым входом первого элемента ИЛИ и с входом второго элемента задержки, блок определения ранжированного значения параметра, соединенный входами поразрядно с выходами группы вторых элементов И, а выходами - поразрядно с входами цифроаналогового преобразователя, блок определения границ поля дисперсии параметра, соединенный информационными входами поразрядно с выходами группы вторых элементов И, а управляющими выходами - с управляющими входами блока управления спектром излучения сейсмических сигналов, индикатор нижних значений параметра, соединенный входами поразрядно с группой первых информационных выходов блока определения границ поля дисперсии параметра, и индикатор верхних значений параметра, соединенный поразрядно с группой вторых информационных выходов блока определения границ поля дисперсии параметра, причем усилитель входом управления коэффициентом усиления соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, причем источник сейсмических сигналов выполнен групповым.

Схема устройства для сейсмического зондирования дна водоемов приведена на фиг.1, на фиг.2 представлена схема блока определения границ поля дисперсии параметра, на фиг.3 представлена схема блока управления частотой сейсмических сигналов.

Устройство для сейсмического зондирования дна водоемов содержит (см. фиг.1) генератор 1 импульсов, делитель частоты 2, соединенный входом с выходом генератора 1 импульсов, первый элемент ИЛИ 3, соединенный первым входом с выходом делителя частоты 2, триггер 4, соединенный нулевым входом с выходом первого элемента ИЛИ 3, первый элемент 5 задержки импульсов, соединенный входом с выходом элемента ИЛИ 3, первый элемент И 6, соединенный первым входом с выходом генератора 1 импульсов, а вторым входом - с единичным выходом триггера 4, первый счетчик 7 импульсов, соединенный входом обнуления с выходом элемента 5 задержки, а счетным входом - с выходом элемента И 6, второй элемент 8 задержки импульсов, источник 9 сейсмических сигналов (колебаний, выполненный групповым пневматическим), первый пороговый элемент 10, приемник 11 сейсмических сигналов, усилитель 12, соединенный сигнальным входом с выходом приемника 11 сейсмических сигналов, пиковый вольтметр 13, соединенный сигнальным входом с выходом усилителя 12, а выходом - с входом порогового элемента 10, второй пороговый элемент 14, выход которого соединен с единичным входом триггера 4, формирователь 15 импульсов, соединенный входом с выходом порогового элемента 10, второй счетчик 16 импульсов, соединенный входом обнуления с выходом делителя 2 частоты, а счетным входом - с выходом формирователя 15, коммутатор 17, соединенный входами поразрядно с выходами счетчика 16 импульсов, а выходом - с вторым входом элемента ИЛИ 3 и с входом элемента 8 задержки, третий элемент 18 задержки импульсов, соединенный входом с выходом делителя 2 частоты, а выходом со входом второго порогового элемента 14, группу вторых элементов И 19, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика 7 импульсов, вторыми входами - с выходом элемента 8 задержки, а выходами - поразрядно с цифровыми выходами устройства, блок 20 определения ранжированного значения параметра (см. а.с. СССР 1086425, кл. G 06 F 7|06, б. 14, 1984), соединенный входами поразрядно с выходами группы элементов И 19, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 21, соединенный входами с выходами блока 20 определения ранжированного значения параметра, а выходом - с входом управления коэффициентом усиления усилителя 12, блок 22 определения границ поля дисперсии параметра (см. а.с. СССР 1334158, кл. G 06 F 15/36, б. 32, 1987), соединенный информационными входами поразрядно с выходами группы элементов И 19, индикатор 23 нижних значений границы поля дисперсии параметра, соединенный входами поразрядно с группой первых выходов блока 22 определения границ поля дисперсии параметра, индикатор 24 верхних значений границы поля дисперсии параметра, соединенный входами поразрядно с группой вторых выходов блока 22 определения границ поля дисперсии параметра, и блок 25 управления частотой сейсмических сигналов (блок управления групповым источником сейсмических сигналов) (см. а.с. СССР 773553, кл. G 01 V 1/24, G 06 F 1/4, б. 39, 1980), соединенный сигнальным входом с выходом элемента 18 задержки, управляющими входами - с управляющими выходами блока 22 определения границ поля дисперсии параметра, а выходами - со входами группового пневматического источника 9 сейсмических сигналов.

Блок 22 определения границ поля дисперсии параметра содержит (см. фиг.2) группу третьих элементов И 26, соединенных первыми входами поразрядно с группой информационных входов блока, второй триггер 27, соединенный единичным входом с входом установки блока в исходное состояние, регистр 27 оперативной памяти, соединенный информационными входами поразрядно с выходами группы элементов И 26, второй элемент ИЛИ 29, соединенный входами с выходами регистра 28 оперативной памяти, первый элемент НЕ 30, соединенный входом с выходом элемента ИЛИ 29, а выходом - с вторыми входами группы элементов И 26, второй формирователь 31 импульсов, соединенный входом с выходом элемента ИЛИ 29, а выходом - с нулевым входом триггера 27, четвертый элемент 32 задержки, соединенный входом с выходом формирователя 31, третий элемент ИЛИ 33, соединенный первым входом с единичным выходом триггера 27, четвертый элемент ИЛИ 34, соединенный первым входом с единичным выходом триггера 27, группу четвертых элементов И 35, соединенных первыми входами поразрядно с выходами регистра 28 оперативной памяти, а вторыми входами - с выходом элемента ИЛИ 33, группу пятых элементов И 36, соединенных первыми входами поразрядно с выходами регистра 28 оперативной памяти, а вторыми входами - с выходом элемента ИЛИ 34, третий формирователь 37 импульсов, соединенный входом с выходом элемента ИЛИ 33, четвертый формирователь 38 импульсов, соединенный входом с выходом элемента ИЛИ 34, регистр 39 памяти нижних значений параметра, соединенный информационными входами поразрядно с выходами группы элементов И 35, входом управления - с выходом формирователя 37 импульсов, а выходами - поразрядно с группой первых информационных выходов блока, регистр 40 памяти верхних значений параметра, соединенный информационными входами поразрядно с выходами группы элементов И 36, входом обнуления - с выходом формирователя 38 импульсов, а выходами - поразрядно с группой вторых информационных выходов блока, первую схему 41 сравнения, соединенную группой первых информационных входов поразрядно с выходами регистра 28 оперативной памяти, а группой вторых информационных входов - поразрядно с выходами регистра 39 памяти нижних значений параметра, вторую схему 42 сравнения, соединенную группой первых входов поразрядно с выходами регистра 28 оперативной памяти, а группой вторых входов - поразрядно с выходами регистра 40 памяти верхних значений параметра, мультиплексор 43, соединенный первым входом с единичным выходом триггера 27, вторым входом - с выходом элемента 32 задержки, третьим входом - с выходом сигнала "меньше" схемы 41 сравнения, четвертым входом - с выходом сигнала "равно" схемы 41 сравнения, пятым входом - с выходом сигнала "больше" схемы 41 сравнения, шестым входом - с выходом сигнала "меньше" схемы 42 сравнения, седьмым входом - с выходом сигнала "равно" схемы 42 сравнения, восьмым входом - с выходом сигнала "больше" схемы 42 сравнения, первым выходом - с вторым выходом элемента ИЛИ 33, а вторым выходом - с вторым входом элемента ИЛИ 34, пятый формирователь 44 импульсов, соединенный входом с третьим выходом мультиплексора 43, и пятый элемент 45 задержки, соединенный входом с выходом формирователя 44, а вторым входом - с входом обнуления регистра 28 оперативной памяти, причем первый вход управления блока 25 соединен с выходом формирователя 37, а его второй вход управления - с выходом формирователя 38.

Блок 25 управления частотой сейсмических сигналов содержит (см. фиг.3) генератор 46 тактовых импульсов, триггер 47, элемент И 48, соединенный входами с выходом генератора 46 и нулевым выходом триггера 47, реверсивный счетчик 49 импульсов, соединенный установочными входами с информационными входами блока 25, коммутатор 50, соединенный входом управления с выходом элемента И 48, а информационными входами - поразрядно с выходами счетчика 49 импульсов, группу элементов И 51, группу ключей 52, соединенных входами поразрядно с выходами группы элементов И 51, а выходами с выходами управления блока 25, элемент ИЛИ 53, соединенный входами с выходами элементов И 51, а выходом - с входом обнуления триггера 47, группу датчиков 54 моментов срабатывания одноименных источников сейсмических сигналов в групповом их источнике 9, элемент ИЛИ 55, соединенный входами с выходами датчиков 54, регистр 56 сдвига, соединенный шиной сдвига с выходом элемента ИЛИ 55, а выходами - поразрядно с входами группы элементов И 51, элемент ИЛИ 57, соединенный входами с входом (ручного) принудительного запуска блока 25 управления и выходом элемента ИЛИ 55, элемент ИЛИ 58, соединенный первым входом с выходом элемента И 48, вторым входом - с первым входом управления блока 25, а выходом - с вычитающим входом счетчика 49 импульсов, и элемент ИЛИ 59, соединенный первым входом с нулевым выходом триггера 47, вторым входом - с вторым входом управления блока 25, а выходом - с суммирующим входом счетчика 49 импульсов.

Устройство для сейсмического зондирования дна водоемов работает следующим образом.

В исходном состоянии, т.е. в момент включения, источник 9 заторможен, на выходе ЦАП 21 - нулевой потенциал, усилитель 12 установлен на исходное значение коэффициента К усиления, память блоков 20 определения ранжированного значения параметра и 22 определения границ поля дисперсии параметра обнулена, индикаторы 23 и 24 индицируют нули, триггер 4 и счетчики 7 и 16 обнулены (цепи первоначального обнуления на схеме не показаны). Импульсы с выхода генератора 1 эталонных импульсов поступают на входы элемента И 5 и делителя 2 частоты. Каждый импульс с выхода делителя 2 частоты последовательно во времени поступает непосредственно на вход обнуления счетчика 16, через элемент ИЛИ 3 - на вход обнуления триггера 4, через элемент ИЛИ 3 и элемент 5 задержки - на вход обнуления счетчика 7 и через элемент 18 задержки и блок 25 управления частотой сейсмических сигналов - на сигнальные входы источника 9 сейсмических сигналов. Передним фронтом импульса с выхода источника 9 сигналов через пороговый элемент 14 триггер 4 переводится в единичное состояние, а элемент И 6 открывается, при этом импульсы с выхода генератора 1 через элемент И 6 поступают на счетный вход счетчика 7, который подсчитывает число импульсов с выхода генератора 1, поступивших с момента запуска источника 9 сейсмических сигналов. Отраженные от соответствующих горизонтов дна водоема О сейсмические сигналы поступают на вход приемника 11 сейсмических сигналов. С выхода приемника сигнал поступает на сигнальный вход усилителя 12, усиленный усилителем 12 сигнал поступает на вход пикового вольтметра 13. Здесь из сигнала выделяется его огибающая. Пороговый элемент 10 генерирует импульсы, длительность которых соответствует длительности входного сигнала, по амплитуде превышающего порог срабатывания порогового элемента 10. По переднему фронту импульса с выхода порогового элемента 10 формирователь генерирует короткий по времени импульс, поступающий на счетный вход счетчика 16. Коммутатором 17 выбирается порядковый номер входного сигнала, по которому определяется глубина соответствующего отражающего сейсмический сигнал объекта (заданного горизонта). По достижении содержимого в счетчике 16 числа, заданного коммутатором 17, на выходе последнего устанавливается высокий потенциал, передним фронтом которого через элемент ИЛИ 3 обнуляется триггер 4, элемент И 6 закрывается, в счетчике 7 фиксируется число импульсов генератора 1 между передним фронтом импульса на выходе источника 9 сигналов и передним фронтов сигнала, отраженного от заданного горизонта, а через элемент 8 задержки открываются элементы И 19 и содержимое счетчика 7 поступает на выходы устройства и на информационные входы блоков 20 и 22. В блоке 20 определения ранжированного значения параметра каждое из заданного числа импульсов со скольжением во времени сообщение о состоянии счетчика 7 фиксируется в оперативной памяти, упорядочивается и упорядоченное значение через ЦАП 21 управляет коэффициентом К усиления усилителя 12, чем достигается нормирование амплитуды сигнала с заданным порядковым номером. В блоке 22 определения границ поля дисперсии параметра первое сообщение выводится на входы индикаторов 23, если его модуль меньше ранее зафиксированного значения, причем в индикаторах 23 и 24 индицируется соответственно минимальное и максимальное значения модулей кодов с выходов группы элементов И 19, начиная с момента запуска устройства или с момента установки блока 22 в исходной состояние. Блок 22 определения границ поля дисперсии параметра каждое сообщение через элемент И 26 фиксирует в регистре 28 оперативной памяти. С переходом регистра 28 оперативной памяти в отличное от нулевого состояние на выходе элемента ИЛИ 29 устанавливается высокий потенциал, которым через элемент НЕ 30 закрывается группа элементов И 26, триггер 27 обнуляется, а через элемент 32 задержки опрашивается состояние мультиплексора 43, но до этого содержимое регистра 28 через элементы И 35 и 36 фиксируется в регистрах 39 памяти нижних значений параметра и 40 верхних значений параметра. Содержимое регистра 28 сравнивается схемами 41 и 42 сравнения с содержимым регистров памяти 39 нижних и 40 верхних значений параметра соответственно, а затем по импульсу с выхода элемента 32 задержки через мультиплексор 43, формирователь 44 и элемент 45 задержки обнуляется регистр 28 оперативной памяти, а группа элементов И 16 вновь открывается. Очередное сообщение с информационных входов блока 22 определения границ поля дисперсии параметра фиксируется регистром 28, сравнивается схемой 41 с ранее зафиксированным в регистре 39 памяти нижних значений параметра содержимым, а схемой 42 сравнения содержимое регистра 28 сравнивается с ранее зафиксированным значением в регистре 40 памяти верхних значений параметра. При содержимом регистра 28, меньшем содержимого регистра 39, через мультиплексор 43, элемент ИЛИ 33 и формирователь 37 обнуляется регистр 39, а через группу элементов И 35 содержимое регистра 28 фиксируется в регистре 39 памяти нижних значений параметра. При содержимом регистра 28, большим содержимого регистра 40, через мультиплексор 43, элемент ИЛИ 34 и формирователь 38 импульсов обнуляется регистр 40 верхних значений параметра, а через группу элементов И 36 содержимое регистра 28 оперативной памяти фиксируется в регистре 40 памяти верхних значений параметра. Блок 25 управления частотой сейсмических сигналов по каждому импульсу на его первом входе управления через элемент ИЛИ 59 уменьшает содержимое счетчика 49, чем достигается снижение частоты колебаний сейсмического сигнала и повышение глубинности исследований структуры дна водоема, но при этом ухудшается разрешающая способность, а по каждому импульсу на его втором входе управления через элемент ИЛИ 58 увеличивает содержимое счетчика 49, что ведет к повышению частоты сейсмических колебаний и к повышению разрешающей способности, но к снижению глубинности исследований дна водоема. В автоматическом режиме содержимое счетчика 49 пополняется импульсами с выхода генератора 46 через элементы ИЛИ 55, 57, 58 и 59 и регистр сдвига 56.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает последовательную селекцию сейсмических сигналов от заданного в порядке увеличения глубины залегания горизонта, нормирование сигналов усилителем 12, автоматическое за счет обратной связи через датчики 54 и элемент ИЛИ 55 варьирование частотой (длиной волны, спектром) колебаний сейсмических сигналов в зависимости от глубины залегания заданного горизонта структуры дна водоема и представления информации о дисперсии глубин залегания заданного горизонта по профилю. Выходы устройства, связанные с выходами группы элементов И 19, предназначены для ввода в периферийные устройства, например для ввода информации на графопостроитель или в ЭВМ для накопления и дальнейшей обработки.

Использование: в аппаратуре, предназначенной для сейсмических исследований структурных и литологических особенностей дна акваторий. Сущность: устройство содержит источник и приемник сейсмических сигналов, блок управления спектром излучения сейсмических сигналов, генератор импульсов, делитель частоты, элементы ИЛИ, пороговые элементы, элементы И и задержки импульсов, суммирующие счетчики импульсов, усилитель, формирователь импульсов, блок определения ранжированного значения параметра, цифроаналоговый преобразователь, блок определения границ поля дисперсии параметров и индикаторы значений границ поля дисперсии параметра. Устройство обеспечивает излучение сейсмических сигналов с варьируемым спектром длин волн и прием отраженных сейсмических сигналов, их нормирование по амплитуде, отсчет временных интервалов, затрачиваемых на распространение сейсмических колебаний по траектории "источник - отражающая поверхность с заданным порядковым по дате приема номером - приемник", вывод численных значений границ поля дисперсии исследуемого горизонта земной коры акватории водоема. Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей за счет адаптивной селекции отраженных сейсмических сигналов с заданными порядковыми номерами и определения границ поля дисперсии глубины их залегания. 3 ил.

Устройство для сейсмического зондирования дна водоемов, содержащее источник и приемник сейсмических сигналов, усилитель, соединенный входом с выходом приемника сейсмических сигналов, пиковый вольтметр, соединенный входом с выходом усилителя, первый пороговый элемент, цифроаналоговый преобразователь, генератор эталонных импульсов, первый и второй элементы задержки и первый формирователь импульсов, отличающееся тем, что приемник сейсмических сигналов выполнен групповым пневматическим и в устройство введены блок управления частотой сейсмических сигналов, соединенный выходами со входами источника сейсмических сигналов, делитель частоты, соединенный входом с выходом генератора импульсов, первый элемент ИЛИ, соединенный первым входом с выходом делителя частоты, а выходом - с входом первого элемента задержки, второй пороговый элемент соединен входом через третий элемент задержки с выходом источника сейсмических сигналов, первый триггер, соединенный нулевым входом с выходом первого элемента ИЛИ, а единичным входом - с выходом второго порогового элемента, первый элемент И, соединенный первым входом с выходом генератора импульсов, а вторым входом - с единичным выходом триггера, первый счетчик импульсов, соединенный входом обнуления с выходом первого элемента задержки, а счетным входом - с выходом первого элемента И, группу вторых элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами первого счетчика импульсов, а вторыми входами - с выходом второго элемента задержки, выходы группы вторых элементов И поразрядно соединены с информационными выходами устройства, третий элемент задержки, соединенный входом с выходом делителя частоты, а выходом - с входом блока управления частотой сейсмических сигналов, второй счетчик импульсов, соединенный входом обнуления с выходом делителя частоты, а счетным входом - с выходом первого формирователя импульсов, вход которого через первый пороговый элемент соединен с выходом пикового вольтметра, коммутатор, соединенный входами поразрядно с выходами второго счетчика импульсов, а выходом - с вторым входом первого элемента ИЛИ и с входом второго элемента задержки, блок определения ранжированного значения параметра, соединенный входами поразрядно с выходами группы вторых элементов И, а выходами - поразрядно с входами цифроаналогового преобразователя, блок определения границ поля дисперсии параметра, соединенный информационными входами поразрядно с выходами группы вторых элементов И, а управляющими выходами - с информационными входами блока управления частотой сейсмических сигналов, индикатор нижних значений параметра, соединенный входами поразрядно с группой первых информационных выходов блока определения границ поля дисперсии параметра, и индикатор верхних значений параметра, соединенный поразрядно с группой вторых информационных выходов блока определения границ поля дисперсии параметра, причем усилитель входом управления коэффициентом усиления соединен с выходом цифроаналогового преобразователя.