СПОСОБ АНАЛИЗА ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНОГО СИГНАЛА Российский патент 2005 года по МПК G01V3/38 

Изобретение относится к области геофизики и может быть применено в геоэлектроразведке с использованием электрических и магнитных полей в условиях высокого уровня индустриальных и естественных помех различного вида.

Известны способы анализа геоэлектроразведочного сигнала в условиях помех с использованием генераторов первичного поля, основанные на многоразрядном аналого-цифровом преобразовании с последующим формированием статистических оценок периодической компоненты сигнала, например относительных приращений сигнала на измерительных интервалах [1, 2]. Недостаток этих способов заключается в том, что вне зависимости от качества получаемых оценок периодической компоненты сигнала случайная компонента считается помехой и не анализируется. В то же время эта компонента геологически информативна, например пространственные неоднородности по сопротивлению приводят к изменению направлений прихода; неоднородности по поляризуемости - к изменению амплитуды и длительности помехи.

Известны также способы анализа геоэлектроразведочного сигнала, основанные на применении полей с искусственно изменяемым азимутом (вращающихся полей) и ортогонально ориентированными датчиками принимаемого сигнала [3]. В этих способах случайная помеха также не анализируется, а раскладка ортогональных питающих линий и формирование сигналов с заданным азимутом приводит к большим затратам как по времени измерений, так и по созданию сложных генераторных установок.

Известны способы анализа случайных сигналов естественного и искусственного происхождения, по которым статистические свойства сигналов анализируются с учетом их пространственных особенностей: векторов прихода, годографов, элементов эллипсов поляризации [4]. В этих способах периодическая компонента сигнала не анализируется, а их применимость зависит от состояния электромагнитного фона и требует существенных затрат на накопление реализации и последующий их анализ.

Наиболее близким к заявленному является способ анализа сейсмических сигналов, по которому выходные сигналы интеграторов дельта-модуляторов сравнивают с входным сигналом соответствующего канала на стробируемом компараторе, а сигналы анализируют после их преобразования одноразрядными дельта-модуляторами [5]. Недостаток этого способа заключается в том, что анализ сигнала, содержащего крутые фронты и относительно плоские вершины, характерного для электроразведки методами ВП и МПП, осуществляется с недостаточной точностью. А именно: низкая крутизна дельта-модулятора приводит к потере информации на интервалах, примыкающих к фронтам, а высокая - к большой погрешности квантования и, следовательно, к низкой разрешающей способности. Случайная (непериодическая) компонента сигнала в этом способе также не анализируется.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и информативности за счет одновременного анализа сигнала (регулярной компоненты) и помех (случайной компоненты).

Для достижения этого технического результата в предлагаемом способе выходные сигналы интеграторов дельта-модуляторов сравнивают с входным сигналом соответствующего канала на стробируемом компараторе, причем каждый измеряемый сигнал преобразуют одновременно по крайней мере двумя дельта-модуляторами с существенно различающимися шагами квантования, минимальный шаг квантования выбирают не больше уровня требуемой разрешающей способности, а максимальный определяют по допустимому интервалу потерь информации от перегрузки по крутизне для максимального уровня анализируемого сигнала, находят интервалы перегрузки по крутизне модуляторов с наименьшим шагом, анализируют дельта-код модуляторов с большей крутизной на найденных интервалах и по результатам анализа судят о свойствах помех и сигнала; дополнительно на систему, состоящую, по крайней мере, из двух пар дельта-модуляторов подают сигналы датчиков с взаимно ортогональной ориентацией и по соотношениям значений дельта-кодов большой крутизны на совпадающих по времени интервалах перегрузки дельта-кодов малой крутизны определяют направление прихода помех, а на две и более системы подают сигналы от пространственно разделенных ортогонально ориентированных датчиков, осуществляют запись реализаций (накопления) дельта-кодов большой крутизны на совпадающих по времени интервалах перегрузки по крутизне каждого из модуляторов с малым шагом, сравнивают статистические оценки реализаций помех по найденным направлениям прихода помех и на основании статистических свойств реализаций помех судят о наличии и свойствах геологического объекта по выделенным направлениям.

Основной технический результат применения способа заключается в одновременном анализе сигнала (регулярной компоненты) и помех (случайной компоненты). Возможность такого анализа, отсутствующая у прототипа, обусловлена применением, по крайней мере, двух дельта-модуляторов с существенно различающимися шагами квантования.

Дополнительный результат появляется при использовании системы, содержащей, по крайней мере, две пары дельта-модуляторов, на которые подают сигналы датчиков с взаимно ортогональной ориентацией. При этом становится возможным определить направление на источник помех в плоскости осей датчиков. Две системы пространственно разделенных ортогонально ориентированных датчиков, осуществляющих запись реализации дельта-кодов большой крутизны на совпадающих по времени интервалах перегрузки по крутизне каждого из модуляторов с малым шагом, позволяют судить о наличии и свойствах геологического объекта.

На чертеже показаны эпюры входного сигнала (1), выходные сигналы интеграторов дельта-модуляторов с минимальным (2) и максимальным (3) шагами квантования, выходные сигналы стробируемых компараторов дельта-модуляторов минимального и максимального шагов квантования (4 и 5) соответственно, интервалы перегрузки по крутизне дельта-модулятора минимального шага квантования, обусловленные импульсной помехой (6), фронтами регулярного сигнала (7), начало (ТО) и окончание (Т1) измерительного интервала.

Способ реализуется следующим образом. Перегрузка низкоскоростного модулятора по крутизне появляется в моменты прихода фронтов и в моменты прихода импульсных помех. Интервалы перегрузки по крутизне, связанные с фронтами сигнала, можно идентифицировать и отселектировать с помощью средств синхронизации, в этом случае оставшиеся последовательные цепочки нулей либо единиц дельта-кода свидетельствуют о появлении импульсной помехи. Если связанная с импульсной помехой цепочка не пересекает границы измерительного интервала Т₀-T₁, то импульсная помеха не влияет на результат оценки приращения сигнала на данном интервале (интегральная оценка приращения [1] импульсной помехой в этом случае может оказаться смещенной). Если интервал действия помехи пересекает границы измерительного интервала, то, во-первых, влияние этой помехи будет ограничено крутизной низкочастотного дельта-модулятора вне зависимости от уровня пришедшей помехи, а, во-вторых, это событие может быть идентифицировано по наличию цепочки одинаковых бит и исключено при дальнейшем анализе, т.е. предлагаемый способ позволяет получать робастные оценки относительных приращений.

Дельта-код, генерируемый скоростным модулятором на интервалах цепочек низкоскоростного, представляет собой реализацию импульсной помехи и в свою очередь может быть использован для ее анализа, например для определения экстремумов, моментов перехода через нулевой уровень и т.п.

Применяя систему из двух пар разноскоростных дельта-модуляторов, на которые поступают сигналы датчиков с взаимно ортогональной ориентацией, и анализируя по данным скоростных дельта-модуляторов текущие значения Ux, Uy, совпавших по цепочкам перегрузок по крутизне низкоскоростных х, у модуляторов, можно определить направление на источник помех в плоскости осей датчиков как

ϕ_x=arctg(U_y/U_х),

где ϕ_х - угол отклонения направления на источник помехи от оси датчика Х-направления.

Две и более системы при совместном анализе дельта-кодов позволяют определять поведение векторов помехи. Например, система, датчики которой расположены в области высокой проводимости, будет регистрировать реализации с большим эксцентриситетом, причем большая ось эллипса поляризации будет отклоняться к оси простирания проводящей жилы (для датчиков электрической компоненты поля).

Геологический объект повышенной поляризуемости, с точки зрения теории сигналов, можно рассматривать как фильтр нижних частот, поэтому в реализации помех, принятых в направлениях, пересекающих поляризующиеся объекты, будут наблюдаться изменения свойств помехи: относительное (по сравнению с системами, расположенными вдали от зон аномальной поляризуемости) уменьшение амплитуд, увеличение продолжительности, при гармоническом анализе большие сдвиги фаз, при спектральном - снижение уровня верхних гармоник.

Для технической реализации способа могут использоваться известные устройства: дельта-модуляторы с соответствующим описанию выбором шагов квантования, системы приемных электродов, датчиков магнитного поля либо любых иных датчиков, обладающих достаточной широкополостностью и пространственной угловой селективностью (направленностью). Для совместного анализа дельта-кодов может быть использован микроконтроллер или компьютер достаточного быстродействия.

Использованные источники

1. А.с. 1457614 СССР, кл. G 01 V 3/06. Способ обработки сигнала при геоэлектроразведке и устройство для его осуществления; не публ.

2. А.с. 1628032 СССР, кл. G 01 V 3/06. Способ измерения электроразведочного сигнала; опубл. 15.02.1991.

3. А.с.1396111 СССР, кл. G 01 V 3/08. Способ геоэлектроразведки; опубл. 15.05.1988.

4. Электроразведка: Справочник геофизика. - М.: Недра, 1980. - С 246, 273.

5. Пат. 2044330 РФ, кл. G 01 V 1/24. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь для сейсмических исследований с использованием дельта-модуляции; опубл. 09.20.1995.

Изобретение относится к области геофизики и может быть применено в геоэлектроразведке с использованием электрических и магнитных полей в условиях высокого уровня индустриальных и естественных помех различного вида. Сущность: выходные сигналы интеграторов дельта-модуляторов сравнивают с входным сигналом соответствующего канала на стробируемом компараторе. Каждый измеряемый сигнал преобразуют одновременно, по крайней мере, двумя дельта-модуляторами с существенно различающимися шагами квантования. Минимальный шаг квантования выбирают не больше уровня требуемой разрешающей способности. Максимальный определяют по допустимому интервалу потерь информации от перегрузки по крутизне для максимального уровня анализируемого сигнала. Находят интервалы перегрузки по крутизне модуляторов с наименьшим шагом, анализируют дельта-код модуляторов с большей крутизной на найденных интервалах и по результатам анализа судят о свойствах помех и сигнала. При подаче сигналов на систему, состоящую, по крайней мере, из двух пар дельта-модуляторов от датчиков с взаимно ортогональной ориентацией, определяют направление прихода помех по соотношениям значений дельта-кодов большой крутизны на совпадающих по времени интервалах перегрузки дельта-кодов малой крутизны, а при подаче сигналов на две системы и более от пространственно разделенных ортогонально ориентированных датчиков осуществляют запись реализации (накопления) дельта-кодов большой крутизны на совпадающих по времени интервалах перегрузки по крутизне каждого из модуляторов с малым шагом, сравнивают статистические оценки реализации помех по найденным направлениям прихода помех и на основании статистических свойств реализаций помех судят о наличии и свойствах геологического объекта по выделенным направлениям. Технический результат: одновременный анализ сигнала (регулярной компоненты) и помехи (случайной компоненты), определение направления на источник помех в плоскости осей датчиков, повышение точности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ анализа геоэлектроразведочного сигнала, по которому выходные сигналы интеграторов дельта-модуляторов сравнивают с входным сигналом соответствующего канала на стробируемом компараторе, отличающийся тем, что каждый измеряемый сигнал преобразуют одновременно по крайней мере двумя дельта-модуляторами с существенно различающимися шагами квантования, причем минимальный шаг квантования выбирают не больше уровня требуемой разрешающей способности, а максимальный определяют по допустимому интервалу потерь информации от перегрузки по крутизне для максимального уровня анализируемого сигнала, находят интервалы перегрузки по крутизне модуляторов с наименьшим шагом, анализируют дельта-код модуляторов с большей крутизной на найденных интервалах и по результатам анализа судят о свойствах помех и сигнала.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на систему, состоящую по крайней мере из двух пар дельта-модуляторов, подают сигналы датчиков с взаимно ортогональной ориентацией и по соотношениям значений дельта-кодов большой крутизны на совпадающих по времени интервалах перегрузки дельта-кодов малой крутизны определяют направление прихода помех.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что по крайней мере на две системы подают сигналы от пространственно разделенных ортогонально ориентированных датчиков, осуществляют запись реализации дельта-кодов большой крутизны на совпадающих по времени интервалах перегрузки по крутизне каждого из модуляторов с малым шагом, сравнивают статистические оценки реализаций помех по найденным направлениям прихода и на основании статистических свойств реализаций помех судят о наличии и свойствах геологического объекта.