Устройство для преобразования сейсмической информации Советский патент 1983 года по МПК G01V1/32 

Изобретение относится к сейсморазведке и предназначено для корреляционного прёобразбвания сейсмической информации, регистрируемой , при работе с поверхностными вибрационными и импульсными источниками . возбуждения колебаний.

Известно цифровое корреляционное устройство, предназначенное для преобразования информации в вибрационной сейсморазведке, когда возбуждаемые колебания представляют непрерывный линейно-частотно-моДулированный сигнал. В нем реализован последовательный принцип вычислений и малоразрядное представление входных данных С ЗИзвестно также цифройое корреляционное устройство, предназначенмое для преобразования информации в вибрационной сейсморазведке, когда возбуждаемые колебания представляют собой непрерывный линейно-частотно-модулированный сигнал, в котором реализован параллельно-последовательный принцип вычислений, а входные данные представлены лишь порядком (нормализированная мантисса считается приближенно равной единице) Г2.

Общим недостатком указанных устройств является их односторонняя ориентация на обработку вибросейсмических данных,

- .

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для преобразования сейсмической информации, соержащее регистр текущего значения ейсмического сигнала, блок модифиации адресов, блок асинхронной адресации, счетчик адреса, блок маркировки, блок .памяти мантисс результата , блок памяти порядка результата, сумматор мантисс, блок корреляции, регистр мантисс результата, регистр порядка результата, при этом выход блока модификации адресов подключен к первому входу блока асинхронной адресации, выход которого подключен к первому входу счетчика адреса/ ко второму вх-оду которого подключен выход блока маркировки, выход счетчика адреса подключен ко второму входу блока синхронной адресации, а также к адресным входам блоков памяти мантисс результата и порядка результата, выход сумматора мантисс подключен к первому входу блока нормализации и к информационному входу блока па}1яти мантисс результата, выход последнего подключен ко входу регистра мантисс результата, выход которого подключен к первому входу сумматора мантисс, выход блока нормализации подключен к информационному входу блока памяти порядка результата, выход которого подключен ко входу регистра порядка результата.

Известное устройство предназначено для корреляционной обработки сейсмических колебаний, возбуждаемых последовательностью импульсных возбуждений. Корреляционное преоб1 зование сейсмической информации за счет импульсного характера воздействия сводится здесь к суммированию значений регистрируемых сейсмических данных с определенными временными сдвигами Гз .

Основным недостатком известного устройства является его односторонс няя ориентация на обработку сейсмических данных, возбуждаемых непрерывно-импульсными источниками.

Таким образом, для преобразования сейсмических колебаний при вибрационном возбуждении используются одни устройства, при непрерывно импульсном возбуждении - другие.

Цель изобретения - расширение, функциональных возможностей устройства за счет обеспечения корреляционного преобразования сейсмических колебаний при различных видах поверхностных источников возбуждения.

Поставленная цель достигается тем

Q что в устройство для преобразования сейсмической информации, содержащее регистр текущего значения сейсмического сигнала, блок модификации адресов, блок асинхронной адресации, счетчик адреса, блок маркировки, блок памяти мантисс результата, блок памяти порядка результата, сумматор мантисс, блок нормализации, регистр . . мантисс результата, регистр порядка результата,- при этом выход блока

0. модификации адресов подключен к первому входу блока асинхронной адресаци,и, выход которого подключен к первому ВХОДУ счетчика адреса, ко второму входу которого подключен .выход блока маркировки, выход счетчика адреса подклк)чен ко второму входу блока асинхронной адресации, а также к адресным входам блоков памяти мантисс результата и порядка

0 результата,, выход сумматора мантисс подключен к первому входу блока нормализации и к информационному входу блока памяти мантисс результата, выход последнего подключен ко вхо5 ЯУ регистра мантисс резул;|ьтата, выход которого подключен к первому входу сумматора мантисс, выход блока нормализации подключен к информационному входу блока памяти порядка результата, выход которого подключен ко входу регистра порядка результата, введены коммутатор опорных сигналов со входами отметки момента импульсных сигналов, и управляющего вибросейсмического сигнала, коммута-. тор информационных сигналов со входом сейсмического- сигнала и блок формирования коэффициентов, при это выход коммутатора опорных сигналов подключен -ко входам блока маркировки и блока формирования коэффициентов, а выход последнего соединен со входом блока модификации адресов, ко второму входу коммутатора информационных сигналов подключен выход регистра мантиссы результата, к его третьему входу подключен выход регис ра порядка результата, выход коммутатора информационных сигналов подключен ко входу регистра текущего значения сейсмического сигнала, выход которого подключен ко второму входу сумматора мантисс и ко второму входу блока нормализации. На чертеже изображена блок-схема устройства. Схема содержит коммутатор 1 опор ных сигналов, блок 2 формирования коэффициентов, блок 3 модификации адресов, блок 4 маркировки, блок 5 асинхронной, адресации, счетчик 6 ад са, регистр 7 текущего значения, блок 8 нормализации, блок 9 памяти порядка результата, регистр 10 порядка результата, сумматор 11 ман тисс, блок 12 памяти мантисс результата, регистр 13 мантисс резуль тата, коммутатор 14 информационных сигналов (блок управления и его свя зи не показаны). Возможность корреляционной обработки сейсмических колебаний с по мощью одного устройства при различных видах поверхностных источников возбуждения обеспечивается ис пользованием очень близких алгоритмов обработки. При непрерывно-импульсном возбуж дении колебаний корреляционная функ ция H(V} имеет вид (3): x(t4 + r) (1) KCCJ-jrLl x(t.+ Г) bo где N - число импульсов возбуждения; . x(t) - регистрируемые сейсмические колебания; f - длительность ФВК; t- - время возбуждения. , При вибрационном возбуждении колебаний вычисляется не сама функция временной корреляции (ФВК) R(t, а ее приращение 4R(T) на каждом интервале дискретизации. Управляющий вибросейсмический сигнал y(t) при этом квантуется небольшим колй,чеством уровней (три+семь). Пятиуровневый и семиуровневый управляющие вибросейсмические сигналы могут быть представлены соответствеяно суммой двух и трех трехуровневых управляющих вибросейсмических сигналов с разными зонами нулевых значений. Трехуровневый управляющий вибросейсмический сигнал представляет собОй.последовательность нулей и разнопо;1ярных единиц (+1,0,-1). Вычисление приращений AR(C) вместо самой , ФВК дает при этом существенный выигрыш по быстродействию. Это проиллюстрируется на примере, где x(t) сейсмические колебания; y(t) - управляющий вибросейсмический сигнал/ К(Т) - ФВК; ДНССО - ее приращения. Рассматриваются дискретные последовательности сигналов y(t) и x(t,) при учете, что функции R(tO и 4Н(Т) могут быть представлены в виде R(eAt} HAR(edt), где alt - интервал дискретизации (в сейсморазведке, как правило, мс или 4t 4 мс), в- номер цифрового отсчета, в О/ 1, 2...,L, (причем обычно L 1000-2000, соответственно с). В приведенном примере для упрощения, рассматривается лишь 27 дискретных отсчетов сигналов X(tJ и y(t). .f ,2At, ,44t,54t,6at,7di,8At, ,10at,,12At, ,l4/3t, 154t, 164t, 174t, 184t, 194t, 204t,21/lt, 224t, 23At,244t,254t,264i, 27dt. :#()- -hi+1 + 1+1 + 1+100000-1-l-l-l-lOOOOOf +1+1+1+1+1Q X (i) XgXg VepSeN9- i ez Z3VV T Вычисление одного |ОТсчета корреляционной функции R(t1 сводится к перемножению всех одноименных зна- чений сигналов x(t) и y(t) с последующим сложением полученных произведений. Для (вьгчисленця следующего отсчета R(i;) Ьроизводится сдвиг влево всех значений x(t) и вновь производятся перемножения и сложения и т.д. ВЕЛЧИСЛИМ для приведенных значений y(t) и x(t) два отсчета ФВК при значениях и R(0) +Хц+Х, +Xj+X +X +X rX 2 X b X.,J-X,j rX +J Xjj+J +X /X g, R(t) +Х2 +Хз+х +х y+Xj +х, . х . + ,x, приращения ФВК АН(г) на одном интервале дискретизации равно разности отсчетов ФВК; 4R(At)R(4t)-R(0) AR(At) -x,.j-x Из примера видно, что вычисление AR( вместо Rdr) дает существенный выигрьоц по быстродействию. Выражение для приращения ФВК 4R(tO при трехуровневом управляющем вибросейсмическрм сигнале имеет следующи вид: ,2М--т UR() ), (2) где x{t) - сейсмические колебания, М - число полупериодов сигнала, Т - длительность ФВК, - коэффициент,учитывающий зйакопеременнос ь свип сигнала. При сравнении выражений (1) и (2 можно сделать заключение об их боль шом сходстве (масштабные коэффициенты 1/М и 1/N особой роли не игр ют). Действительно, правые части этих выра}}сений отличаются лишь нал чием коэффицие нта К, в (2) и различной интерпретацией узловых тоt. Если в (1) бремена tчек t. соответствуют отметкам момента, то во (2) времена t соответствуют точкам изменения уровней квантования свип-сигнала. Таким образом, достаточно ввести в устройство блок формирования коэф фициента К, реализующего значения k 1 1 при работе |с вибрационны ми источниками и значение Ff, при работе с непрерывно импульсными источниками; коммутатор опорных сиг йалов, подключающий к устройству либо свип-сигнал, либо сигнал отмет ки момента, а также соответственно настроить блок маркировки, чтобы обеспечить аппаратурную реализацию выражений (1) и (2) одним устройством. Устройство, работает следующим образом .. При работе с непрерывно-импульсными источниками выход коммутатора опорных сигналов соединяется с его первым входом, т.е. на устройство поступают импульсы отметки момента Блок 2 формирования коэффициентов обеспечивает постоянное значение коэффициента . Блок 4 маркировки настраивается на узловые точки (отметки момента). Выход коммутатора 14 информационных сигналов соединяется со входом сейсмического сигнала, т.е.на регистр 7 текущего значения поступает сейсмический сигнал X(t). Отсчет одного из сейсмических каналов, представленный в цифровом виде, со входа сейсмического сигнала через коммутатор 14 информационных сигналов поступает в регистр 7 текущего значения. / Одновременно обеспечивается доступ к тем зонамв блока 9 памяти порядка результата и блока 12 памяти мантисс результата, которые соответствуют данному каналу. Счетчик б адреса.с помощью блока 4 маркировки блока 3 модификации адресов и блока 5 асинхронной адресации последовате льно формирует адреса ячеек блока пакЛти, к которым необходимо подсуммироватьjмантиссу отсчета x{t). После установления на адресных шинах .блока 12 памяти одного и.э этих адресов, содержимое выбранной ячейки переписывается в регистр 13 мантисс результата. Выходы регистров 7 и 13 подключены входам сумматора 11 мантисс, где происходит суммирование содержимого этих регистров. Полученная сумма записывается в ту .же самую ячейку блока 12 памяти мантисс результата. Одновременно с выхода блока 8 нормализации в блок 9 памяти результата по тому же адресу записывается значение порядка полученной частной -суммы. После этого на счетчике б адреса устанавливается следующее адресное значение и т.д. Цикл подсуммирования отсчета x(t) длится до тех пор, пока не будут исчерпаны все значения Т, удовлетворяющие условию t-t . # Г О. Затем в регистр 7 текущего значения записывается отсчет следующего сейсмического канала, который принимает участие в серии подсуммирований, подобной предыдущей. Таким образом, за период времени, равный интервалу дискретизации, в вычислениях, принимают участие текущие отсчеты x(t) всех сейсмических каналов . В начале каждого нового интервала дискретизации все действующие адресные значения наращиваются на единицу младшего разряда, и цикл подсуммирований повторяется для всех каналов с новыми значениями адресов. Формирование адресов блоков 9 и 12 памяти происходит следующим образом. Содержимое блока 5 асинхронной адресации последовательно переписывается в счетчик б адреса, определяя тем самым адреса ячеек блоков $ и 12 памяти. С выходов счетчика б адреса адресные значения после использования вновь записываются -в блок 5 асинхронной адресации. Последовательный перебор всех ячеек блока 2 обеспечивается блоком 3 .модификации адресов. Наращивание адресных значений на единицу - модификация адресов - производится с помощью того же блока 3 в зависимости от значений сигнала y(t). Количество импульсов возбуждения, при- . ходящихся на отрезок времени f величина переменная, и число действующих адресных значений должно соответствовать этому количеству. Действующее адресное значение определяется наличием единицы в дополнительном разряде - маркере. Маркируются действующи адресные значения также с помощью блока 4 мар.кцровкк.

При работе с вибрационными источниками выход коммутатора 1 опорных сигналов соединяется с его вторым входом ч и, следовсгтельно, на устройство поступает управлякнций вибросейсмическйй сигнал. Блок 2 формирования коэффициентов в COQT ветлтвии с изменениями уровней квантования свип-сигнала обеспечивает знакопеременные значения коэффи циентов Kf, ±l. блок 4 маркировки настраивается на узловые точки t (изменение уровней квантования виб-. росейсмического сигнала). Выход коммутатора 14 информационных сигналов соединяется со входом сейсмического сигнала, т.е. на регистр 7 текущего значения поступает сейсми1чёский сигнал x(t).

За счет близости алгоритмов (1) и (2) дальнейшаяработа устройства в вибросейсмическом режиме практи- , чески во всем подобна работе в непрерьшно-импульсном режиме.

Разница заключается, во-первых, в том, что в сумматоре 11 каждый раз происходит либо сложение, либо вычитание (в зависимости от эначег НИИ коэффициента) отсчета x(t) с . содержимым памяти. Во-вторых, окончательным результатом вычислений в этом случае оказывается не сама ФВК RCt) , а ее приращения ЛR( to . Г Преобразование значений АR(IT) , | хранящихся в блоках 9 и 12 памяти результата, в ФВК RCf) происходит на этапе регистрации содержимого пймяти на внешний носитель..

При этом

Г -

p((e/itj Ll д«(е4). (з)

,:...-.(-1 Действительно, .AR(t)R(2Jt)-R(0) aR(2dt)R(2At)-R(dt) 4R(Злt)R(Jлt)-R(2дt)

dR(L At)R{L At)-R.(L-lMt3. (4) В сейсморазведке корреляционная функция начинает вычисляться еще до прихода первых вступлений и отраженных волн, в свйзи с этим в начальный момент времени (О) значение ФВК можно приближенно считать равным нулю К(0)«0, тогда из (4) следует, что R(4t)R(4t)- и мы можем получить Следующую последовательность значений ФВК: R(0) О R(4t)4R(At) R()R(4t)+4R(24t)AR(/lt)4-4R(2At)

R(LAt)R t(L-l). t.j-f4R(L at) 4R(At)+AR(2/St)+.. .+AR(LVit) . Откуда приходим к выражению (3).

Для реализации выражения (3) после того, как вычислены все значения R(t) , коммут.атор 14 информационных сигналов подключает к регистру 7 текущего значения выходы регистров 10

и 13 ЬеЗУльтата в вход сейсмического сигнала xftT при этом отключает;СЯ. . .

На выход устройства вначале поступает значение /iR(At) R(At). Одновременно оно заносится в регистр 7 текущего значения. Из блоков 9 и 12 затем считывается значение AR(2Ab), jKotopoe складывается на сумматоре 11 со значением .R(4t) . Полученная сум;ма AR(At)+4R(2At)R,(2At) записывается в ту же ячейку памяти.. 3атем |знанение R {2At) вновь считывается и отправляется на регистрацию. Од- ; новремемно через коммутатор 14 оно записывается в регистр 7. Затем

точно так же получаются значения Н( (4At)R();

Положительный эффект достигается за счет того, что устройство

.для преобразования сейсмической информайии, имея сравнительно малый объем оборудования- (примерно в два раза меньший, чем, например, pj) позволяет осуществлять корреляционное в целение сигналов при различных источниках возбуждения сейсмических колебаний. Точность вычислений при этом значительно возрастает

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее регистр текущего значения сейсмического сигнала, dлoк модификации адресов, блок асинхронной адресации, счетчик адреса, блок маркировки, блок памяти мантисс результата, блок памяти порядка результата, сумматор мантисс, блок нормализации, регистр мантисс результата, регистр порядка результата, при этом выход блока модификации 1дресов подключен к первому входу блока асинхронной адресации, выход которого подключен к первому входу счетчика адреса, ко второму входу которого подключен выход блока маркировки, выход счетчика гшреса подключен ко второму входу блока асинхронной адресации, а также к адресным входам блоков памяти мантисс результата и порядка результата, выход сумматора мантисс подключен к первому входу блока нормализации / и к информационному входу блока памяти мантисс результата, выход последнего подключен ко входу регистра мантисс результата, выход которого подключен к первому входу сумматора мантисс, выход блока нормализации подключен к информационному входу блока памяти порядка результата, выход, которого подключен ко входу регистра порядка результата, отличающе е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет обеспечения корреляционного преобразования сейсмических колебаний при различных видах поверхностных источников возбуждения, в него введены коммутатор опорных сигналов со входами отметки момента импульсных си налов и управляющего вибросейсмическогр сигнала, коммутатор информационных сигналов со входом сейсмического сигнала и блок формирования )соэффициентов, при этом выход коммутатора опорных сигналов подключен ко Входам блока маркировки и блока формирования коэффициентов, а выход последнего соединения со входом блока модификации адресов, ко второму входу коммутатора информационных сигналов подключен выход регистра мантиссы результата, к его третьему входу подключен выход регистра порядка результата, выход коммутатора информационных сигналов подключен ко входу регистра текущего значения сейсмического сигнала, выход которого подключен ко второму входу сумматора мантисс и ко второму входу блока нормализации.