Устройство для вибросейсморазведки Советский патент 1988 года по МПК G01V1/00 

СХ)

1 1444687 Изобретение относится к устройствам для вибросейсморазвецки и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ вибрационными методами, в основе которых лежит определение сейсмограмм через частотную характеристику среды путем преобразования Фурье,

ФУИ 7 (фиг,2) содержит последова тельно соединенные схему И 14, одно вибраторы 15, 16 и 17 и дифференциЦелью изобретения является расши- Q (рующую цепь 18, причем первый вход

;

рение области применения устройства.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для сейсмической разведки; на фиг.2 - функциональная схема формирователя,управляющих импульсов; на фиг.З и 4 - временные диаграммы работы формирователя управляющих импульсов в режимах Сеанс и Перезапись ; на фиг.З - функциональная схема фильтра низких частот; на фиг.6 - структурная схема блока логики; на фиг.7 - структурная схема приемопреобразовательного блока; на фиг.З - функциональная схема оперативного запоминающего устройства.

Устройство содержит сейсмические .датчики 1, подключенные к приемопре- образовательному блоку 2, связанному вторым входом с первьм выходом блока 3 логики, второй выход которого соединен с магнитным регистратором (МР) 4, и преобразователь 5 вибсхемы И 14 соединен соответственно с R- и 3-вх0дами RS-триггеров 19 и 20 и входом Пуск с кн, второй вхо с R-входом триггера 20 и с входом

5 одновибратора 21, последовательно

соединенного с дифференцирующей цеп 22, выход которой связан с S-входом триггера 19 и первым входом схемы И 23, подключенной вторым входом к

20 входу одновибратора 21 и выходом - к R-входу RS-триггера 24, ко торого связан с выходом одновибрато ра 16, вход которого соединение диф ференцирующей цепью 25.

25 ФНЧ 12 (фиг,5) содержит последовательно соединенные сумматор 26, ОЗУ 27 фильтра, регистр 28 ОЗУ, выход которого связан с первым входом регистра 29 фильтра и вторым входом

30 сумматора 26, а. также последователь но соединенные счетчик 30 адреса сейсмических каналов (АСК) и селектор 31 адреса, выход которого соеди нен с ОЗУ 27 фильтра, второй вход - с выходог счетчика 32 адреса частот ных каналов (АЧК), а третий вход - с входом АЧК 32 и входом регистра 29 фильтра.

росейсмических сигналов, включающий генератор 6 опорного сигнала(ГОС), формирователь 7 управляющих импульсо (ФУИ), формирователь 8 частотных сейсмограмм (ФЧС) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 9. ГОС 6 соединен последовательно с ФУИ 7, первый выход которого связан с входом ГОС б, второй выход - с первым управляющим входом ОЗУ 9, а третий с управляющим входом блока 3 логики 1

ФЧС 8 содержит соединенные последовательно входной регистр 10,пере- множитель 11, второй вход которого связан с вторым выходом ГОС 6, фильт 12 низких частот (ФНЧ) 12 и выходной регистр 13, выход которого соединен с информационным входом ОЗУ 9, причем управляющий и информационный входы входного регистра 10 подключены соответственно к управляющему и информационному выходам приемопреобразовательного блока 2, первьш и второй управляющие входы ФНЧ .12 связаны соответственно с вторым и третьим управляющими входакш ОЗУ 9 и вторым и третьим выходами блока 3

7

логики,управляю ций вход выходного регистра 13 объединен с третьим управляющим входом ФНЧ 12 и четвертым управляющим входом ОЗУ 9 и является- тактовым входом устройства.

ФУИ 7 (фиг,2) содержит последовательно соединенные схему И 14, одно- вибраторы 15, 16 и 17 и дифференци(рующую цепь 18, причем первый вход

схемы И 14 соединен соответственно с R- и 3-вх0дами RS-триггеров 19 и 20 и входом Пуск с кн, второй вход- с R-входом триггера 20 и с входом

одновибратора 21, последовательно

соединенного с дифференцирующей цепью 22, выход которой связан с S-входом триггера 19 и первым входом схемы И 23, подключенной вторым входом к

входу одновибратора 21 и выходом - к R-входу RS-триггера 24, которого связан с выходом одновибратора 16, вход которого соединение дифференцирующей цепью 25.

ФНЧ 12 (фиг,5) содержит последовательно соединенные сумматор 26, ОЗУ 27 фильтра, регистр 28 ОЗУ, выход которого связан с первым входом регистра 29 фильтра и вторым входом

сумматора 26, а. также последовательно соединенные счетчик 30 адреса сейсмических каналов (АСК) и селектор 31 адреса, выход которого соединен с ОЗУ 27 фильтра, второй вход - с выходог счетчика 32 адреса частотных каналов (АЧК), а третий вход - с входом АЧК 32 и входом регистра 29 фильтра.

Блок 3 логики (фиг,6) содержит последовательно соединенные промежуточный регистр 33, ОЗУ ;34 записи и буферный регистр 35, второй вход которого подключен к входу устройства 36 управления воспроизведения, к второму входу промежуточного регистра 33, выходу синхронизатора 37 и первому входу схемы 38 управления ОЗУ записи, выход которой подключен к второму входу ОЗУ 34 записи. Второй выход синхронизатора 37 связан со счетчиком 39 каналов, а третий вьЕход - со схемой 40 логики записи, второй вход которой соединен с устройством 41 связи.

Приемопреобразовательный блок 2 содержит последовательно соединенные предварительные усилители 42, коммутатор 43 каналов, основной усилитель 44 и АЦП .45,

ОЗУ 9 (фиг.8) содержит первый счетчик 46 адреса и второй .счетчик 47 адреса, подключенные к коммутатору 48 адреса, выход .которого связан с запоминающим устройством 49, Счетчики 46 и 47 могут быть выполнены, например, на интегральных микросхемах типа К155ИЕ4 и К155ИЕ5, коммутатор 48 адреса - на К155ЛР1, а запоминающее устройство 49 - на 565 РУ 3.

Устройство для вибросейсморазведки работает следующим образом.

При проведении сейсморазведочных работ по частотному методу устройство имеет два основных режима работы режим Сеанс и режим Перезапись. В режиме Сеанс производятся возбуждение вибратором сейсмических колебаний, прием и преобразование вибросейсмических колебаний в цифровую форму, вычисление частотной сейсмограммы и регистрация ее в ОЗУ 9. Режим Перезапись обеспечивает переза пись данных частотной сейсмограммы, накопленных за время проведения сеанса в ОЗУ 9, на магнитную ленту МР 4. Необходимость предварительной записи полевого материала сначала в ОЗУ 9 обусловлена тем, что при производстве работ по частотному методу, длительность сеанса может достигать 200-400 с, при этом полезная информация в виде частотной сейсмограммы представляет собой инфранизкочастот- ньй процесс, спектр которого лежит в полосе частот от О до Гц, т.е. объем информации частотной сейсмограммы примерно в 100 раз меньше объёма информации входных вибросейсмических сигналов. Согласование потока данных с пропускной способностью МР 4 требует буферизации информационного массива, которая и заключается в накоплении данных частотной сейсмограммы в течение сеанса работы продолжительностью 200-400 с с последующей быстрой (за 2 ч) перезаписью накопленного массива на магнитную ленту. По сигналу Пуск с кн (фиг.3,а), поступающему на вход ФУИ 7, одновременно запускаются RS-триггеры 19 и 20 и .одновибратор 15 через схему И 14. Начинается формирование управ Сёанс

ляюпщх сигналов режима

на

выходе КЗттриггера 19 формируется сигнал Накопление (фиг,3,6), ко10

15

0

25

0

5

0

5

0

5

топьи поступает в блок 3 логики и переводит устройство в ста1одартный режим работы с накоплением. На выхо- де RS-триггера 20 вьфабатывается сигнал Вкл,рег,Н (фиг.3,в), единичное состояние которого отключает МР 4, Таким образом, в режима Сеанс МР 4 не работает.

Через 1с после нажатия кнопки Пуск на выходе одновибратора 15 фop fflpyeтcя сигнал, по заднему фронту которого запускается одновибратор 16, и на вьгходе Д фферекциру1ощей цепи 25 вырабатывается сигнал Пуск И (фиг, 3,г). Через 3с сигнал с выхода одновибратора 16 запускает одновибратор 17 и RS-триггер 24, на выходе которого формз руется сигнал Старт Н (фиг.3,д), а на вькоде одновибратора 17.- сигнал, длительностью 0,5 с, ;по заднему фронту которого диффзрен- цирукнцей цепью 18 вырабатывается сигнал НОМ (фиг.3,е).

Одновибраторы 15, 16, 17 и 21 могут быть выполнены, например, на базе микросхем К155АГЗ, каждая из которых представляет собой законченный функциональный узел, за исключением времязадающей цепи, функции которой исполняют внешние резистор и конденсатор.

По сигналу НОМ одновременно запускается ГОС 6 и вибрационные установки. Сигналы с сейсмоприемников 1 поступают в приемопреобразовательный блок 2, в котором подвергаются сначала предварительному усилению и фильтрации, а за тем преобразованию из непрерывных сигналов в дискретные выборки с дальнейшей их оцифровкой. Цифровые значения каждой выборки, выраженные двоичным параллельным.кодом, с выхода приемопреобразователь- ного блока 2 поступают на вход ФИС 8, на другой вход которого приходят значения опорного сигнала с выхода .ГОС 6...

ФИС 8 выполняет операцию вычисления частотной сейсмограммы, которая заключается в синхронном детектировании вибросейсмического сигнала опорным, для чего производят перемножение этих сигналов и низкочастотную фильтрацию результата умножения. Опер)ация синхронного детектирования описывается выражением

A(t) Z.S(t)b(t)

где A(t) - сигнал частотной сейсмограммы;

S(t) сеГюмический сигнал; b(t) - опорный сигнал; п - число суммирований, необходимое для осуществления низкочастотной фильтрации.

Опорный сигнал является точной копией сигнала, излучаемого вибратором, представляет собой сигнал с линейно-нарастающей частотой. Генератор ГОС 6 может быть выполнен, например, как счетчик, работающий на импульсах переполнения накапливающего сумматора ограниченной емкости.

Сейсмический сигнал, поступающий на вход ФЧС 3 на время действия одного канала, запоминается во входном регистре 10, с выхода которого поступает на вход перемножитепя 11, на другой вход которого приходит сигнал ГОС 6, Входной регистр 10 и выходной регистр 13 могут быть выполнены, например, на интегральных микросхемах К561ИР94 Перемножение сейсмического и опорного сигналов осуществляется в перемножителе 11, которьй может быть вьптолнен, например, на интегральных мкросхемах К561ИП5 с прямыми связями. Результат перемножения поступает на вход ФНЧ 12. Операция низкочастотной фильтра,ции, выполненная цифровым способом, трудоемка, так как требует значительных аппаратных затрат. Однако специфические особенности частотного метода позволяют использовать простые низкочастотные фильтры, построенные на основе одноинтервальных усреднителей, в которых значения выходных отсчетов получают суммированием входных отсчетов на интервале t действия выходных отсчетов.

Интервал t выходных отсчетов частотной сейсмограммы определяется частотой „(ц , -которая представляет собой частоту дискретизации частотной сейсмограммы и задается ее верхней гармоникой, не превышающей для реальных параметров сеанса 1 Гц. По. теореме Котельникова для тако1го сигнала частота дискретизации должна быть не ниже 2 Гц, В данном случае принята

-пкч 3,/ Гц, т.е. интерва.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

частота ,

дискретизации составляет около 300 мс. Так как выборки входных отсчетов па каждому сейсмическому каналу поступают через 2 мс, то на интервале f выходных отсчетов укладывается немногим более 150 отсчетов входных вибросейсмических сигналов.

В начале каждого отрезка суммирования, например, по первому сейсмическому каналу в ОЗУ 27 фильтра по адресу первого канала записываются нули, таким образом из ячеек ОЗУ 27 фильтра по этому каналу стирается предыдущий результат суммирования. Первый результат перемножения с выхода перемножителя 11 поступает на вход сумматора 26 и сумт руется со считанной из ОЗУ 27 фильтра, зафиксированной в регистре 28 ОЗУ нулевой информацией. Результат суммирования (первая сумма) записывается в первую ячейку ОЗУ 27 фильтра. Следующее значение произведения по этому каналу суммируется уже с первой суммой, считанной из ОЗУ 27 фильт- ра, и результат - вторая сумма - записывается в первую же ячейку ОЗУ 27.фильтра по адресу первого канала, Эта операция повторяется для получения результата конечной суммы по пер- ..каналу (150, входных отсчетов).

jСумма, являясь очередным отсчетом

i частотной сейсмограммы по первому каналу, переписывается из регистра 28 ОЗУ в регистр 29 фильтра, а в первую ячейку ОЗУ 27 фильтра записываются нули. Время выборки очередного отсчета частотной сейсмограммы опре деляется счетчиком 32 АЧК с помощью которого через селектор 31 адреса и ОЗУ 27 фильтра подключается адрес очередного канала частотной сейсмограммы. Объем памяти ОЗУ 27 фильтра равен 48 двадцатиразрядным словам.

Так как синхронизация всех блоков устройства осуществляется от одного блока 3 логики, то на вход сумматора 25 от перемножителя 11 всегда будет поступать информация именно того канала, чей адрес в это время установлен на адресных шинах ОЗУ 27 фильтра.

Сумматор 26 может быть выполнен на интегральных микросхемах типа 4- разрядных полных сумматоров К561ИМ1, селектор 31 адреса - на интегр альных микросхемах типа 2И-2ИЛИ-НЕ серии К155ЛР1. Для построения ОЗУ 27фильт

pa могут быть использованы интегралные микросхемы 537РУ9 - статическое ОЗУ с организацией 2К бит х 8 разрядов. СЧЁТЧИКИ АСК 30 и АЧК 32 выполнены на интегральных микросхемах тпа К155ИЕ5, К155ИЕД. Регистры 28 и 29 ОЗУ и фильтра могут быть построены на интегральных микросхемах типа 4-разрядных последовательно-параллельных регистров К1561ИР9,

С выхода выходного регистра 13 информация частотной сейсмограммы по всем каналам поступает на вход ОЗУ 9, где и хранится на время проведения рабочего- сеанса. Емкость ОЗУ 9 равна 32К словам. Управление ОЗУ 9 производится импульсами той же частоты fnK4: счетчика 32 АЧК, фильтра 12 низких частот. Последовательность импульсов пк«4 Форми руегся отдельным делителем частоты (не показан).

По окончании сеанса вибросейсмических работ в. ГОС 6 формируется сигнал Конец сеанса {фиг.3,ж), который поступает в ФУИ 7 и формирует сигнал Длина (фиг,3,з). По этому сигналу заканчивается режим Сеанс и автоматически запускается режим Перезапись, для чего в схеме ФУИ 7 формируются все необходимые для этог режима сигналы, идентичные сигналам режима Сеанс за исключением Вкл.рег.Н (фиг.4,в), который принимает значение логического нуля, тем самым подключая блок МР4 к работе - записи информации на магнитную ленту. .

5 режиме Перезапись.по сигналу Н (фиг,4,г) запускается МР4, {который представляет собой накопител на магнитной ленте. На этом этапе в МР4 осуществляется привязка последующей записи к концу последней записи для того, чтобы правильно ее разместить. Лента начинает двигаться назад, считывается маркер предьщущей записи и формируется команда на реверс. Затем через 3с формируется сигнал Старт по сигналу Старт Н (фиг.4,д), приходящему из ФУИ 7.

Процесс записи НА магнитную ленту начинается с формирования интервала, большего или равного 15,8 мм. После записи интервала записьшается инфор- мация заголовка, коды циклического и продольного контроля заголовка и .начинается запись интервала между

5

0

5

5

заголовком и информацией. Этот интервал записывается вплоть до прихода отметки момента (НОМ). Сигнал отмет- с ки момента задержан относительно сигнала Старт Н на 500 мс.

С приходом сигнала НОМ (фиг.4,с) начинается запись информации частотной сейсмограммы на магнитную ленту. 0 Сначала эта информация считывается из ОЗУ 9, затем поступает в блок 3 логики, В блоке 3 логики информация разделяется на байты и в формате С1 поступает на МР4. Перезапись информации из ОЗУ на магнитный регистратор осуществляется за время, меньшее 2с. .

Управление работой всех блоков устройства в обоих режимах Сеанс и Перезапись осуществляется блоком 3 логики, который выполняет следующие основные функции: формирова- . ние потока информации с целью упорядоченной ее записи на магнитную ленту и обработку воспроизводимой с магнитной ленты информации.

Блок 3 логики работает следующим образом, .

Информация с ОЗУ 9 поступает в промежуточный регистр 33 и запоминается в нем на время действия одного канала. Далее информация поступает в ОЗУ 34 записи, где происходит запись и хранение этой информации. Запись и считывание из ОЗУ 34 записи производится при помощи схемы управления ОЗУ 38 записи, генерирующей адрес ячейки, в которой размещается информация. Из ОЗУ 34 записи информация поступает на шины записи буферного регистра 35. Информация с буферного регистра 35 поступает в МР4,.Синхронизация работы всех узлов блока осуществляется синхронизатором 37, который вырабатывает серию тактовых импульсов. Частота тактовых импульсов меняется в зависимости от .скорости.движения магнитной ленты |для сохранения постоянной плотности записи. Синхронизатор 37 вырабатывает 16 главных импульсов ГИО-ГИ15, которые делят период следования сейсмических каналов на 16 тактов, при этом импульс ГИО используется в качестве импульса переключения сер1сми- ческих каналов, s импульс ППЗ осуществляет занос сейсмической информации во входной регистр ФЧС8. Формирование импульсов синхронизации для

0

5

0

5

приемопреобразовательного блока 2 производится в счетчике 39 каналов, в котором также вырабатывается им- пульс сем, определяющий временное положение служебных каналов в кадре и отделяющий сейсмическую информацию от вспомогательной,

Связь блока 3 логики и ФУИ7 осуществляется устройством 41 связи, которое принимает сигналы управления от ФУИ7 и через схему 40 логики записи передает их на МР4.

Таким образом изобретение обеспечивает возможность проведения вибросейсморазведки по частному методу, которьй позволяет применять простые и-надежные дебалансные вибраторы. Возможность использования таких вибраторов приводит к повышению производительности нефтегазопоисковьк работ в условиях бездорожья и низких температур Западной Сибири, Кроме того, дебалансные источники дают возможность возбуждать наряду с продольными и поперечные волны,

Формула изобретения

Устройство для вибросейсморазвед ки, содержащее сейсмические датчики, подключенные к первому входу приемо преобразовательного блока, связанного вторым входом с первым выходом блока логики, второй выход которого соединен с магнитным регистратором, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены пре

5

0

5

0

5

образователь вибросейсмических сигналов, включающий оперативное запоминающее устройство, подключенное выходом к информационному входу блока логики, соединенные последовательно генератор опорного сигнала и формирователь управляющих импульсов, пеп- вьй выход которого соединен с входом генератора опорного сигнала, второй выход связан с первым управляющим входом оперативного устройства, а третий выход - с управлякицим входом блока логики, и формирователь частотных сейсмограмм, содержащий соединенные последовательно входной регистр, перемножитель, второй вход которого связан с вторьм выходом генератора, опорного сигнал.а, фильтр низких частот и выходной регистр, выход которого соединен с информа л 1он - ным входом оперативного запомЕ-гнающе- го устройства причем управляющий и информащонный входы входного регистра подключены соответственно к - управляющему и икформатдионному выходам приемопреобразовательного блока, первьм.и второй управляющие входы фильтра низких частот связаны соответственно с вторым и третьим управляющими входами оперативного запоминающего устройства и вторьП 1 и третьим выходами блока логики, управляюпр й вход выходного регистра объединен с третьим управляющим входом фильтра низких частот, четвертым управляющим входом оперативного запоминающего устройства и является внешним тактовым входом устройства.

Пуске кн.

Изобретение относится к устройствам вибросейсморазведки и позволяет расширить область применения за счет обеспечения возможности проведения сейсморазведки по частному методу. Входной сейсмический сигнал, принятый датчиками, усиливается и преобразуется в цифровые выборки, имеющие мультиплексную форму, приемопреобразовательным блоком и поступает в преобразователь вибросейсмического сигнала, который включает в себя генератор опорного сигнала, формирователь управляющих импульсов, формирователь частотных сейсмограмм и оперативное запоминающее устройство. Формирователь частотных сейсмограмм содержит входной регистр, перемножитель, фильтр низких частот и выходной регистр и выполняет операцию синхронного детектирования: перемножение сейсмического и опорного сигналов линейно нарастающей частоты в перемножителе и низкочастотную фильтрацию в цифровом фильтре. Результат синхронного детектирования представляет собой конечные суммы выборок частотной сейсмограммы, при зтом число суммирования задается периодом частотной сейсмограммы. Значения выборок запоминаются в оперативном запоминающем устройстве и после окончания сеанса автоматически переписываются на магнитный регистратор, 8 ил,: « (Л с

Ф 1/2.2

а Лусн с кн. в„ Наколи/пель

,Ч

и:

1Г

6 Накопитель

t

6 Вм.рег.н е„П1/скН

О,.Старти ,

е „ном

fK .Тг. режима,

3 Л

Фиё.5

зс

...Jl

...JL

ериТъ

fjoe/e.ii

От 37

Фиг. 7

Фие.6

Редактор А.Лежнина

CocтaБитeль А.Алешин

Техред м.Ходанич Корректор Л.Цилипенко

Заказ 6502/44

Тираж 772

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фиё.В

Подписное