Устройство для сейсмической разведки Советский патент 1990 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для прямых поисков месторождений полезных ископаемых и других объектов, находящихся под землей и под водой.

Цель изобретения - повышение точности и достоверности определения вещественного состава горных пород.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2- блок-схема сумматора; на фиг. 3 - блок-схема интегратора; на фиг. 4- блок-схема экстремального регулятора.

Устройство содержит сейсмоприемник 1, усилитель 2, полосовые фильтры 3.1,...,З.п, аналоговый регистратор 4, переключатель 5 каналов, преобразователь 6 аналог - код, устройство 7 синхронизации, блок 8 памяти

генератор 9 импульсов, кольцеврй счетчик 10, второй генератор 11 импульсов, второй блок 12 памяти, первый 13 и второй 14 сумматоры, интегратор 15, экстремальный регулятор 16, третий сумматор 17, блок 18 деления, аналого-цифровой печатающий блок 19, коммутатор 20, регулирующие элементы 21.1, 21.2,...,21.т, канальные сумматоры 22.1, 22.2,...22.п, пороговые

узлы 23.1, 23.223.п, коммута- v

тор 24, регулируемые элементы 25.1, 25.2,... ,25.т, интеграторы 26.1, 26.2,..,,26.п, элементы 27.1, 27.2,...,27.п задержки. Инверторы 28.1, 28.2,...,28.п, канальные сумматоры 29.1, 29.2,... ,29.г., интеграторы 30.1, 30.2,...,30.п, исполнительные механизмы 31.1, 31.2,... 31.п.

сд

Ј

00

1

ел

СО

Устройство работает следующим образом.

Сейсмические колебания поступают в сейсмоприемник 1, которым преобразуются механические колебания в электрические сигналы, последние усиливаются усилителем 2, с которог сейсмические сигналы поступают в фильтры 3.1,...,З.п и аналоговый регистратор 4, а также в виде команд |На генератор 9 импульсов и второй генератор 11 импульсов, которые включены в работу блоком синхронизации. «

1 По полученной команде сейсмического сигнала генератор 9 импульсов {в момент записи сейсмограммы подает отметки времени5 которые фиксируются каналом аналогового регистратора А совместно с записывающимися сей- 1смограммами на его других каналах.

Поступающий с усилителя 2 сейсмический сигнал в блоке фильтров 3.1,...,З.п его острорезонансными фильтрами разлагается па гармонические составляющие, которые заносятся 1 группами на матрицу накопителей второго блока 12 памяти с помощью ключей блока 12 памяти, переключение которых управляется кольцевым счетчиком 10, за промежуток времени /Dt, необходимый для разложения сигнала 1 в спектр полосовыми фильтрами бЗ.1 ,...,3.п. Переключение каналов кольцевого счетчика 10 за время ui, осуществляется за счет элементов задержки, включенных между переключающими каналами кольцевого счетчика 10 при поступлении на него запускающего импульса с второго генератора 11 импульсов,

В полосовых фильтрах 3 .1 ,, ,,3.п происходит частичная фильтрация помех его гребенкой фильтров. Окончательная фильтрация помех и фильтрация неправильных классификационных решений распознавания происходит за счет многократной обработки исследуемого сигнала первыми 13 и вторыми 1А сумматорами и интегратором 15. Полученная совокупность амплитудных значений составляющих сейсмического сигнала с блока 12 памяти многоканально либо последовательно опросом (в зависимости от коммутатора) поступает на коммутатор 20 первого сумматора 13, с помощью которого подсоединяются случайно на

m регулируемых

0

5

0

ментов 21.1,...,21.т любого из п сумматоров 22.1,...,22.п блока 13.

Регулируемые элементы 21.1

21,т уменьшают или увеличивают приходящую амплитуду сигнала. Коэффициент изменения (весовой коэффициент) регулируемого элемента устанавливается в период обучения с помощью экстремального регулятора 16.

Пришедшие и измененные регулируемые элементами 21.1,...,21.т сигналы суммируются сумматорами 22.1,..., 22.п блока первого сумматора 13, а полученная величина поступает на

пороговые узлы 23.123.п, при

этом каждьй канальньй сумматор 22. j первого сумматора 13 срабатывает, если

5

0

5

0

0

5

где х.

го

j-XJ j i

амплитуда приходящего сиг j-V/Q,.

s

нала;

величина веса, коэффициент

усиления или ослабления

сигнала;

Q1 - величина порогового узла. Коммутатор 20 блоков 13 и 1А и коммутатор 24 блока 15 представляет панель коммутационных связей, выполненных монтажником случайным образом. Регулируемые элементы 21.j, 25.j, пороговые узлы 23.j, сумматоры 22.J, интеграторы 26.j суммато- ров 13, 14 и интегратора 15 выполнены по известной схеме.

В режиме обучения автоматически устанавливаются величины о( - и Q с помощью экстремального регулятора

16, а число Xj амплитуд сигналов связи - с помощью коммутатора 20 первого сумматора 13. В этом блоке происходят фильтрация .сигналов и класси- 5 фикация объектов распознавания. Поскольку число сумматоров в блоке первого сумматора 13 равно п, то выходных порогов будет Q1iS Q2;, Qn, где п - число объектов распознавания, причем распознавание простейших объектов классификации уже на этом этапе достигает 99,9%, а выделение сигнала от помех достигает 100 %.

Для исключения ошибок необходимо прорешать еще несколько раз задачу

оптимизации с тем, чтобы исключить все неопределенности. Это решается с помощью второго блока сумматоров 1А и интегратора 15.

5 , 1548759

В данной системе многократных решений.применен не только индерми- нированный метод конструкции каждого блока этой системы в виде переменной структуры блока: изменяющие

в период обучения числа амплитуд х., весовые величины регулируемых элементов oi., величины порога Q пороговых узлов, но и принцип неоднократных решений, принцип селекции, отбора решений в одном блоко для передачи их для нового анализа другим блоком. Это значит, что в самой системе многократных решений заложен индетерминированный алгоритм распознавания в виде многочисленных

решающих функций х . d -, позволяющих определить эти геологические объекты, т.е. выделить и разделить эти объекты друг от друга, если даже они имеют очень сложные лабиринты границ раздела сред.

Для продолжения решения задачи полученные напряжения величин пороговых узлов Q , Q1 Q, первого блока сумматоров 13 поступают во вторые сумматоры 14, где с помощью коммутатора 20 второго блока сумматоров 14 перераспределяется случайно на m регулируемых элементов 21.1,...,21.т каждого сумматора 22. j любой из ветвей второго блока сумматоров 14.

С выхода каждого сумматора 22. j величина напряжения поступает на соответствующий пороговый узел 23.j, которьй выдает напряжение, если

Ъ.

Q2,

J Ъ.

Q,где а; - амплитуда приходящего сигнала;

величина веса, коэффициент усиления (ослабления) сигнала;

величина порогового узла. В режиме обучения автоматически с помощью экстремального регулятора 16 устанавливаются величины Ъ Q2, а с помощью коммутатора 20 второго блока сумматоров 14 устанавливается число приходящих амплитуд в.-. В этом блоке происходит как предварительная классификация объектов, так и фильтрация неправильных решений.

Напряжения величин с пороговых узлов Q1. - Q р, второго сумматора 14

поступают через коммутатор на Z блока регулируемых элементов (трансфлюк- торов и т.д.) 25.J каждого интегратора 26.j любой из ветвей интеграторов 15.

С каждого интегратора 26.j снимается напряжение, равное ut

1

-

$

z

0

5

0

где

J

V

амплитуда приходящего сигнала;

величина веса, коэффициент усиления (ослабления) регулируемого элемента. В блоке интегратора 15 происходят окончательная фильтрация неправильных решений и классификация объектов распознавания (уголь, нефть, газ и т.д.), характеризующихся величиной выходных напряжений с выходных интеграторов 15 (в случае двух классов - два интегратора, трех классов - три интегратора и п классов - п интеграторов). Окончательная оценка вероятности нахождения компонентов исследуемого объекта вычисляется в виде соотношений

и,

U 2

0

5

0

5

являющихся относительными величинами, которые фиксируются в аналого- цифровом печатающем устройстве1 19, где U1 и U, U n - величины аналогового сигнала выходных интеграторов 15. С этой целью переключателем 5 каналов последовательно опрашиваются каналы выходных интеграторов 15 и выдаются в преобразователь 6 аналог-код, с выхода которого информация в цифровом коде поступает на сумматор 17, где происходит суммирование данных всех каналов, одновременно эти оцифрованные данные всех каналов поступают в узел 8 памяти. Затем эти данные из третьего сумматора 17 и блока 8 памяти поступают в блок 18 деления. Результат деления фиксируется аналого-цифровым печатающим блоком (АЦПУ) 19 и выдаются на бумажной ленте в виде прямого прогноза.

10

15

20

25

Устройством в полевых, условиях возможно обрабатывать сейсмический сигнал, т.е. анализировать каждую сейсмограмму сейсмического профиля с целью определения контуров и глубины залегания залежи полезных ископаемых, а также проследить положение залежи вдоль профиля, т.е. решать задачу прослеживания гори. зонтов. Задачу прослеживания горизонтов можно решить и по имеющимся заранее аналоговым сейсмическим сигналам, поскольку аналоговым регистратором 4 фиксируется сейсмограмма в функции времени. В данном случае в фильтры 3 и дальше поступает из аналогового регистратора 4 не вся волновая картина (сейсмограмма), а только ее участок, выбранный с помощью меток времени, при этом обучающиеся блоки первого и второго сумматоров 13 и 14, а также интегратора 15, должны обучаться также только по участку сейсмограммы. Сам процесс обучения заключается в многократком пропускании всей сейсмограммы (или ее участка) многих волновых картин с известным геологическим объектом. При настройке в процессе обучения устрой- зо ства в случае двух классов достаточно пропускание многих сейсмограмм (или их участков) с известным одним

геологическим объектом (нефть), а в случае п классов задача усложняется, так как уже каждый из п классов должен много раз пропускать через устройство п сейсмограмм, но зато ответ дается с оценкой составляющих компонентов геологической среды,

В отличие от описанного режима распознавания в режиме обучения кро. ме описанных блоков подключается экстремальный регулятор 16 к обучающимся блокам: первые 13, вторые 14 сумматоры и интеграторы 15.

Работа экстремального регулятора 16 заключается в том, что при обучении устройства с выходных каналов (l-n) интеграторов 15 будут проходить в каждом канале блока 16 сначала изменяющаяся величина U , за15487598

мент на другой вход сумматора 29, ,3 будет поступать через инвертор 28,j следующая величина напряжения U,-a,

Разность этих величин Л поступает на интегратор 30. j, а с него на исполнительный механизм 31.j. Исполнительные механизмы 31.J блока 16 изменяют величины установки регулируемых элементов в блоках 15, 13, 14, т.е. изменяются величины насыщения, трансфлюкторов, уровни сопротивлений, емкости и т.д. регулируемых элементов 21.J и 25.J.

При достижении режима насыщения при обучении, т.е. установке неизменного статического значения U const с выхода блока 15, т.е. при Ли U:., - U j 5, близком к нулю, экстремальный регулятор 1 б прекращает свою работу, так как оператор в этот момент отключает его от блока 15 с помощью переключателя, встроенного в блок 16. Сам процесс обучения визуально наблюдается на АЦПУ 19 и протекает до тех пор, пока на классификационных каналах АИДУ 19 не установятся постоянные и близкие между собой результаты.

Применение предлагаемого устройства обеспечивает возможность выделения случайного полезного сигнала (информации об объекте) на фоне случайных помех, возможность выделения геологических и других объек- тов, представляющих сложные топологические объекты, т.е. отнесение с высокой точностью к своему классу, например нефти и воды в случае водо- нефтяного коллектора, обнаружение геологического объекта непосредственно в процессе сейсморазведки, а также возможность определения вещественного состава горных пород исследуемого разреза.

35

40

45

50

ii тем U; и т.д. Первая величина

U.i поступает в соответствующем канале экстремального регулятора I б на элемент 27.j задержки, а с нее на сумматор 29.j через время flt, равное времени задержки В этот мо55

Формула изобретения

Устройство для сейсмической разведки, содержащее последовательно соединенные сейсмоприемник, усилитель с фильтром, а также аналоговый регистратор, переключатель каналов, преобразователь аналог - код, устройство синхронизации, блок памяти и генератор импульсов, причем аналоговый регистратор соединен с выходами усилителя и генератора импульсов, а выход переключателя каналов

0

5

0

5

зо

мент на другой вход сумматора 29, ,3 будет поступать через инвертор 28,j следующая величина напряжения U,-a,

Разность этих величин Л поступает на интегратор 30. j, а с него на исполнительный механизм 31.j. Исполнительные механизмы 31.J блока 16 изменяют величины установки регулируемых элементов в блоках 15, 13, 14, т.е. изменяются величины насыщения, трансфлюкторов, уровни сопротивлений, емкости и т.д. регулируемых элементов 21.J и 25.J.

При достижении режима насыщения при обучении, т.е. установке неизменного статического значения U const с выхода блока 15, т.е. при Ли U:., - U j 5, близком к нулю, экстремальный регулятор 1 б прекращает свою работу, так как оператор в этот момент отключает его от блока 15 с помощью переключателя, встроенного в блок 16. Сам процесс обучения визуально наблюдается на АЦПУ 19 и протекает до тех пор, пока на классификационных каналах АИДУ 19 не установятся постоянные и близкие между собой результаты.

Применение предлагаемого устройства обеспечивает возможность выделения случайного полезного сигнала (информации об объекте) на фоне случайных помех, возможность выделения геологических и других объек- тов, представляющих сложные топологические объекты, т.е. отнесение с высокой точностью к своему классу, например нефти и воды в случае водо- нефтяного коллектора, обнаружение геологического объекта непосредственно в процессе сейсморазведки, а также возможность определения вещественного состава горных пород исследуемого разреза.

35

40

45

Формула изобретения

Устройство для сейсмической разведки, содержащее последовательно соединенные сейсмоприемник, усилитель с фильтром, а также аналоговый регистратор, переключатель каналов, преобразователь аналог - код, устройство синхронизации, блок памяти и генератор импульсов, причем аналоговый регистратор соединен с выходами усилителя и генератора импульсов, а выход переключателя каналов

соединен с входом преобразователя аналог-код, выход которого соединен с блоком синхронизации и блоком памяти, выход блока синхронизации соединен с выходами усилителя, генератора импульсов и регистратором, отличающееся -тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения вещественного состава горных пород, в него дополнительно введены кольцевой счетчик, второй генератор импульсов, второй блок памяти, первый и второй сумматоры, интегратор и экстремальный регулятор, а также блок деления, третий сумматор и аналого-цифровой печатающий блок, причем фильтры выполнены в виде не менее двух параллельных полосовых фильтров, выходы которых связаны с входом второго блока памяти, выход которого связан с входом первого сумматора, выход которого связан с входом второго сумматора, выход которого связан с входом интегратора, выход которого связан с входом переключателя кана- лов, вход второго генератора импульсов связан с входами фильтров и выходами усилителя и блока синхронизации, выход второго генератора импульсов соединен с входом кольцевоO го счетчика, выход которого подключен к информационным входам второго блока памяти, третий сумматор, блок деления и аналого-цифровое печатающее устройство соединены последова5 тельно, вход третьего сумматора соединен с выходом преобразователя аналог-код, а второй вход блока деления - с выходом блока памяти, вход экстремального регулятора соединен

о с выходами интегратора, а выход экстремального регулятора связан с информационными входами первого и второго сумматоров, а также интегратора.

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для прямых поисков месторождений полезных ископаемых и других объектов, находящихся под землей и под водой. Цель изобретения - повышение точности и достоверности определения вещественного состава горных пород. Для этого используется устройство, включающее узкополосные фильтры и несколько каскадов блоков распознавания объектов, включающих сумматоры, интегратор и экстремальный регулятор. 4 ил.

фиг1

Фиг.1

Редактор А. Мотыль

Составитель А. Алешин

Техред М.Ходанич Корректор Л. Пожо

Заказ 140

Тираж 413

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фиг. 4

Подписное