Способ вибросейсмической разведки Советский патент 1992 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к вибрационной сейсморазведке методом отраженных волн и может быть использовано для исследования земной коры.

Известен способ, основанный на излучении монохроматического колебания и измерении на земной поверхности разности фаз излученного и регистрируемых монохроматических колебаний.

Недостатком этого способа является неоднозначность результатов определения глубины до отражающих горизонтов. Неод нозначность обусловлена тем, что при суммировании монохроматических сигналов со

сдвигом фаз, кратным половине периода -,

суммируемый сигнал своей фазы не меняет, при этом меняется лишь амплитуда (энергия) суммарного сигнала.

Известен также способ, основанный на возбуждении монохроматических сигналов, пропускании их через узкополосные фильтры той же частоты. Причем сигналы возбуждают таким образом, чтобы их длительность была меньше времени, .необходимого для возврата энергии от исследуемых объектов. Сейсмические сигналы, отраженные от различных объектов, имеют одну и ту же частоту, но отличные по фазе, т.е. при суммировании образуются сигналы одинаковой частоты, но различные по. амплитуде.

Недостатком способа является неоднозначность результатов определения времени прихода волн, отраженных от неоднородно- стей, так как при суммировании монохроматических сигналов, различных по амплитуде и по фазе, может образовываться суммарный сигнал с неизменяющейся амплитудой.

XI

ю

ел о

Наиболее близким к предлагаемому является способ, основанный на излучении монохроматических упругих колебаний виброисточником, регистрации упругих колебаний цифровой сейсмостанцией с интервалом дискретности г, причем работа сёйсмостан- ции синхронизирована с работой виброисточника.

Недостатком данного способа является, что корреляционная обработка, успешно применяемая при возбуждении и регистрации свип-сигналов, оказывается неэффективной при обработке негармонических сигналов, за счет чего снижается разрешающая способность способа.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности сейсморазведки. .

Указанная цель достигается тем, что в способе, основанном на возбуждении и ре- гистрации монохроматических сигналов, возбуждают монохроматические упругие

2r() гдет

колебания с частотой

интервал дискретности цифровой регист- рации; k 3 - ;целое число отсчётов на полупериод Т/2 возбуждаемого монохроматического упругого колебания, определяют энергию зарегистрированныхколебаний во временном интервале, кратном величи- не полупорйода Т/2 возбуждаемого монохроматического упругого колебания, повторяют определение энергии в окрестности каждой дискретной точки зарегистрированного монохроматического колебания и пе разнице энергий судят о приходе волн, отраженных от неоднородностей в исследуемой среде.

Способ основан на использовании стандартных полевых систем как методом отраженных волн, так и методом рбщей глубинной точки с применением монохроматических источников возбуждения. При исследовании получаются и регистрируются монохроматические сигналы одной и той же частоты. Перед возбуждением монохроматических упругих колебаний определяют частоту из соотношения

f 2r(k-1) W-

где г- интервал дискретности цифровой регистрации;

k 3 - целое число отсчетов на полупериод Т/2 возбуждаемого монохроматического упругого колебания.

Условие выбора частоты монохроматического колебания обусловлено следующими обстоятельствами.

Известно свойство монохроматического колебания:

t + n Т/2

Asin(ftM+y) dt С (2) t

или

t + n Т/2

Е / A sin (2 лt/T + p) dt С . (3)

где Е - энергия;

t - текущее время;

п 1-целое число;

А - амплитуда монохроматического колебания;

Ш- круговая частота;

р- начальная фаза;

Т/2 л/о -полупериод монохроматического колебания; .

С const.

Для выполнения условий равенства (2) или (3) необходимо обеспечить интегрирование монохроматического колебания в интервале t. t + nT/2. .

Данный интервал интегрирования, име ющий длительность.f Т/2, возможен при условии, когда частота монохроматического .колебания и интервал дискретности цифровой регистрации т связаны соотношением Т/2 (k,-1JT-. ;, - / ;.(4)

С учетом того, чтоf }/Ty равенство (4) можно записать следующим образом:

; ; ;. f4 2;r(k;-.t) ; v

Например, при г 0.002 с, частоты могут быть выбраны следующими:

npnk 3 Г 125Гц,

k 4 f 83,33 Гц,

k 5 f 62,5 Гц и т.д.

Для обеспечения приемлемой точности вычисления величины Ей исходя из условий

теоремы Котельникова (f Ј -j-) число отсче... . - .-.. : ( - .. .. . Qт

тов необходимо выбрать из условия . После возбуждения частоты возбуждаемых монохроматических упругих колебаний определяют энергию зарегистрированных колебаний во временном интервале, кратном величине полупериода в соответствии с равенством (2).

Например, если имеется монохроматический сигнал вида

Р , т j5при ti t;

f 1 foi) ( -h ул) при tt t, (5) интеграл вида (2) будет иметь три значения:

t + n Т/2

/,Aisin(wt +pi)2dt 0,(6)

t

в интервале времени 0 t ti - nT/2;

l + n Т/2

sin(wt -brfdt C.(7)

в интервале времени t ti + nT/2; t + n Т/2

/ Aisln(u)t +pi)2dt rC,0Юв интервале времени ti - n T/2 t ti+nT/2.

Причем значение интеграла (8) меняется от 0 до С в интервале времени ti - nT/2, ti + nT/2. Таким образом, измерение энергии Е связано с приходом волн, отраженных от неоднородностей в исследуемой среде.

В случае, когда имеется последовательность монохроматических сигналов FI ,p): .

п г t V J&ПРИ tl Ј

Fl(wt + l)AisinWt + 0nPHt (9) , . (бпри12 1;

F2 (0 t, + 02h 4 A2SJnw t + п и . . X .«.. , . .Тл ..

. +

При интегрировании последовательных монохроматических сигналов (сейсмической трассы) в соответствием с выражением (6) в интервале времени 0, tij получают значение 0.

В интервале времени ti + nT/2, г пТ/2 получают значение Gi, в интервале 12

+ пТ/2. р - пТ/2 - значение Cz и т.д., в

интервале ti-i + nT/2, ti - nT/2 - значение

Ci. .: : . : , ,.. . -. . .: . .

В интервалах времени, где наблюдается приход монохроматических колебаний, значение интеграла последовательности колебаний имеет переменную величину, Эти временные интервалы таковы: для колебания Ft(wt ф)

{tt-nf/2.ti+.nT/2J;-,

для Fzfwt, (рЈ . .

tz-n T/2,t2 + для FiCwt, р).. .

t5-nT/2,ti + nT/2.

Таким образом, условие (7) характеризует наличие прихода монохроматического сигнала, отраженного от неоднородностей в исследуемой среде.

На чертеже представлены временные, диаграммы: а - диаграмма суммарного импульсного сейсмического сигнала, отраженного от неоднородностей на временах ti,t2, ta и t4, б - диаграмма монохроматических составляющих сигналов, отраженных от неоднородностей на временах ti,t2. t3 и tn; в - диаграмма суммарного монохроматического сигнала, зарегистрированного на поверхности наблюдений; г - диаграмма результата интегрирования в соответствии с равенством (6) суммы монохроматических сигналов вида (9); д - диаграмма результата импульсного преобразования временной

диаграммы г; е - диаграмма результата определений в соответствии с равенством (10). Выделение монохроматических сигналов (их вступление) определяется следующим об5 разом. Возбуждают монохроматические упругие колебания с частотой, равной ft1 /2r(k -1). Определяют временной интервал, кратный полупериоду возбуждаемых монохроматических сигналов. Для рассмат0 риваемого на диаграмме случая для определенности принимают ,002 с, к 5. Тогда частота монохроматических сигналов равна f 62,5 Гц. Тогда величина полупериода Т/2:

С. уг 0,008 с. Таким образом интервал

интегрирования равен п-Т/2 у7 ,008 с.

При n 1, интервал интегрирования равен 0,008 с. В соответствии с равенством (2) в

0 каждой дискретной точке определяют энергию Е суммарного монохроматического колебания. Под каждой дискретной точкой подразумевается определение величины Е в интервале t, t + nT/2J и отнесение этой

5 .величины к середине интервала интегрирования. Для удобства можно результат интегрирования относить, не к середине интервала, а к последнему дискретному значению интервала (так как это делается в

0 приводимом на диаграмме г примере). В рассматриваемом примере диаграммы в и г в интервале времени 0, ti значение энергии суммарного монохроматического колебания равно 0. В интервале м. ti + Т/2

5 энергия увеличивается от 0 до О., в интерва- . ле t2, t2 +T/2 - от Ci до С2, в интервале t3. t3 + Т/2 - от С2 до Сз и в интервале t4, t4 + Т/2 энергия уменьшается от Сз до. р. Точки, где энергия начинает менять свои значе0 ния.точно соответствуют временам прихода монохроматических волн ti.t2. С помощью специальных импульсных преобразований временную диаграмму г можно привести к виду, изображенному на диаграмме д.

5 Существо способа практически не изменяется, если вместо измерений энергии сигналов в соответствии с равенством (2) измерять аналоги этих энергий в соответствии с равенствами:

0 для n четных

t + n Т/2 К .

/2 AiSin( +95i)dt 5

Л °

i 1

при ti - nT/2 t Ц + пТ/2; при ti - nT/2 t ti + nT/2, (10)

для n нечетных

Г + n Т/2 К

/ 2) A i s n( )dt

t 1 1

г

С при ti - nT/4 t l + пТ/4;

С при tj - nT/4 t ti + nT/4. (11)

В случае выполнения процедуры в соответствии с равенством (10) результат имеет вид, приведенный на временной диаграмме е. При выполнении операций в соответствии с равенством (11) результат будет аналогичным диаграмме г.

При стандартных способах сейсмической разведки регистрируют совокупность импульсных отраженных сигналов. На чертеже приведена временная диаграмма, где зарегистрирован приход импульсных сигналов на временах ti с амплитудой At « 1,0; t2 - А2 - 0,5; t3 - Аз s 0,3 и и - А4 - 1,0. В результате применения существующей методики уверенное выделение волн возможно лишь на временах ti и t4. Волны на временах t2 и ts из-за интерференции выделить невозможно. Интервал прихода волн на временах t2 и ta равен периоду импульсного сигнала Т.

При регистрации монохроматических колебаний, отраженных от неоднородно- стей и зарегистрированных на тех же време- нах ti, t2. t3 и tj и имеющих те же амплитуды Ai, Аа, Аз и Ад, образуется суммарный монохроматический сигнал, диаграмма в, где выделить поступление отдельных волн невозможно.

Преимуществом предложенного способа является возможность получения приисполь Л, А

U1

л If

t Г

i VWWWV

5

10 15 20

25 30

Л, А

зовании монохроматических вибросигналов разрешенных записей, на которых выделяются вступления отраженных волн, аналогичные записям с использованием импульсных источников, что невозможно с применением корреляционной методики обработки гармонических сигналов. Это повышает разрешающую способность сейсморазведки.

Формула изобретения Способ вибросейсмической разведки, основанный на возбуждении монохроматических упругих колебаний виброисточником, синхронизированной с ним регистрации упругих колебаний цифровой сейсмостанцией с интервалом дискретности т и обработке полученных данных, отличающийся тем. что, с целью повышения разрешающей способности сейсморазведки, частота упругих колебаний определяется соотношением

f о г/1 чч . где k 3 - целое число

отсчетов на полупериод Т/2 возбуждаемых колебаний, во временном интервале n-1/2f, где п 1 - целое число, определяют энергию зарегистрированных колебаний последовательно в окрестности каждой дискретной точки записи колебаний и по разности энергий судят о приходе волн, отраженных от границ раздела в исследуемой среде.

U1

If

Изобретение относится к вибрационной сейсморазведке методом отраженных волн и может быть использовано для исследования земной коры. Целью изобретения является повышение разрешающей способности сейсморазведки. Для этого излучают монохроматический вибрационный сигнал виброисточником с частотой f 2 r(k - 1 (Г интеРвал Дискретности, k 3 - целое), записывают цифровой сейс- мостанцией с интервалом дискретности т и обрабатывают, определяя энергию в скользящем по записи временном окне пх xT/2f (n 1 - целое число). В моменты вступлений значение интеграла средней энергии изменяется, что позволяет получить запись, аналогичную импульсной сейсмограмме, 1 ил.

i.y«L

-f r ri

l« YJJ-i A/V4 V /VV /VNA//