Способ вибрационной сейсморазведки Советский патент 1992 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к геофизической разведке полезных ископаемых и может быть использовано при вибрационном просвечивании земли.

Известен способ вибрационной сейсморазведки, при котором для увеличения вре- менной разрешенности используют нелинейно-частотно-модулированные вибрационные сигналы с целью компенсации частотно-зависимого затухания сейсмической энергии в среде.

Для этого используются степенные и логарифмические законы, при которых происходит увеличение спектральных амплитуд вибросейсмического сигнала на частотах, где наблюдается затухание сейсмической энергии. Вместе с тем не всегда удается полностью скомпенсировать затухание, на- пример, на высоких частотах, поскольку появляются сильные высокочастотные шумы на коррелограммах. Так, вместо необходимой компенсации затухания в 20 дБ, приходится ограничиваться не более чем 10 дБ

Одной из причин появления помех на коррелограммах при компенсации затуханий сейсмической энергии, являются аддитивные шумы, усиливающиеся за счет корреляции виброграммы с управляющим сигналом на тех частотах, на которых повышены спектральные амплитуды управляющего сигнала бибратора.

Чтобы уменьшить такие помехи, корреляцию следует проводить с другим сигналом, чем тот, что используется как управляющий.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ сейсмической разведки, при котором для корреляции используется опорный сигнал, который представляет собой управляющий сигнал, но специальным образом модулированный по амплитуде. Функция амплитудной модуляции в способе определяется так,

сл

С

-ч со

Јь Ю О) 00

чтобы скомпенсировать влияние спектральной характеристики системы источник-сре- дй на коррелограмму.

Недостатком способа является то, что модуляция опорного сигнала может вызвать рост помех на 18рр§л оҐрамме в тех диапазонах частот, где повьТшёЯьГЗЙплитуды модулирующей функции (по сравнению с единицей) По сути дела такая амплитудная модуляция опорного сигнала экви лентна нуль-фазовой деконволюции, которая, как известно, не меняет соотношения сигнал/помеха и в целом повышает уровень случайных шумов. В частности такая модуляция повысить и уровень аддитивных помех

Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет увеличения соотношения сигнал/помеха и ра ЗрШГеН Нбсти записи. Способ основан на формировании управляющего нелинейно частотно -моду- лиройанного сигнала, возбуждении этого сигнала в среде сейсмическим вибратором, регистрации вибропрограмм и корреляции их с опорный сигналом, равным модулированному по амплитуде управляющему сигналу. Способ основан на возбуждении управляющего сигнала, у которого величина производной функции частотной развертки пропорциональна частотной характеристике среды, а в качестве опорного используют управляющий сигнал с амплитудной модуляцией, закон которой обратно пропорционален спектру управляющего сигнала.

В способе-прототипе используются различные сигналы: управляющий и формируемый по нему возбужденный сигнал с одной стороны, и сигнал для корреляции (опорный) - с другой. Причем опорный сиг- нзл модулирован по амплитуде таким образом, чтобы скомпенсировать влияние на коррелограмму системы - среда Здесь искажение спектра управляющего смгнала rtpvi его трансформации s возбужденный сигнал компенсируется как с помощью специального задания управляющего сигнала (это неявно предполагается), так и за счет дополнительной амплитудной модуляции сигнала для корреляции (со всеми недостатками такого подхода, изложенными выше). При этом именно за счет дополнительной амплитудной модуляции компенсируется влияние поверхностных условий возбуждения, с которыми в основном и связаны аддитивные шумы.

В предлагаемом способе влияние системы вибратоц-среда на коррелограммы (корреляционный импульс) компенсируется только сигналом, возбуждаемым вибратором в среде, для чего соответствующим образом формируется управляющий сигнал. Тогда уже возбужденный сигнал будет иметь выравненный спектр и далее при кор- реляции не требуется его выравнивать. Соответственно этому сигнал для корреляции теперь должен иметь выравненный (выбеленный) спектр,Поскольку формируется управляющий частотно-модулированный сигнал, то и сигнал для корреляции - опорный сигнал -должен иметь ту же частотную модуляцию Но для того, чтобы спектр его был выровнен, он должен быть модулирован по амплитуде так, чтобы скомпенсировать влияние частотной модуляции.

Отличия предложенного способа от известного состоит в следующем: искажающее влияние на корреляционный импульс системы источник-среда компенсируется

только за счет специального выбора амплитудно-частотно-модулированного сигнала, возбуждаемого вибратором и среде; для корреляционной обработки используется нелинейно-частотно-модулированный сигнал с выровненным спектром. Положительный эффект способа обусловлен тем, что в результате корреляционной обработки не поднимается уровень шумов, в том числе аддитивных, и соотношение сигнал/помеха

на коррелограмме повышается за счет того, что повышено соотношение сигнал/помеха на виброграммах.

Сущность способа поясняется фиг.1 На ней показаны условно в качестве примера

амплитудные спектры частотной характеристики среды (1), управляющего сигнала 2, регистрируемого сигнала (возбужденного) на виброграмме 3, опорного сигнала 4 и коррелограммы 5 отДельнб для стандартной

сейсморазведки-1 и для предлагаемого способа -11 с выделением сигнальной части (1 с и 11 с) и помех (1 п и 11 п).

При реализации стандартной методики вибросейсморазведки характеристика среды (1с-1) уменьшается (в спектральной области) на посылаемый вибратором сигнал (1с-2), в результате чего регистрируется возбужденный сигнал (1с-3). Видно, что на(1с-3) произошла частичная компенсация затухания энергий высокочастотных составляющих спектра, обусловленной характеристикой среды (1с-1). Далее производится корреляция (умножение спектров) виброграммы (1с-3) на сигнал для корреляции (1с-4), которая уже полностью компенсирует затухание энергии, вызванное характеристикой среды (1с-1),при этом получается коррелограмма (1с-5) с выровненным спектром.

Рассмотрим, что происходит при этом с аддитивной помехой (1 п-1). Она регистрируется на виброграмме в неизменном виде - (1п-3), затем в результате корреляции с сигналом (1п-4) она приобретает вид (1п-5) на коррелограмме. Видно, что в результате такой компенсации влияний характеристики среды (1с-1) аддитивные шумы на высоких частотах возросли. Поэтому не рекомендуется полностью выравнивать спектр корре- лограммы, поскольку возрастает высокочастотный звон на коррелограм- мах.f

В предлагаемом способе в среду, с той же самой характеристикой (11с-1) посылает ся сигнал (11с-2), в результате чего спектр виброграммы (11с-3)уже получается выровненным. В дальнейшем при корреляции виброграммы (11с-3) с сигналом для корреляции (11с-4), который имеет выровненный спектр, получается коррелограмма (11с-5) также с выровненным спектром. Однако с помехой (11 п-1) (она та же, что и (1 п-1) дели обстоит иначе, чем в известном способе 1, На виброграмме, она, как и в известном способе 1, регистрируется в неизменном виде (11п-3), но при корреляции с сигналом (11п-4), совпадающим с (11с-4) получается тот же спектр (11п-1). В этом случае спектральные амплитуды помехи не меняются и, следовательно, высокочастотного звона не будет.

Для простоты рассмотрения дан пример с аддитивной помехой, при этом можно рассматривать по отдельности сигнальную часть (1с, 11с) и помеху (1п, 11л), так как корреляция (ей соответствует умножение в частотной области) - линейная операция.

На фиг.2 показаны две модельные кор- релограммы, полученные по стандартной методике и по предлагаемому способу. Был использован логарифмический cennt рассчитанный согласно известному спрсобу в диапазоне частот 20-60 Гц (длительностью 8с) для среды, у которой экспоненциальное затухание в этом частотном диапазоне 10 дБ. Шум - аддитивный, случайный, распределен равномерно на отрезке числовой оси (0,1) - одинакового на всех частотах диапазона. Соотношение сигнал/помеха взято равным 3.

При практически тех же основных трех экстремумах корреляционного импульса на 1 по сравнению с 2 значительно увеличены побочные фазы сейсмического сигнала и сильнее шумы в дальней зоне - обе стороны от основного максимума. Хотя динамическая разрешенность в способе 2 существенно лучше, временное разрешение в данном случае то же, самое, поскольку корреляционные импульсы, если не учитывать помех, в обоих случаях одни и те же. На практике и временная Аразрешейность ддп- жнабыть выше, так как в способе 1 с целью

уменьшения шумов пришлось бы уменьшить степень нарастания с частотой спектральных амплитудГ ЬггЬ рного сигнала, что однозначно приводит к уменьшению средней частоты корреляционного импульса.

Способ реализуется в следующей последовательности операций. Первоначально, исходя из опыта предыдущих работ или на основе априорных данных, задается спектр корреляционного импульса }Si

(ю) который отвечает требованиям геофи- зика, проектирующего сейсмические работы, по разрешенности и соотношению сигнал/помеха. Например, это ожет быть сделано на основе анализа результатов rtoсылки ЛЧМ-сигнала. Далее находят функцию частотной развертки w(t) вибрационного свип-сигнала, спектр которого равен ,S( (o) по формуле

.iSi(fi)|

4 П r Al (ft

(D

где А( (а) - функция амплитудной модуля- ции, задаваемая из априорных соображений, например ) 1.

Эту амплитудную модуляцию будет Шгеть опорный сигнал с частотной разверт- кОй о (t), причем спектр опорного сигнала будет |Si(w)J2/Ai( to) и сигнала для корреляции -|Si( w)J2.

г Чтобы спектр сигнала для корреляции был выровнен, его нужно модулировать по амплитуде с помощью A2(ft)

АгИ-тт-Т-ПГ-(2)

Si И|

45

Подставив выражение (2) в (1), имеем

Is.H -g HffH,

на основе которой получены (1) и (2).

Пример реализации способа, приведенный на фиг. 1, дан при А(ю)1.

Формула изобретения Способ вибрационной сейсморазведки, основанный на формировании управляющего нелинейно-частотно-модулированного сигнала, спектр которого связан с частотной характеристикой среды, возбуждении этого сигнала сейсмическим вибратором-, регистрации сейсмических волн и корреляции виброграмм с опорным нелйнёйно-частотно- мбдулированным и амплитуднр-модулиро- ванным сигналами, получении сейсмограмм и дальнейшей их интерпретации, о т л и ч а- ю щи и с я тем. что, с целью повышения эффективности способа за счёт увеличения сьотношения сигнал/пбмеха и разрешенно- стизаписи, при возбуждений используют управг

ляющий сигнал, у которого обратная велйчи на производной функции частотной развертки обратно пропорциональна частотной характеристике среды, а в качестве опорного исг ользуют сигнал с амплитудной модуляцией, кон которой обратно пропорцйЬнал1ен спектру управляющегб сигнала/ :... .-v:- -;-i, :Г- . ; : ,: - .

Использование: геофизическая разведка полезных ископаемых, вибрационное просвечивание Земли. Сущности изобретения: опорный сигнал формируется так, чтобы полностью скомпенсировать затухание сейсмической энергии в среде, а сигнал для корреляции определяется по опорному так, чтобы его спектр был выровнен. Возбуждение осуществляется управляющим сигналом, у которого обратная величина производной функции частотной развертки обратно пропорциональна частотной характеристике среды, а корреляция виброграмм производится опорным сигналом с амплитудной модуляцией, закон которой обратно пропорционален спектру управляющего сигнала 2 ил.

/с

Жп у////// ///

у//////////////л

Же

ш

Wtf//SS/M7/7fi

фцг.

тяяййт

У///////МЯф

5 Ш

.Qtoit