ВИБРАЦИОННАЯ СЕЙСМОСТАНЦИЯ Советский патент 1967 года по МПК G01V1/00 

Изобретение дает возможность использовать в сейсмической разведке метод отраженных и преломленных волн, возбуждаемых вибрационным источником.

Известная сейсморазведочная аппаратура, предназначенная для реализации метода «вибросейс, имеет магнитный барабан, на который можно записать 300 отдельных сейсмических колебаний длительностью до сек, одпа дорожка предназначена для записи программы работы вибратора. С этой дорожки считанный сигнал усиливается и подается на вибратор, который и вырабатывает колебания согласно этой программе.

Каждые 30 дорожек предназначены для записи одного капала сейсмосигналов, т. е. на данной стоянке производится сейсмическая съемка до 30 раз (сеансов). Каждый сеанс одного капала записывается па новую дорожку (дорожки расположены рядом), таким образом одна и та же информация записывается 30 раз. После этого в камеральных условиях одной широкой головкой все 30 дорожек одного канала считываются одновременно и из полученного сигнала и сигнала вибратора вычисляется взаимокорреляциоиная функция (искомая). Всего в системе «вибросейс насчитывается 10 таких каналов.

ратора излучают сейсмические колебания с плавно меняющейся частотой от 15-20 до 80-100 гц и длительпостью 7-8 сек. В каждом «пункте взрыва 7-8-секупдные сеансы повторяются 10-30 раз, а принятые сейсмоприемниками колебания накапливаются в многоканальном накопителе барабанного типа. Для того, чтобы такое накопление было возможным, вибраторы работают как «усилители внешних командных сигналов, записанных на магнитном барабане накопителя.

Для перевода вибраторов в режим «усилителей внешних команд служит специальная

следящая система. Накопленные на магнитной пленке сигналы, являющиеся выходной продукцией полевой устаповки метода «вибросейс, обрабатываются на стационарной установке с целью получения импульсной сейсмограммы.

Недостатком метода «внбросейс является невозможность увеличения длительности непрерывной работы вибратора. Реализуемая в этом методе длительность намного меньше

той, которая необходима для выработки вибратором сейсмической энергии, достаточной для получения нормальной сейсмограммы. Поэтому используют группирование вибраторов и синхронное накопление отдельных сеансов

повышать стоимость полевого оборудования и полевых работ в целом.

В предлагаемой сейсмостанции также применяется вибратор с плавно изменяющейся частотой. Но в отличие от аппаратуры «Вибросейс на выходе сейсмостанции регистрируются не колебания от сейсмоприемников, а частотная характеристика геологической среды. При этом не требуется работа вибратора в режиме «усилителя внешних команд; он может работать в автогенераторном режиме, следуя заданной программе лишь приблизительно. Это намного упрощает конструкцию вибратора.

Кроме того, длительность непрерывной работы вибратора может быть сколько угодно больщой, а энергия полезного сигнала при обработке не расходуется. Это означает, что отпадает необходимость группирования вибраторов и синхронного накопления отдельных (повторных) сеансов работы вибратора. При необходимости могут быть также снижены требования к форме колебаний вибратора.

Существенной особенностью описываемой сейсмостанции является то, что объем памяти для запоминания выходной информации определяется только полосой спектра, отрабатываемой вибратором, и не зависит от конкретного режима работы вибратора. Полоса же спектра, в которой работает вибратор, является величиной постоянной для каждого вида Г)Ибрационного источника.

Для повышения качества и производительности сейсморазведочных работ в предлагаемой сейсмостанции выходы усилителей сейсмических колебаний и датчика вибрационных колебаний подключены к двум группам перемножителей сейсмических сигналов.

Одна группа перемножителей соединена с фильтрами низких частот, выходы которых через электронный коммутатор и цифровой преобразователь аналог-код соединены с блоком магнитных записывающих головок регистратора информации. К одному из входов этих перемножителей подсоединен выход датчика вибрационных колебаний через модулятор щиротно-импульсной модуляции.

К другой группе перемножителей также подключен датчик вибрационных колебаний через модулятор щиротно-импульсной модуляции, одна из ветвей которого подключена к записывающей головке и через магнитную линию задержки - к одному из входов перемножителей. Выходы этих пepeмнoжитev eй соединены с коммутатором и через цифровой преобразователь аналог-код с блоком записывающих головок регистратора информации. Один перемножитель из этой группы, кроме того, подключен через фильтр низкой частоты к фазовому дискриминатору следящей системы, к которому также подключен формирователь синхроимпульсов; выход же дискриминатора подключен к приводу лентопротяжного механизма регистратора информации.

вана импульсами, считываемыми с диска синхроимпульсов при помощи фотодиодных преобразователей и формирователя синхроимпульсов, выход которого подключен к коммутатору, цифровому преобразователю аналог-код и фазовому дискриминатору.

На фиг. 1 изображена схема полевой вибра ционной сейсмостанции; на фиг. 2 - усилитель сейсмических колебаний с перемножителем и фильтром (интегратором); на фиг. 3- модулятор ШИМ (широтно-импульсной модуляции) датчика вибрационных колебаний.

Вся аппаратура полевой сейсмостанции разделена на две части - вспомогательную и обрабатывающую информацию, полученную от сейсмоприемников.

Датчик / вибрационных колебаний вырабатывает электрический аналог сейсмических колебаний, генерируемых вибратором.

Сейсмоприемники 2 стандартного типа в количестве п штук (л 12,24), устанавливаемые по профилю так же, как при обычной сейсморазведке, соединены с усилителями 3 сейсмических колебаний. Выход датчика вибрационных колебаний через модулятор 4 широтно-импульсной модуляции и выходы усилителей 3 подключены ко входам перемножителей 5. Выход перемножнтеля соединен с RCфильтром 6 низких частот. Дальше электричеекая связь осуществляется через многоканальный коммутатор 7 с преобразователем 8 аналог-код.

Выход последнего соединен с блоком 9 магнитных головок, при помощи которого производится цифровая запись на перфорированную магнитную пленку 10.

Система автоматического управления работой выходных узлов (вторая группа аппаратуры) сейсмостанции состоит из следующих цепей и блоков.

Выход датчика вибрационных колебаний через модулятор щиротно-импульсной модуляции подключен к записывающей головке

// магнитной линии 12 задержки, имеющей несколько (в данной схеме три) выходов, соединенных с перемножителями 13, 14, 15. Другие входы этих перемножителей соединены непосредственно (без временной задержки) с

выходом датчика вибрационных колебаний. Для управления элементами сейсмостанции используется только один канал Гз, имеющий максимальную Гз 5 сек длительность временной задержки. Другие каналы Т, Т, образованные при помощи этой линии задержки, используются только в мащине для восстановления импульсной сейсмограммы.

С выхода перемножителя /5 канал Гд разветвляется на два канала: один из них также,

как каналы TI и 7-2, подключен к коммутатору 7 каналов для регистрации на магнитную пленку, а другой - к обычному фильтру 16 низких частот с верхней граничной частотой 4-6 гц. Выход этого фильтра подан к фазокоторая управляет скоростью вращения тонвала лентопротяжного механизма 18. Правильность выполнения команд управления контролируется фотоэлектрическим датчиком скорости вращения тон-вала. Этот датчик включает диск 19, насаженный на тонвал, осветитель и фотоэлементы 20. На диск концентрически в несколько рядов а, б, в нанесены оптические контуры и штрихи. При вращении диска свет, прощедщий через контур ряда а, создает на фотоэлементе сигналы, которые сравниваются в следящей системе с колебаниями, действующими на выходе фильтра 16, и при рассогласовании вырабатывается сигнал ощибки, который действует на привод лентопротяжного механизма так, чтобы уменьшилась эта ошибка. Оптические штрихи рядов б и 0 диска используются для управления другими узлами сейсмостанции при помощи считывающих фотоэлементов 20 и формирователя синхроимпульсов 21. Сейсмостанция работает следующим образом. Источник сейсмических колебаний (вибратор) должен выдать процесс в виде 6(/) &o(0sina 2; длительностью Ть 3-30 мин в диапазоне частот от (Ц„ 2aii(10-20 гц) до (100- 300 гц). Принятые сейсмоприемником колебания описываются функцией 5(0 h(()a.t о где /г(f)-сейсмограмма от кратковременного импульсного источника, Г„ - длительность сейсмограммы h(t). Спектр функции S(i) также сосредоточен в диапазоне от озн 2a/i до о)(, 2а4. В каждый момент времени частота процесса S(t) может отличаться от мгновенной частоты вибратора (о 2at всего лищь на Асо (2а/-2аГ„ )2аГц , т. е. максимум на 1-2 гц. Поэтому если форма колебаний реального вибратора будет отличаться от сииусоиды - см. (1), т. е. будет осложнена гармониками типа 6 Sin2a/2; 62sin3a/2 и т. д., то их можно «очистить при помощи следящего фильтра (на чертеже не указан). После перемиожнтелей 5 имеем процессы, низкочастотные компоненты которых описыкаются формулами на выходах сейсмоприемиых каналов R, (/) (/) cos (27 ft - ) 7. / se Ьо 2 /ii (О cos (2a - a/5; на выходе канала, образованного Т линией задержки (г 1, 2, 3), Rn 6оС05(2аГ;/ - а Г). На низкочастотном фильтре 6 сглаживаются функции R«(t) в течение промежутка времени Т„ , а измерение осуществляется в конце сглаживания. Следовательно, на выходе этого фильтра имеем функцию R,()- Цt-tnTJ j (0.(3) Отрезок интегрирования 7„ выбран как 1-ая доля периода опорной косинусоиды, т. е. соз(2аГ) -йГз) Подставляя в формулу (3) выражения (2) и (4), после несложных преобразований будем иметь: Как видно из последней формулы, частоты косинусоид ио текущей переменной т не зависят от скорости изменения частоты вибратора, т. е. от величины а. Эта величина входит лишь в фазу ati-:, которую можно скомпенсировать в машине, восстанавливающей импульсную сейсмограмму. Напряжения Ri (тТ ) от различных каналов сейсмостанции считываются ио очереди при помощи многоканального коммутатора, преобразуются в цифровой код на преобразователе аналог-код и записываются на перфорированную магнитную пленку. Последовательность считывания ординат Ri {тТ„ ) определяется синхроимпульсами, вырабатываемыми при прохождении относительно фотоэлементов 20 оптических штрихов рядов бив диска. После каждого считывания накопительный конденсатор RC-фильтра замыкается накоротко (осуществляется сброс) кратковременным импульсом в коммутаторе каналов, после чего процесс накопления повторяется до следующего считывания. При одном обороте диска накопительные конденсаторы фильтров 6 «опрашиваются / раз, а поскольку один оборот диска осуществляется за один период опорной косинусоиды Rr-i cos(2aT3t- аГцЗ-), то имеет место равенство (4). Ввиду того, что частота косинусоиды R т:1 равна наивысщей частоте нроцесса, можно считать, что на любой высокочастотный экстремум процесса R((t) придется по крайней мере 1/2 измерений. В описываемой сейсмостанции , при необходимости можно сделать , 18 и т. д. Существенным результатом описанных операций является то, что длина пленки, необходимая для заиисн одного сеанса, не зависит ни от длительности работы вибратора, ни от скорости а изменения частоты вибратора. В самом деле, длина периода опорной косину7соиды COS (2аГзг- осТз) равна Длительность работы вибратора Т где F - полоса частот, отрабатываемая вибратором. Через некоторое время опорная косинусоида вибратора будет иметь число периодовгг T,F. ih Полоса F для каждого вида вибратора обычно фиксируется, и поскольку скорость вращения тон-вала лентопротяжного механизма непосредственно связано с периодом опорной косинусоиды, то расход пленки на один сеанс будет определяться только величиной F, т. е. будет постоянным. В описываемой сейсмостанции может быть применена и прямая магнитная запись, но предпочтительнее кодовая запись на перфорированную пленку, так как при этом требования к лентопротяжному механизму оказываются очень низкими. Перфорация необходима для того, чтобы пленка не проскальзывала. Усилитель сейсмических колебаний (фиг. 2) канала представляет собой четырехкаскадную схему на триодах. Входной каскад Л выполнен по резистивной схеме с трансформаторным входом, второй каскад Ла также по резистивной схеме с низкочастотной коррекцией в анодной цепи и регулировкой величины входного сигнала путем изменения сопротивления утечки в сеточной цепи. Третий каскад Дз тоже выполнен по резистивной схеме с низкочастотной и высокочастотной коррекцией и фиксированным смещением от отдельного источника. Четвертый каскад выполнен на лампе Л по схеме катодного повторителя. Катод этой лампы соединяется с катодом лампы Л. Сопротивление в цепи катода является общим для обеих ламп и сейсмический сигнал оказывается подключенным к лампе Л через катодную цепь. Лампа Л5 в нормальном состоянии заперта. Она открывается положительными импульсами, представляюо ими собой сигналы от датчика вибрационных колебаний в виде широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В анодной цепи лампы Л получается произведение сигналов ) и b(t) в виде колебаний АПМ и ШИМ Это произведение далее подается на интегрирующую цепочку (фильтр) из сопротивления к емкости. Величина сигнала на интегрирующей емкости считывается при помощи коммутатора, который подключает его к цифроаналоговому преобразователю, где сигнал преобразуется в цифровую фор1му. После каждого считывания производится сброс (замыкание) ключом, расположенным в коммутаторе, и процесс повторяется. Сигнал вибрационного датчика в виде ШИМ получают следующим образом. Генератор пилообразного напряжения (фиг. 3), выполненный на лампах ./7g и Л по фантастроенной схеме, выдает пилообразное напряжение, которое через катодный повторитель Л вместе с сигналом от датчика вибрационных колебаний через развязывающие сопротивления RI и RZ подведены к сетке ламп модулятора Лд. Напряжение пилы, ограниченное в анодной цепи Лд по закону сигналов от вибрационного датчика, дополнительно ограничивается стабилитронами Дь Do и подается на выходной каскад (лампа Лю), выполценный по резистивной схеме, выход с которого подан на управлярощую сетку каскада перемножителя (на лампу Л. Предмет изобретения Вибрационная сейсмостанция, содержащая датчик вибрационных колебаний, сейсмоприемники, усилители сейсмических колебаний и регистратор информации, отличающаяся тем, что, с целью повыщения качества и производительности сейсморазведочных работ, в ней выходы усилителей сейсмических колебаний и датчика вибрационных колебаний подключены к двум группам перемножителей сейсмических сигиалов, в одной из них перемножители соединены с фильтрами низких частот, выходы которых через электронный коммутатор и цифровой преобразователь аналог-код соединены с блоком магнитных записывающих головок регистратора информации, а ко второму входу этих перемножителей подсоединен выход датчика вибрационных колебаний через модулятор щиротно-импульсной модуляции; к другой группе перемножителей также подключен датчик вибрационных колебаний через модулятор щиротно-импульсной модуляции, одна из ветвей которого подключена к записывающей головке и через магнитную линию задержки подключена к одному из входов перемножителей, причем выходы этих перемножителей также подключены к коммутатору и через цифровой преобразователь аналог-код подключены к блоку записывающих головок регистратора информации, а один перемножитель из этой группы, кроме того, подключен через фильтр низкой частоты к фазовому дискримиьатору следящей системы, к которому также подключен формирователь cHHXpoHMHyvTbcoB, выход же дискриминатора подключен к приводу лентопротяжного механизма регистратора информации, причем работа всей сейсмостаиции синхронизирована импульсами, считываемыми с диска синхроимпульсов при помощи фотодиодных преобразозателей и формирователя синхроимпульсов, выход которого подключен к коммутатору, цифровому преобразователю аналог-код и фазозому дискриминатору.