ВСЕСОЮЗНАЯ ( Советский патент 1973 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для решения задач структурной геологии. Известен способ сейсмической разведки, при котором используется взрывное или невзрывное возбуждение зондируюш,его сигнала и который позволяет изучать сейсмическое строение среды по кинематическим и динамическим параметрам волн. Эффективность этого способа во многом определяется разрешающей способностью. Известно, что разрешающая способность прямо пропорциональна ширине спектра зондирующего сигнала. Расширение спектра сигнала в сторону высоких частот целесообразно из-за сильного поглощения средой и снижения проникающей способности сигнала. Целью изобретения является расширение спектра сигнала в сторону отрицательных частот, что позволяет повысить разрешающ Ю способность в два раза без снижения глубинности исследований. Поставленная цель достигается тем, что при сейсмических наблюдениях чередуют излучение сигналов положительного и отрицательного спектров, регистрируют отраженный (лреломленный) слож1ный сипнал двухз и ахового спектра и затем преобразуют его в импульсный вид путем переноса спектра в однознаковую область частот. Па фиг. I изображена частотная .характеристика сигналов; А - частота излучаемого сигнала; Б - частота принятого сигнала; - разность частот; ii - задержка сигнала в среде; -tm - время начала регистрации; -ш- значение частоты в момент начала регистрации; «т- значение частоты в момент прекращения регистрации; ш, t - соответственно текущая частота и текущее время. На фиг. 2 показано колебание разностной частоты в тех же временных пределах, где TI- часть колебания разностной частоты, соответствующая положительным частотам; 2 - часть колебания, соответствующая отрицательным частотам. Па фиг. 3 приведен спектральный импульс в случае применения положительной частоты; на фиг. 4 - тот же импульс в случае использования положительной и отрицательной частот. Па фиг. 5 дана частотная характеристика сигналов источника и приемника при другом режиме излучения, где ,п - частота в момент начала регистрации; - &),„ - частота в момент прекращения регистрации; «„ - наивысшее значение частоты сигнала. На фиг. 6 изображены: / - сигнал источника типа л:ц с08, где (2 const - скорость изменения частоты в сигнале; 2- сигнал приемника типа ,QSn-(t- 3- произведение х„ х„ ; 4- колебание разностной частоты й а,-; 5- изменение частоты во времени сигнала X g, 6- изменение частоты во времени сигнала X „, 7- разность частот сигналов Хд и %„, 8- сумма частот сигналов х и х,. Два синусоидальных процесса с одинаковым периодом имеют частоты противоположных знаков, если в любой момент времени они находятся в противофазе, что математически может быть выражено следующим образом y((t),(1) ;y(-i;) ( -шг + сро);(2) y(0.«sin(w/-9o),(3) где Am - амплитуда, ы - круговая частота, 9о - начальная фаза, t - текущее время. Естественно, что некоторая периодическая функция у(-t) с отрицательной первой гарМОНИКОЙ может быть разложена в ряд только по отрицательным частотам, что предполагает существование отрицательных спектров S(-). Понятия отрицательной частоты и отрицательных спектров используются в радиотехнической литературе. Для сигналов простой формы (типа сейсмических импульсов) понятие отрицательной частоты является неопределенным. Однако в случае сложных сигналов это понятие наполняется физическим содержанием. Известны сигналы, которые содержат как отрицательную, так и положительную ветвь частот, например, сигнал с линейно изменяющейся частотой (t)at, где du), а -тг const at скорость изменения частоты. Как видно из фиг. 1, кривая Л при частота положительна; при 0 - отрицательна, т. е. данный сигнал имеет двухзнаковый спектр, простирающийся как в положительную, так и в отрицательную областьПусть данный сигнал излучается в землю, причем в течение времени - вводится отрицательная часть спектра, а в течение времени положительная. Отраженный сигнал Б (фиг. I) регистрируется с запаздыванием ti, причем частота его равна s(t-ti) a{t -ti) (-t + ti / t, + t (5) Этот сигнал также двухзнакового спектра. Однако он может быть преобразован в сигнал однознакового спектра посредством вычисления разности частот сигналов Л и Б. Если из опорного сигнала (4) вычесть отраженный сигнал (5), то получим (t)-o(t-t)ati . Разность частот не зависит от тек щего времени и при , как видно из фиг. 2, остается положительной, независимо от знака спектра е течение времени от -t до tm- Разность частот есть отрезок синусоиды длительности 1+% /т-С-г пг)2/ж При спектральном вибросейсмическом способе сейсморазведки импульсной записью служит амплитудный спектр колебания с разностной частотой. Известно, что компактность этого спектра зависит от длительности отрезка синусоиды - разностной частоты. Если истголЬзовать только положительную ветвь частот, как это делается обычно, то в лучшем случае щирина основного лепестка спектральной функции, выполняющей на записи роль спектральн1ого и1М1пульса, раВиа на нуле|вом уровне -. При использовании также отри 1цательнои ветви ширина равна , т. е. спектральный импульс «сжим ается в 2 раза. Из сопоставления спектрального импульса в случае использования положительной ветви частот (фиг. 3) и спектрального импульса в случае использования двухполярного спектра (фиг. 4), выполненных в -одном масщтабе, видно, что. в последнем -случае спектральный импульс укоротился в два раза за счет увеличения времени излучения. На практике цикл одного измерения предлагаемым способом включает в себя следующие операции. Вначале частота вибраций по произвольному закону увеличивается до „ (фиг. 5), затем уменьшается по линейному закону (фиг. 4). В некоторый момент времени to начинается регистрация отралсенного сигнала Б. Когда частота опорного сигнала достигает - ы-,п, регистрация прекращается, и производится сброс частоты. Таким образом, за счет использования слолсного сигнала, спектр которого занимает как положительную, так и отрицательную область частот, появляется возможность вдвое увеличить разрешающую способность при сейсмических исследованиях. Для проверки этого положения были проведены графические построения с первичными сигналами (графическое моделирование). Построен сигнал с линейным законом изменения частоты (фиг. 6, кривая 1); он соответствует сигналу Л на фиг. 1. Кривая 1 изменяется по

косинусоиаалыному закову. at-0,. (6)

л« со8 2

Построен тякже отраженный сигнал 2 (фиг. 3), который, без учета поглощенИЯ, .регистрируется с запаз|ды1ванивм /j и соответствует сигналу Б на фиг. 1; крива-я 2 И3|Мвняется в соответ1С-пвни с законом

; cos|(-;,f (0, (7)

Графическвм путем произведено иерем.ножение сигналов Хв и Кп, в результате .которого достроена слОЖ1ная кривая 5. Огибающая этого произведения есть колебание 4 с разност1НОЙ частотой, которое может быть выделено путем фильтрации. Каж (вндно из построений, колебание с разностной частотой во всем интер|вале от -0,7i,n до /,„ не прерыв:но, не имеет точек разрывов и постоянно ло частоте, т. е. за счет отрицательной шеиви частот удлинился отрезок синусоиды, а спектральная ф:у1Н1кци,я укоротилась. Эти операции поясняются на фиг. 6 линиями 5-8.

Итак, расширение спектра частот в сторону отрицательных частот эквивалентно расширению спектра в сторону положительных частот и позволяет не (ВЫходить из пределов инф(равиз(ких сейсмических частот, что важно для глубинности исследований.

Для реализации нредложевного способа требуются вибратор с управляемой частотой колебаний от отрицательных до положительных знамений в сей смичес1ком дианазоне частот, приемная аппаратура, преобразователь (вибрацианных сигналов в разностные частоты и анализатор спектра. Для иоследований необходимо возбудить вибратор на максимальной частоте (на,при,мер, 80 гц), затем уменьшать частоту по линейиому закону с однавре.менным преобразованием сигналов в разностные частоты и ихрегиспрацией. В момент прохождения частоты через ноль на1Правление вращения аксцентрика изменяют на противопололшое и, не прекращая регистрацию, возбуждают частоты противоположного знака.

Лента с записью раз(ностных частот (перенесенных ири перемножении сигналов в однополярную область частот) укрепляется на iBocпроизводяще.м устройстве анализатора спектра и осуществляется спектральный анализ;

спектротрам мы интерпретируютоя подобно обычным сейс.мичеоким записям.

Последовательность операций по предлагаемому способу заключается в том, чтобы поочередно возбуждать полол ительные и отрицательные частоты, регистрировать сложный сигнал двухзнакового спектра, затем преобразовывать его в импульсный вид с одновременным переносом отрицательной части опекгра в положительную область. В результате

имоульс становится короче в 2 раза, чем в случае использования только положительной полосы частот.

Предмет изобретения

30

Способ сейсмической разведки путем возбулодения спектральных составляющих сложного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повыщения разрешающей способности разведки, чередуют возбуждение сигналов положительного и отрицательного спектров, регистрируют отраженный сложный сигнал и преобразуют его в импульаный вид путем переноса отрицательной части спектра ,в область положительных частот.

А

V

ue.Z

0,5 О -J Ufi-

-ш

«ж|

Of

4ЛI 1 -fT-r

иг

о/,

-и), МЛЛЛЛЛ