СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ВИБРАЦИОННЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Советский патент 1973 года по МПК G01V1/24 

1

Изобретение относится к сейсмической разведке, в которой используется излучение упругих колебаний с линейно изменяющейся частотой с помощью вибраторов и вычисление спектральной функции мгновенной разности частот между точкой возбуждения и приема.

Известны способ и регистрирующие устройства, в которых вибрационный регистрируемый сигнал до записи преобразуется в сумму отрезков низкочастотных синусоидальных составляющих (разностные частоты или колебания разностных частот), причем каждой составляющей соответствует своя волна и имеется прямая пропорциональная зависимость между значениями частоты составляющей и временем распространения соответствующей волны.

Известно также устройство, в котором до регистрации полученная сумма синусоидальных составляющих пропускается через полосовой фильтр, крутизна частотной характеристики которого со стороны низких частот выбибирается такой, чтобы ослабить сильные сигналы на малом времени и подчеркнуть слабые сигналы на большом. В этих устройствах непользован обычный способ регистрации, заключающийся в том, что регистрацию ведут, начиная с момента возбуждения, и не прекращают до тех пор, пока на входе канала присутствует полезный сигнал. При таком способе регистрации с применением полосового фильтра обеспечивается сужение динамического диапазона сейсмических сигналов в соответствии с динамическим диапазоном регистратора, но не обеспечивается подавление боковых лепестков спектральной функции сильного сигнала, которые на большом времени могут перекрыть по амплитуде полезные спектральные импульсы, соответствующие слабым глубинным волнам.

Цель изобретения - снижение фона помех, создаваемых на большом времени боковыми лепестками интенсивных сигналов, и облегчение выделения слабых полезных сигналов ка этом фоне, что является предпосылкой повышения глубинности исследований.

Это достигается тем, что видоизменяют обычную последовательность операций возбуждения и приема сейсмических сигналов, которая заключается в том, что запись вибрационных сигналов, преобразованных в промежуточную (разностную) частоту и пропущенных через полосовой фильтр, ведут с задержкой во времени, превышающей длительность собственного процесса в фильтре, а регистрацию заканчивают до прекращения работы вибратора.

На фиг. 1 изображены зависимости частоты от времени для сигнала в точке возбуждения (кривая /) и в точке приема (кривая 2), где /мин - начальное значение частоты в сигнале; /малс - конечное значение частоты в сигнале; FP - мгновенная разность частот, наблюдаемых в точке возбуждения и точек приема; на фиг. 2 - разность частот (колебание разностной частоты) и в случае вибрационного сигнала с прямоугольной огибающей до подачи на полосовой сжимающий фильтр; на фиг. 3 - колебание разностной частоты, пропущенное через полосовой фильтр, где т - длительность собственных процессов, возникающих в фильтре; на фиг. 4 - спектр S(F) колебаний разностной частоты (спектральный импульс) до прохождения через фильтр; на фиг. 5 - спектр того же сигнала после прохождения через фильтр; на фиг. 6 - зависимость частоты от времени для сигналов источника 3 и приемника 4 по предлагаемому способу, где tii - время начала регистрации; ть- время прекращения регистрации; /н - мгновенное значение частоты в сигнале в момент начала регистрации, равное заданному значению; АГ - интервал добавочного «холостого излучения; Ть Гь + АГ - длительность излучения по предлагаемому способу; на фиг. 7- колебания разностной частоты на выходе полосового фильтра, где выделена регистрируемая часть колебаний, причем Тр - время регистрации; на фиг. 8 - частотные характеристики типичных полосовых фильтров, используемых на практике в сейрморазведочной аппаратуре, где F--текущее значение частоты; FO - резонансная частота полосового фильтра; кроме того, обозначены фильтр с частотной характеристикой 5, фильтр с характеристикой 6; на фиг. 9 - свободные колебания E-(t) на выходе полесового фильтра, причем процесс 7 соответствует фильтру с частотной характеристикой 5 (см. фиг. 8), процесс 8- фильтру 9 с характеристикой 6, и т. д. В известном способе излучение и регистрация вибрационных сигналов осуществляется в соответствии с указанным на фиг. 1-3. Развертка частоты в излучаемом сигнале происходит по линейному закону 1 (см. фиг. 1) от наименьшего значения частоты /мин ДО наибольшего /макс за время Ть. Развертка частоты в регистрируемом сигнале (в случае однородной среды) происходит по тому же закону (кривая 2), но с запаздыванием во времени на t. Разность частот в интервале выделяется как колебание с постоянной частотой Fp. В Случае BH panHOHiHono сигнала с ирямоугольной огибающей она регистрируется в виде отрезка синусоиды с постоянной амплитудой А (см. фиг. 3). Спектр этого отрезка изображен на фиг. 4. После пропускания колебания (см. фиг. 2) через полосовой фильтр с частотной характеристикой типа 6 (см. фиг. 8) и собственным процессом типа 8 (см. фиг. 9) на выходе фильтра образуется колебание, изображенное на фиг. 3. Процесс установления колебаний на выходе полосового фильтра в случае подачи на его вход внезапно начинающейся силусоиды хюрошо. HSBetTiHbi. Процесс на выходе фильтра представляет собой сумму вынужденных колебаний и собственных колебаний. Длительность переходного процесса для реальных фильтров, используемых в сейсморазведочных аппаратах, может быть приближенно определена по кривым, изображенным на фиг. 9. Из этих кривых видно, что переходные процессы практически заканчиваются, когда 2n-Fo-t- b, т. е. приближенное время переходного процесса можно найти по формуле: 15 2-4 о где FO резонансная частота полосового фильтра, которая выбирается в зависимости от диапазона регистрируемых времен /маь-с по формуле: где А/ - полоса рабочих частот (развертка частоты в сигнале); Ть - длительность излучаемого сигнала. Спектр сигнала после прохождения через фильтр может быть получен графически из спектра (см. фиг. 4) пропорциональным уменьшением всех спектральных составляющих в соответствии с частотной характеристикой фильтра типа 5 (см. фиг. 8). Такой спектр построен; (см. фиг. 5), исходя из предположения, что на частоте Fp спектральная составляющая ослабляется в 4 раза (что соответствует показанному на фиг. 2 и 3), а Fo 3Fp. Как видно из фиг. 5, спектр, выполняющий функцию сейсмического импульса, сильно искажен. Сущность предлагаемого способа заключается в изменении обычной последовательности операций возбуждения и приема. Предлагается вести запись колебаний разностной частоты не с момента возбуждения, или с момента поступления сигнала на вход приемника ti, а с задержкой АГ (время холостого хода вибратора), равной или большей времени переходного процесса т в фильтре, а заканчивать запись до прекращения работы вибратора (см. фиг. 6). В этом случае будет записан сигнал, показанный на фиг. 7 жирной линией. Он представляет собой неискаженный переходными процессами отрезок синусоиды, спектр которого будет подобен спектру, показанному на фиг. 4 с Той лишь разницей, что все составляющие будут пропорционально уменьшены в 4 раза, в том числе и лепестки на частотах вблизи FQ. Таким образом, введением времени «холостого хода из записи устраняются те участки азностной частоты, в которых сосредоточена сновная энергия высокочастотных составляющих заключенная в боковых лепестках спектального импульса. Время «холостого хода и соответствующий ему «интервал Х алостых частот выбираются так, чтобы в момент начала записи н частота в принимаемом сигнале была равна заданной нижней граничной частоте /н вибрационного

сигнала (см. фиг. 6). В этом случае активная ширина полосы рабочих частот, которая определяет разрешающую способность, не будет уменьшена. Время «холостого хода может быть расчитано по формулам (1) и (2), исходя из неравенства . Общее время АГобщ. задержки регистрации после начала работы вибратора равно

ДГовщ А7 + ..

Таким образом, предлагается видоизменить обычную последовательность операций возбуждения и приема сейсмических сигналов и осуществлять запись вибрационных сигналов, преобразованных в разностные частоты и пропущенных через полосовой фильтр, выполняющий функцию автоматического регулятора амплитуд, не с момента поступления этих сигналов на вход приемника, а с задержкой во времени Л7, равной (или большей) длительности переходного процесса в фильтре, регистрацию сигналов прекращать до прекращения работы вибратора, т. е. в тот момент, когда на приемник еще поступает полезный сигнал. Благодаря этому сильные сигналы при преобразовании колебаний разностной частоты в импульсную запись ослабляются без искажения их формы, уменьшается фон помех, создаваемых боковыми лепестками интенсивных сигналов на большом времени, облегчается выделение слабых полезных сигналов на этом фойе, что является необходимой предпосылкой для повышения глубинности исследований.

Предлагаемый способ регистрации может быть реализован на известной аппаратуре спектрального типа введением в регистрирующую часть этой аппаратуры реле времени для задержки момента записи относительно момента включения вибратора.

Предмет изобретения

Способ регистрации вибрационных сейсмических сигналов, основанный на их преобразовании в разностные частоты и фильтрации, отличающийся тем, что, с целью снижения фона помех, создаваемых боковыми лепестками интенсивных сигналов на большом времени и облегчения выделения слабых полезных сигналов на этом фоне, запись начинают с задержкой после поступления сигналов на вход приемника, определяемой длительностью переходного процесса в фильтре, а заканчивают до прекращения работы вибратора, причем начальную частоту вибрационного сигнала выбирают так, чтобы в момент начала записи мгновенное значение частоты в вибрационном сигнале было равно заданному.

tfu

Т

Фиг. 5

f

мин

ЙЗ/ й51Учг/, ,;52.ffZ5S.af

Фиг. 8

fs-t-2n

Фиг.З