СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Советский патент 1973 года по МПК G01V1/37 

1

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть реализовано с помощью управляемого источника сейсмической энергии в комплексе с регистрирующей аппаратурой для решения задач структурной геологни.

Известен способ сейсмической разведки, основанный на возбуждении ряда импульсов, следующих с линейно изменяющейся частотой, и корреляционной обработке принятых колебаний. Согласно этому способу ряд импульсов заменяет непрерывное квазисинусоидальное колебание с меняющейся частотой и позволяет существенно повысить мощность вибрационного источника и суммарную энергию возбуждаемого сигнала, обеспечивая большую глубинность исследований. Ударновабрационное возбуждение не требует использования многотонных статических нагрузок на излучающую плиту, что позволяет существенно облегчить вибратор, сделать его портативным и удобным в эксплуатации. Ударный вибратор при малом весе позволяет получать больщие тротиловые эквиваленты сигнала. Например, если частота следования импульсов меняется от 20 до 60 гц за 200 сек, а тротиловый эквивалент каждого удара равен 10 г, что характерно для небольщих импульсных излучателей, то общий эквивалент такой серии импульсов равен 50 кг ВВ.

Однако известный способ ударно-вибрационного возбуждения предусматривает использование импульсов постоянной амплитуды и формы. Это значит, что если частота следования импульсов существенно отличается от преобладающей частоты в импульсе, то результирующая кривая отклоняется по форме от квазисинусоиды с линейно изменяющейся частотой. Например, если в импульсе три - четыре полупериода, а интервал следования импульсов равен двум периодам, то наблюдается эффект удвоения видимой частоты. Если же интервал следования импульсов равен полупериоду, то импульсы накладываются, взаимно нейтрализуются, в результате чего возникает эффект деления частоты. Таким образом, известный способ возбуждения не позволяет увеличивать частоту следования импульсов. Ограничение рабочего диапазона частот снижает эффективность известного способа. Кроме того, при осуществлении известного способа возбуждения формирование сигнала со спектром заданной формы представляет значительную трудность.

Цель изобретения - обеспечение возможности управления спектром излучаемого сигнала посредством изменения частоты следования импульсов, расширение этого спектра в область высоких частот.

Это достигается совместным изменением частоты следования импульсов, их амплитуды и преобладающей частоты в импульсе таК, что огибающая средней амплитуды последовательности импульсов совпадает с формой заданного спектра, а средняя частота в импульсе - с мгновенной заданной частотой следования импульсов.

На фиг. 1 изображен заданный спектр возбуждаемого сигнала 5Cf); на фиг. 2 изображена последовательность из четырех импульсов при возбуждении сейсмических колебаний по предлагаемому способу.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

Задают форму спектра S(f) с дискретными

значениями от Ло 1/ ло An у в полосе частот от fo до fn в моменты времени от to до tn с огибающей 1, где а - скорость изменения частоты следования импульсов; to В;ремя возбуждения первого импульса, ti, fz, /3 - последующих импульсов; То - видимый период импульса; АО-Л„ - амплитуды импульсов. Задают число /г+1 дискретных значений спектра, равное числу импульсов в возбуждаемом сигнале, которое определяет длительность суммарного сигнала и скорость изменения частоты следования импульсов, равную а (fn-fo). Затем в момент

п - 0

to возбуждают импульс с амплитудой АО и средней частотой fo в импульсе ( или с видимым периодом Го -) , которая соответ/0 /

ствует минимальной частоте выбранного частотного спектра. В момент ti возбуждают второй импульс со средней частотой fi и амплитудой AI. При этом частота fi отличается от

д. t

частоты /о на величину /i-fo

, гц, а 2

амплитуда AI отличается от амплитуды АО на

величину AI-Ло А5 /1/ -, соответствую/ У 2а

щую приращению спектра Д5 на интервале частот от /о до fi.

В момент 4 возбуждают третий импульс, форма которого также подвергается изменению в соответствии с выбранным спектром 5ш сигнала и длительностью ряда импульсов и т. д.

В результате такого изменения формы последовательно излучаемых импульсов. Ряд импульсов сливается, превращаясь в непрерывную кривую 2 (фиг. 2) с линейным законом изменения частоты. Если выбранный спектр лежит в сейсмическом диапазоне частот (например, fo 20 ец, /« 30 гц, fn-fo 60 гц), а длительность суммарной кривой равна нескольким секундам, что применяется в методе «Вибросейс, то выполняется условие (f -foj-C w-и 100, при котором форма огибающей частотного спектра непрерывной кривой с линейно изменяющейся частотой примерно совпадает с огибающей амплитуд этой кривой, а граничные частоты этого спектра - с мгновенными частотами в начале н в конце кривой, т. е. спектр суммарного сигнала действительно соответствует заданному.

При работе на суше возможны случаи, когда требуемый диапазон изменения частоты fo-fn нревышает возможности излучателя по формированию импульсов с различной преобладающей частотой. Эту трудность преодолевают путем использования нескольких излучателей, формирующих импульсные сигналы различного спектра. Например, требуется сформировать непрерывный сигнал с изменением частоты от 30 до 50 гц, но каждый из

излучателей способен менять преобладающую частоту в импульсе лишь в диапазоне ±2 гц, тогда полный диапазон частот может быть получен с помощью пяти излучателей, работающих последовательно во времени, первый

в диапазоне частот 3D-34 гц, второй 34 - 38 гц и т. д. При этом каждый последующий излучатель включают после прекращения работы предыдущего, так что результирующая кривая сохраняется непрерывной.

При работе на суше или на море возможны случаи, когда один излучатель не может формировать импульсные сигналы с меняющимся спектром, например излучатель взрывного типа. Эта трудность может быть преодолена использованием группы излучателей, каждый из которых настроен на свою частоту, а число излучателей равно числу дискретных значений заданного спектра. При этом каждый излучатель формирует только

один импульс, но излучатели включают последовательно с таким временным запаздыванием, что образуется непрерывное колебание с линейно меняющейся частотой. Возможны случаи, когда излучатель может

формировать импульсы с различной преобладающей частотой, но обладает недостаточным быстродействием. Это преодолевают попеременной работой нескольких одинаковых излучателей, т. е. импульс на времени to формируется одним излучателем (фиг. 2), на времени 1 - вторым, на времени tz - третьим, затем снова первым и т. д.

Способ может быть реализован с помощью одного сложного импульсного источника, способного с достаточной точностью формировать импульсные сигналы с различным спектром в пределе широкой полосы сейсмических частот. Такие источники, состоящие, например, из комбинации пневматических или газовых пущек, известны.

Известны также газовые излучатели импульсного типа, с частотой следования ударов до 100 гц. Таким образом, благодаря тому, что изменение частоты следования в излучаемом ряде импульсов сопровождается непрерывным изменением формы импульсов, появляется возможпость получать пепрерывное колебание с меняющейся частотой, создавать в среде частотное поле и работать спектральным вибросейсмическим методом, что позволяет существенно повысить мощность вибрационного источника и тротиловый эквивалент сигнала, облегчить вес аппаратуры вибрационного возбуждения.

Предмет изобретения

Способ возбуждения сейсмических колебаний путем излучения непрерывного ряда импульсов, следующих один за другим с линейно изменяющейся частотой, отличающийся тем, что, с целью управления спектром сигнала, расширения рабочей полосы излучаемых

частот и повышения мощности вибрационного источника, непрерывно совместно изменяют частоту следования импульсов, их амплитуду и преобладающую частоту в импульсе так, что огибающая амплитуды последовательности импульсов совпадает с формой заданного спектра, а средняя частота в импульсе совпадает с мгновенной заданной частотой следования импульсов.

ш

25

АП

3 А2 А, Ло

fo fr f2 f3

n-f n

if, t-i 2 %

Фиг. I

Га

Vub.2