Устройство для вибросейсморазведки

(.51) 4 С 01 Ч 1/00 Цгорс - , .,;ива ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУа(56) Авторское свидетельство .СССР У 693287, кл. С 01 Ч 1/00, 1979.Станция сейсморазведочная цифровая "Прогресс". Техническое описание.М., 1982, Яд,1, 530,013,ТО, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРОСЕЙСМОРАЗВЕДКИ(57) Изобретение относится к устройствам вибросейсморазведки и позволяет расширить область применения за счет обеспечения возможности проведения сейсморазведки по частному методу. Входной сейсмический сигнал, при" нятый датчиками, усиливается и преобразуется в цифровые выборки, имеющие мультиплексную форму, приемопреобразовательным блоком н поступает в преобразователь вибросейсмического сигнала, который включает в себя генератор опорного сигнала, формирователь управляющих импульсов, формирователь частотных сейсмограмм и оперативное запоминающее устройство. Формирователь частотных сейсмограмм содержит входной регистр, перемножитель, фильтр низких частот и выходной регистр и выполняет операцию синхронного детектирования перемножение сейсмического и опорного сигналов линейно нарастающей частоты в перемноямтеле и низкочастотную фильтрацию в цифровом фильтре. Результат сФ синхронного детектирования представляет собой конечные суммы выборок частотной сейсмограммы, при этом число суммирования задается периодом С частотной сейсмограммы. Значения выборок запоминаются в оперативном запоминающем устройстве и после окончания сеанса автоматически переписываются на магнитный регистратор. 8 ил,:1444687 Составитель А.АлешинТехРед М.ХоданичКорректо дактор. А.Лежнина Пилипенк каз 6502/4 ираж 72 писное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113033, Москва, Ж Раушская наб., д, 4/ Проектная Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, 1444687Изобретение относится к устройствам для вибросейсмораэвецки и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ вибрационны 5 ми методами, в основе которых лежит определение сейсмограмм через частотную характеристику среды путем преобразования Фурье.Целью изобретения является расщи рение области применения устройства.На фиг,1 представлена структурная схема устройства для сейсмической разведки; на фиг.2 - функциональная схема формирователя управляющих импульсов; на фиг.3 и 4 - временные диаграммы работы формирователя управ 11 11 ляющих импульсов в режимах Сеанс и."Перезапись"; на фиг,5 - функциональная схема фильтра низких частот; на фиг.б - структурная схема блока логики; на фиг.7 - структурная схема приемопреобраэовательного блока; на фиг.8 - функциональная схема оперативного запоминающего устройства, 25Устройство содержит сейсмические . датчики 1, подключенные к приемопреобраэовательному блоку 2, связанному вторым входом с первым выходом блока 3 логики, второй выход которого соединен с магнитным регистратором (МР) 4, и преобразователь 5 вибросейсмических сигналов, включающий генератор 6 опорного сигнала(ГОС) формирователь 7 управляющих импульсов (ФУИ), Формирователь 8 частотных35 сейсмограмм (ФЧС) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 9. ГОС 6 соединен последовательно с ФУИ 7, первый выход которого связан с входом ГОС 6, второй выход - с первым управляющим входом ОЗУ 9, а третий - с управляющим входом блока 3 логики, 1ФЧС 8 содержит соединенные последовательно входной регистр 10,пере множитель 11, второй вход которого связан с вторым выходом ГОС 6, фильтр 12 низких частот (ФНЧ) 12 и выходной регистр 13, выход которого соединен с информационным входом ОЗУ 9, причем управляющий и информационный входы входного регистра 10 подключены соответственно к управляющему и информационному выходам приемопреобразовательного блока 2, первый и второй управляющие входы ФНЧ,12 связаны соответственно с вторым и третьим управляющими входами ОЗУ 9 и вторым и третьим выходами блока 3 логики,управляющий вход выходногорегистра 13 объединен с третьим управляющим входом ФНЧ 12 и четвертымуправляющим входом ОЗУ 9 и является,тактовым входом устройстваФУИ 7 (фиг,2) содержит последовательно соединенные схему И 14, одновибраторы 15, 16 и 17 и дифференци,рующую цепь 18, причем первый входсхемы И 14 соединен соответственноа К- и Б-входами КБ-триггеров 19 и20 и входом "Пуск с кн", второй вход -с К-входом триггера 20 и с входомодновибратора 21, последовательносоединенного с дифференцирующей цепью22, выход которой связан с Б-входомтриггера 19 и первым входом схемыИ 23, подключенной вторым входом квходу одновибратора 21 и выходом -к К-входу КБ-триггера 24, Б-вход которого связан с выходом одновибратора 16, вход которого соединен с дифференцирующей цепью 25,ФНЧ 12 (фиг.5) содержит последовательно соединенные сумматор 26,ОЗУ 27 фильтра, регистр 28 ОЗУ, выход которого связан с первым входомрегистра 29 фильтра и вторым входомсумматора 26, а также последовательно соединенные счетчик 30 адресасейсмических каналов (АСК) и селектор 3 1 адреса, выход которого соединен с ОЗУ 27 фильтра, второй вход -с выходом счетчика 32 адреса частотных каналов (АЧК), а третий вход -с входом АЧК 32 и входом регистра29 фильтра.Блок 3 логики (фиг.б) содержитпоследовательно соединенные промежуточный регистр 33, ОЗУ .34 записии буферный регистр 35, второй входкоторого подключен к входу устройства 36 управления воспроизведения,к второму входу промежуточного регистра 33, выходу синхронизатора 37и первому входу схемы 38 управленияОЗУ записи, выход которой подключенк второму входу ОЗУ 34 записи. Второй выход синхронизатора 37 связансо счетчиком 39 каналов, а третийвыход - со схемой 40 логики записи,второй вход которой соединен с устройством 41 связи. Приемопреобраэовательный блок 2 содержит последовательно соединенНые предварительные усилители 42, коммутатор 43 каналов, основной усилитель 44 и АЦП 45.торый поступает в блок 3 логики ипереводит устройство в стандартныйрежим работы с накоплением, На выхо-де КБ-триггера 20 вырабатывается сигнап "Вкп.рег,Н" (фиг.З,в), единичноесостояние которого отключает МР 4.Таким образом, в режиме "Сеанс"МР 4 не работает."Пуск" на выходе одновибратора 15формируется сигнал, по заднему фронту которого запускается одновибратор16, и на выход д.;фферепцирующейцепи 25 вырабатывается сигнал "ПускН"(фиг,З,г). Через Зс сигнал с выходаодновибратора 16 запускает одновибратор 17 и КБ-триггер 24, на выходекоторого формируется сигнал "Старт Н"(фиг.З,д), а на выходе одновибратора 17. - сигнал, длительностью 0,5 с,,по заднему фронту которого дифференцирующей цепью 18 вырабатываетсясигнал "НОМ (фиг,З,е),Одновибраторы 15, 16, 17 и 21могут быть выполнены, например, набазе микросхем К 155 АГЗ, каждая изкоторых представляет собой законченный функциональный узел, за исключением времязадающей цепи, функции которой исполняют внешние резистор иконденсатор. По сигналу "НОМ" одновременно запускается ГОС 6 н вибрационные установки, Сигналы с сейсмоприемниковпоступают в приемопреобразовательныйблок 2, в котором подвергаются сначала предварительному усилению и4 фильтрации, а затем преобразованию40из непрерывных сигналов в дискретныевыборки с дальнейшей их оцифровкой.Цифровые значения каждой выборки, выраженные двоичным параллельным.ко 45дом с выхода приемопреобразовательного блока 2 поступают на вход ФИС 8,на другой вход которого приходят значения опорного сигнала с выхода.ГОС 6 ФИС 8 выполняет операцию вычисле" ния частотной сейсмограммы, которая заключается в синхронном детектировании вибросейсмического сигнала опорным, для чего производят. перемножение этих. сигналов и низкочастотную фильтрацию результата умножения. Операции синхронного детектирования описывается выражением 31444687ОЗУ 9 (фиг.8) содержит первыйсчетчик 46 адреса и второй счетчик47 адреса, подключенные к коммутатору 48 адреса, выход которого связан с запоминающим устройством 49.Счетчики 46 и 47 могут быть выполнены, например, на интегральныхмикросхемах типа К 155 ИЕ 4 н К 155 ИЕ 5,коммутатор 48 адреса - на К 155 ЛР 1, 10а запоминающее устройство 49 - на565 РУ 3.Устройство дпя вибросейсморазведкн работает следующим образом,При проведении сейсморазведочных 15работ по частотному методу устройство имеет два основных режима работы:режим "Сеанс" и режим "Перезапись".В режиме "Сеанс" производятся возбуждение вибратором сейсмических колебаний, прием и преобразование вибросейсмических колебаний в цифровуюформу, вычисление частотной сейсмограммы и регистрация ее в ОЗУ 9. Режим "Перезапись" обеспечивает перезаФлись данных частотной сейсмограммы,накопленных за время проведения сеанса в ОЗУ 9, на магнитную ленту МР 4.Необходимость предварительной записиполевого материала сначала в ОЗУ 9 30обусловлена тем, что при производстве работ по частотному методу, длительность сеанса может достигать200-400 с, при этом полезная информация в виде частотной сейсмограммыпредставляет собой инфранизкочастотный процесс, спектр которого лежитв полосе частот от О до 1-2 Гц, т.е.объем информации частотной сейсмограммы примерно в 100 раз меньшеобъема информации входных вибросейсмических сигналов. Согласование потока данных с пропускной способностью МР 4 требует буферизации информа"ционного.массива, которая и заключается в накоплении данных частотнойсейсмограммы в течение сеанса работы продолжительностью 200-400 с споследующей быстрой (за 2 ч) переза-писью накопленного массива на магнитную ленту.По сигналу ".Пуск. с кн" (фиг.З,а),поступающему. на вход ФУИ 7, одновременно запускаются КБ"триггеры 19 и20 и .одновибратор 15 через схемуИ 14. Начинается формирование управляющих сигналов режима "Сеанс", ыавыходе КБ-.триггера 19 формируетсясигнал "Накопление" (фиг.З,б), коЧерез 1 с после нажатия кнопки1444687 6частота Г= 3,1 Гц, т.е. интеРвадиекретизацйи составляет около 300 мс.Так как выборки входных отсчетов пакаждому сейсмическому каналу поступают через 2 мс, то на интервалевыходных отсчетов укладывается немногим более 150 отсчетов входныхвибросейсмических сигналов.В начале каждого отрезка суммирования, например, по первому сейсмическому каналу в ОЗУ 27 фильтра поадресу первого канала записываютсянули, таким образом из ячеек ОЗУ 27фильтра по этому каналу стираетсяпредыдущий результат суммирования.Первый результат перемножения с выхода перемножителя 11 поступает навход сумматора 26 и суммируется сосчитанной из ОЗУ 27 фильтра, зафиксированной в регистре 28 ОЗУ нулевой информацией. Результат суммирования (первая сумма) записываетсяв первую ячейку ОЗУ 27 фильтра. Следующее значение произведения по этому каналу суммируется уже с первойсуммой, считанной из ОЗУ 27 фильтра, и результат - вторая сумма -записывается в первую же ячейку ОЗУ27.фильтра по адресу первого канала.Эта операция повторяется для получения результата конечной суммы по пер"ному каналу (150 входных отсчетов).;Сумма, являясь очередным отсчетом:частотной сейсмограммы по первомуканалу, переписывается из регистра28 ОЗУ в регистр 29 фильтра, а впервую ячейку ОЗУ 2 фильтра записываются нули, Время выборки очередногоотсчета частотной сейсмограммы определяется счетчиком 32 АЧК, с помощьюкоторого через селектор 31 адреса иОЗУ 27 фильтра подключается адресочередного канала частотной сейсмограммы. Объем памяти ОЗУ 27 фильтраравен 48 двадцатиразрядным словам.Так как синхронизация всех блоковустройства осуществляется от одногоблока 3 логики, то на вход сумматора25 от перемножителя 11 всегда будетпоступать информация именно того канала, чей адрес в это время установлен на адресных шинах ОЗУ 27 фильтра. А = -Б(е)Ь(е)тт где А(т.) - сигнал частотной сейсмограммы;Б(С) - сейсмический сигнал;Ь(т.) - опорный сигнал;п - чистто суммирований, необ"ходимое дття осуществления низкочастотной фильтрации,Опорный сигнал является точнойкопией сигнала, излучаемого вибратором, представляет собой сигнал с ли 15нейно нарастающей частотой. Генератор ГОС б может быть выполнен, например, как счетчик, работающий наимпульсах переполнения накапливающего сумматора ограниченной емкости,Сейсмический сигнал, поступающийна вход фЧС 3 на время действия одного канала, запоминается во входномрегистре 10, с выхода которого поступает на вход перемножителя 11, надругой вход которого приходит сигналГОС б, Входной регистр 10 и выходнойрегистр 13 могут быть выполнены, на.пример, на интегральных микросхемахК 561 ИР 9. Перемножение сейсмическогоЗОи опорного сигналов осуществляетсяв перемножителе 11, который можетбыть выполнен, например, на интегральных микросхемах К 561 ИП 5 с прямыми связями. Результат перемноженияпоступает на вход фНЧ 12, Операциянизкочастотной фильтрации, выполненная цифровым способом, трудоемка,так как требует значительных аппаратных затрат. Однако специфические 40особенности частотного метода позволяют использовать простые низкочастотные фильтры, построенные на основе одноинтервальных усреднителей, вкоторых значения выходных отсчетов 45получают суммированием входных отсчетов на интервале С действия выходных отсчетов. Интервал й выходных отсчетов частотной сейемограммы определяется частотой Гп,.которая представляет собой частоту дискретизации частотной сейсмограммы и задается ее верхней гармоникой, не превышающей для реальных параметров сеанса 1 Гц, По тео реме Котельникова для такого сигнала частотадискретизации должна быть не ниже 2 Гц, В данном случае принята Сумматор 26 может быть выполненна интегральных микросхемах типа 4 разрядных полных сумматоров К 56 1 ИМ 1,селектор 3 1 адреса - на интегральныхмикросхемах типа 2 ИИЛИ-НЕ серииК 155 ЛР 1. Для построения ОЗУ 27 фильт 1444687ра могут быть использованы интегральные микросхемы 53 7 РУ 9 - статическоеОЗУ с органиэацией 2 К бит х 8 разрядов. Счатчики АСК 30 и АЧК 32 выпол 5иены на интегральных микросхемах типа К 155 ИЕ 5, К 155 ИЕ 4, Регистры 28 и29 ОЗУ и фильтра могут быть построены на интегральных микросхемах типа4-разрядных последовательно-параллельных регистров К 1561 ИР 9.С выхода выходного регистра 13информация частотной сейсмограммыпо всем каналам поступает на входОЗУ 9, где и хранится на время провецения рабочего" сеанса. ЕмкостьОЗУ 9 ранна 32 К словам. УправлениеОЗУ 9 производится импульсами той жечастоты Гщч, что и счетчика 32 АЧК,фильтра 12 низких частот. Последовательность импульсов Ещ формируется отдельным делителем частоты(не гоказан).По окончании сеанса вибросейсмических работ в ГОС 6 формируется 25сигнал "Конец сеанса" (фиг.З,ж), который поступает в ФУИ 7 и формируетсигнал "Длина" (фиг,З,з), По этомусигналу заканчивается режим "Сеанс"и автоматически запускается режим"Перезапись", для чего в схеме ФУИ 7формируются все необходимые для этогорежима сигналы, идентичные сигналамрежима "Сеанс" за исключением"Вкл.рег,Н" (фиг.4,в), который принимает значение логического нуля,35тем самым подключая блок.МР 4 к работе - записи информации на магнитнуюленту.В режиме Перезапись .по сигналу 40"Пуск Н" (фиг,4,г) запускается МР 4,который представляет собой накопитель на магнитной ленте. На этом этапе в МР 4 осуществляется "привязка" последующей записи к концу последней за.писи для того, чтобы правильно ее разместить. Лента начинает двигатьсяназад, считывается маркер предыдущей записи и формируется команда на реверс. Затем через Зс формируется сигнал "Старт" по сигналу "Старт Н" (фиг,4,д), приходящему из ФУИ 7.Процесс записи на магнитную ленту начинается с формирования интерваяа, большего или равного 15,8 мм. После записи интервала записывается инфор мация заголовка, коды циклического и продольного контроля заголовка и .начинается запись интервала мезду заголовком и информацией. Этот интервал записывается вплоть до прихода отметки момента (НОМ), Сигнал отметки момента задержан относительно сигнала "Старт Н" на 500 мс.С приходом сигнала НОМ (фиг.4,с) начинается запись информации частотной сейсмограммы на магнитную ленту. Сначала эта информация считывается из ОЗУ 9, затем поступает в блок 3 логики. В блоке 3 логики информация разделяется на байты и в формате С 1 поступает на МР 4. Перезапись информации из ОЗУ на магнитный регистратор осуществляется за время, меньшее 2 с.Управление работой всех блоков устройства в обоих режимах "Сеанс" и "Перезапись" осуществляется блоком 3 логики, который выполняет следующие основные функции: формирование потока информации с целью упорядоченной ее записи на магнитную ленту и обработку воспроизводимой с магнитной ленты информации.Блок 3 логики работает следующим образом.Информация с ОЗУ 9 поступает в промежуточный регистр 33 и запоминается в нем на время действия одно" го канала. Далее информация поступа- ет в ОЗУ 34 записи, где происходит запись и хранение этой информации. Запись и считывание из ОЗУ 34 записипроизводится при помощи схемы управления ОЗУ. 38 записи, генерирующей адрес ячейки, в которой размещается информация. Из ОЗУ 34 записи информация поступает на шины записи буферного регистра 35, Информация с буферного регистра 35 поступает в МР 4,.Синхронизация работы всех узлов блока осуществляется синхронизатором 37, который вырабатывает серию тактовых импульсов, Частота тактовых импульсов меняется в зависимости от .скорости. движения магнитной ленты для .сохранения постоянной плотности записи. Синхронизатор 37 вырабатывает 16 главных импульсов ГИО-ГИ 15, которые делят период следования сейсмических каналов на 16 тактов, при этом импульс ГИО используется в к- честве импульса переключения сейсмических каналов, а импульс ГИ 13 осуществляет занос сейсмической информации во входной регистр фЧС 8. Формирование импульсов синхронизации для9приемопреобразовательного блока 2производится в счетчике 39 каналов,в котором также вырабатывается импульс ССМ, определяющий временноеположение служебных каналов в кадреи отделяющий сейсмическую информациюот вспомогательной.Связь блока 3 логики и ФУИ 7 осуществляется устройством 41 связи,которое принимает сигналы управленияот ФУИ 7 и через схему 40 логики записи передает их на МР 4,Таким образомизобретение обеспечивает возможность проведения вибросейсморазведки по частному методу,который позволяет применять простыеи надежные дебалансные вибраторы.Возможность использования таких вибраторов приводит к повышению произ Оводительности нефтегазопоисковыхработ в условиях бездорожья и низкихтемператур Западной Сибири. Крометого, дебалансные источники даютвозможность возбуждать наряду с продольными и поперечные волны..Формула из обретенияУстройство для вибросейсморазвед . 3 О ки, содержащее сейсмические датчики, подключенные к первому входу приемо- преобразовательного блока, связанного вторым входом с первым выходом блока логики, второй выход которого соединен с магнитным регистратором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены пре 87 1 ОЭобразователь вибросейсмических сигналов, включающий оперативное запоминающее устройство, подключенное выходом к информационному входу блока логики, соединенные последовательно генератор опорного сигнала и Формирователь управляющих импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора опорного сигнала, второй выход связан с первым управляющим входом оперативного устройства, а третий выход - с управляющим входом блока логики, и формирователь частотных сейсмограмм, содержащий соеиненные последовательно входной реистр, перемножитель, второй вход которого связан с вторым выходом генератора,опорного сигнала, фильтр низких частот и выходной регистр, выход которого соединен с информационным входом оперативного запоминающего Устройства, причем управляющий и информационный входы входного регистра подключены соответственно к управляющему и информационному выходам приемопреобразовательного блока, первый.и второй управляющие входы Фильтра низких частот связаны соответственно с вторым и третьим управляющими входами оперативного запоминающего устройства и вторым и третьим выходами блока логики, управляющий вход выходного регистра объединен с третьим управляющим входом Фильтра низких частот четвертым управляющим входом оперативного запоминающего устройства и является внешним тактовым входом устройства.