Способ цифровой обработки импульсных сейсмических сигналов

ОП ИСАЙИ Е ИЗОБРЕТЕНИЯ 465803 Союз Соватскм Соцмалистичесеа РвспублмнЗависимый от патента 22) Заявлено 26.11.70 (21) 16 ОЗЗОЗ/2632) Приоритет 28.11.69 (31) 6941157о М, Кл, СОЬ 128 асударстввнне комнт ьаввта Мнннстров Сьс ав делам нзобретвюа яткраае 3) Франция публпковано 3(088,8) ата опубликования описа Иностранец орис Барбие72) Л втор иэобретени 1) Заявнтел Иностранная фир осьете Насьональ де Иетр(54) СБОС 11 УА ЬС 11 Ы ЕЙСМИЧЕСКИХ СКГИАЛОВ 1Изобретение относится к способу совместных регистрирования и обработки сейсмических определений, последовательных излучению механических волн в сплошной среде.Известен способ сейсмического излучения, прн котором передают в сплошную среду серию импульсов, излучаемых согласно предопределенному закону, причем серия имеет длительность, ограниченную во времени, но резко превышающую время максимального пробега упругой волны между точкой излу. чения и различными пунктами приема.В таком случае нужно записывать инфор. мацию, полученную датчиками, на которые воздействуют сейсмические волны, излучаемые источником колебаний и отражаемые разрывами непрерывностей изучаемой среды, в течение времени, по крайней мере равном времени излучения, с добавкой времени максимального пробега сейсмических волн в сплошной среде.Предполагая, что импульсы излучаются в моменты, отделенные многократными отклонениями основного времени, и что данные, получаемые иэ указанных импульсов, записа. ны с помощью цифрового самопишущего прибора, становится необходимым располагать количеством слов записи, по меньшей мере равном количеству основного времени, заклю. икщегося в продолжительности излучения сигнала .с добавкой времени максимальногопробега.Эту совокупность данных затем обрабаты.вают путем взаимной корреляции, например,в на цифровой вычислительной машине и тогда получают более короткую запись с дли.тельностью, равной времени желаемого максимального пробега, которое определяютразностью между временем приема и времен нем излучения.Предложенный способ позволяет упраэднить операцию взаимной корреляцции и за.пвсь этой большой суммы данных, уменьшаяобъем действительно записанных данных,употребляя только ограниченное число слов,иначе говоря, сократить информацию, записываемую в цифровом виде, причем требуемое число слов не превышает числа дискретных значений основного времени, соответствующего времени максимального пробега сейсл 1 ичвских волн в грунте,Таким образом, сокращают как обьем нстоимость записи, так и время считыванияинформации, полученной при сейсмическом25 исследовании сплошной среды.Особенностью предлагаелгого способа является то, что устанавливают с помощью часовэлементарное время, запускают в конце каждого элементарного времени синхронизируюф щий игиал, высчитывают в сул 1 лтируюнм466803 65 счетчике число сннхроннзирующих сигналов,выданных таким ооразом, и сравнивают вкаждом основном времени содержимое суммирующего счетчика последовательно с содержимым каждого запоминающего устройства первой серии, в которой записаны числа,определяющие моменты, когда импульс энергии должен излучаться. Управляют с помощью сравнения, когда последнее указывает равенство, управляющим сигналом излуче Опия энергии, получают в другой серии запоминающих устройств, образованной из некоторого количества элементов, причем каждыйэлемент имеет адрес, мгновенное значение вмомент выборки энергии, детектированной 15датчиком после отражения на разрывахсплошности грунта и превращенной в числовое значение. Чают каждому выборномузначению множество адресов, определенныхмоментом выборки, и различные моменты, в 20которых предыдущие излучения имели место,причем указанные излучения отделяются отмомента выборки продолжительностью не более чем равной времени максимального пробега механических волн в грунте. 25Согласно одной характеристике изобретения, выборочные значения в виде числовыхзначений добавляют в каждом из соответст-,вующих запоминающих устройств к значениям, которые в них уже находятся, и в конце 30времени излучения суммарное значение каждого из запоминающих устройств переносятна магнитную ленту, разматывающуюся с постоянной скоростью. Содержимое каждогозапоминающегося устройства отмечают пространственно на магнитной ленте, эта лентаразматывается в течение времени, равноговремени максимального пробега; момент,предназначенный для каждого запоминающего устройства, даез таким образом временное 40положение сигнала, полученного датчиком, изначение содержимого запоминающего устройства определяет амплитуду отражаемыхволн,При другом способе применения, используемом чаще всего, употребляют множестводатчиков механической энергии, причем каждый датчик подключен последовательно цик.лическим контактором к серии запоминающих устройств; каждая серия запоминающих 50устройств считывается отдельно и содержания различных запоминающих устройств записываются последовательно на магнитнойленте.На фиг, 1 представлена схема излучения с 55шестью сигналами; на фи. 2 - последовател)ность выборочных цифровых значенийсхематического сигнала, полученного датчиком, с временем выделения выборочных значений, равным основному времени,50 Табл.изображает схему принадлежности каждой из выборок по отношению к каждой передаче энергии; табл. 2 представляет собой указание амплитуд каждого из сигналов, отмеченных на табл, 1 (при соответствии с по.мощью линий и колонн).Фиг. 3, а и б изображает запись при способе для шести излучений.Фиг. 4 показывает для одной точки иэлуче.ния и одного датчика путь механическихволн, в частности представлено три уровня,расположенных на 0,6 и 10 основного времени.На фиг, 5 представлена схема самопишущего прибора, получающего сигналы иэ груп.пы датчиков,На фиг. 1 импульсы изображают шесть (1,2, 3, 4, 5, б) последовательных излученийэнергии, испускаемых соответственно в моменты, соответствующие О, 3, 14, 5, 22, 33отсчетам основного времени.Длительность излучения, следовательно,представляет собой. 33 отсчета основного времени, Время максимального пробега взяторавным,13 основного времени.Фиг. 2 изображает выборочные значениисигнала, полученного датчиком,Полученные выборки отмечаются, от д, .,г, аа, , аи. Они представлены в цифровомвиде в таком порядке у входа самопишущегоприбора, выборочные значения сигнала даются в количестве порогов напряжения, На схеме представлены сигналы, идущие от 0 до100-го уровней.В клаосической записи сначала регистриру.ют эти последовательно поступающие сигналы и затем путем взаимной корреляции сигналов фиг, 1 и 2, например, на цифровой вычислительной машине, восстанавливают сигнал, соответствующий только одному излучению.Напротив, по предлагаемому способу посылают сигналы различным запоминающимустройствам следующим образом.Первое излучение энергии включает приведение в действие прибора. В момент 0 прово.дят выборку напряжения, выданного датчиком, который получает первую волну.Выделение выборочных значений в основном времени согласно (Ь) дает величину 0 ввыбранном схематическом примере.В конце 2-го основного времени значение,выборочное в (с), также нулевое. Эти эначе.ния записываются в трех запоминающих устройствах а, К с третьей серии после переходачерез арифметичвское устройство. Они вызываются излучением 1.В 4-м основном времени, последующим заизлучением 1, происходит излучение 2 и выбирают в этом случае значеие сигнала, вы.званного излучением 1 в 4-м основном времени, к которому добавляется значение сигнала,вызванного излучением 2 в начале 1 го и ионного времени. Дают два адреса этому выборочному зна чению а: адрес а для первого излучения, адрес а для второго излучения. Это то, что осуществляет арифметическое устройство, уста4550 55 лем 28 подсоединен к серии запоминагощпх устройств 30, выходы которых есть линия 27 а, Ь, , 1, а ПО ВЫХОду - С ИСКатЕЛеМ 31, причем этот искатель представляет собоп кольцевой шаговый искатель, подключенный к входам 37 а, Ь, , п серии запоминанппп устройств 38. 60 65 навливая разности между истинным временем и временами эмиосии.Имеются два адреса, однй 4-го основного времени, т. е. и, второй 4 - 3-го основного времени, т. е. 1-е основное время, п.То же пронсходит, пока время выборки меньше времени максимального пробега. Напротив, рассматриваем выборочное значение у; его значение следует из 3, 4 и 5.го импульсов. Первый и второй импульсы больше .не участвуют, так как время, пройденноемежду этими импульсами и моментами выборки, выше времени максимального пробега механических волн в грунте. Напротив, излучения 3, 4, 5 принимают участие и определяют три адреса: lг для З-го,для 4-го и с для 5-го. Числовое значение выборочного значения у добавляется, следовательно, к значениям, наличным ранее в запоминающих устройствах; й (т. е. 60) получает таким образом 90 для последующего содержания этого запоминающего устройства, 1 (т. е. 80) - 110 для последующего содержания этого запоминающего устройства, с (т. е. 0) - 30 для последующего содержания этого запоминающего устройства и так далее. Табл, 1 дает, в зависимости от различныхизлучений, распределение выборочных значений между различными запоминающимиустройствами. Табл, 2 - значения, содержащиеся в этих запоминающих устройствах,значения, которые продвигаются со временемв продолжение излучения.Сумма осуществляется в последней линиии среднее значение содержания каждого запоминающего устройства переносится на фиг.3, а. Фпг, 3, а дает, таким образом, результатпод видом ряда выборочных значений в течение времени максимального пробега механическпх волн в грунте. Фиг. З,б изображаеттот же результат для большого количестваизлучений согласно известному способу.Здесь различают только три поступленияэнергии Я, Я, Й", соответствующие, первое,непосредственному постудлению в основноевремя О, второе - после продолжительности6 основных времен, третье - после продолжи.тельности 10 основных времен,Фиг. 4 изображает пробег волн, излучаемых источником 7 и получаемым датчиком 8после отражения на горизонтах 9 и 10, расположенных в 6 и О-м основном временах,Другие датчики 11 - 14 также присоединешя к приспособлению 15 обработки, для ясности на чертеже не нанесены другие лучипереданных механических волн, соответствующих другим датчикам.Установка обработки, изображенная нафпг. 5, составляется следующим образом.Датчик 16 механической энергии получаетвоздействия, которые он превращает в электрическую величину (напряжение или ток).Эта величина накладывается в прибор 17 вы 5 1 О 15 20 25 30 З 5 40 борки. Последний, управляемый генератором 18, выбирает величину, выданную датчнком, которую он передает аналого-цифровому пре образователю 19. Преобразователь класси ческой концепции преобразует величину в числовое значение, например, согласно двоичному коду. Можно употреблять столько же цифр, сколько имеется дорожек на магнит. ной ленте записи. Обычно употребляют либо 7,4 или 21 ци,ры (или двоичных элементов), что дает по крайней мере 8000 уровней коди рования. По линии 20 числовое значение по. сылается в арифметическое устройство 2. Поступление числового значения в арифмети ческое устройство вызь.зает неоколько почти одновременных операций.Часы-генератор 18 определяют основное время устройства и подают электрические знаки в конце каждого основного времени, уп. равляя благодаря линии 22 выделением выборочных значений.С другой стороны, часы посылают свои знаки суммирующему счетчику 23, который интегрирует эти знаки и определяет таким образом время, пройденное с начала пуска в ход часов, пуск в ход, который запускает все устройство.Линией 24 содержание счетчика 23 нано. сится на арифметическое устройство 21, линией 25 - на числовой компаратор 26 с нулевой заданной величиной. Этот компаратор питается, с другой стороны, линией 27, присоединенной шаговым искателем 28 к различным последовательным входам 29 а, Ь, г, ,ряда запоминающих устройств 30.В этом ряду запоминающих устройств 30 устанавливаются предварительно пуску в ход устройства моменты в виде количества основного времени, в которых источник должен излучить импульс энергии.Во время 0 первое запоминающее устрой. ство с входом 29 а включается. Когда компаратор 26 детектирует равенство между со. держанием счетчика 23 и содержанием перво го запоминающего устройства, он посылаеч через линию 31 управляющий сигнал источни ка 32 излучений, затем искатель 28 подвига ется на шаг, включая второе запоминающее устройстве,с входом 296 и так далее,На практике употребляют основное время в 1, 2 или 4 мсек и излучают импульсы энер гии с. помощью источника излучений в тече. ние от 10 до 200 сек, излучающего от 10 до 0000 импульсов энергии на излучение.Сигнал, выданный компаратором 26, тал же посылается по линиям 31 и 33 органу 34 передачи, подключенному по входу к шагово му искателю 35, последний вместе с игкате.7Сигнал, выданный компаратором 26, вызывает, следовательно, перенос содержания за.помг 1 нающего устройства с входом 29 а в запоминающее устройство с входом 37 а, из запоминаю;цего устройства с входом 29 Ь в запоминающее устройство с входом 37 Ь, из запоминающего устройства с входом 29 п в запоминающее устройство с входом 37 л, затемиз запоминающего устройства с входом29 а+ в запоминающее устройство с входом 37 а, при этом предыдущее содержаниепоследнего стирается, и такдалее.Таким образом располагают в запоминающем устройстве 38 моментами излучения,предшествующими моменту выборки, длительностью ниже времени пробега механических волн в грунте.Содержание суммирующего счетчика 23 передается линией 39 к компаратору 40, который управляется линией 41, идущей от арифметического устройства, причем эта командапроисходит из поступления в арифметическоеустройство 2 числового значения из линни 20,С другой стороны, компаратор 40 соединенлинией 42 с шаговым искателем 43 с быстрымпереключением, исследующим серию запоминающих устройств 38, причем переключениеделается иа выходах 44 а, Ь, , и этих запоминающих устройств.Компаратор 40 производит, следовательно,последовательно к несколько микросекунд,разность между содержанием счетчика 23 исодержанием различных ненулевых запоминающих устройств 38. Из этого следует некоторое количество основных времен, которыепосылаются к арифметическому устройству21 линией 45, Эти различные количества селекционируют последовательно в возрастающем порядке различные запоминающие устройства серии запоминающих устройств 46.1.апример, первое основное время селекционирует искателем 47 запоминающее устройство с входом 48 а, 6 основных времен - запоминающее устройство с входом 481", 26 основных времен - запоминающее устройство свходом 48 г. Когда положение селектораустановлено, арифметическое устройство 2отбирает содержание запоминающего устройства, содержащего столько же цифр, сколькоимеется дорожек на магнитной ленте, добавляег к этому содержанию числовое значение,поступающее из линии 20, и снова посылаетсумму селекционированному запоминающемуустройству, затем устанавливает положениеискателя 47 для следующей операции, например, в 482..1 апоминающие устройства 46 содержатстолько же запоминающих устройств, сколькоимеется элементарных интервалов времени,содержащихся во времени максимальногопробега механических волн в грунте.Н конце операции находят в последовательности различных запоминающих уст.ройств 46 содержания, представляющие собой амплитуды сигналов, накопленных вовремена, соответственные по отношению квременам излучения. Эти содержания изображены на фиг. З,б, Они позволяют определить6 отражения механических волн в грунте.С другой стороны, содержимое счетчика 23сопоставляется в компараторе 49 с конечнымзначением устроиства 50, представлякгщимсобой в количестве основного времени обцгуюО длительность излучечия импульсов энергии.Когда компаратор 49 обнаруживает равенство, он включает спусковую схему 51, котораяуправляет с помощью линии 52 ходом двигателя 53 разматывания магнитной ленты 54.Одновременно линией 55 он включает шаговой искатель 56, управление которого выполняется согласно циклу часов (18).Таким образом, осуществляют во времени,равном времени максимальнсго пробега механических волн в грунте, считывание запо.минающих устройств 46, причем содержаниекаждого из них регистрйруется на магнитнойленте перпендикулярно к направлению ееперемещения магнитными головками 57 а, Ь,с, д, учитывая, что существует столько же заггисывающих головок, сколько имеется дорожек на магнитной ленте и цифр в каждомзапоминающем устройстве,Устройство имеет в своем составе толькоодин датчик или группу датчиков,В случае групп многочисленных датчиков,последовательный контактор, исследующийсистему групп датчиков в т,чение основноговремени часов, включается между ггрибором17 выборки и аналого-цифровым преобразователем 19.Располагают множеством серий запоминающих устройств 46 согласно тому же циклу,что и датчики,После считывания располагают записьюна магнитной ленте, имеющей те же характеристики, что и записи на магнитной ленте, полученные только одним исходным врывом.Функционирование следующее.Приведение в действие часов, основноевремя которых, например 2 мсек, вызываетпитание счетчика 23, Содержание этого счетчика сопоставляется с содержанием запоминающего устройства с входам 29 а, предвари.тельно нагруженного, серии 30, Когда кон.статируется равенство, воздействуют на источник 32, который излучает механическиеволны в грунт, Эти волны поступают в да- чик 16. вызывая при выходе электрическоеы напряжение, выборка которого проводитсякаждые 2 мсек прибором 17 выборки, затемпреобразуется в студени (около 8000 длямаксимального напряжения, например) и посылается к устройству 21. Это устройство6 о возбуждает компаратор 40, который производит разность между содержимым счетчика23 и запоминающего устройства 58 а серии38. Предположим, что был только один импульс, разность, найденная в компарагоре6 э 40, указывает время между выборкой и мо5 01 15 20 25 30 35 40 Я 50 ментом излучения импульса, иначе говоря, время пробега механической волны, полученной дат инком, Предположим, например, 20 мсек, Через арифметическое устройство прцключшот О-е запоминающее устройство= О серии 46. редположим, что это запоминающее устройство предварительно пустое. 11 апряженце, преобразованное в ступени, посылается в него, затем записывается в запоминающем устройстве.В случае, когда имеется несколько импульсов, комцаратор 40 проводит последовательцыс разности между содержимым 24 и последовательностью запоминающих устройств 38, заполненных органом 34 переноса (содержимое поступает нз запоминающих устройств 30, фиксирующих порядок взрыва). Эта последовательность регистрируется ь арифметическом устройстве, Найденные числа соединяют соответствующие запоминающие устройства, иначе говоря, соединено столько же запоминающих устройств серии 46, сколько было взрывов между рассматриваемым моментом и моментом, предшествующим ему, длительностью, равной временам максимального пробега механических волн в грунте,Значение, поступающее по линии 20,в арифметическое устройство 21, посылается в зигомнцающце устройства 46 столько раз, сколько имеется включенных запоминающих устройств.Предварительно посылке в каждое запоминающее устройство, предыдущее содержимое последнего извлекается через линию 59 арифметическим устройством 21. Последнее проводит сложение предыдущего содержимого зацомина 1 ощего устройства и значения, поступгпощего по линии 20, затем снова посылает сумму селекццонированному запоминающему устройству. Общая продолжительность этой гнсрации составляет несколько микросекунд.Эта последовательность операций повторяется столько раз, сколько существует селекционцрова нных запоминающих устройств в серии 46,И конце времени, предусмотренного для излучения, определенного содержимым запоминающего устройства 50, происходит остановка последовательности, Команда остановки дается компаратором 49, когда содержимое счетчика 23 равно содержимому устройства 50, что пускает в ход двигатель 53, Искагель 56 последовательно исследует, каж 1 Одые 2 мсек, каждое из запоминающих уст. ройств сер,ии 46,Содержимое запоминающих устройств, па. личное в двоичных элементах, возбуждает записывающие головки 57,а, О, с, д, что вызыва ет намагничивание ленты 54. Эта лента разматывается в течение времени максимального пробега механических волн в грунте, что соответствует считыванию системы запоминающих устройств 46,В более отработанном варианте нет остановки часов во время считывания запоминающих устройств, и новая серия излучений за. пускается непосредственно после остановки первой серии.Запись на магнитную ленту вызывает стирание всех запоминающих устройств серии 46, которые в дальнейшем наполняются сигналами, соответствующими второй серии. Можно видеть в таком случае, что излучение может быть непрерывным, тогда как прием прерывистый. Магнитная лента 54 содержит все информации сейсмического фильма, Со. держимое магнитной ленты идентично содер жимому записи, полученной единственным излучением.Этот непрерывный способ особенно пригоден на море, где он обеспечивает гораздо бо лее тонкое определение профилей, чем определения, полученные до настоящего времени с помощью классических источников. Предмет изобретения Способ цифровой обработки импул сцых сейсмических сигналов, зарегистрированных датчиком после пробега сигналов в сплошной среде, включающий в себя операции ге. нерирования и счета машинного времени, квантования сигнала, зарегистрированного датчиком, аналого-цифрового преобразова ния, синхронного суммирования полученных новых выборок сейсмического сигнала с накопленными ранее и операцию вывода на магнитную ленту результирующих данных, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности работ, интервалы между импульсами выбирают меньше времени мак. симального пробега волны, причем каждую дискретную выборку суммируют со всеми числами запоминающего устройства, адреса которых соответствуют разностям между машинным временем и моментами возбуждения.4 ВЗВОЗ 1 2 10 Я 8 Ьс де ау ан иг а 1,Ю0 с.а блицаО О100 100 100 О ЧГ 5 1 иЧЮХ Урраа г 5 1 ичФху 7 аааь у у аа аЬ аС ад аЕ ау ау а/1 ас с и ак а аа ап ао ар ао аг и ае ОО 50 000 О боо 130 1 ОО 20 6050 ЮЛЮ И Оо 268 д 50 Л 7 зо О а 1 гда 10 О 80 Ж 32 16 13 И Я И ОР 5 ю б аи 7 а блиц Иеу 9 пс 1 к Яйс./К 1 щп Фиг. 501апО Р Д 2аЬ 3асЮ 5 юоо о 500 о 50 О О 50 З 7 О 0 О 0 5050100 0 50 50 50 100 30 О О О 500.0 Р 0 О 500 0 100 100 О 1 ООО О100 Зо Ж 100 О 0оставитель Ю, ДадерТехред Т. Курнлко едан.ор И. 1 р)зова Гираж ЯО Совета Министров СССоткрытийя нвб., 4 редириягие Патент, Москва, Г.59, Бережковская наб., 24 ШИЙ Государственного комитепо делам изобретений Москва, 1 И 035 рауш ректор А. ДзесовПодписно