Способ цифровой обработки импульсных сейсмических сигналов

Авторы патента:

G01V1/32 - преобразование одной записи в другую

ОП ИСА И Е

ИЗОБРЕв ЕНИЯ

„ 465803

Союз Соватскин

Социалистимесиии

Рвслиблин (61) Зависимый от патентавЂ” (22) Заявлено 26.ll1.70 (21) 1603303/26-25 (51) М, Кл, 6 01v 1/28 (32) Приоритет 28.11.69 (31) 6941157 о (33) Франция

Гащдарстввнный комитат

Свввта Министров СССР па делам нзовретвнвь а ятирвпий

Опубликовано 30.03.75. Бюллетень ¹ 12 (53) з ДК 550.834.5 (088.8) Дата опубликования описания 22.10.75 (72) Лвтор изобретения

Иностранец

Морис Барбиер (Франция) (71) Заявитель

Иностранная фирма

«Сосьете Иасьональ де Иетроль д Акитэн» (Франция) (54) СПОСОБ Ц,ЫФРОВОЙ GEPAI5GTKIHI

ИМЛУАЬСНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГИАЛОВ

Изобретение 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 излучения и различными пунктами приема.

В таком случае нужно записывать информацию, полученную датчиками, на которые воздействуют сейсмичвские 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, записаны с помощью цифрового самопишущего прибора, становится необходимым располагать количеством cilolj записи, llo меньшей мере равном количеству основного времени, заклюик>щегоея в продолжительности излучения сигнала .с добавкой времени максимального пробега.

Эту совокупность данных затем обрабаты вают путем взаимной корреляции, например, на цифровой вычислительной машине и тогда получают более короткую запись с длительностью, равной времени желаемого максимального пробега, которое определяют разностью между временем приема и временем излучения.

Предложенный способ позволяет упраэд нить операцию взаимной корреляцции и запись этой большой суммы данных, уменьшая объем действительно записанных данных, употребляя только ограниченное число слов, иначе говоря, сократить информацию, записываемую в цифровом виде, причем требуе. мое число слов не превышает числа диск1гетных значений основного времени, соответству. ющего времени максимального пробега сей сл1ичвских волн в грунте, Таким образом, сокращают как обьем li стоимость записи, так и время считывания информации, полученной при сейсмическом

25 исследовании сплошной сред .

Особенностью предлагаемого способа явля ется то, что устанавливают с помощью ч пои элементарное время, запускают в конце каж дого элементарного времени синхронизирую щий «игиал, высчитывают в суммируя ш м

465803

65 счетчике число сннхроннзирующих сигналов, выданных таким ооразом, и сравнивают в каждом основном времени содержимое суммирующего счетчика последовательно с содержимым каждого запоминающего устрой- 5 ства первой серии, в которой записаны числа, определяющие моменты, когда импульс энергии должен излучаться. Улравляют с помощью сравнения, когда последнее указывает равенство, управляющим сигналом излуче- Ip пия энергии, получают в другой серии запоминающих устройств, образованной из некоторого количества элементов, причем каждый элемент имеет адрес, мгновенное значение в момент выборки энергии, детектированной 15 датчиком после отражения на разрывах сплошности грунта и превращенной в числовое значение. Яают каждому выборному значению множество адресов, определенных моментом выборки, и различные моменты, в 20 которых предыдущие излучения имели место, причем указанные излучения отделяются от момента выборки продолжительностью не более чем -равной времени максимального пробега механических волн в грунте. 25

Согласно одной характеристике изобретения, выборочные значения в виде числовых значений добавляют в каждом из соответст-, вующих запоминающих устройств к значениям, которые в них уже находятся, и в конце 30 времени излучения суммарное значение каждого из запоминающих устройств переносят на магнитную ленту, разматывающуюся с постоянной скоростью. Содержимое каждого запоминающегося устройства отмечают про- 35 странственно на магнитной ленте, эта лента разматывается в течение времени, равного времени максимального пробега; момент, предназначенный для каждого запоминающего устройства, даез таким образом временное 40 положение сигнала, полученного датчиком, и значение содержимого запоминающего устройства определяет амплитуду отражаемых волн, При другом способе применения, использу- 45 емом чаще всего, улотребляют множество датчиков механической энергии, причем каждый датчик подключен последовательно циклическим контактором к серии запоминающих устройств; каждая серия запоминающих 50 устройств считывается отдельно и содержания различных запоминающих устройств записываются последовательно на магнитной ленте.

На фиг. 1 представлена схема излучения с 55 шестью сигналами; на фи . 2 вЂ” последовател),ность выборочных цифровых значений схематического сигнала, полученного датчиком, с временем выделения выборочных значений, равным основному времени.

Табл. I изображает схему принадлежности каждой из выборок по отношению к каждой передаче энергии; табл. 2 представляет собой указание амплитуд каждого из сигналов, от4 меченных на табл, 1 (при соответствии с помощью линий и колонн).

Фиг. 3, а и б изображает запись при способе для шести излучений.

Фиг. 4 показывает для одной точки излучения и одного датчика путь механических волн, в частности представлено три уровня, расположенных . на 0,6 и 10 основного времени.

На фиг, 5 представлена схема самопишущего прибора, получающего сигналы иэ группы датчиков, На фиг. 1 импульсы изображают шесть (1, 2, 3, 4, 5, б) последовательных излучений энергии, испускаемых соответственно в моменты, соответствующие li, 3, 14, 15, 22, 33 отсчетам основного времени.

Длительность излучения, следовательно, представляет собой. 33 отсчета основного времени. Время максимального пробега взято равным,13 основного времени.

Фиг. 2 изображает выборочные значении сигнала, полученного датчиком.

Полученные выборки отмечаются, от a, ..., z, аа, ..., аи. Они представлены в цифровом виде в таком порядке у входа самопишущего прибора, выборочные значения сигнала даются в количестве порогов напряжения, На схеме представлены сигналы, идущие от 0 до

100-го уровней.

В клаосической записи сначала регистрируют 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 запоминающим устройствам следующим образом.

Первое излучение энергии включает приведение в действие прибора. В момент 0 проводят выборку напряжения, выданного датчи. ком, который получает первую волну.

Выделение выборочных значений в основном времени согласно (b) дает величину 0 в выбранном схематическом примере.

В конце 2-ro основного времени значение, выборочное в (с), также нулевое. Эти значения записываются в трех запом инающих устройствах а, b, с третьей серии после перехода через арифметическое устройство. Они вызываются излучением 1.

В 4-м основном времени, последующим за излучением 1, происходит излучение 2 и выбирают в этом случае значение сигнала, вызванного излучением 1 в 4-м основном време. ни, к которому добавляется значение сигнала, вызванного излучением 2 в начале 1 г0 <н ионного времени.

Дают два адреса этому выборочному значению а: адрес а для первого излучения, адрес а для второго излучения. Это то, «ro осуществляет арифметическое устройство, уст а465803

55 лем 28 подсоединен к серии запоминагощпх устройств 30, выходы которых есть линия

27а, b, ..., j, а по выходу вЂ” с искателем %, причем этот .искатель представляет oC)(1II кольцевой шаговый искатель, подключенный к входам 37а, Ь, ..., n серии запоминанппп устройств 38.

65 навливая разности между истинным временем и временами эмиосии.

Имеются два адреса, однй 4-го основного времени, т. е. и, второй 4 вЂ” 3-го основного времени, т. е. II-e основное время, а.

То же пронсходит, пока время выборки меньше времени максимального пробега. Напротив, рассматриваем выборочное значение у; его значение следует из 3, 4 и 5-ro импульсов. Первый и второй импульсы больше не участвуют, так как время, пройденное между 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-ro. Числовое значение выборочного значения у добавляется, следовательно, к значениям, наличным ранее в запоминающих устройствах: и (т. е. 60) получает таким образом 90 для последующего содержания этого запоминающего устройства, > (т. е. 80) вЂ” 110 для последующего содержания этого запоминающего устройства, с (т. е. О) вЂ” 30 для последующего содержания этого запоминающего устройства и так далее.

Табл, 1 дает, в зависимости от различных излучений, распределение выборочных значений между различными запоминающими устройствами. Табл, 2 вЂ” значения, содержащиеся в этих запоминающих устройствах, значения, которые продвигаются со временем в продолжение излучения.

Сумма осуществляется в последней линии и среднее значение содержания каждого запоминающего устройства переносится на фиг.

3, а. Фпг. 3, а дает, таким образом, результат под видом ряда выборочных значений в течение времени максимального пробега механическпх волн в грунте. Фиг. 3, б изображает тот же результат для большого количества излучений согласно известному способу.

Здесь различают только три поступления энергии R, R, R", соответствующие, первое, непосредственному постуллению в основное время О, второе вЂ” после продолжительности

6 основных времен, третье вЂ” после продолжительности 10 основных времен.

Фиг. 4 изображает пробег волн, излучаемых источником 7 и получаемым датчиком 8 после отражения на горизонтах 9 и 10, расположенных в 6 и 10-м основном временах, Другие датчики 11 вЂ” 14 также присоединены к приспособлению 15 обработки, для ясности на чертеже не нанесены другие лучи переданных механических волн, соответствующих другим датчикам.

Установка обработки, изображенная на фпг. 5, составляется следующим образом.

Датчик 16 механической энергии получает воздействия, которые он превращает в электрическую величину (напряжение или ток).

:-)та величина накладывается в прибор 17 вы5

30 g5

10 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 магнитной ленте записи. Обычно употребляют либо

7, 14 или 21 ци,>ры (или двоичных элементов), что дает по крайней мере 8000 уровней коди. рования. По линии 20 числовое значение посылается в арифметическое устройство 21.

Поступление числового значения в арифмети ческое устройство вызьзает неоколько почти одновременных операций.

Часы-генератор 18 определяют основное время устройства и подают электрические знаки в конце каждого основного времени, управляя 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 наносится на арифметическое устройство 21, линией 25 вЂ” 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, b, г, ..., (ряда запоминающих устройств О.

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 О первое запоминающее устройство с входом 29а включается. Когда компаратор 26 детектирует равенство между сидержанием счетчика 23 и содержанием перво го запоминающего устройства, он посылаеч через линию 31 управляющий сигнзл источника 32 излучений, затем искатель 28 подвига ется на шаг, включая второе запоминающее устройстве,с входом 29Ь и так далее.

На практике употребляют основное время в l, 2 или 4 мсек и излучают импульсы энер гии с. помощью источника излучений в течение от 10 до 200 сек, излучающего от 10 до

10000 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 игкате466803

Сигнал, выданный компаратором 26, вызывает, следовательно, перенос содержания запоминающего устройства с входом 29а в запоминающее устройство с входом 37а, из запоминаю;цего устройства с входом 29Ь в запоминающее устройство с входом 37Ь, из запоминающего устройства с входом 29n в запоминающее устройство с входом 37 и, затем из запоминающего устройства с входом

29 а + в запоминающее устройство с входом 37 а, при этом предыдущее содержание последнего стирается, и так далее.

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 команда происходит из поступления в арифметическое устройство 2! числового значения из линии 20.

С другой стороны, компаратор 40 соединен линией 42 с шаговым искателем 43 с быстрым переключением, исследующим серию запоминающих устройств 38, причем переключение делается на выходах 44 а, b, ..., п этих запоминающих устройств.

Комиаратор 40 производит, следовательно, последовательно к несколько микросекунд, разность между содержанием счетчика 23 и содержанием различных ненулевых запоминающих устройств 38. Из этого следует некоторое количество основных времен, которые посылаются к арифметическому устройству

21 линией 45. Эти различные количества селекционируют последовательно в возрастающем порядке различные запоминающие устройства серии запоминающих устройств 46.

1-!аиример, первое основное время селекциоиирует искателем 47 запоминающее устройство с входом 48 а, 6 основных времен вЂ” запоминающее устройство с входом 48 f, 26 основных времен вЂ” запоминающее устройство с входом 48 z. Когда положение селектора установлено, арифметическое устройство 21 отбирает содержание запоминающего устройства, содержащего столько же цифр, сколько имеется дорожек на магнитной ленте, добавляег к этому содержанию числовое значение, поступающее из линии 20, и снова посылает су и му селекционирова иному запоминающему устройству, затем устанавливает положение искателя 47 для следующей операции, например, í 48z. .1аиоминающие устройства 46 содержат столько же запоминающих устройств, сколько имеется элементарных интервалов времени, содержащихся во времени максимального пробега механических волн в грунте.

Н конце операции находят в последовательности различных запоминающих устройств 46 содержания, представляющие собой амплитуды сигналов, накопленных во времена, соответственные по отношению к временам излучения. Эти содержания изображены на фиг. 3,6, Они позволяют определить отражения механических волн в грунте.

С другой стороны, содержимое счетчика 23 сопоставляется в компараторе 49 с конечным значением устроиства 50, представлякгщим собой в количестве основного времени оби!ую длительность излучечия импульсов энергии.

Когда компаратор 49 обнаруживает равенство, он включает спусковую схему 51, которая управляет 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 запоминающих устройств 46, причем содержание каждого из них регистрйгуется на магнитной ленте перпендикулярно к направлению ее перемещения магнитными головками 57а, Ь, с, d, учитывая, что существует столько же записывающих головок, сколько имеется дорожек на магнитной ленте и цифр в каждом запоминающем устройстве, Устройство имеет в своем составе только один датчик или группу датчиков, В случае групп многочисленных датчиков, последовательный контактор, исследующий систему групп датчиков в т.чение основного времени часов, включается между прибором

17 выборки и аналого-цифровым преобразователем 19.

Располагают множеством серий запоминающих устройств 46 согласно тому же циклу, что и датчики.

После считывания располагают записью на магнитной ленте, имеющей те же характеристики, что и записи на магнитной ленте, полученные только одним исходным взрывом.

Функционирование следующее.

Приведение в действие часов, основное время которых, например 2 мсек, вызывает питание счетчика 23. Содержание этого счетчика сопоставляется с содержанием запоминающего устройства с входам 29 а, предваризо тельно нагруженного, серии 30. Когда констатируется равенство, воздействуют на источник 32, который излучает механические волны в грунт. Эти волны поступают в да|чик 16. вызывая при выходе электрическое у напряжение, выборка которого проводится каждые 2 мсек прибором 17 выборки, затем преобразуется в ступени (около 8000 для максимального напряжения, например) и посылается к устройству 21. Это устройство

6о возбуждает компаратор 40, который производит разность между содержимым счетчика

23 и запоминающего устройства 58 а серии

38. Предположим, что был только один импульс, разность, найденная в компарагоре ьз 40, указывает время между выборкой и мо

465803

З0

50 лентом излучения импульса, иначе говоря, время пробега механической волны, полученной дат ни<ом, Предположим, например, 20 мсек. Через арифметическое устройство прпключают 10-е запоминающее устройство

< „()

= !О серии 46. !редположим, что это запоминающее устройство предварительно пустое. 11апряжение, преобразованное в ступени, посылается в него, затем записывается в запоминающем устройстве.

В случае, когда имеется несколько импульсов, компаратор 40 проводит последовательныс 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, длительностькi, равной временам максимального llpoбега механических волн в грунте.

Значение, поступающее по линии 20,в арифметическое устройство 21, посылается в зигомннающпе 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 запоминающего устройства и значения, поступгпощего по линии 20, затем снова посылает сумму селекционированному запоминающему устройству. Общая продолжительность этой операции составляет несколько микросекунд.

Эта последовательность операций повторяется столько раз, сколько существует селекционирова 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 счет гика 23 равно содержимому устройства 50, что пускает в ход двигатель 53, Искатель 56 последовательно исследует, кам<10 дые 2 мсек, каждое из запоминающих устройств сер,ии 46, Содержимое запоминающих устройств, наличное в двоичных элементах, возбуждает записывающие головки 57,а, b, с, d, 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 запускается 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. Содержимое 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 класоических источников.

Предмет изобретения

Способ цифровой обработки импул сных сейсмических сигналов, зарегистрированных датчиком после пробега сигналов в сплошной среде, включающий в себя операции генерирования и счета машинного времени, квантования оигнала, зарегистрированного датчиком, аналого-цифрового преобразона. ния, синхронного суммирования полученных новых выборок сейсмического сигнала с накопленными ранее и операцию вывода íà магнитную ленту результирующих данных, отличающийся тем, что, с .целью повышения производительности работ, интервалы между импульсами выбирают меньше времени максимального пробега волны, причем каждучо дискретную выборку суммируют со всеми числами запоминающего устройства, адреса которых соответствуют разностям между машинным временем и моментами возбуждения.

4ВЗ8ОФ

1 2 аасае ул

Фиг.2

80 то

Ч г

5 б

7аблица1

ub cdey gni, j xL e

de>yni, у К lmn0p

0Р g1 S tuVWXgZaa рц15 4 иvvvку2аааь

w x y Z aa аьacadаеа1 ауаь ас аИ ai су ак al шп on ао ор ац ar as at

Фиг. 5