DE1623576A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Stoerbefreiung von Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Störbefreiung insbesondere seiaraiaoher Signale mit einem Rech ner~Steuergerät zur Stapelung erster und zweiter .Seisasogramme, die aus Schüssen unterschiedlicher Tiefe jedoch gleichen Erdorts stammen»

Bei seiamisch©n Erforschungen werden Lrb© benwell en im allge·» meinen erzeugt, indem man in einem auf Land befindlichen Bohrloch in einer bestißentsn, relativ geringen Tiefe eine Ladung explodieren lässt oder indem man bei maritimen Verfahren in einer geeigneten Tief© unter der Wasseroberfläche arbeitet» Dar'iberhinauB Bind auch anders Verfahren zurEffdbebenwellenerzeugung bekannt. Die eich ergebenden JBrbebenwellen breiten aich nach allen Richtungen vom Explosionaherd aus,, Wellen

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die· nach unten Baadern werden teilweise durch übereinanderliegend® Grenzflächen der Schichten reflektiert ο

Di© reflektierten Impuls© werden von Seismpmetern aufgenommen, die im Abstand von der Explosion angeordnet sind und werden getrennt in Form von Yielspurig©n Seismogrammen aufgezeichnet, die veränderliche Amplitude haben und nebeneinander liegen* Man kann auoh Magnetbänder verwenden, die die Energie analog oder digital aufzeichnen» Das seitliche Zusammenfallen ähnlicher Wellesigpuppen in allen oder üen meisten Sei smogramme η wird schon längs als Anzeige für Reflektionen vom gleichen unterirdischen Horizont angesehen» Indem man den Explosions«= herd und die Jfeßstrecksi !Sags einer gegebenen Traverse bewegt, kann man dia Tiefenänderung^n der unterirdischen Horizonte unter dieser Traverse in Form einer unterirdischen Höhenkarte aufzeichnen»

Bei solchen Arbeiten stören die unerwünschten Signale₉ die Nutzsignaleo Diese Störsignale stammen von Geisterreflektionen und Echos und erschweren die Interpretation des Seisniograminso Bei maritimen Verfahren werden die seismischen Wellen an der Waaaer/Luftgrenzflächa und en dar Wasser/Erdegrenzfläshe reflektiert» Solche Hafloktionen treten auch manehmal auf» wenn \>®± Landarbeiten auf Scliiehten. trifft, die nahe dsr Ober=» llegeno In. der USA-Patentsohrift '5 136 974 ist ein Weg angegeben worden, aolehe Sehoa und Geisfeerrofloktionen zu

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Auch die USA-Patentsehrift 2 -882 988 lehrt solche Verfahrenο

Diese bekannten Verfahren zur Beseitigung von Geisterreflekti one η hängen von zwei kanal igen Filtern ab, die ausschliess= lieh auf einer Annahme hinsichtlich der Art des physikalischen Modells basieren, welches angibt, in welcher Weise das ursprUng« liehe Explosienswellenepektrum und die Geisterreflektionen bei swei Explosionen identisch sind, ausgenommen bei einer Differenz in den unterschiedlichen Ankunftszeiten der primären Geister·= reflektionen* Seither hat man die Geisterref lektiöne η zu be= seit igen versucht, indem man den einen Schuss in seiner Polarität relativ zum andern Schuss invertiert hat» dass man die nun entgegengesetzte Polarität aufweisenden Geisterreflektionen zeitlich verschoben und untereinander aufgereiht hat, wonach summiert und gefiltert wurde um die sich ergebenden Verzerrungen der Primärreflektionen auffangen, zu können_o Wenn die vorliegenden Baten mit dem angenommenen Modell Übereinstimmen, dann ist dieses Verfahren zureichend_o Wenn jedoch die Primärreflektionen oder Geisterreflektionen verschiedene Amplituden oder verechie« dene Frequenzspektren haben oder wenn der zeitliche Abstand zwischen den beiden Schüssen nicht genau gemessen worden ist und daher keine Übereinstimmung mit dem angenommenen Model vorhanden ist, dann sind die Ergebnisse häufig unzufrieden^ stellende .

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der Erfiiwtag let es₉ diese Nachteile au vermeiden»

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht di© Erfindung bei der Vorrichtung vor, dass erst© und zweite Punktionegeneratoren vorgesehen sindj deren Ausgangssignale Werte der Autokorrelationsfunktion dee .entsprechenden in beide funktionsgeneratoren eingegebenen Seismogramms sind₉ dass ein dritter Funktionsgenerator vorgesehen ist, dessen Ausgangssignale den V/erten der Kreuakorrela= tionsfunktion der !beiden Seismogranane entspricht₉ dass erste und zweite Oberbereiohsfilter vorgesehen sind,, mit denen ein Sats rdhe-nfoigemäsaig T©rzö.gerter Seisinogramin® von jedem ur= sprünglich©!!. Seismogranra ableitbar ist und mit denen jedes Signal des Satses mit Gewiohten versehbar ist, die vom Sech-= ner-Steuergerät aus den Kreuz- und Autokorrelationsfunktionen bestimmbar sind u&d dass Suiomiersohaltungen vorgesehen sind₃ in denen die gswichteten verzögerten Seismogrania© suramierbar sind c

Im Gegeneats su ä®n bekannten Verfahren hat die Erfindung die Vorteil@j dass

a) dur@li sie unter Verwendung eines aweikanaligen Systems ρ das auf ö©a wirklichen Korrelat ionsstatistiken der Bat@n beruht, Geisterreflektionen untardrtiekt werden kb'nnsn_t wobei die Statistiken die tatsächliche relative Amplitude₉ die zeit« ¥ers©hi©braig(Sn und den Prequenzgehalt

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umfassen, jedoah nicht auf einem hypothetiechen

physikalischen Modell beruhen und b) eine DakonTolutisra bewirkt und ©)■ Korrelatlonsn der primären Geisterreflektionen verwenden kann, die bei dem bekannten Verfahren nicht beachtet worden sind»

Weiterevorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausftihrungsbeispiels hervor» In der Zeichnung zeigen:

Pigo 1 einen Schnitt durch die Erdrinde und Figo 2 ein analog arbeitendes Datenverarbeitungssystemo

In Figo 1 ist eine Anlage zur Erzeugung und zum Empfang von Erdbebenwellen mit Seismoraetern 11 bis 14 gezeigt, die zusammen mit noch anderen in Perm einer Meßstreoke 10 auf der Erd** fberfläohe vorgesehen sind» Die Seismometer liegen auf einem Radius, dessen Ausgangspunkt in einer Bohrung 15 liegt., Die Bohrung 15 1st im Verhältnis zu den tiefliegenden Schichten 16. und 17 flach.

Man hat nun herausgefunden? dass man wesentlich verbesserte Seismogramme erzielt, indem man die Daten zweier oder mehrerer Seismogramme stapelt, wobei die verschiedenen Seismogramme von unterschiedlichen Explosionstiefen oder von unterschiedlichen Entfernungen der Bohrung 15 zur Meßstrecke 10 herrlihren_o Die

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eine Art der Tiefenforschung kann als verdecktes Stapeln bezeichnet werden» Bei diesem Verfahren bleibt die Meßstrecke 10 an Ort und Stelle während in der Boternng 15 nacheinander getrennt© Explosionen in unters©niedlichen Tiefen erzeugt werden, damit man getrennte Seismogramme herstellen kann., Die Seismogramm© hängen nur insofern miteinander susanenen, als di© von ihnen aufgenommen© reflektierte Energie von der Tiefs und ßeatalt dar gleichen Schienten abhängte Indem ma die beiden Aufzeichnungen Spur um Spur, oder wie dies bekannt ist durch Stapeln awsier Seiamograraae zur Erzeugung eines resultierenden Seismogramms kombinierte werden gemäas der Erfindung Schritte unternommen* dureh die man erreicht,» dass die Reflektionsenergie eines der Seismogramme zur Reflektlonsenergie des anderen Setsmo&ramms addiert wird und swar in einem da3 Kutzsignal verstärkenden Sinn©₀ Dagegen hebt sich das unerwünschte Geräusch auf»

In Mg₀ 1 sseigen die Strahlen 20 &®n Weg abwärts ge richte tei* Energie auf₀ Da jedoch die seismische Energie nach allen Seiten vom Schuss ausgeht» so ist mindestens eine wichtige Ausbreitungastreek© auf d©m Strahl 21 und eine Oberflächsnreflektion auf d«m Strahl .22 gelegen,, Energie, die diesen Wag nimmt» wird "o im allgemeinen als Obe rf lache nref lektion bezeichnet., Wenn die O auf den Strahlen 21 und 22 wandernde Energie von der Meßstreeke

aufgenonanen wird_s dasan vdrd die mit der Oeisterreflektion der Obe rflächenreflektion kombiniert

und macht eine Deutung des Seisraogramms &atnflerig„ Dieses .^.

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unerwünschte Geräusch soll durch daa verdeckte Stapeln unterdrückt werdenc. Gemäss der Erfindung kann das verdeckte Stapeln bo durohgeführt werden ₉ dass das Nutzsignal verstärkt und dae Geräusch unterdrückt wircL

3Jaeh dem erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel werden zwei Sehils.se 31 und 32 in verschiedenen Tiefen der Bohrung 15 er-'zeugt₀ wobei dar Schuse 31 tiefer als der Schuss 32 liegt« Die beidon verschiedenen Seismogramm werden aufgenommen<> Jedes dieser Seismogramm© hat so viel Spuran als Gepfone in der Meßstreek© 10 vorhanden sind ο

Es seien mm swei seismische Spuren s^(t) und X2^*) betrachtet, die von d®si Schüssen 31 und 32 herrühren« Bin aus tiefen Schichten kommender Impuls wird mit s(t) bezeichnet, während vom Sehuss herrührsnde Wellen ©der Filterfunktionen, die aus Sohueskopplungen oder an der Oberfläche vorliegenden geologi= sehen Bedingungen herrühren_p werden bei ,anfangs nach unten gehendes* Priiaärenos'giQ mit h^Cf*) und ^(T) bezeichnet» Seister= reflektionen ©der PiIterfunktionsn einsehlieselieh der Heflektionskoeffisienten für Geist©rreflektion@n_s bei denen die Energie anfangs vom Sohuss aus nach oben geht und dann von oberhalb dos Schusses liegenden Schichten nach unten reflektiert werden_t sollen mit g-jCT) und g₂(T) bezeichnet werden*

In Abwesenheit von Piltereffekten h und g wäre die Primär

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bad oncmw^^ eim

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energiQ aue dem tieferen und flacheren Schuss 31 und 32 gleieh e(t) und s(t-2ÄT ^, Die von der Oberfläche reflektiert© Geisterenergie wäre denn s(t-2r.j) und s(t-2^f₁₂-Sf₂) ^{wo1aei 2}^j und 2Hf₁J₂ Jeweils di@ Zeiten sind, di© ein nach oben gehender ImpulB dasu braucht, Tom Schuss aus nach oben zu wandern_p "-von der Oberfläoh® reflektiert su werden und au den jeweiligen Sohusstellen als nach unten gehende Energie

Ohne die Filterwirkungen h und g gilt:

X₁Ct) « ₈(t) ψ BCt-SW₁) (D

₂-T₂) (2)

wobei ^^-jjj - ^i °~*2 ^^s^°

Dies kann in der folgenden Form ausgedruckt werden:

Wenn, dl© JFilt©2»©ff@kt@ h vmä g besüeksiuhtlgt werden_p dann

di© &l@i©feimga]a (1) wiü (2) aus

Λ (5

- 9

bad ORia«^tir:o ^/ ^

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Diese beiden Gleichungen könne auch folgendermass®n dargestellt werdens

- e(t) * yAT) ' (7)

x₂(t) - e(t-2Ar_i2) *'.J₂(T) (8)

₂
wobei J₁Cf) -H₁(T) +«W-fy

und yyC*')-^Ä 0 WQBn T

Daher bestellt die aufgezeichnete Spur f^(t) au jeder Zelt t aus der Anfangeenergie« dl© durch s (t) dargestellt wird plus einer Kombination won β(WT) für vorhergehende Zeiten

Bei der Auswertung ist man. nahezu ausaehliesslieh an demjenigen Teil einer Spur interessiert_s der nicht von vorausgehenden Zei~ ten abhängt oder in andern Worten der nicht aufgrund vorherge« hendez· Ereignisse vorhergesagt w erden kann ο Durch die Erfindung wird im Sinne des kleinsten Pehlerquadrats jede Abhängigkeit des abgeschätzten Auegangsaignals e(t) von der Vergangenheit Ύοη X₁ (t) oder x_?(t) eliminiert, Indern man die Korrela~ tion von x-j(t) und X₂Ct) benutzt„ um X₁ (t) (und zwar

relativ zur Zeit t) sowohl aus der Vergangene!t von x^(t) und Xp(t) vorhersagen zu können ₉ indem man diese Vorhersage von fι . (t) abzieljt, was folgenderraaesen ausged^iokt Werden könnte:

*[ j x₂(t) *t₂tf) (9)

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wobei f
und I

- O wenn T ^ Q
= O νβηηT SSO

Hier stellt e(t) denjenigen Tail von x^(t) dar, der nicht aus der Vergangenheit -won χ,, oder Xg vorhergesagt weiden kann und daher "Zw6ikanaX<=Vorher8age f©hler" genannt werden könnt©_o Die sen Vorhersagefehler au einem Minimum zu machen bedeutet das Aus seh! ie a s en yoxl x<j(t) insoweit als es eine Punktion (Korrelation der) Vergangenheit ist»

Die Filter f^(t) und fp(t) werden wie folgt berechnet» Sie
beiden Kanäle ^(t) und x«^) werden zuerst verwendet und
awar unter der Annahme, dass das erwünschte Ausgangs signal
e(t) derjenige Seil von X₁Ct) ist, der weder aufgrund der Ver gangenheit γόη 3t.j(t) noch X₂^*^ vorhersagbar ist (Vorhersagefehler) ο Di® Funktion x^(t) ist eine Abschätzung oder Vorhersage von X₁Ct), die auf der Vergangenheit ψοη X₁Ct) und XgC"⁵·) beruht. X₁Ct) und x«^) werden au bestimmten,, gleiohweit ent« fernten Zeiten gesampelt und dur©h X₁Ct) «öd x«(t) öargeBtellt_B

I &f

wobei t ein Zeitindex ist«

Wenn man darin K Punkte in der Vergangenheit von x^ und x₂.^
als Ausgangebasis für die Vorhersage niramt^ erhält man:

^+x

1 (t^a}^f1n^+x2(t»n

oder anders ausgedrückt:-

it

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Ia diesem Fall ist der Vorhersagefehler der Spurs

"»»tt - ^X1 tn^f

tt - ^X1 ,t-n

Vfeixn mit Hilfe des mittleren Fehlerquadrats e(t) zu einem
Minimum gemacht WiPd₉ dann wird

eTSTTT = O für n> 0 (13)

5IxTTT = O *8* n> O (14)

wobei i * einen zeitliehen Mittelwert bedeutet *,

Diese Aussage trifft eicher ZU₉ da äegliehesEeitlieh gemittel« te Produkt^ das nicht 0 ist und vom Ausgangs signal und einem
der bsiden in der Vergangenheit liegenden Werten des Eingangssignals anzeigen würde, dass eine Vorhersagbarlceitsbeziehung
zwischen e(t) und entweder x-(t) oder Xo("fc) besteht₀

Wenn f^:ir die folgenden Mengen folgend© Beziehungen gelt en ί

χ-, ₊3c- ₊ _ ~ ^f₁₁Xm) (15)

₉t^x2_s

t^Ä2_et-=m

(17)

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dann treffen folgende Gleichungen, zu:

.11. '"- I « I ■ I ■ ' I I I Il Il \ " -/ /

t 1,t-m

^f2_tn - ° ⁽²⁰⁾

Vg^ -S*₁₂<^m> - 0i2<ⁿ-^{m) f}1,n " *22^{(lwtt) r}2,n "° ⁽²

Da zwischen der lehlerspur ®(t) und der Vorhersage x^t) keine

^et^x1t

Korrelation besteher darf, d_oh_{0 o} φ ~ 0, so gelten die fol genden Beisiehungeni

und . ^²²>

P₁₂ ^^ V^ -S. ^2(°)^12⁽ⁿ)^f1n^22(ⁿ)^f2n ^{s P}12 (23)

Aus der Gleichung (2^ geht herror» dass P-- ein Autokorrelationskoeffisient im Hinfeliok auf die Leistung in der Ausgange·= oder !Fehlerspus? a.. 1st imd swar naoh Filterung und Summierungo Genauer gesagt stellt P₁₁ die Kreuskorrelation awisohen dem Feh« lersignal @_t und x^ dar. Die GrHsee P₁^ ist eine skalare Menge_s di© g©H3äes der Gleiöhung (22) berechnet wenden kann= P-2 ί·^Θ* ®ί^ IreMSkosrelationsfaktorj doh° er stellt die Leistungskraustorrelation zwischen dem Fehlersignal e^. und der zweiten Spm¹ Xp^ &b,t xmä ist ebenfalls ein© akalare Grosse_D Die Gleiöhwigen"(225 und (23) könKun ärixm, i.p. Form γόη Matri zen dargestellt ^er^s^? ■ . - 13 -

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J₂₁

(D

ο ο ο

f₁₂

1n 2n

T₁^ (n) der Wert der Autokorrelationsfulction άοτ Spur

χ bei T-R ist;

₂₂(n) ein ähnlicher Wert fSr die Spur X₂ ist ι ^₂(η) und ^₂₁ (η) die Werte der jeweiligen Kreuz-

korrelationsfunlrfei©nen der Spuren x^ und X₂

bei f"«n sind?

^r""^1n' ^f

2n

^den Gewichten entspre

chen₉ mit äenan aufeinanderfolgende Teile der beiden Seisraogransnsätze versehen werden; und

und P₁₂ durch Auflösen der Gleichung bestimmt werden

Da die Anzahl der Unbekannten in der Gleichung (24) die Anzahl der Gleichungen nicht tiberechreitetp ist eine Lösung möglich ο F*r die Unbekannten kann man aufgrund einer Abschät zung zu einer Lösung kommen« Vorzugsweise werden die Glei-

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ohungan jedoeh ausgewertet, um zu den genauen Werten der Unbe kannten zu !rammen» Ein solches bekanntes Verfahren ist in dem Aufsatz von Ralph Wiggins enthalten₉ der den Titel trägt "Reeursi^e Solution to the Multl-Ghannel Filter lag Problem" im Journal of Geophysical Research_s Band 7O₉ Mr _v 8. Hierdurch kann man die Vielkanal-Vorhersage^ehler~3?ilter f^_n und f^,

die Ausgangsleistung e^ und die Korjrelationskoeffizienten P^₂ zwischen. €?-(t) und x₂^*)°

Aus obigem geht hervor, dass die Erfindung folgende Sehritte umfassts

Ao Wenn man gesampelte Daten und digitale Rechner verwendets "Κ Man sampelt xAt) und x«(t) und erhält x^und Xpt° 2o Man erzeugt physikalische Punktionen, die die Korrelatlonskoeffizienten ^₁₁Cn), 0₂
darstellenο

5ο Wan erzeugt physikalische Funktionen, die die oben angeführten Matrixgleichungen darstellen und erhält die Werte für f. und f_2n<>
4ο Man erzeugt eine Funktion, die darstellt

1t - *1t - [^iW^m * ^x2t~/^£2n>I I ^oder (25)

Wenn man analoge Verfahren verwendet:

1o Man verwendet MuItipliziervorid ehtaugen, Verzögerungsleitungen und Integrationsvorrichtungen um die Ab-

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s©hatgunge» von j^ 22 I2 21 .

zu messen«
2o Man erzeugt luinktlonen_p die €i@ Lösung der Matrixgleidrangen für ¥erz6gerungsl©itungsfilter Sfö) und f₂(<0 darstellen*

3o Man verwendet die Versögerungsleitangsfilter f|{T) und vyie in der S¹Ig₀ 2 gezeigt«

Alle (?eist@rrefl© let ionen, Eeaos ©der -worn Sehuas nerriilii-ende ¥®llea, die in den Daten verleiben, w^?lrden eine Abhängigkeit ν©ίΐ TQrh.erg©henden Ereignissen b©i χ,- oder Xp darstellen* Dieee Abhängigkeit wird mit Hilf© des kleinsten Fehlerquadrats dureh das besshriebene Verfahren beseitigt« Ausserdem könnten irgendwelche Beträge der Geiaterreflcäctionen und/oder der Primärreflektionea sswlsehen den beiden Schuss en ^(t) und 3^2("fe5 ^a öen K©rralationsfuktionen vorhanden sein» die durch die Mat^iacgleiefeungen f*^. und fg^. ausgedruckt sindo v.ie gesaigts werden durch die Erfindung jedoch alle Echos und vom Sehtiss herrührende Wellen ausgefiltert ohne dass man Kenntnisse a priori oder Annahmen über ihre Existenz; oder relative Beträge bei-den SehUssen kennen

Beim analogen System naeh Pig« 2 wird eine Tromrel 40 durch einen Motor 41 bei glaiehbleibeader Geschwindigkeit angetrie j sodass die Spur 3C₁Ct) auf einem Zylinder aufgezeichnet

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wird« ZoBo kann das AusgangesignaX am Kanal 42 die seismischen Wellen darstellen, die vom Seismometer 11 in Figo 1 aufgenommen wurden und auf die Spur 43 der ober©*! Aufzeichnung 44 darge» stellt worden sind«, Gleichzeitig erscheint ein Signal s^*) auf einem Kanal 45· Dieses Signal stellt die in ähnlicher Weise vom Seismometer 11 aufgenommenen Wellen dar, die auf der Spur 46 der Aufzeichnung 47 dargestellt worden sind und von dem Schuss 32 herrühren_ö

Der Kanal 42 ist mit einer Multiplizierschaltung 50 und mit einer einstellbaren Verzögerungsleitung 51 verbunden, deren Ausgang mit der Multipliziere ©haltung 50 verbunden ist» Der Ausgang der Multiplizierschaltung 50 ist ^?iber einen Schalter 52 mit einer Xntegri/schaltung 53 verbunden* Der Schalter 52 ist Über ein Verbindungsglied 54 mit dem Antrieb der Trommel 40 eo verbunden,, dass der Schalter 52 während einer Torzeit t^ bis t„ wahlweise geschlossen werden kann, um die Autokorrelationsfunktionen dee Signals x^(t) zu erzeugen« Der Ausgang der Integriersehaltung 53 ist mit einem Speicher 55 verbunden» Indem man die Verzögerungsleitung 51 zwischen aufeinenderfolgenden Umdrehungen der Trommel 40 einstellt, kann man die komplette Autokorrelationsfunktion erzeugen und am Ausgang de© Speichers 55 z\w weiteren Verarbeitung "zur Verfugung stallen«

In ähnlicher- Weise ist der Ausgang d©s Kanals 45 mit eines⁵ Multiplizierechaltung 60 und einer - Verzögerer**·r"? ei tung 61

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Dar Ausgang der Multiplizierschaltung 60 ist über einan SehalteijpP mit einer Xntegriersehaltung 63 verbunden die ihrerseits mit einem Speiche? 65 verbunden ist«, Der .Schal ter 62 ist über ein Verbindungsglied 64 mit dem Antrieb der Trommel 40 verbunden, Eb steht daher im Speicher 65 die Autokorrelationsfunktion d®3 Signals 3Cp(t) innerhalb derjenigen Eeitgrenaen zur Verfügmng₉ die dureh einen Taktgeber 69 vorDer Kanal 42 ist darüberhinaus mit einer dritten Multiplizierschaltung 70 verbunden_o Der Kanal 45 ist mit dem Eingang einer dr it tea. Verzögerungsleitung 71 verbundene Die Multipliziersehal«· tung 70 ist über einen Schalter 72 mit einer Integrierschaltung 73 verbunden.. Der Ausgang der Integrie'schaltung 73 ist mit einem Speicher 75 verbunden,* Der Schalter 72 ist über ein Verbindungsglied 74 mit dem Antrieb der Trommel 40 verbunden«. Damit kann man zwischen den beiden Spuren x^(t) und Xn(^) die Krauzkorrelationsfunktion bilden, und am Speloher 75 abnehmen« Mit den Kreuzkorrelationsfunlctionen und Autokorrelationsfunktio= nen kann man nunmehr di© Geisfchte fir die PlIt ere lament e bestimmen*

Zur weiteren Erläuterung, wie die Kreuzkorrelaticns~ und Autokorrelationsfunktionen verwendet werden₈ sei angenommen ₀ dass das Signal X₁Ct) auf einer Trommel 80 und das Signal Xg^ auf einer Trommel 81 gespeichert sei„ Ein erster Magnetkopf 83

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nimmt di@ Signale s^(t) auf und schickt diese über einen Kanal 84 au einer Summiersehaltung 85° In ähnlicher Weise nehmen Magnet köpfe 86, 87, 88 und 89 der Reihe nach verzögerte Grossen des Signals X₁Ct) auf ο Die letzteren Signale werden dann Über Dämpfungsglieder 91-94 an eine Summierschaltung 90 gelegt» Der Ausgang der Summier schalt ung 90 ist über einen Kanal 95 mit der Sunmiersehaltung 85 verbundene

In ähnlicher Weise wird das Signal x₂(t)₉ das auf der Trommel 81 gespeichert ist, durch die Magnetköpfe 96, 97, 98₈ 99 aufgenommen» Die letzteren Signale werden dann Über Dämpfungsglieder 101, 102 und 103 einer Summierschaltung 104 zugeführt«,

Der Ausging der Summiersehaltung 104 ist tlber einen Kanal 105 mit der Summierschaltung 85 verbundene Ein Rechner-Steuergerät 110, das mit den Speiehern 55p 65 und 75 verbunden ist₉ ist aueh durch Verbindungsglieder 111, 112, 113 und 114 mit den Dämpfungsglieder 91-94 verbunden₉ die auf der Spur x^(t) arbeiten., Das Re chner~St euer gerät 110 ist darlberhinaus liber Verbindungsglieder 115-117 mit den Dämpfungsglieder 101=103 ferbunden, die auf der Spur Xg(^) arbeiten« Das Ausgangs signal dee Summlersohaltung 85 wird dann über einen Kanal 106 gehend auf der Trcmmel 40 gespeichert* Daher entsteht im Kanal 106 Signal

⁰It ^X1f

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Das Keehner-Steuergerät ItO, ob es nun analog oder digital aufgebaut ist, wird in seinen wesentlichen Bestimmungsst^;icken dur©h die Gleichung (24) beschrieben« Das Rechner~Steuergerät 110 ist als gesampeltes Datensystem und periodisch arbeitendes Steuergerät bekannt gewordene Es kam insbesondere von der·= jenigen Art sein₉ der im Hanbook of Automation, Computation and Controls Band 1, von Srabbe et alo_S Verlag John Wiley & Sonsj, 1958» Kapitel 26₀ beschrieben ist« Dort vsItü sowsfel auf analoge als aueh digitale als auch kombinierte Systeme eingegangen» Das Verfahren ssteuergerätρ das auf Seite 26=05 abgebildet ist, kann das Filtern steuern, wenn zum "Verfahren" eines solchen Systems der Betrieb der Trommeln 80 und 81 ge° bort ρ wobei eine Steuerung für jeden dieser Kanäle bei dem. Torliegenden JFiXterverfahren eingesetzt wird» Der "periodische Sehalter" wird durch ein Verbindungsglied 119 der fig» 2 betätigt und stellt dabei die Dämpfungsglieder am Ende jedes Auswertungszyklus der Auto- und Kreuzkorrelationsfunktionen eln<> Die Dämpftangsglieder können z.B» so eingestellt werden? üsie el ie s auf den Seiten 26-05 des oben ba zeichneten Handbuchs an= gegeben is tu Dort wird in Abhängigkeit won einem Fehlersignal; das ein Element f in der Lösung der Gleichung (24) darstellt in einer symmetrierbaren Sehaltjing für jedes Dämpfungsglied in Fig_a 2 ein Motor angetrieben_p um ein bestimmte© Dämpfungsglied einstellen su können»

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1 b 2 3 b 7 6

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Wie roan jedoch ohne weiteres sieht₉ können die analogen Bau= ^r gruppen der Figo 2 vollständig weggelassen werden., Man muse lediglich Eingangssignalspuren für den Rechner vorsehen» Der Rechner selbst kann so programmiert sein, dass er Darstellungen der notwendigen. Kreuz- und Autokorrelatio2";.s:Tunkti©nen₉ dass er die lösung der Gleichung (24) und Darstellungen der gestapelten Spurenρ die sich aus Filterungen und Sumraationen gemäss der Gleichung (25) ergeben, erzeugt und speichert „.

In Figo 2 zeigen die gestrichelten Abstände zwisohen den zur Wiedergabe dienenden Magnetköpfe 88 und 89 und 97 und 99 βχι₉ dass man normalerweise mehr Bauelemente beim Qberbereicshsfilter verwendet als durch die 5 Kanäle auf der Trommel- 80 und den drei Kanälen auf der Trommel 81 angegeben worden sind ₀ Die Anzahl der Bauelemente für ;jede SpUr₉ doho die Anzahl der Auf~ nahme-Magnetköpfe 86 bis 89» liegt in der Praxis bei IQ bis 24ο Wieviel Bauelemente verwendet werden, hängt von der Kapa= zität der datenverarbeitenden Anlage und wirtschaftliehen Erwägungen ab ο Der Bandtransport gemäss Fig,= 2 kann ein Techno-Reoorder-Reproducer T3>4O1e sein« der von der Techno Instrumente Corporation hergestellt wird und der in der Lage Ist» die Spuren ^₁Ct) und χ«(*·) zeitlich asu verzögern.,

Generatoren zur Erzeugung der Auto- und Krauzkorrelationsfunktionen wurden in der Figo 2 nur ©«nematisch gezeigt« Solche Generatoren sind jedoch bekannte Einer von ihnen ist im ÜSA-Patent .2 794 965 bescshr-¹ «?v*r, r>_Drb 1 -'.,- in cter Fig„ -1 unter

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Spalte δ, Zeilen 15-S6, eine Vorrichtung besehrieben, mit der man Autokorrelationsfunktionen erzeugen kann» Die seismischen Spuren werden auf einem lesbaren Aufzeichnungsträger 100 aufgezeichnet und dia Koeffizienten der Autok©rr©lationsfun3rfcionen werden auf einem Diagramm 113 aufgetragen. Der Abstand zwischen den Detektoren *?02_s 103 usw» bestimmt daa Samplingintervall ¹S _t wie dort beschrieben»

Jede zu stapelnde Aufzeichnung kann auf Magnetband gegeben werden, auf dem 24 oder mehr Spuren seismischer Rondaten vorige sehen sind, die von einer linearen Meßstrecke mit Seismometez-n stammt, die im gleichen Abstand angeordnet sind* Ausaerdem können fotografische Aufzeichnungen variabler Schwärzungsfläche oder andere phonografisehe Aufzeichnungen verwendet werden» wie dies bei der Seismik bekannt ist* ßemäss der iJfindung können die Spuren als elektrische Signale verarbeitet werden» die direkt von Daten erhalten werden, die auf Magnetband in analoger Form gespeichert sind oder die aus einem geigneten Speicher in digitaler Form kommen= Die vielspurigen Aufzeichnungen, die aufgrund von-Schlissen unterschiedlicher Tiefe vom gleichen Schussort und von einer gemeinsamen Meßstreoke kommen, können damit Spur um Spur gestapelt werden«,

Di e Erfindung ist nicht nur auf Anwendungefälle zu Lande beschränkt·» Sie kann auch mit Daten arbeiten, die man aus dem Sampeln akustischer Wellen erhält, die mit Untarwasaorgeräten

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aufgefangen werden, bei denen, akustische Untorwa a ear energie aus SohUsaea am Boden eines Gewässers von Unterlassermikrο« phonen empfange werden* Gemäs β der Erfindung go β tape It e Daten könne auoh aus aweidimensionalen Meßstreeken stammen-, Ausserdem brauchen nicht nur lediglich zwei seismische Spuren gestapelt werden* Man kann auoh mehr Spuren bei gleicher Meßstrecke und gleichen Sehuesort stapeln indem man der Reihenfolge nach aufeinanderfolgende Auf zeichnung;: ,paare verarbeitet oder indem man in der Matrixgleichung (24) iirei-mal-drei·» oder "?ier-mal-vier - Nebenmatrizen verwendet anstatt der Zwei-mal~zwei=llebenmatrix, die oben besprochen worden ist.

Das oben beschriebene Verfahren und die Vorrichtung dienten lediglich der Erklärung-, Man kann auch zahlreiche andere Anordnungen treffen» um die Erfindung zu nutzen-. Die Arbeitsgänge werden am schnellsten mit Hilfe von digitalen Rechnern durchgeführt* fia können jedoch auch analoge Verfahren verwendet werden*

Ein geeigneter Rechner zur Erzeugung der ?iltergewichte kann die IBM-Anlage 7074 sein, die einen externen Rechner IBM 14 umfasst, mit dem man das Programm für die IBM 7074 erzeugen kann, um der Gleichung {2&) zu gen^?Jgen-,

Die Eingangsdaten f^Tir diesen IBM-Rechner sind digital kodierte Auto- und Kreuzkorrelationsfunktionskoeffizienten, wie aie in den Speichern 55t 65 und 75 gespeichert oein können. Man er-

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hält daa Programm f^rir den IBM-Reohaer Indem man die Gleichung (2/1) in die lOrtran-Prograranierspraehe umsehreibt, die Ergeb» nisse in IBM 866424-Karten festhält, die dann in die IBM 1401 eingegeben werden ₉ um daa Programm zu erzeugen«, Die digital kodierton Werta der obersten Elemente der beiden Matrizen-= spalten der Gleiohung (24) sind ebenfalls im Programm elngeöohlossen* Auf diesem Weg wird die IBM 7074 dazu verwendete die Filtergewiohte zu errechnen, die duroh die Gleichung (24) definiert werdenο

JSs können jadooh. auah andere digitale Rechner dazu verwendet werden, die Filtergewichte zu erzeugen^, Beispielsweise sind diea die Reohner IBM 704» IBM 1620, General Eleotrio 225 oder der Control Data 1604-, V/ie diese ßeohner programmiert werden müssen, um die Gleichung (24) lösen au können, ist bekannte

Die Erfindung wurde zusammen mit analogen seisrnisehan Spuren x(t) beachreiebenj die τοη einem Seismometer oder einem Magnetosnd abge3.eitet werden und von denen dann Auto- und KreuzkoriPölaiionafuaktionen durch eine abgev/andeite Vorriohtung gemäss dem USA-Patent 2 794 965 erzeugt werden.» Ha->rauf ist die Järfilndung Jedoch nicht besohränkt» da die analogen seismi.B«3hön S-piizen duroh einen Am"Xaog-Digital~Konverter in digii'alo Form gabraoht werden₉ auf einem Magnetband aufgezeiobmet und danach einem Rechner wie der IBM 7074 eingegeben werden icönnen, um so-die Aut oko rre 1 at ions fBnkticmeko effizienten 0 im

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BADORlGfNAL

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Wenn die seismischen Spuren x^(t) und Xg{t) digital dargestellt werdeRp dann werden die Samplingintewalle, die in dem Analog-=Digital~Konverter verwendet werden, mit &t und die Anzahl der Samplingstellen längs der Spur mit η bezeiohnet ο Hierdureh wird der sseitliohe Abstand der seismischen Spur (t^ su tg) von Figo 2 als n&t bezeichnete Das SamplingintarvallT der-Autok© relations funkt ion ist iiblichesroelae ein gansssahliges ?i©lfaehes von At =

Die digital, kodierten Autokorrelationsfunktionakodfisientam 0 am Ausgang der IBM 7074 können dann dem Eingang des Computers mit einem geeigneten Programm augefüiirt werden, um die !"!lter* geeichte S zu ei?zeugen_f wie voretahend beschrieben wurde„ Zusätzlich können di© Gewichte f nach ihrer Erzeugung in das Reohnexprogramm aufgenommen werden, um die digital kodierten Spuren x«,(t) und Xgi*)· ^zu verarbeiten* wie dies im Hinblick auf di© 3?*unktion in Figo 2 dargestellt worden ist«

Das Vorhersagefehlör-Filtenrerfahren nach der Erfindung kann auch auf andere geophysikaliseh© Aufgaben angewendet werden, bei denen die Spuren zeitlich vereehoben Averden können^ um so ein Mutzjsignai %a erzeugen, das zusammen mit Störenergie in X₁Ct) vorliegt j, welehe Störenergie jedoeh in der Spur x^Ct) ntiofet vorkommt und wobei jede lraherent© Störenergie auf x^(t) zeitliche, Torganger in der Spur ^₂Ct) hat»

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Claims (1)

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   P a t θ η "S a η s ρ ν U c fo e .

   Vorrichtung sur St ö rite f re lang insbesondere seismischer SirSiiiile mit einem He ohne r==S teuergerät aur Stapelung erster und zweiter Seismogramm*?, die aus Seh'tsaen mntersehiedli·= oner Tiefe jedoch gleichen Erdorts stammen₉ d a d u τ q h g 9 k e a a ζ e i c h η e t , dass erste und gleite lunktitsnageiieratoreri vorgesehen sind₉ deren Ausgangs signale Werte der Autokorrelationsfunktion des entsprechenden, in baido Funlcfeionsgeneratoren eingegebenen SeismograiBBie sind, äaas ©in dritter Funktionsgenerator vorgesehen ist, dessen Auagangsaigiigle den V/erten der KreuzfcorrelatationsfUiiktion der beiden Seismogramiae entspricht, dass ©rate und aweite Oberbereiohsfilter Yorgeaehen sind, in denen ein Satz rei*=· henfolgeiaäaaig verzögerter Seismogramm yon jedem urapriing·=- liehen Seismogramm ableitbar ist und mit denen jedes Signal dei3 Sataeej mit Gewichten varßehbar ist, die vom Rechner-Steuergerät aus den Kreuz- und AutokorrslationsfUnktionen bestimmbar aind und dass SummierßChaltungen vorgesehen sind, in denen die gewichteten verssögerten SeiSBiogramme sunmier-' bar 0indo .

   Vorrichtung nach Anopruoh I₉ dadurch gekennzeichnet, dass die Oberbereichefilter die Seismogramm im wesentlichen ge · roäös folgend or Matrix beeinflussen;

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   0₁₂(o)0₂₂(o)

   V -^jJÖ2T

   0,,(η)0₂,(η

   0,,(1)0₁₂(¹> 0₂₁(1)0₂₂(1)

   ,1

   ₂₁

   0^(0)02,(0) 0₁₂CO)0₂₂(O)

   ■P

   In

   •2n

   wo feel

   -1, O, f

   del' Wert der Autocorrelations funkt lon für das jeweilige Seisiaograssa der ersten Aufzeichnung. for üie Werte (n) Yon*2f ist, ein ähnlicher Wert für das entsproehezxde Seismograinm der aweiten Aufaeieimung ist, und ^₂₁Cn) di© Werte der jeweiligen ICreugkor« relationsfunktion^n der jeweiligen Seismo·» graisme der ersten und aweiten Aufssaichnungen ftlr die Werte (n) und ⁴V alnd₉ fg_1? ooof_1as. fg_n jeweils den Gfewiehten entßprioht, mit denen die aufeinanderfolgenden jBeitliöh rergögerten Seiemograiraa© versehen werden und

   und P₁₂ durch die lösung der Matrix werden»

   11'

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   BAD OFtIQINAt

   A 34 240 h

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass äes* Funkt isnsgenerator eine Verzögerungesohaltung besitzt ₉ eile Bit. einer Multlpliziersohaltung verbunden iet₉ der eines des? Seisfflogramme zutührbar ist₉ dass ein taktgebendes Tor Yorges'Sheß ist, durch das die Multipliziereehaltuag mit eines? Int@grie?schaltung verbindbar ist, und dass mit letatersr aufeinanderfolgend® Werte fur die Aut®k©rr©Xat!ons~ funktion des angelegten SeiBmogranias erzeugter sindo

   4ο Torriofotimg nach Assprueh 1 _s dadurch gekeiinaeichnet_s dass als öbarbsreieasfilter DämpfungsglIeder beeita@n_s dl© E©chjaer«Steuei*gerät steuerb&r Bind =

   Verfahren aur Kombination' von Seismogranaön In einer riehtuiig nach Anspruch 1₉ dadurch gekennselehnet₈ dass·

   JEIri3©ugung eines ersten Ausgangssignalsats@s ein bestimates Selsmograffiia einer seiemischen- Aufselchnuiag durch ein erstes eiclisfliter f^gefiltert viird_p dass zur Erzeugung zweites Ausgaagslgnaleatses ein eatsprecshendes Sels~ ·

   einer sweitea seismischen Aufzelelmu&g duroh ein zweites --Ola^rbe·reicJisfilter f„ gefiltert vi-rd₉ dae-e die Aue·

   su einem, gerne ins amsή Sei-ßmagransi additiv

   t-.oailsinlert werden» und dass die Filter f..'"und fg die Seisö geraäss fo3.g©nöer Matrix beeliifluS^ens

   1b23S76

   24Oh
   196?

   '22

   (n)

   wobei

   '21

   (D ,(D

   ,Cn]

   (O)

   Ί2

   (n-1)

   21

   in

   0 0

   (ei) der V/esft der Aixtokorrelatioiisfu^nktioa für das jevieilig© Seismograraa der ersten Anfsselehnung für di© Werte (n) vonT iat₉

   Cn) ein ähnlicher Wert für das entsprechende Seismogramm ä®T zweiten Aufzeichnung ist_p

   C¹¹) v&ü $21^^a^ ^^ie Werte der jeweiligen. Kreuskorrelationsfunktioiien. der jeweiligen SelßmograBsne der ersten mid svveiten Aufzeichnungen fiir dl© Werte (n) und ψ sind_f

   ^p ^f"^^,? ^_2n jeweils den Gewichtes entspricht, mit d®nea die aufeinanderfolgenden zeitlich veraögerteii Seismogramaiö ves»eehen werden und

   t3.iiä P₁₂ dtofdä die Lößmig der IfetEds: bestimmt v;erden_ö

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   A 54 240 life,
   17ο Mär» 1967

   So Verfahren nach. Anspruch 5ρ dadurch- gekennzeichnet, dass di© ersten und sw ei ten seismisch©;?. Aufzeichnungen an vor·= aehiedenen Stellen in der gleichen Bohrung in zeitlichen Abständen ersaugt werden»

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   Le e rs e i t e