EA002835B1 - Способ и устройство для сбора сейсмических данных - Google Patents

Abstract

Способ сбора сейсмических данных, предназначенный для использования на суше или в переходной зоне, заключающийся в размещении идентификатора (34) места в определенном месте, размещении сейсмического датчика возле идентификатора (34) места, считывании идентификатора (34) места с использованием кабеля передачи сейсмических данных, регистрации сейсмических данных, полученных сейсмическим датчиком (26), с использованием кабеля передачи сейсмических данных и приписывании координат положения датчика сейсмическим данным на основе измеренных координат положения идентификатора (34). Кроме того, изобретение относится к устройству для сбора сейсмических данных на суше или в переходной зоне, содержащему идентификатор (34) места, сейсмический датчик (26), который может быть размещен возле идентификатора места, кабель передачи сейсмических данных, средство для считывания идентификатора места с использованием кабеля передачи сейсмических данных, средство для регистрации сейсмических данных, полученных сейсмическим датчиком (26), с использованием кабеля передачи сейсмических данных и средство для приписывания координат положения датчика сейсмическим данным на основе измеренных координат положения идентификатора места.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для сбора сейсмических данных и в частности к способу сбора сейсмических данных и устройству, предназначенным для использования на суше и в переходной зоне, которые обеспечивают более точное определение положений сейсмических датчиков, в результате чего снижается шум от возмущений, возникающий при неточном приписывании координат положений сейсмических датчиков сейсмическим данным.

Предшествующий уровень техники

Сбор сейсмических данных осуществляется для того, чтобы на расстоянии определить залегание приповерхностных геологических слоев, в частности, при разведке и добыче запасов углеводородов, таких как нефть, природный газ или уголь. При сборе сейсмических данных для формирования акустических импульсов, которые проходят через приповерхностные геологические формации, используют акустические источники, такие как взрывчатые вещества или вибраторы. Изменения акустического импеданса между различными геологическими слоями приводят к отражению части акустической энергии и возврату по направлению к поверхности земли. Эти отраженные сигналы принимают посредством сейсмических датчиков и обрабатывают для получения изображений приповерхностных геологических слоев.

На суше сейсмические данные обычно собирают, используя связки сейсмических датчиков, которые известны как сейсмоприемники. Связку сейсмоприемников располагают на определенном участке в заданной конфигурации. Эта конфигурация может быть линейной или может образовывать пространственную структуру, покрывающую определенную площадь (обычно 50 на 50 м), с центром тяжести, находящимся в заранее заданном положении. Эту группу сейсмических датчиков обычно называют станцией, а центр тяжести обозначают как место расположения станции.

Система сбора сейсмических данных может управлять и собирать данные с большого числа сейсмических станций. В двухмерной системе (2Д) станции располагают в одну линию, которая может содержать 1000 станций, покрывающих до 50 км. В трехмерной системе (3Д) станции обычно размещают по нескольким параллельным линиям. Каждая линия при трехмерной сейсмической разведке аналогична линии из двухмерной системы, при этом типичная линия может иметь длину 5 км, а каждая линия содержит около 100 станций. При трехмерной сейсмической разведке в любой момент времени могут быть активизированы от пяти до двадцати линий, и они обычно подключены к одному комплекту аппаратуры для регистрации сейсмических данных. Соседние линии при трехмер ной сейсмической разведке могут быть разнесены на расстояние, например, от 300 до 1000 м.

Крупная трехмерная система может одновременно управлять 3000 станций или большим их количеством. В пределах станции группирование данных от отдельных сейсмоприемников позволяет ослаблять шумы, такие как распространяющиеся горизонтально волны (поверхностные волны) и случайные шумы. Случайные шумы могут быть вызваны ветром, дождем, касанием растениями корпуса сейсмоприемника, колебаниями кабеля сейсмоприемников и т. д. Уровень ослабления шумов зависит, в частности, от используемой конфигурации. Данные от многих станций обрабатывают, чтобы получить сейсмическое изображение приповерхностных геологических слоев.

При типичном процессе сбора сейсмических данных на суше, прежде всего, планируют трехмерную сейсмическую разведку, при этом учитывают геофизические задачи, поставленные заказчиком, и стремятся минимизировать ограничения, накладываемые на сейсмическую разведку рельефом местности. План трехмерной сейсмической разведки обычно содержит схему расположения сейсмических датчиков, включая идентификацию всех запланированных мест расположения сейсмических станций и конфигурацию расположения датчиков, и схему развертывания сейсмического источника.

Затем съемочная бригада перемещается к месту расположения сейсмического источника, чтобы определить места на поверхности земли, где будут расположены станции. В центре каждой станции съемочная бригада обычно устанавливает трассировочный колышек (небольшой флажок). Этот колышек характеризуется уникальным идентификатором, индексом колышка. После этого топографы создают соответствующую таблицу связи между значениями индексов колышков и значениями координат станций.

Позднее бригада укладчиков располагает связку сейсмоприемников в соответствующей конфигурации, осуществляя визуальный контроль за тем, чтобы центр тяжести конфигурации находился в месте нахождения колышка. Затем связку сейсмоприемников подключают к соединителю выводов кабеля передачи сейсмических данных. В большинстве случаев индекс колышка (или исходная точка станции) и электронный адрес в кабеле передачи сейсмических данных возрастают по некоторой схеме. Однако это не всегда возможно.

В реальном мире могут возникнуть многочисленные проблемы, которые приводят к появлению ошибок, когда координаты положений мест расположения сейсмических станций согласовывают с каналами сбора системы сбора сейсмических данных. В случае сложного размещения при трудном рельефе местности некоторые каналы сбора могут не использоваться из за обхода препятствий. Бригада укладчиков должна соответствующим образом записать и передать на регистрирующий компьютер номера пропущенных соединителей выводов кабеля, чтобы эту информацию можно было использовать для соответствующего отображения взаимосвязи между местом расположения станции и электронным адресом канала. В трехмерной системе построение линии, основанное на электронной информации канала сбора данных, не всегда отражает конфигурацию сейсмической линии на грунте. В действительности единственный физический кабель может оказаться сложенным и будет имитировать многочисленные линии сбора сейсмических данных. Для сложных структур сетей в современных системах сбора сейсмических данных различные слои сети можно использовать для физической связи с определенным каналом сбора данных, это обеспечивает большую гибкость при размещении (т.е. большой контур). В этих случаях схема электронной адресации не соответствует расположению сейсмической линии.

Подобная проблема возникает, если кабель поперечной или магистральной линии связи используют для передачи сейсмических данных от кабеля передачи сейсмических данных к регистрирующей аппаратуре. Если вывод кабеля передачи сейсмических данных, к которому подключен магистральный кабель, соответствующим образом не зарегистрирован и не учтен, возможен ошибочный сдвиг значений координат, относящихся к сейсмическим данным, полученным с помощью сейсмических датчиков и зарегистрированным при использовании кабеля передачи сейсмических данных.

Соответствие между электронным адресом и исходной точкой сейсмической станции обычно устанавливают с помощью центрального сейсмического регистратора, используя информацию от съемочной бригады, бригады укладки и характеристику сети. Это логическое построение легко может стать недостоверным. Ошибки создают основные возмущения при обработке сейсмических данных, и в результате этого качество изображения обработанных сейсмических данных резко снижается.

Кроме того, на качество сейсмического изображения, полученного из сейсмических данных, влияют другие геометрические проблемы. Центр тяжести группы сейсмических датчиков должен находиться как можно ближе к трассировочному колышку, в противном случае сейсмическое изображение будет размытым. Сейсмические данные обычно обрабатывают, используя алгоритмы, в основе которых лежит точная информация о координатах положений сейсмических датчиков, используемых для получения сейсмических данных. Когда действительные координаты положений датчиков отличаются от координат положений датчиков, которые приписаны сейсмическим данным, алго ритмы обработки часто не оправдывают ожиданий, связанных с предполагаемым правильным выполнением обработки данных, и фактически вносят шум или помехи в обработанные сейсмические данные. Неоптимальная конфигурация группы также может ограничивать эффективность некоторых видов обработки, предназначенных для снижения шума, особенно операций, направленных на снижение когерентного шума, такого как шум поверхностной волны.

Конфигурация группы и центр тяжести группы не всегда находятся в пределах приемлемых допусков, поскольку укладка сейсмо приемников основана на визуальных оценках расстояния и положения, выполняемых работником съемочной бригады. В настоящее время контроль качества, связанный с позиционированием сейсмоприемников, является очень слабым. Ошибки в расположении датчиков из-за неточной связи координат положений сейсмических датчиков с сейсмическими данными обычно приводят к возникновению шума после сигнала.

Было выполнено теоретическое исследование с использованием равномерной пространственной выборки для предсказания уровня шума, который может вызываться различными возмущениями в системе сбора сейсмических данных, при этом шум из-за возмущений рассчитывался до и после обработки сейсмических данных. Получены следующие отношения сигнала к шуму:

при амплитуде возмущения на одном сейсмоприемнике, составляющей 10%, ~30 дБ, при статической поправке 1 мс относительно одного сейсмоприемника ~20 дБ, при отклонении положения одного сейсмоприемника, составляющем 0,5 м, ~40 дБ, при отклонении на 5 м положения центра группы ~20 дБ.

После обработки (ΌΜΟ-суммирование) уровень шума снижается независимо от вида возмущения примерно на 14 дБ, что ожидается, исходя из (20-60)-кратного покрытия. Удвоение числа возмущений приводит к возрастанию примерно на 6 дБ шума возмущения до и после обработки. Из этого исследования ясно, что небольшие ошибки при определении местоположения приводят к отчетливо видимым изменениям ожидаемых отношений сигнал/шум в сейсмических данных. Основной шум ожидается, когда в значительной мере неточные положения сейсмических датчиков приписывают сейсмическим данным. Хотя это исследование относится к одному конкретному случаю, оно ясно показывает значение ошибок при сборе сейсмических данных этого вида.

Существуют ошибки определения местоположения сейсмических датчиков двух типов, которые необходимо корректировать или предотвращать во время сбора сейсмических дан ных. Во-первых, должно быть устранено неточное согласование сейсмической информации с физическим развертыванием отдельной связки сейсмоприемников, т.е. канала электронного сбора системы сбора сейсмических данных. В способе и устройстве это достигается путем обнаружения на расстоянии информации трассировочного колышка о конкретном канале сбора сейсмических данных. Коррекцию или перекрестный контроль обычно выполняют до получения сейсмических данных с помощью сейсмических датчиков.

Во-вторых, необходимо снижать шум, образующийся в сейсмическом изображении из-за неточного соответствия между предполагаемыми и действительными положениями сейсмоприемников на каждой станции, например, из-за различия между действительными и запланированными положениями центров тяжести связок сейсмоприемников. Чтобы уменьшить эти различия, в способе и устройстве согласно изобретению предусмотрено определение местоположения с использованием передаваемых по воздуху акустических сигналов для определения действительных положений сейсмоприемников после укладки в двухмерных координатах. Во время основной процедуры контроля качества можно обнаружить отклонения сейсмоприемников от адекватных положений и можно либо скорректировать эти положения, либо игнорировать данные от этих датчиков.

Более усложненный подход заключается в повторном позиционировании центра тяжести группы во время группирования цифровых данных путем использования адекватных математических схем компенсации. Затем последующую обработку сейсмических данных можно видоизменить или адаптировать, чтобы компенсировать отклонения между запланированным положением и действительным положением центра тяжести группы. Цифровая фильтрация для ослабления шума и обработки сейсмических данных некоторых видов зависят от геометрии группы сейсмических датчиков. Эти процессы обработки можно соответствующим образом скорректировать для компенсации отклонений между оптимальными или предполагаемыми значениями и действительными положениями после развертывания. Например, если сейсмоприемники отдельной группы уложены пачкой из-за ограничений, накладываемых рельефом местности, можно видоизменить параметры управления цифровым фильтром или совсем опустить процесс цифровой фильтрации сейсмических данных, полученных сейсмоприемниками в этой группе.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованных способа и устройства для определения положения сейсмического датчика.

Преимущество описанного варианта воплощения настоящего изобретения заключается в том, что сейсмические датчики можно устанавливать с большими допусками при обеспечении более легкой и более быстрой укладки.

Еще одно преимущество описанного варианта осуществления настоящего изобретения заключается в том, что качество данных может быть более высоким после соответствующей коррекции любых отклонений между запланированным развертыванием сейсмических датчиков и действительным развертыванием сейсмических датчиков.

Дальнейшее преимущество описанного варианта осуществления настоящего изобретения заключается в том, что вероятность установления неправильного соответствия координат положений сейсмических датчиков сейсмическим данным может быть существенно снижена.

Краткое изложение сущности изобретения

В одном аспекте настоящего изобретения предлагается способ сбора сейсмических данных, предназначенный для использования в условиях суши или переходной зоны, заключающийся в том, что размещают идентификатор места в отдельном месте, размещают сейсмический датчик возле идентификатора места, считывают данные идентификатора места с использованием кабеля передачи сейсмических данных, регистрируют сейсмические данные, полученные сейсмическим датчиком, с использованием кабеля передачи сейсмических данных и приписывают координаты положения датчика сейсмическим данным на основе измеренных координат положения идентификатора места.

В другом аспекте настоящего изобретения предлагается устройство для сбора сейсмических данных в условиях суши и переходной зоны, содержащее идентификатор места, сейсмический датчик, который может быть размещен возле идентификатора места, кабель передачи сейсмических данных, средство для считывания данных идентификатора места с использованием кабеля передачи сейсмических данных, средство для регистрации сейсмических данных, полученных сейсмическим датчиком, с использованием кабеля передачи сейсмических данных и средство для присваивания координат положения датчика сейсмическим данным на основе измеренных координат положения идентификатора места.

Еще один аспект настоящего изобретения относится к устройству для сбора сейсмических данных в условиях суши и переходной зоны, содержащему устройство позиционирования, сейсмический датчик, который может быть размещен возле устройства позиционирования, и средство для определения расстояния между сейсмическим датчиком и устройством позиционирования с использованием передачи по воздуху акустического сигнала между устройством позиционирования и сейсмическим датчиком.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен способ определения положения сейсмического датчика, предназначенного для получения сейсмических данных в условиях суши и переходной зоны, заключающийся в том, что размещают устройство позиционирования в отдельном месте, размещают сейсмический датчик возле устройства позиционирования и определяют расстояние между сейсмическим датчиком и устройством позиционирования с использованием передачи по воздуху акустического сигнала между устройством позиционирования и сейсмическим датчиком.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, где фиг. 1 изображает известную схему расположения датчиков для трехмерной сейсмической разведки;

фиг. 2 - увеличенное изображение участка 2-2 по фиг. 1;

фиг. 3 - установку сбора сейсмических данных согласно изобретению;

фиг. 4 - рабочую диаграмму способа сбора сейсмических данных согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения На фиг. 1 показана часть схемы расположения датчиков для трехмерной сейсмической разведки на суше. Множество параллельных линий 10 уложены в пределах отдельного географического участка, а вдоль их отрезков с регулярными интервалами находится ряд заранее запланированных мест 12 расположения сейсморазведочных станций. На фиг. 1 показана только часть схемы расположения датчиков для трехмерной сейсмической разведки. Каждая линия для типичной трехмерной сейсмической разведки может быть длиной 5 км и может включать 100 станций. В общем случае трехмерной сейсмической разведки может быть от пяти до двадцати активных линий, а расстояние между линиями может быть порядка от 300 до 1000 м или около этого.

На первом этапе процесса сбора сейсмических данных разрабатывают план расположения датчиков и определяют, где на поверхности грунта необходимо расположить линии 10, чтобы получить оптимальное (в некотором геофизическом смысле) сейсмическое изображение представляющей интерес приповерхностной зоны. На первом этапе выбирают необходимое разнесение линий (т.е. расстояние между соседними линиями 10) и необходимое разнесение станций (т.е. расстояние между местами 12 расположения соседних сейсморазведочных станций на отдельной линии 10), что позволит по собранным сейсмическим данным иметь пространственное разрешение/качество изображе ния, необходимое для выполнения, например, требуемого анализа геологического слоя.

На втором этапе процесса сбора сейсмических данных съемочная бригада размещает трассировочные колышки 14 вблизи, насколько это возможно в полевых условиях, учитывая точность сейсмической аппаратуры, желаемых мест 12 расположения станций. Во многих случаях трассировочный колышек 14 может быть расположен точно в точке или вблизи нее, запланированной в качестве места 12 расположения сейсморазведочной станции, но в некоторых случаях трассировочный колышек располагают со смещением относительно желаемого места, обычно из-за характерных особенностей местности, таких как озеро 16 на фиг. 1. Препятствия других видов, которые необходимо обходить во время сейсмической разведки, включают строения, ограды, выходы пород, деревья и т. д.

На третьем этапе бригада укладки датчиков располагает кабели 18 передачи сейсмических данных вдоль линий 10. Кабель 19 высокоскоростной магистральной линии связи (также называемый кабелем поперечной линии связи) подключают к передвижной геофизической лаборатории 20 и к каждому кабелю 18 передачи сейсмических данных, обычно используя главные устройства разводки, присоединенные к выводам 21 кабеля магистральной линии связи. Кабель 19 магистральной линии связи используют для передачи сейсмических данных от кабелей 18 передачи сейсмических данных к передвижной геофизической лаборатории 20. Затем бригада укладки датчиков распределяет связки сейсмоприемников (не показаны) вокруг трассировочных колышков 14 и подключает их к кабелям 18 передачи сейсмических данных на выводах 22 кабелей. Когда сейсмический источник возбуждают, на аппаратуре внутри передвижной геофизической лаборатории 20 регистрируют оцифрованные выходные данные сейсмоприемников. Выходные сигналы сейсмоприемников содержат сейсмические данные, которые используют для формирования сейсмических изображений геологической приповерхностной зоны. Из-за озера 16 и фиксированного расстояния между выводами 22 на кабеле 18 передачи сейсмических данных один вывод кабеля не использован, и он обозначен как байпасный вывод 24 кабеля.

На фиг. 2 показано увеличенное изображение участка 2-2. На линии 10 показаны пара заранее запланированных мест 12 расположения сейсморазведочных станций, а также относящиеся к ним трассировочные колышки 14. Нижний трассировочный колышек 14 находится на желаемом месте 12 расположения станции, тогда как верхний трассировочный колышек 14 смещен от желаемого места 12 расположения станции, поскольку из-за озера 16 запланированное место расположения станции недоступ но. Кабель 18 передачи сейсмических данных обычно укладывают вдоль линии 10, а выводы 22 кабеля располагают возле трассировочных колышков 14. Связки сейсмоприемников, каждая из которых содержит пять связанных сейсмоприемников 26, укладывают в окрестности трассировочных колышков 14 и подключают к кабелям 18 передачи сейсмических данных на выводах 22 кабелей. Выходные сигналы сейсмоприемников 26, т. е. сейсмические данные, полученные сейсмическими датчиками, передают по кабелю 18 передачи сейсмических данных в передвижную геофизическую лабораторию 20, где сейсмические данные, которые могут быть или могут не быть предварительно обработаны в передвижной лаборатории, регистрируют, как указано выше.

Сейсмоприемники 26 в окрестности нижнего трассировочного колышка 14 имеют расположение, которое можно изобразить буквой X или крестом. Для типичной сейсмической разведки конкретную желаемую конфигурацию сейсмоприемников станции выбирают тогда, когда разрабатывают схему расположения сейсмических датчиков. Однако возле некоторых трассировочных колышков невозможно должным образом воспроизвести желаемую конфигурацию, обычно вследствие ограничений, накладываемых рельефом местности. Возле верхнего трассировочного колышка 14 самый верхний и самый левый сейсмоприемники 26 нельзя развернуть в нужных местах из-за озера 16.

В известных системах сбора сейсмических данных сейсмоприемники жестко связаны друг с другом, и по кабелю 18 передачи сейсмических данных передают только кумулятивные суммарные значения от связки сейсмоприемников. В аппаратуре сбора сейсмических данных новых поколений осуществляют независимую оцифровку выходного сигнала каждого датчика. Одна возможная конструкция датчиков этих типов описана в международной патентной заявке АО 98/12577, опубликованной 26 марта 1998 г. Предпочтительно цифровые датчики этих типов объединены в цифровую сеть.

В одной возможной конструкции системы датчики связаны с магистральной коробкой через цифровые выходы, которые функционируют как распределитель энергии к цифровым датчикам и устройство маршрутизации для направления данных датчиков к магистральной коробке. В конструкции этого типа сейсмоприемники могут быть сгруппированы в связку сейсмоприемников, как в обычной системе. Однако информация в связке цифровых сейсмоприемников является цифровой, а не аналоговой, и должен обрабатываться или регистрироваться имеющийся выходной сигнал каждого цифрового датчика (до непосредственного суммирования со всеми другими выходными сигналами от других сейсмоприемников в связке для получения кумулятивного суммарного значения).

Используя систему этого типа, можно получить дополнительные функции на цифровом выходе или вблизи соединителя связки цифровых датчиков, чтобы повысить точность определения местоположения сейсмического датчика. Элементы позиционирования могут обеспечить возможность определения относительного соответствия связок сейсмоприемников и трассировочных колышков и могут обеспечить возможность уточнения расстояний между ближайшими станциями. Другие элементы позиционирования могут обеспечить возможность определения двухмерных координат цифровых сейсмоприемников относительно трассировочных колышков и линии. Кроме того, сами элементы позиционирования могут осуществлять запоминание съемочной информации, т.е. информации о положении в трехмерном пространстве и информации о привязке трассировочного колышка. Запоминание этой съемочной информации может выполняться непосредственно съемочной бригадой во время начальной операции сейсмической разведки или посредством объединенной спутниковой системы глобального позиционирования. Последующее считывание этой информации может осуществляться с помощью основного управляющего компьютера непосредственно до, во время или сразу же после сбора сейсмических данных (или в различные моменты времени во время сбора сейсмических данных).

Часть системы сбора сейсмических данных этого типа показана на фиг. 3. Заранее запланированное место 12 расположения сейсморазведочной станции на линии 10 показано совместно с трассировочным колышком 14. Кабель 18 передачи сейсмических данных уложен, в основном, вдоль линии 10, а вывод 22 кабеля находится возле трассировочного колышка 14. Связка сейсмоприемников, состоящая из пяти взаимосвязанных одиночных сейсмических датчиков, предпочтительно из цифровых сейсмоприемников 26, уложена в окрестности трассировочного колышка 14 и подключена к кабелю 18 передачи сейсмических данных на выводе 22 кабеля. Выходные сигналы от сейсмоприемников 26 передаются по кабелю 18 передачи сейсмических данных к аппаратуре передвижной геофизической лаборатории 20.

В этом варианте осуществления способа и устройства согласно изобретению к основным элементам, предназначенным для позиционирования сейсмических датчиков, относятся узел 28 позиционирования, основной акустический приемник-излучатель 30, дополнительный акустический излучатель 32 и электронный маркер 34 трассировочного колышка. Как будет рассмотрено более подробно ниже, эти элементы можно объединить с системой цифровых сейсмоприемников, упомянутой выше, и это может существенно снизить стоимость и повысить коммерческую жизнеспособность способа и устройства согласно изобретению.

Эти элементы и связанный с ними способ использования особенно пригодны для применения в условиях суши или переходной зоны. В этом заключается отличие от обычного сбора сейсмических данных в окружающей морской среде, когда сейсмические датчики расположены внутри сейсмоприемных кос, которые буксируют позади судна для сейсмических исследований. В окружающей морской среде на положение сейсмических датчиков влияют поперечные течения, волны и другие нестационарные силы, которые вызывают быстрые и часто существенные изменения положений датчиков относительно судна. Однако в условиях суши или переходной зоны предполагается, что величина перемещения сейсмических датчиков будет небольшой. Любое поддающееся обнаружению перемещение датчиков в условиях переходной зоны (в мелководной прибрежной полосе) будет иметь относительно небольшую амплитуду и будет происходить в течение относительно большого периода времени.

В этом варианте осуществления способа и устройства согласно изобретению узел 28 позиционирования содержит электронные элементы, которые управляют процессом определения относительного положения сейсмоприемников. Основной акустический приемник-излучатель 30 и дополнительный акустический излучатель 32 содержат акустические преобразователи типа громкоговорителей, которые формируют распространяющиеся по воздуху акустические сигналы и тем самым работают как устройства позиционирования. Кроме того, основной акустический приемник-излучатель 30 включает микрофон и разъем для подключения внешних устройств, таких как электронный маркер 34 трассировочного колышка, который, как указано ниже, может содержать резисторы и/или конденсаторы, закрепленные на трассировочном колышке. В случае системы сбора сейсмических данных нового типа узел позиционирования 28 и цифровые сейсмоприемники 26 могут быть цифровыми узлами в сети датчиков. Основной акустический приемник-излучатель 30 и дополнительный акустический излучатель 32 обычно подключают к узлу 28 позиционирования отдельным кабелем, хотя еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения узел 28 позиционирования и основной акустический приемник-излучатель 30 объединены в одной части аппаратного обеспечения.

Обычно узел 28 позиционирования конструктивно представляет собой небольшой ящик, в котором размещена маломощная электроника. Одна из его основных функций заключается в идентификации электронного маркера 34 трассировочного колышка путем определения кодового значения. Описание маркера и процесса определения кодового значения приведено ни же. В качестве дополнительной функции узел 28 позиционирования управляет измерениями относительных расстояний между основным акустическим приемником-излучателем 30 и/или дополнительным акустическим излучателем 32 и другими составными частями системы, такими как цифровые сейсмические датчики, сейсмоприемники 26. С этой целью узел 28 позиционирования формирует электронные сигналы, возбуждающие основной акустический приемник-излучатель 30 и/или дополнительный акустический излучатель 32, которые преобразуют электронные сигналы в передаваемые по воздуху звуковые сигналы. Электронные сигналы и передаваемые по воздуху звуковые сигналы могут быть импульсными, с качающейся частотой или с качающейся частотой и цифровым кодированием.

Передаваемые по воздуху акустические сигналы обнаруживаются около сейсмоприемников 26 микрофонами, которые прикреплены к датчикам. Предпочтительно микрофон для каждого сейсмоприемника 26 подключен к той же самой схеме аналого-цифрового преобразования, которую используют для оцифровки выходных сигналов сейсмических датчиков, т. е. для формирования цифровых сейсмических данных. Эту же схему используют в системе для преобразования в цифровой формат принятых передаваемых по воздуху акустических сигналов, создаваемых основным акустическим приемником-излучателем 30 и дополнительным акустическим излучателем 32. Для правильной работы сейсмоприемник 26 и относящийся к нему микрофон должны быть расположены относительно близко к основному акустическому приемнику-излучателю 30 и к дополнительному акустическому излучателю 32. То, насколько близко они должны быть расположены к каждому из этих элементов, зависит, в частности, от чувствительности микрофонов, амплитуды передаваемого по воздуху акустического сигнала и уровня фонового шума в пространстве. Акустические сигналы, принятые микрофонами, прикрепленными к сейсмоприемникам 26, передают по тому же самому кабелю, который используют для передачи сейсмических данных от сейсмоприемника к узлу 28 позиционирования, используя технику мультиплексирования.

Кроме того, узел 28 позиционирования обеспечивает возможность определения расстояния между основным акустическим приемником-излучателем 30 и дополнительным акустическим излучателем 32. Для этого либо основной акустический приемник-излучатель 30, либо дополнительный акустический излучатель 32 следует снабдить микрофоном для приема акустических сигналов, формируемых другим элементом.

В предпочтительном варианте осуществления основной акустический приемникизлучатель 30 содержит следующие элементы:

громкоговоритель, микрофон и концевой соединитель для электронного маркера 34 трассировочного колышка. Обычно в основном акустическом приемнике-излучателе 30 нет электроники. Громкоговоритель в основном акустическом приемнике-излучателе 30 обеспечивает возможность формирования передаваемых по воздуху сигналов для измерения расстояний между основным акустическим приемникомизлучателем 30 и другими составными элементами системы сбора сейсмических данных. Обычно этот громкоговоритель возбуждается мощностью 1 или 2 Вт (электрической) в диапазоне частот от 50 до 2000 Гц. Предпочтительно иметь основной акустический приемникизлучатель 30 и дополнительный акустический излучатель 32, которые формируют низкочастотный акустический сигнал с расширенным спектром, поскольку сигнал этого типа будет всенаправленным. Это важно потому, что основной акустический приемник-излучатель и дополнительный акустический излучатель не ориентированы по направлению к какому-либо одному сейсмоприемнику 26. Кроме того, сигнал будет меньше подвержен интерференции, обусловленной шумом окружающей среды. Основной акустический приемник-излучатель 30 может быть небольшого размера и иметь диаметр около 5 см. Используя соединитель, основной акустический приемник-излучатель 30 можно подключить к электронному маркеру 34 трассировочного колышка. Желательно, чтобы на осуществление принципа определения кодового значения колышка не оказывала влияния водная пленка на устройстве. Основной акустический приемник-излучатель 30 передает электрическую аналоговую информацию от электронного маркера 34 трассировочного колышка к узлу 28 позиционирования. Предпочтительно электронная схема, используемая в узле 28 позиционирования для возбуждения передаваемого по воздуху акустического сигнала, формируемого основным акустическим приемникомизлучателем 30 и дополнительным акустическим излучателем 32, является той же самой электронной схемой возбуждения сигнала, которая используется в узле 28 позиционирования для полевых испытаний сопротивлений и емкостей сейсмоприемников 26. Для повышения мощности электронной схемы возбуждения сигнала в узле 28 позиционирования может потребоваться дополнительный усилитель, чтобы обеспечить соответствующее возбуждение громкоговорителей основного акустического приемника-излучателя 30 и дополнительного акустического излучателя 32.

Обычно для измерения расстояния основной акустический приемник-излучатель 30 снабжают микрофоном. Принцип измерения расстояния будет описан ниже. Этот микрофон используют для измерения расстояния между основным акустическим приемником излучателем 30 и дополнительным акустическим излучателем 32 на одной и той же станции, при этом дополнительный акустический излучатель обеспечивает передачу по воздуху акустического сигнала. Кроме того, микрофон можно использовать для обнаружения сигналов основных акустических излучателей-приемников и дополнительных акустических излучателей из других групп сейсмоприемников, чтобы обеспечить измерения расстояний между группами сейсмоприемников или определить положения основного акустического приемника-излучателя 30 и дополнительного акустического излучателя 32, принадлежащих к одной группе, относительно других групп. Обычно основной акустический приемник-излучатель 30 размещают в небольшом пластиковом ящике. Перед громкоговорителем и микрофоном можно использовать тонкую диафрагму, например, из титановой фольги. Эта диафрагма обеспечивает передачу акустического сигнала, а также преграждает доступ воде. Кроме того, кабели обычно заделывают в стенке ящика.

Дополнительный акустический преобразователь 32 может быть физически встроен в ящик такого же типа, как и основной акустический приемник-излучатель 30, но обычно он представляет собой всего лишь громкоговоритель.

Основной акустический приемникизлучатель 30 и дополнительный акустический излучатель 32 могут быть встроены в короткую отдельную секцию, заканчивающуюся соединителем, предназначенным для подключения к узлу 28 позиционирования. Кабель, используемый для такого применения, может быть очень легким и может состоять, например, из некоторого количества пар проводов небольшого сечения. Обычно по кабелям основного акустического приемника-излучателя 30 и дополнительного акустического излучателя 32 передают только низкочастотные аналоговые сигналы к узлу 28 позиционирования, где сигналы оцифровываются.

Предпочтительный способ электронного считывания информации с электронного маркера 34 трассировочного колышка, идентификатора места, заключается в определении импеданса электрического элемента или элементов, прикрепленных к трассировочному колышку 14. Трассировочный колышек 14 может быть выполнен в виде небольшой рейки с сигналом. Эти трассировочные колышки 14 могут быть оснащены двумя электрическими элементами, либо резисторами, либо конденсаторами, которые подключены к проводам и которые при этом функционируют как электронные маркеры 34 трассировочных колышков.

Значения сопротивлений и/или емкостей этих элементов могут быть измерены в узле 28 позиционирования при использовании хорошо известных способов измерений сопротивлений и емкостей сейсмоприемников. Эту же элек тронную схему можно использовать для определения сопротивления или емкости электронных маркеров 34 трассировочных колышков. Каждый элемент электронного маркера может иметь 20 различных дискретных значений. Если в каждом трассировочном колышке 14 использовать два различных элемента, комбинации значений двух элементов дадут возможность регистрирующей аппаратуре идентифицировать 400 различных комбинаций значений для колышков. Для установления связи значений электронных маркеров 34 трассировочных колышков (которые изменяются от 1 до 400) с конкретным номером станции подготавливают таблицу соответствия. Обычно трассировочные колышки 14 наглядно маркируют на длительное время в соответствии с номером электронного маркера. Электронный маркер 34 трассировочного колышка представляет собой устройство идентификации положения, которое позволяет осуществлять считывание значения электронного маркера при использовании кабеля 18 передачи сейсмических данных и которое обеспечивает возможность приписывания сейсмическим данным, полученным сейсмическими датчиками 26, координат мест расположения сейсмических датчиков на основе таблицы соответствия, составленной съемочной бригадой путем сопоставления значений электронных маркеров с измеренными координатами положений соответствующих трассировочных колышков 14.

С физической точки зрения использование конденсатора на колышке теоретически является наилучшим выбором, поскольку узел 28 позиционирования предназначен для определения комплексного импеданса на заданной частоте, а природные объекты не имеют существенных значений электрической емкости. При выполнении измерений на двух различных частотах можно использовать уравнения для определения значений емкостей конденсаторов или сопротивления воды в соединителе. В одном варианте осуществления конденсатор является элементом трассировочного колышка, тогда как параллельный резистор отражает действие пленки воды на соединитель. В более простой конструкции можно использовать два резистора на трассировочном колышке. В этом случае диапазон значений этих резисторов следует выбирать так, чтобы не было недоразумений в случае, когда тонкая пленка воды присутствует на соединителе, подключающем электронный маркер 34 трассировочного колышка к основному акустическому приемнику-излучателю 30. Два электрических элемента, соединенных с трассировочным колышком 14 (т.е. электронный маркер 34 трассировочного колышка), могут быть соединены проводами с узлом 28 позиционирования. Предпочтительно эти провода являются короткими (не более чем 50 см), поскольку основной акустический приемник-излучатель 30 может быть расположен только на небольшом расстоянии от трассировочного колышка 14. Это гарантирует более точное определение положения сейсмических датчиков, сейсмоприемников 26 способом акустического позиционирования при использовании трассировочного колышка в качестве опорной точки.

В предпочтительном варианте реализации цифровые сейсмоприемники 26 снабжены микрофонами для приема сигналов, тогда как основной акустический приемник-излучатель 30 и дополнительный акустический излучатель 32 снабжены громкоговорителями для создания передаваемых по воздуху акустических сигналов. Конечно, можно создавать передаваемые по воздуху акустические сигналы около каждого из сейсмоприемников 26 и использовать основной акустический приемник-излучатель 30 и дополнительный акустический излучатель 32 для приема передаваемых по воздуху акустических сигналов, сформированных около сейсмоприемников. Расстояние между излучателем звука (громкоговорителем) и приемником (микрофоном) можно оценить по времени прохождения звуковой волны, умноженному на расчетную скорость звука.

^{Расстояние Скорость} _ЗВу_Ка ^ВреΜЯпрохождения^, где

Скорость₃вука=уКТ, у - коэффициент адиабатического расширения для газа,

К - постоянная идеального газа,

Т - температура в градусах Кельвина.

Для повышения точности измерений необходимо определять температуру воздуха. Это можно сделать около каждого сейсмоприемника и около каждого акустического приемника-излучателя. Скорость ветра также изменяет скорость распространения акустических волн. Однако обычно звук достигает приемника, проходя близко к земле, и до некоторой степени защищен от действия ветра.

Передаваемый по воздуху сигнал может быть импульсным, с качающейся частотой или сигналом с расширенным спектром. В случае применения сигналов с качающейся частотой снижается мгновенная мощность, необходимая для измерения, и повышается отношение сигнал/шум. После приема сигналов осуществляют корреляцию для определения времени прихода. В предпочтительной конструкции электроника, которая возбуждает акустическую систему позиционирования (излучатель или приемник), аналогична электронике, используемой во время обычного сбора сейсмических данных. Генератор испытательных сигналов, обычно используемый для проверки сейсмоприемников, можно применить, например, для возбуждения источника. Для возбуждения громкоговорителя может потребоваться специальный адаптированный усилитель. Сигнал от микрофона мультиплексируют в сейсмическом канале этого отдельного датчика.

В конструкциях, в которых использована концепция выброса сигнала, электрическую энергию можно запасти в конденсаторе, который затем быстро разрядить на громкоговоритель. Этот принцип часто используют в высокочастотном импульсном обнаружителе отраженных сигналов, основанном на пьезоэлектрических резонаторах, и его очень просто реализовать электронным путем. В таком случае можно сформировать некоторое количество выбросов, чтобы повысить отношение сигнал/шум после накопления.

Обычно передаваемые по воздуху акустические сигналы обнаруживаются всеми сейсмоприемниками 26 одной группы (т.е. одной и той же станции) на протяжении одного и того же интервала времени, а все измерения расстояний в пределах одной и той же группы выполняются на протяжении одного и того же интервала времени. Это можно обобщить и выполнять измерения расстояний для всех групп на протяжении одного и того же интервала времени, поскольку отсутствует помеха от одной группы другой группе; сигнал от другого источника будет приходить после представляющего интерес сигнала (поскольку расстояние больше). Чтобы исключить коррелированную ошибку, можно использовать различное качание частоты.

Кроме того, процесс корреляции (если используют качание частоты сигнала) и обнаружение первого прихода можно осуществлять в центральной системе. Температуру воздуха около сейсмоприемников 26 и около акустических источников (основного акустического приемника-излучателя 30 и дополнительного акустического излучателя 32) можно измерять с помощью простого электрического зонда, подключенного к аналого-цифровому преобразователю. Это измерение температуры передают к центральной системе, где обычно выполняют температурную коррекцию.

Система предназначена для определения расстояния внутри группы сейсмических датчиков и особенно для случая, когда осуществляют отдельное измерение для каждого сейсмического датчика. В этой ситуации расстояния до сейсмоприемников являются небольшими (часто они отнесены от трассировочного колышка 14 не больше чем на 5-10 м). Частотный диапазон, используемый в способе качания частоты, обычно составляет от 50 Гц до 2 кГц, так что громкоговоритель небольшого размера не имеет направленности, поскольку энергия акустической волны не зависит от азимута и ориентации. Типичное значение точности составляет примерно 1 или 2% измеряемого расстояния при выполнении температурной коррекции, учете ветрового возмущения, рассеяния и других шумов. Ожидаемое максимальное расстояние при входной мощности 1 Вт может составлять, по меньшей мере, 10 м в случае нормальных шу мовых условий (и при использовании оптимального способа кодирования).

Если сейсмоприемники 26 расположены линейно вдоль линии 10, для определения относительных положений сейсмоприемников можно использовать единственный акустический источник. Если сейсмоприемники 26 расположены с образованием конфигурации на площади, то предпочтительно использовать два акустических источника. С помощью двух излучателей на каждую группу (основного акустического приемника-излучателя 30 и дополнительного акустического излучателя 32) путем триангуляции можно определить относительное положение каждого сейсмоприемника 26 в группе. В предпочтительном варианте реализации это расстояние можно измерить акустическим способом, когда основной приемник-излучатель 30 снабжен микрофоном. Он также может прослушивать сигналы, создаваемые дополнительным акустическим излучателем 32.

Однако положения сейсмоприемников 26 можно определять только с некоторой степенью точности, т.е. в пределах некоторой области неопределенности. Форма и размер этой области неопределенности будут зависеть от положения сейсмоприемника 26 относительно источника (источников), т.е. основного акустического приемника-излучателя 30 и дополнительного акустического излучателя 32. При использовании двух источников для триангуляции сейсмоприемника геометрическое двухмерное положение можно найти без базиса отсчета абсолютного азимута. Чтобы получить базис отсчета абсолютного азимута, дополнительный акустический излучатель 32 нужно расположить относительно основного акустического приемникаизлучателя 30 в известном азимутальном направлении. Этого можно достичь расположением дополнительного акустического излучателя 32 в направлении линии по отношению к основному акустическому приемнику-излучателю 30 (который находится вблизи трассировочного колышка 14). Азимут в направлении линии можно получить путем визуального совмещения с трассировочным колышком 14 следующей группы (в заранее определенном направлении по направлению к группе с возрастающим номером или к группе с убывающим номером). Другой способ получения базиса отсчета абсолютного азимута заключается в расположении дополнительного акустического излучателя 32 всегда в определенной азимутальной ориентации относительно основного акустического приемника-излучателя 30, например на север. Размещение дополнительного акустического излучателя 32 с соответствующей азимутальной регулировкой можно поручить бригаде укладки, или съемочная бригада может разместить дополнительный колышек 36 в соответствующей азимутальной ориентации по отношению к трассировочному колышку 14, а бригада уклад ки может расположить дополнительный акустический излучатель 32 возле этого дополнительного колышка.

Если известна следующая информация: 1) положение основного акустического приемника-излучателя 30, 2) расстояния от основного акустического приемника-излучателя 30 и от дополнительного акустического излучателя 32 до отдельного сейсмоприемника 26, 3) расстояние от дополнительного акустического излучателя до основного акустического приемникаизлучателя и 4) азимутальная ориентация дополнительного акустического излучателя по отношению к основному акустическому приемнику-излучателю, то существуют только два возможных положения для сейсмоприемника 26 (на противоположных сторонах относительно линии, проходящей через основной акустический приемник-излучатель и дополнительный акустический излучатель). Эта задача двух возможных положений нуждается в решении только при трехмерных системах.

Существует несколько способов решения задачи двух возможных мест для определения истинного положения сейсмоприемника 26. Например, можно использовать третий акустический источник (расположенный вне линии в известной ориентации по отношению к основному акустическому приемнику-излучателю 30 и к дополнительному акустическому излучателю 32). Когда основной акустический приемник-излучатель 30 и дополнительный акустический излучатель 32 соседней станции не расположены на одной линии с основным акустическим приемником-излучателем и дополнительным акустическим излучателем текущей станции, то можно использовать одно из этих устройств соседней станции в качестве третьего акустического источника.

Еще одна процедура для получения того же самого результата заключается в использовании сигнала сейсмического источника для нахождения этого положения. При сборе сейсмических данных в трех измерениях сейсмический источник перемещают вокруг системы сбора сейсмических данных, так что азимут источника (для данной группы сейсмоприемников) изменяется в полном диапазоне. Этот азимут будет распознаваться компьютером сбора данных, поскольку положение источника является одним из основных параметров, используемых для контроля качества сейсмических данных. Когда азимут источника смещен от линии 10, поверхностную волну, генерируемую сейсмическим источником, можно использовать для определения соответствующей ориентации группы относительно линии. Это позволяет решить задачу линейной симметрии акустического позиционирования. Конфигурации датчиков можно определить по первому вступлению сигнала цифровых сейсмоприемников 26 каждой группы. Это осуществимо, поскольку данные от каждого из датчиков получают отдельно. Другими словами, датчик, наиболее близкий к источнику, будет первым обнаруживать вступление поверхностной волны по сравнению с более удаленным датчиком. Однако следует помнить, что при сложной статике этот процесс может подвергаться возмущениям.

Теперь будет более подробно описан способ использования элементов системы позиционирования. Как показано на фиг. 4, первый этап 38 заключается в разработке плана расположения. На этом этапе разрабатывают план сбора сейсмических данных, который позволяет выполнить геофизические задачи, поставленные заказчиком (т.е. который обеспечивает возможность получения адекватных изображений подземного слоя на подготовленном участке), и минимизировать ограничения, накладываемые рельефом местности на деятельность полевых бригад. Следующий этап 40 разведки и установки трассировочных колышков включает посещение площадки съемочной бригадой, осуществление измерений положений и установку трассировочных колышков, которыми обозначают, где на поверхности грунта находятся желаемые места расположения станций.

При использовании варианта осуществления системы согласно изобретению на трассировочном колышке закрепляют электронный маркер 34 трассировочного колышка. Нет необходимости располагать колышки в порядке возрастания электронных кодовых значений. В действительности, отдельная связка колышков, с которой работает съемочная бригада, может содержать несколько колышков с одинаковыми значениями электронных маркеров. Опасность путаницы во время процесса перекрестной проверки невелика, поскольку число значений маркеров очень большое. При установке колышка в грунт на нем обычно записывают возрастающий номер колышка. Наконец, в съемочную таблицу вносят следующие значения: номер колышка, истинные измеренные координаты колышка и значение электронного маркера колышка.

Кроме того, геофизик может установить дополнительный колышек 36 в качестве позиционирующего ориентира для дополнительного источника позиционирования (дополнительного акустического излучателя). Этот колышек, обычно не имеющий опорного значения, можно установить на расстоянии примерно 2 м от основного колышка в заданном азимутальном направлении. Для определения азимута можно использовать компас, при этом точность 5° обычно является достаточной. Расстояние можно оценивать с точностью 0,5 м. Точность не влияет на процесс позиционирования, поскольку расстояние между основным акустическим приемником-излучателем 30 и дополнительным акустическим излучателем 32 будет определяться путем акустического позиционирования.

На этапе 42 развертывания датчиков бригада укладки датчиков устанавливает другие составные части аппаратуры сбора сейсмических данных, включая цифровые сейсмоприемники 26, которые располагают в заданной конфигурации вокруг трассировочного колышка 14, и другую аппаратуру позиционирования (узел 28 позиционирования, основной акустический приемник-излучатель 30, дополнительный акустический излучатель 32). Провода от электронного маркера 34 трассировочного колышка подключают к основному акустическому преобразователю (основному акустическому приемнику-излучателю 30) . Поскольку эти провода являются короткими, основной акустический приемник-излучатель 30 необходимо размещать возле трассировочного колышка 14. Как указано выше, дополнительный источник (дополнительный акустический излучатель 32) следует располагать либо в окрестности дополнительного колышка 36, либо в заранее определенном азимутальном направлении по отношению к основному акустическому приемнику-излучателю 30.

Когда все аппаратное обеспечение устройства сбора сейсмических данных размещено и подключено к центральной системе, можно начинать контроль отклонений и сбор данных. Это обычно осуществляют на стадии 44 определения действительных положений. В центральной системе обычным способом (или группе сейсмоприемников) присваивают электрические адреса и связывают их с номерами колышков. Во время этого процесса сопоставления следует учитывать информацию относительно нелинейного или дискретного распределения аппаратного обеспечения и конфигурации сети (непроходимые расщелины, многочисленные хребты и т.д.).

После завершения этого процесса сопоставления обычно с помощью системы сбора сейсмических данных выполняют квазиодновременное обнаружение электронных маркеров для всех групп. В центральной системе осуществляется сравнение обнаруженных значений маркеров с ожидаемыми значениями маркеров, взятыми из съемочной таблицы. Если имеется расхождение, то существует ошибка в съемочной таблице или была допущена ошибка при расположении аппаратуры в линии.

После стадии обнаружения колышков и контроля схемы сопоставления можно производить определение относительных положений сейсмоприемников в каждой группе. Во-первых, измеряют расстояние между основным акустическим приемником-излучателем 30 и дополнительным акустическим излучателем 32. В данном случае дополнительный акустический излучатель 32 излучает звуковую волну, тогда как основной акустический приемник-излучатель 30 находится в режиме приема (при использовании микрофона). Этот процесс описан выше.

Во-вторых, осуществляют измерение расстояния между основным акустическим приемником-излучателем 30 и каждым сейсмоприемником группы. Для этого основной акустический приемник-излучатель 30 излучает звуковую волну, тогда как все цифровые сейсмоприемники 26 совместно со своими микрофонами находятся в режиме приема. Физически опрос всех сейсмоприемников выполняют одновременно. Это позволяет передавать кодированный сигнал с помощью основного акустического приемника-излучателя 30 только один раз.

В-третьих, осуществляют измерение расстояний между дополнительным акустическим излучателем 32 и всеми сейсмоприемниками в группе. Это делают таким же образом, как и измерение расстояния от основного акустического приемника-излучателя 30 до каждого сейсмоприемника.

Наконец, путем двухмерной триангуляции определяют остальные расстояния. Обычно координаты X, Υ рассчитывают, предполагая, что ось Х задана линией, проходящей через основной акустический приемник-излучатель 30 и дополнительный акустический излучатель 32. Эти координаты положения можно использовать для контроля качества. Сейсмические датчики с некорректными положениями могут быть представлены оператору системы, или эта информация используется при формировании цифровой группы.

Расстояния между основными акустическими приемниками-излучателями 30 и дополнительными акустическими излучателями 32 последовательных групп (т.е. соседних трассировочных колышков 14) также можно измерить, используя способ и аппаратуру согласно изобретению. Для этого основной акустический приемник-излучатель 30 одной станции излучает звуковую волну, тогда как основной акустический приемник-излучатель 30 другой станции находится в режиме приема (вместе с микрофоном). Эти измерения можно использовать либо для контроля качества, либо для цифровой коррекции. Еще одна причина, по которой передача по воздуху между группами акустического сигнала используется в способе и аппаратуре согласно изобретению, заключается в необходимости уточнения того, что основной акустический приемник-излучатель 30 и дополнительный акустический излучатель 32 в данной группе расположены в правильном порядке.

Кроме того, основной акустический приемник-излучатель 30 и дополнительный акустический излучатель 32 можно использовать для подтверждения того, что сейсмоприемники 26 размещены в нужном порядке (т.е. размещение сделано по заданной схеме в установленном порядке). В случае ошибки необходимо рассчитать симметрию группы для координаты ΧΥ. Если группа размещена неправильно, следует определить симметричную координату ΧΥ и передать ее в устройство формирования цифровой группы. На практике это определение обычно осуществляется в устройстве для формирования цифровой группы.

Существуют два основных способа использования информации о положении сейсмического датчика. В одном способе измерения действительного положения каждого сейсмического датчика непосредственно учитывают на каждом этапе процесса обработки сейсмических данных. Это часто требует предельно (и непомерно) высоких затрат ресурсов компьютера.

В другом способе используют тот факт, что при сейсмической разведке в большинстве станций сейсмоприемники развернуты в заранее запланированных местах, и последовательность обработки устанавливают на основе этих заранее запланированных положений. Один способ для эффективной обработки сейсмических данных, полученных при этих условиях, заключается в сравнении действительных положений сейсмических датчиков с их запланированными положениями. Этот этап показан на фиг. 4 как этап 46 расчета отклонения. Если различия в положениях ниже определенного порогового уровня, сейсмические данные можно обрабатывать обычным образом. Если различия в положениях превышают определенный уровень, эти различия в положениях можно использовать на этапе 48 для компенсации отклонения. Наиболее простой способ компенсации отклонений заключается в игнорировании (т.е. либо путем отказа от записи, либо путем удаления) сейсмических данных, полученных от датчиков с неподходящими положениями. Более сложные способы включают определение центра тяжести группы во время объединения цифровых данных с использованием адекватных математических схем компенсации. Для математического перемещения центра тяжести группы из действительного положения в запланированное положение можно использовать, например, интерполяционные схемы.

В способах обработки сейсмических данных многих видов, таких как цифровая фильтрация для ослабления шума, имеются предположения, касающиеся геометрии группы сейсмических датчиков. Если действительные положения сейсмических датчиков существенно отличаются от запланированных или предполагаемых положений, эти способы могут не обеспечивать выполнения заданных функций. Например, если сейсмоприемники в отдельной группе размещены пачкой из-за ограничений, накладываемых рельефом местности, алгоритм устранения поверхностной волны может не обеспечить эффективного подавления поверхностной волны на этой станции. В этом случае может оказаться предпочтительным вообще не обрабатывать сейсмические данные, полученные сейсмоприемниками в этой группе, с помощью алгоритма устранения поверхностной вол ны. В некоторых случаях можно использовать уровневый подход, в котором относительно небольшие отклонения положений корректируют первым способом, а относительно большие отклонения положений корректируют вторым способом.

В предпочтительном варианте осуществления способа и устройства согласно изобретению сделана попытка использования существующих составных элементов системы сбора сейсмических данных для выполнения новых функций, необходимых для определения положений сейсмических датчиков. Примеры использования существующих составных элементов включают определение значения электронного маркера 34 трассировочного колышка путем использования сопротивления и емкости сейсмоприемника с помощью полевой испытательной электроники, формирование передаваемого по воздуху акустического сигнала с использованием источника полевой испытательной электроники, преобразование принятого передаваемого по воздуху акустического сигнала в цифровой формат путем использования аналого-цифрового преобразователя, применяемого для оцифровки принимаемых сейсмических сигналов, передачу принятого передаваемого по воздуху акустического сигнала по тому кабелю, который используют для передачи сейсмических данных, и использование сигнала сейсмического источника для разрешения неоднозначности двух возможных положений при определении положений сейсмических датчиков в случае трехмерной сейсмической разведки.

Для специалиста в данной области техники очевидны многочисленные альтернативные варианты осуществления способа и устройства, описанных выше. Вместо резисторов и конденсаторов на колышке, описанных выше, для дистанционной идентификации трассировочного колышка можно использовать устройство для считывания штрихового кода. Каждый колышек может быть маркирован оригинальным штриховым кодом, например этикетка штрихового кода может быть наклеена на колышек. Аналогично, узел 28 позиционирования может быть снабжен считывателем штрихового кода. Применение этого способа обеспечивает хорошую систему кодирования для обнаружителя колышка. Колышек является дешевым и может быть защищен от действия воды. Во время размещения аппаратного обеспечения для сбора данных необходимо организовать соответствующую линию связи между считывателем штрихового кода и маркером со штриховым кодом, заменив непосредственное электрическое соединение, использованное в описанном выше варианте осуществления.

Дальнейшей альтернативой описанным резисторам и конденсаторам являются индуктивные аналоговые преобразователи. В простых случаях с трассировочным колышком, снабжен ным стальным проводом, обнаружение может быть основано на магнитных свойствах провода. Датчиком может быть трансформатор с воздушным зазором, металл колышка будет замыкать воздушный зазор. Результатом измерения может быть изменение импеданса первичной обмотки или среднеквадратическое значение сигнала вторичной обмотки. Измерение можно выполнять на одной частоте. Для измерения этого вида электронику обычно размещают в узле 28 позиционирования. Датчик может быть небольшим, обычно размер стороны составляет всего несколько сантиметров, и может быть подключен непосредственно к узлу 28 позиционирования или к основному акустическому приемникуизлучателю 30. Как правило, система этого типа позволяет обнаружить только факт снабжения колышка проводом, а кодирование колышка обычно невозможно до образования на проводе колышка настраиваемых или резонансных схем.

Кроме того, вместо резисторов/конденсаторов колышка можно использовать электронные маркеры. Эти электронные маркеры разработаны для маркировки элементов и являются небольшими электронными приборами, которые содержат запоминающее устройство. Некоторые из этих приборов содержат постоянное запоминающее устройство, тогда как другие - электрически стираемую программируемую постоянную память. Эти приборы обычно защищены от действия воды, небольшие и дешевые. Для подключения самых простых моделей к узлу позиционирования можно использовать соединение двумя проводами. В случае более совершенных моделей для получения доступа к информации в памяти можно организовать беспроводную цифровую связь между основным управляющим компьютером и прибором. Преимущество беспроводной связи этого типа заключается в том, что для бригады укладки датчиков исключается необходимость физического подключения прибора к другим составным частям системы сбора сейсмических данных. Эти приборы обычно снабжают встроенной миниатюрной антенной. Энергия для питания внутренней электроники обычно вырабатывается внутри прибора путем выпрямления принятых антенной сигналов. Вследствие наличия режима выработки энергии и телеметрической системы расстояние между контроллером и прибором обычно ограничено небольшим интервалом (10-100 см).

При сейсмической разведке на суше эти приборы могут быть установлены на трассировочном колышке. Узел 28 позиционирования можно снабдить соответствующей электроникой и антенной для управления беспроводной связью с прибором и для получения эталонного значения для колышка. Кроме того, ограничение дальности телеметрии гарантирует, что узел 28 позиционирования будет расположен на небольшом расстоянии от трассировочного колышка. Это гарантирует, что начало отсчета акустического позиционирования находится на соответствующем месте. Цифровой маркер будет передавать по беспроводной линии связи свою метку по запросу из узла 28 позиционирования. Обычно эта связь может осуществляться в пределах 25 см. Маркер является небольшим прибором (имеющим типичный диаметр 3 мм и длину 30 мм) и включает в себя электронику для выполнения следующих функций: снабжение питанием, обращение к памяти, телеметрический контроль и прием. При использовании элемента этого типа значение для электронного маркера передается по беспроводной линии связи до того, как оно передается по кабелю передачи сейсмических данных в передвижную геофизическую лабораторию.

Кроме того, если маркер содержит память чтения/записи, информация о положении может быть непосредственно загружена в маркер съемочной бригадой. После этого система сбора сейсмических данных сможет непосредственно считывать информацию о положении с электроники трассировочного колышка, при этом исключается всякая необходимость создания поисковой таблицы, содержащей листы значений для колышков и мест нахождений колышков. Информацию об измеренных положениях можно получить, используя наземное геодезическое оборудование или аппаратуру системы глобального позиционирования.

Аналогичным образом аппаратуру системы глобального позиционирования можно непосредственно применить в способе и устройстве согласно изобретению. При использовании этого варианта осуществления электронный маркер 34 трассировочного колышка может состоять из приемника системы глобального позиционирования, включающего запоминающее устройство, обеспечивающее возможность непосредственного считывания передвижной геофизической лабораторией 20 абсолютного местоположения трассировочного колышка 14.

Для специалиста в данной области техники очевидны также другие конфигурации развертывания системы. Вместо использования отдельных электронных маркеров 34 трассировочных колышков съемочная бригада может включить в узел 28 позиционирования аналогичный идентификатор значения, оставив узел около желаемого места 12 расположения станции. В этом альтернативном варианте осуществления узел 28 позиционирования будет идентификатором места расположения, используемым для связывания отдельного канала сбора данных с измеренными координатами местоположения устройства.

Настоящее изобретение включает в себя любой новый признак или новую совокупность признаков, раскрытых в настоящей заявке, выраженных как прямо, так и косвенно.

Claims (45)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для сбора сейсмических данных в условиях суши или переходной зоны, содержащее устройство позиционирования, сейсмический датчик, размещенный возле устройства позиционирования, средство для определения расстояния между сейсмическим датчиком и устройством позиционирования с использованием передачи по воздуху акустического сигнала между устройством позиционирования и сейсмическим датчиком.
2. 2. Устройство по п.1, в котором передача по воздуху акустического сигнала осуществляется громкоговорителем в устройстве позиционирования и принимается микрофоном сейсмического датчика.
3. 3. Устройство по п.2, в котором передача по воздуху акустического сигнала, принятая микрофоном на сейсмическом датчике, преобразуется из аналогового в цифровой формат с использованием аналого-цифрового преобразователя, который также используется для преобразования сейсмических сигналов, принятых сейсмическим датчиком, из аналогового в цифровой формат.
4. 4. Устройство по п.2 или 3, в котором передача по воздуху акустического сигнала, принятая микрофоном на сейсмическом датчике, передается с использованием кабеля, который также используется для передачи сейсмических данных, принятых сейсмическим датчиком.
5. 5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором передача по воздуху акустического сигнала представляет собой акустический сигнал с расширенным спектром.
6. 6. Устройство по любому из пп.1-5, в котором передача по воздуху акустического сигнала представляет собой импульсный с качанием частоты или с качанием частоты и цифровым кодированием акустический сигнал.
7. 7. Устройство по любому из пп.1-6, в котором передача по воздуху акустического сигнала формируется схемой формирования сигнала, которая также используется для контроля сейсмического датчика.
8. 8. Устройство по любому из пп.1-7, которое дополнительно содержит датчик температуры для измерения температуры воздуха возле сейсмического датчика или устройства позиционирования.
9. 9. Устройство по любому из пп.1-8, которое дополнительно содержит трассировочный сигнал и в котором устройство позиционирования размещено возле трассировочного колышка.
10. 10. Устройство по любому из пп.1-9, в котором устройство позиционирования является первым устройством позиционирования, при этом установка дополнительно содержит второе устройство позиционирования и средство для определения расстояния между вторым устройством позиционирования и сейсмическим датчиком с использованием передачи по воздуху акустического сигнала между вторым устройством позиционирования и сейсмическим датчиком.
11. 11. Устройство по п.10, которое дополнительно содержит средство для определения расстояния между первым устройством позиционирования и вторым устройством позиционирования.
12. 12. Устройство по п. 11, в котором в средстве для определения расстояния между первым устройством позиционирования и вторым устройством позиционирования использована передача по воздуху акустического сигнала между первым устройством позиционирования и вторым устройством позиционирования.
13. 13. Устройство по любому из пп.10-12, в котором первое устройство позиционирования и второе устройство позиционирования соединены кабелем.
14. 14. Устройство по любому из пп.10-13, в котором второе устройство позиционирования расположено в заранее определенной азимутальной ориентации по отношению к первому устройству позиционирования.
15. 15. Устройство по любому из пп. 10-14, дополнительно содержащее средство для подтверждения того, что второе устройство позиционирования расположено в заранее определенной азимутальной ориентации по отношению к первому устройству позиционирования.
16. 16. Устройство по любому из пп.10-15, в котором сигнал сейсмического источника использован для разрешения неоднозначности линейной симметрии при определении положения сейсмического датчика по отношению к первому устройству позиционирования и второму устройству позиционирования.
17. 17. Устройство по любому из пп.1-16, в котором сейсмический датчик является первым сейсмическим датчиком, а установка содержит дополнительные сейсмические датчики и средство для определения расстояния между дополнительными сейсмическими датчиками и устройством позиционирования с использованием передачи по воздуху акустического сигнала между устройством позиционирования и дополнительными сейсмическими датчиками.
18. 18. Устройство по п.17, которое дополнительно содержит средство для определения центра тяжести группы из первого сейсмического датчика и дополнительных сейсмических датчиков.
19. 19. Устройство по п.17, которое дополнительно содержит средство для определения того, расположены ли первый сейсмический датчик и дополнительные датчики в предусмотренном порядке.
20. 20. Устройство по любому из пп.1-19, в котором сейсмический датчик и устройство пози ционирования расположены на первой сейсмической станции, а установка содержит дополнительное устройство позиционирования, расположенное на второй сейсмической станции, и средство для определения расстояния между устройством, расположенным на первой сейсмической станции, и устройством, расположенным на второй сейсмической станции.
21. 21. Способ определения положения сейсмического датчика, предназначенного для получения сейсмических данных в условиях суши или переходной зоны, заключающийся в том, что размещают устройство позиционирования в отдельном месте, размещают сейсмический датчик возле устройства позиционирования, и определяют расстояние между сейсмическим датчиком и устройством позиционирования, используя передачу по воздуху акустического сигнала между устройством позиционирования и сейсмическим датчиком.
22. 22. Способ по п.21, в котором передачу по воздуху акустического сигнала создают посредством громкоговорителя в устройстве позиционирования и принимают микрофоном на сейсмическом датчике.
23. 23. Способ по п.22, в котором передачу по воздуху акустического сигнала, принятую микрофоном на сейсмическом датчике, преобразуют из аналогового в цифровой формат, используя аналого-цифровой преобразователь, который также используют для преобразования сейсмических сигналов, принятых указанным сейсмическим датчиком, из аналогового в цифровой формат.
24. 24. Способ по п.22 или 23, в котором передачу по воздуху акустического сигнала, принятого микрофоном на сейсмическом датчике, передают, используя кабель, который также используют для передачи сейсмических данных, принятых сейсмическим датчиком.
25. 25. Способ по любому из пп.21-24, в котором передача по воздуху акустического сигнала представляет собой акустический сигнал с расширенным спектром.
26. 26. Способ по любому из пп.21-25, в котором передача по воздуху акустического сигнала представляет собой импульсный с качанием частоты или с качанием частоты и цифровым кодированием акустический сигнал.
27. 27. Способ по любому из пп.21-26, в котором передачу по воздуху формируют посредством схемы формирования сигнала, которую также используют для контроля сейсмического датчика.
28. 28. Способ по любому из пп.21-27, в котором дополнительно измеряют температуру воздуха возле сейсмического датчика или устройства позиционирования.
29. 29. Способ по любому из пп.21-28, в котором устройство позиционирования размещают возле трассировочного сигнала.
30. 30. Способ по любому из пп.21-29, в котором устройство позиционирования является первым устройством позиционирования, а способ содержит этап, на котором определяют расстояние между вторым устройством позиционирования и сейсмическим датчиком, используя передачу по воздуху акустического сигнала между вторым устройством позиционирования и сейсмическим датчиком.
31. 31. Способ по п.30, в котором дополнительно определяют расстояние между первым устройством позиционирования и вторым устройством позиционирования.
32. 32. Способ по п.31, в котором при определении расстояния между первым устройством позиционирования и вторым устройством позиционирования используют передачу по воздуху акустического сигнала между первым устройством позиционирования и вторым устройством позиционирования.
33. 33. Способ по любому из пп.30-32, в котором первое устройство позиционирования и второе устройство позиционирования соединяют кабелем.
34. 34. Способ по любому из пп.30-33, в котором второе средство позиционирования располагают в заранее определенной азимутальной ориентации по отношению к первому устройству позиционирования.
35. 35. Способ по любому из пп.30-34, который дополнительно содержит этап, на котором подтверждают, что второе устройство позиционирования расположено в заранее определенной азимутальной ориентации по отношению к первому устройству позиционирования.
36. 36. Способ по любому из пп.30-35, в котором сигнал сейсмического источника используют для разрешения неоднозначности линейной симметрии при определении положения сейсмического датчика по отношению к первому устройству позиционирования и второму устройству позиционирования.
37. 37. Способ по любому из пп.21-35, в котором сейсмический датчик является первым сейсмическим датчиком, а в устройстве используют дополнительные сейсмические датчики и этап, на котором определяют расстояние между дополнительными сейсмическими датчиками и устройством позиционирования, используя передачу по воздуху акустического сигнала между устройством позиционирования и дополнительными сейсмическими датчиками.
38. 38. Способ по п.37, в котором дополнительно рассчитывают центр тяжести группы из первого сейсмического датчика и дополнительных сейсмических датчиков.
39. 39. Способ по п.37, в котором дополнительно определяют, расположены ли первый сейсмический датчик и дополнительные сейсмические датчики в предусмотренном порядке.
40. 40. Способ по любому из пп.21-39, в котором сейсмический датчик и устройство позиционирования располагают на первой сейсмической станции и, кроме того, используют устройство позиционирования, расположенное на второй сейсмической станции, и определяют расстояние между устройством, расположенным на первой сейсмической станции, и устройством, расположенным на второй сейсмической станции.
41. 41. Способ по любому из пп.21-40, в котором дополнительно регистрируют сейсмические данные, полученные сейсмическим датчиком, и приписывают координаты положения датчика сейсмическим данным на основе расстояния между сейсмическим датчиком и устройством позиционирования.

    Фиг. 1
42. 42. Способ по любому из пп.21-41, в котором дополнительно рассчитывают отклонение между координатами действительного положения сейсмического датчика и запланированными координатами положения сейсмического датчика.
43. 43. Способ по п.42, в котором дополнительно компенсируют отклонение между действительными координатами положения сейсмического датчика и запланированными координатами положения сейсмического датчика.
44. 44. Способ по п.43, в котором на стадии компенсации математически перемещают центр тяжести группы от действительного положения к запланированному положению.
45. 45. Способ по п.44, в котором на стадии компенсации обходят цифровой процесс устранения поверхностной волны.