EA006683B1 - Устройство, система и способ сбора геофизических данных - Google Patents

Abstract

Описаны система сбора данных, предназначенная для сбора геофизических данных, соответствующий способ и устройство сбора данных, предназначенное для использования с указанными системой и способом. Система (10) содержит множество устройств (14) сбора данных, предназначенных для сбора геофизических данных, причем каждое устройство (14) сбора данных поддается соединению по меньшей мере с одним датчиком (15) и приспособлена в течение использования собирать геофизические данные по меньшей мере от одного датчика (15). Каждое устройство (14) сбора данных содержит средство (48) для обеспечения временной ссылки, приспособленное для генерирования данных временной ссылки, используемых для регулирования времени, при которых делают выборки геофизических данных. Система (10) дополнительно содержит средство для вычисления пространственных производных между выборками, ассоциированными с соседними датчиками (15), соединенными в течение использования с устройствами (14) сбора данных.

Description

Известно, что для обеспечения системы сбора данных, которая включает в себя множество связанных в общую сеть устройств сбора данных, каждое устройство сбора данных, соединено по меньшей мере с одним датчиком и приспособлено собирать данные разведки от датчиков. Принятые данные разведки проходят для обработки через сеть к центральному вычислительному устройству. Посредством сети также осуществляется синхронизация принимаемых данных разведки.

Однако недостатком такой компоновки является то, что собранные данные разведки часто включают в себя значительное количество шума, которое может иметь существенно большую величину, чтобы затенять требуемую реакцию сигнала, ассоциированную с объектом, находящимся на относительно большой глубине.

В формуле изобретения, которая следует далее, и в предшествующем ей описании настоящего изобретения, за исключением того, где контекст требует иначе вследствие языка выражения или необходимого вовлечения, слово содержит или его вариации, например содержащий, используется в смысле включает в себя, то есть для определения присутствия указанных элементов, но не для исключения присутствия или дополнения элементов в различных вариантах осуществления настоящего изобретения.

Сущность настоящего изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечивается система сбора данных, предназначенная для сбора геофизических данных, содержащая по меньшей мере одно устройство сбора данных, поддающееся соединению с множеством датчиков и приспособленное в течение использования для одновременного сбора геофизических данных от датчиков, причем одно или каждое устройство сбора данных содержит средство для обеспечения временной ссылки, приспособленное для генерирования данных временной ссылки, пригодное для регулирования времени, при котором берутся выборки геофизических данных; и средство для вычисления пространственных производных между одновременными выборками, ассоциированными с соседними датчиками, соединенными в течение использования по меньшей мере с одним устройством сбора данных для получения обработанных геофизических данных с меньшим шумом.

Средство для обеспечения временной ссылки предпочтительно содержит приемник глобальной системы навигации и определения положения. В альтернативном варианте или в дополнение, средство для обеспечения временной ссылки может содержать прецизионный генератор, предпочтительно прецизионный термостатированный кварцевый генератор и счетчик, приспособленный считать сигналы, генерируемые генератором.

В вариантах осуществления, которые включают в себя генератор, устройство сбора данных предпочтительно приспособлено принимать синхронизирующие сигналы, используемые средствами для обработки данных для регулировки частоты генератора и для регулировки времен, при которых делаются выборки геофизических данных так, чтобы времена, при которых делаются выборки геофизических данных, были синхронизированы с временами, при которых делаются выборки геофизических данных в других устройствах сбора данных.

Устройство сбора данных предпочтительно приспособлено для приема программ и для хранения программ в запоминающем средстве для данных для последующего выполнения средствами для обработки данных.

Устройство сбора данных предпочтительно приспособлено вычислять среднюю величину выборки для множества соответствующих величин повторных выборок, когда множество операций сбора данных выполняется как часть геофизической разведки для уменьшения влияния помехи на выборки и уменьшения количества данных. Устройство сбора данных может быть приспособлено для сравнения повторных выборок и для отбраковки выборок, которые отличаются на предварительно определенную величину от большинства повторных выборок.

Устройство сбора данных предпочтительно приспособлено вычислять среднюю величину выборки для множества последовательных выборок, сделанных в течение операции сбора данных, выполненной как часть геофизической разведки для получения репрезентативной выборки для последовательных выборок.

Устройство сбора данных предпочтительно приспособлено оценивать величину помехи, имеющейся в месте разведки. Величина имеющейся помехи может быть оценена путем выполнения первой операции сбора данных с характерным магнитным полем первой полярности для получения первой реакции, выполнения второй операции сбора данных с характерным магнитным полем второй полярности для получения второй реакции и вычисления суммы первой и второй реакций для побуждения уравновешивания первой и второй реакций.

- 1 006683

Устройство сбора данных предпочтительно приспособлено фильтровать собранные геофизические данные для удаления периодической помехи.

Устройство сбора данных предпочтительно приспособлено преобразовывать собранные геофизические данные в частотную область при использовании разложения в ряд Фурье.

Устройство сбора данных предпочтительно приспособлено генерировать по меньше мере один индикатор качества для использования при оценке качества собранных данных геофизической разведки.

Устройство сбора данных предпочтительно приспособлено для вычисления величины квадратического отклонения для собранных данных геофизической разведки.

Устройство сбора данных предпочтительно приспособлено регулировать уровень усиления, прикладываемый к собранным геофизическим данным разведки, на основе оценки величины собранных данных геофизической разведки.

Система предпочтительно приспособлена экстраполировать в меньшую сторону собранные данные геофизической разведки для увеличения детали объекта, расположенной ниже поверхности области разведки.

Устройство сбора данных поддается соединению с источником и устройство сбора данных действует как блок управления источником энергии.

Устройство сбора данных предпочтительно содержит по меньшей мере один интерфейс, приспособленный для облегчения передачи обработанных геофизических данных и/или программ к устройству сбора данных или от устройства сбора данных. Для этой цели интерфейс может содержать инфракрасный интерфейс, последовательный интерфейс и/или сетевой интерфейс. Интерфейс может быть такого типа, который использует протоколы, реализуемые с помощью беспроводной связи, например, технологии В1ис1оо111.

В вариантах осуществления, которые содержат генератор, для облегчения передачи синхронизирующих сигналов к устройству сбора данных и от устройства сбора данных для обеспечения гарантии правильной синхронизации генератора с генераторами других устройств сбора данных, может быть предусмотрен синхронизирующий интерфейс.

Устройство сбора данных предпочтительно содержит средства отображения информации, которые могут быть жидкокристаллическим дисплеем и/или светодиодным индикатором, приспособленные для обеспечения информации для оператора в отношении того, является ли работа устройства сбора данных удовлетворительной и/или достаточное ли качество имеют обработанные данные разведки для последующего анализа. Такая информация может указывать на то, имеется ли дефект в устройстве сбора данных или в датчике, связанном с устройством для сбора данных или существуют ли другие условия, которые необходимы для работы оператора.

Устройство сбора данных предпочтительно приспособлено для хранения коэффициента коррекции для каждого датчика, соединенного в течение использования с устройством сбора данных, причем каждый коэффициент коррекции используют для коррекции изменений в чувствительности датчика.

Запоминающее средство для данных предпочтительно является РЬЛ§Н памятью. Кроме того, может быть предусмотрен накопитель на жестких дисках.

Система предпочтительно содержит множество устройств сбора данных.

В одном варианте осуществления устройство сбора данных содержит средство для вычисления пространственных производных.

В альтернативном варианте осуществления средство для вычисления пространственных производных отделено от устройства сбора данных. В этом варианте осуществления система может дополнительно содержать портативное вычислительное устройство, причем портативное вычислительное устройство включает в себя средство для вычисления пространственных производных.

Система предпочтительно дополнительно содержит по меньшей мере одно контрольное устройство сбора данных, причем каждое контрольное устройство сбора данных поддается соединению по меньшей мере с одним контрольным датчиком и приспособлено в течение использования осуществлять сбор геофизических данных по меньшей мере от одного контрольного датчика и делать выборки геофизических данных, собранных от датчиков; в которой средство для вычисления пространственных производных между выборками, ассоциированными с соседними датчиками, приспособлено вычислять первые пространственные производные между, по меньшей мере, некоторыми из датчиков, соединенных с устройствами сбора данных, и контрольным датчиком, соединенным с контрольным устройством сбора данных, в течение первой операции сбора данных, когда датчики расположены в первом местоположении, вычислять вторые пространственные производные между, по меньшей мере, некоторыми из датчиков, соединенных с устройствами сбора данных, и контрольным датчиком, соединенным с контрольным устройством сбора данных, в течение второй операции сбора данных, когда датчики расположены во втором местоположении, и вычислять разностную пространственную производную между первой и второй пространственными производными, причем каждая указанная разностная пространственная производная соответствует пространственной производной между датчиком, расположенным в первом местоположении, и датчиком, расположенным во втором местоположении.

- 2 006683

Система предпочтительно содержит средство для вычисления интеграла пространственных производных для получения обычных геофизических данных с меньшим шумом.

В одном варианте осуществления система также включает в себя источник энергии, приспособленный генерировать и направлять энергию к объему нижних горизонтов так, чтобы вызывать геофизическую реакцию и в соответствии с этим вызывать генерирование геофизических сигналов.

Источник энергии предпочтительно содержит передатчик и рамочную антенну передатчика.

Система предпочтительно приспособлена корректировать изменения величины тока передатчика в течение геофизической разведки. Система может быть приспособлена корректировать изменение величины тока передатчика, вызванное изменением (электрической) мощности, подаваемой к передатчику.

Система также предпочтительно содержит блок управления источником энергии, поддающийся соединению с источником энергии и приспособленный для сбора выходных данных из источника энергии, причем блок управления источником энергии содержит средство для обеспечения временных ссылок, приспособленное для генерирования данных временной ссылки, используемых для регулирования времени, при котором имеет место сбор выходных данных источника энергии и для приведения в соответствие выходных данных источника энергии с данными временной ссылки; и запоминающее средство для данных, предназначенное для хранения выходных данных источника энергии.

Блоком управления источником энергии предпочтительно является блок управления передатчиком, приспособленный для управления передатчиком для возбуждения рамочной антенной передатчика в соответствии с заданной частотой.

Блок управления источником энергии предпочтительно содержит подобные компоненты, что устройство сбора данных, так что блок управления передатчиком способен выполнять функции устройства сбора данных и наоборот.

Система предпочтительно приспособлена корректировать изменения величины тока передатчика в течение геофизической разведки. Система может быть приспособлена корректировать изменение величины тока передатчика, вызванного уменьшением мощности, подаваемой к передатчику.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения обеспечивается способ сбора геофизических данных, предусматривающий обеспечение по меньшей мере одного устройства сбора данных, приспособленного одновременно собирать геофизические данные от множества датчиков, соединенных при использовании по меньшей мере с одним устройством сбора данных;

соединение по меньшей мере одного геофизического датчика по меньшей мере с одним устройством сбора данных;

генерирование в устройстве сбора данных данных временной ссылки, пригодных для регулирования времени, при котором осуществляется сбор выборок геофизических данных; и вычисление пространственных производных между одновременными выборками, ассоциированными с соседними датчиками, соединенными в течение использования по меньшей мере с одним устройством сбора данных для получения обработанных геофизических данных с меньшим шумом.

Способ дополнительно предпочтительно содержит обеспечение по меньшей мере одного контрольного устройства сбора данных, приспособленного в течение использования собирать геофизические данные по меньшей мере от одного контрольного датчика;

соединение каждого контрольного устройства сбора данных по меньшей мере с одним контрольным датчиком;

вычисление первых пространственных производных, по меньшей мере, между некоторыми из датчиков, соединенных с устройствами сбора данных, и контрольным датчиком, соединенным с контрольным устройством сбора данных в течение первой операции сбора данных, когда датчики расположены в первом местоположении;

вычисление вторых пространственных производных, по меньшей мере, между некоторыми из датчиков, соединенных с устройствами сбора данных, и контрольным датчиком, соединенным с контрольным устройством сбора данных в течение второй операции сбора данных, когда датчики расположены во втором местоположении; и вычисление разностной пространственной производной между первыми и вторыми пространственными производными, причем каждая указанная разностная пространственная производная указывает на пространственную производную между датчиком, расположенным в первом местоположении, и датчиком, расположенным во втором местоположении.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает средство для вычисления интеграла пространственных производных для получения обычных геофизических данных с меньшим шумом.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает коррекцию изменений в источнике энергии, используя контрольное устройство сбора данных и ассоциированный контрольный датчик.

Средство для обеспечения временной ссылки предпочтительно содержит приемник глобальной системы навигации и определения положения. В альтернативном варианте или в дополнение, средство для обеспечения временной ссылки может содержать генератор, предпочтительно прецизионный термо

- 3 006683 статированный кварцевый генератор, и счетчик, приспособленный считать сигналы, генерируемые генератором.

В вариантах осуществления, которые включают в себя генератор, способ предпочтительно предусматривает прием в устройстве сбора данных синхронизирующих сигналов, используемых средствами для обработки данных для регулировки частоты генератора и в соответствии с этим для регулировки времени, при котором имеет место сбор геофизических данных так, чтобы время, при котором имеет место сбор геофизических данных, было синхронизировано с временем, при котором имеет место сбор геофизических данных в других устройствах сбора данных.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает вычисление средней величины выборки для множества соответствующих величин повторных выборок, когда множество операций сбора данных осуществляется как часть геофизической разведки для уменьшения влияния помехи на выборки и уменьшения количества данных.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает сравнение величин повторных выборок и отбраковку выборок, которые отличаются предварительно определенной величиной от большинства величин повторных выборок.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает вычисление средней величины выборки для множества последовательных выборок, взятых в течение операции сбора данных, выполняемой как часть геофизической разведки для получения репрезентативной выборки для последовательных выборок.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает оценку величины помехи, имеющей место в месте разведки. Величина имеющейся помехи может быть оценена путем выполнения первой операции сбора данных с характерным магнитным полем первой полярности для получения первой реакции, выполнение второй операции сбора данных с характерным магнитным полем второй полярности для получения второй реакции, и вычисления суммы первой и второй реакции для побуждения уравновешивания первой и второй реакций.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает фильтрацию собранных геофизических данных для удаления периодической помехи.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает преобразование собранных геофизических данных в частотную область, используя разложение в ряд Фурье.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает коррекцию изменений в величине источника энергии в течение геофизической разведки. Коррекция изменений в величине может предусматривать коррекцию изменения в величине источника энергии, вызванного изменением в прикладываемой мощности к источнику энергии.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает генерирование по меньшей мере одного индикатора контроля качества для использования в оценке качества собранных данных геофизической разведки.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает вычисление величины квадратического отклонения для собранных данных геофизической разведки.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает регулировку уровня усиления, прикладываемого к собранным данным геофизической разведки, на основе оценки величины собранных данных геофизической разведки.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает экстраполяцию до меньшего значения собранных данных геофизической разведки для увеличения детали объекта, расположенной ниже поверхности области разведки.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает облегчение передачи обработанных геофизических данных и/или программ к устройству сбора данных или от устройства сбора данных. Для этой цели интерфейс может содержать инфракрасный интерфейс, последовательный интерфейс и/или сетевой интерфейс.

В вариантах осуществления, которые содержат генератор, способ может также предусматривать облегчение передачи синхронизирующих сигналов к устройству сбора данных и от устройства сбора данных с целью гарантирования правильной синхронизации генератора с генераторами других устройств сбора данных.

Способ предпочтительно дополнительно предусматривает обеспечение средств отображения информации для обеспечения оператора информацией относительно того, является ли работа устройства сбора данных удовлетворительной и/или достаточного ли качества помеченные временной меткой обработанные данные разведки для последующего анализа. Указанная информация может указывать на то, имеется ли дефект, связанный с устройством сбора данных или с датчиком, соединенным с устройством сбора данных, или существуют ли другие условия, которые необходимы для действия оператора.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение будет описано только на примере со ссылкой на сопроводительные чертежи, где фиг. 1 - блок-схема системы сбора данных, соответствующей варианту осуществления настоящего изобретения;

- 4 006683 фиг. 2а и фиг. 2Ь - графики рельефных реакций объекта для X - и Ζ-составляющих, соответственно, при использовании нестационарной электромагнитной системы с неподвижной рамочной антенной;

фиг. 3 - блок-схема устройства сбора данных, соответствующего варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 4 - схематическое изображение матрицы устройств сбора данных, развернутой в области разведки в течение использования;

фиг. 5а и 5Ь - схематические изображения, иллюстрирующие способ использования относительно небольшого числа устройств сбора данных для осуществления разведки относительно небольшой области разведки;

фиг. 6 - блок-схема интерфейса устройства сбора данных, иллюстрируемого на фиг. 3; и фиг. 7 - блок-схема системы сбора данных, соответствующей альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения

На фиг. 1 иллюстрируется система 10 сбора геофизических данных в течение геофизической разведки. В этом примере система 10 представляет собой нестационарную электромагнитную систему, приспособленную генерировать и измерять магнитные поля, хотя должно быть очевидно, что настоящее изобретение в равной степени применимо к другим геофизическим разведкам, например, геофизическим разведкам, основанным на электрических полях или сейсмических измерениях, включая магнитотеллурические разведки и разведки с использованием индуцируемой поляризации.

Пример реакций, полученных из разведки при использовании нестационарной электромагнитной системы с неподвижной рамочной антенной для проводящего объекта, расположенного на глубине порядка 500 м, иллюстрируется на фиг. 2а и 2Ь, причем на фиг. 2а иллюстрируется профиль Хсоставляющей реакции, а на фиг. 2Ь иллюстрируется профиль Ζ-составляющей реакции. Реакции приведены в единицах мкВ/А передатчика для датчиков соленоидного типа эффективной площади 10000 м² При времени задержки более 250 мс, что составляет 250 мс после прекращения действия тока передатчика, объект становится поддающимся идентификации как изменение полярности 19 с Ζ-составляющей и как максимум 21 в Х-составляющей в местоположении, находящемся приблизительно над объектом. Как можно видеть, объект не поддается идентификации до тех пор, пока реакции не затухнут до величины, составляющей приблизительно 10 нВ/А. В соответствии с этим, для обнаружения такого объекта на глубине порядка 500 м при разведке с помощью нестационарной электромагнитной системы, уровень шума, ассоциированный с этой системой, должен быть значительно меньше, чем 10 нВ/А, так что реакция не будет затеняться шумом.

Система 10 включает в себя источник энергии, в этом примере в виде пары рамочных антенн 12 передатчика, причем каждая рамочная антенна 12 передатчика генерирует магнитное поле при прохождении электрического тока через рамочную антенну 12. Магнитное поле, генерируемое посредством рамочной антенны 12 передатчика, проходит в нижние горизонты земли и возбуждает токи в электропроводных компонентах в нижних горизонтах, которые, в свою очередь, возбуждают электромагнитные поля. Ток передатчика выключают через заданный период времени, что побуждает со временем затухание электромагнитных полей по величине. Затухающие электромагнитные поля измеряют посредством множества устройств 14 сбора данных и ассоциированных датчиков 15, расположенных вокруг требуемой области разведки, и считанные данные разведки затем дискретизируют при заданной частоте дискретизации так, чтобы сделать для каждого датчика выборки данных электромагнитного поля, которые уменьшаются по величине с каждой последующей выборкой. Данные выборок хранят в устройстве 14 сбора данных. Путем анализа выборок данных, принимаемых в устройствах 14 сбора данных, можно получить индикацию в отношении характеристик требуемого объема нижних горизонтов. На практике рамочные антенны 12 передатчика возбуждают по одной за раз и данные реакции от обеих рамочных антенн передатчика подвергают анализу для обеспечения индикации в отношении характеристик требуемого объема нижних горизонтов земли.

В этом примере датчики 15 являются датчиками соленоидного типа, предназначенными для измерения Ζ-составляющей электромагнитного поля. Каждый соленоид имеет пассивную площадь порядка 350 м². Можно изготовить такой соленоид, который имеет относительно низкие шумовые характеристики при частотах порядка 10 Гц.

Система 10 также включает в себя блок управления источником энергии в этом примере, блок управления 16 передатчиком и передатчик 18, причем блок управления 16 передатчиком приспособлен управлять передатчиком 18 так, чтобы включать рамочные антенны 12 передатчика с заданной частотой. Блок 16 управления передатчиком также служит для дискретизации тока передатчика с заданными интервалами, соответствующими частоте дискретизации в устройствах 14 сбора данных и для хранения выборок тока передатчика в блоке 16 управления передатчиком. Это может быть облегчено любым пригодным способом, например, путем включения шунтирующего резистора последовательно току передатчика.

Каждое из устройств 14 сбора данных приспособлено для генерирования данных временной ссылки, используемых для регулирования времен, при которых делаются выборки данных разведки. Анало

- 5 006683 гичным образом, блок 16 управления передатчиком приспособлен генерировать данные временной ссылки, используемые для регулирования времен, при которых делаются выборки тока передатчика.

В этом примере блок 16 управления передатчиком и каждое устройство 14 сбора данных содержат подобные компоненты и, как следствие, устройства 14 сбора данных способны работать как блок 16 управления передатчиком и наоборот. Для простоты ссылки, в последующем описании вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 14 сбора данных и блок 16 управления передатчиком будут называться узлами.

Однако, несмотря на то, что устройства 14 сбора данных и блок 16 управления передатчиком в следующих вариантах осуществления имеют одинаковые компоненты, очевидно, что это не является обязательным. В альтернативном варианте устройства 14 сбора данных и блок 16 управления передатчиком могут быть получены так, чтобы быть специально предназначенными для решения их соответствующих задач и, как результат, могут не быть взаимозаменяемыми.

На фиг. 3 иллюстрируется структура узла 14, 16.

Каждый из узлов 14, 16 содержит схемотехнику 20 и источник электропитания, который в этом примере используется в виде аккумуляторной батареи 22. В качестве альтернативного решения электропитание может подаваться от внешнего источника электропитания.

Схемотехника 20 включает в себя блок 26 обработки данных и управления, предназначенный для обработки данных разведки, принимаемых от датчиков, соединенных при использовании с узлом, когда узел используют в качестве устройства 14 сбора данных, для обработки данных сигнала тока передатчика, принимаемых от передатчика 18, когда узел используется в качестве блока 16 управления передатчиком, и для управления и координации работы узла 14, 16. Схемотехника 20 также содержит аналоговый интерфейс 28, предназначенный для сопряжения между блоком 26 обработки данных и управления и датчиками 15 или передатчиком 18, соединенными при использовании с узлом 14, 16, и блоком 30 защиты, предназначенным для защиты аналогового интерфейса 28 от повреждения, которое может иметь место как результат больших переходных напряжений отдатчиков 15.

Очевидно, что тип используемых датчиков будет зависеть от конкретного типа выполняемой операции геофизической разведки. В представленном примере разведку проводят с помощью нестационарной электромагнитной системы, а датчики являются датчиками соленоидного типа.

Схемотехника 20 также содержит интерфейс 36 ввода-вывода, приспособленный облегчать передачу информации между узлом 14, 16 и отдельным вычислительным устройством или между двумя узлами 14, 16. В этом примере интерфейс 36 ввода-вывода включает в себя последовательный интерфейс для облегчения передачи синхронизирующих сигналов к узлам 14, 16 для поддержания синхронизации времен дискретизации, и инфракрасный интерфейс для облегчения передачи данных геофизической разведки или передачи данных тока передатчика между узлами 14, 16 и отдельным вычислительным устройством, используя инфракрасное излучение. В этом примере инфракрасным интерфейсом является интерфейс Ассоциации передачи данных в инфракрасном диапазоне. Интерфейс ввода-вывода может также содержать сетевой интерфейс (не показан). Интерфейс ввода-вывода может в качестве альтернативного решения быть интерфейсом, который использует протоколы, реализуемые с помощью беспроводной связи, например, технологии В1ис(оо(11 ( новая универсальная технология беспроводной связи разнотипных микропроцессорных устройств локальной сети в диапазоне 2,4 ГГц, названная так в честь датского короля Гарольда II по прозвищу Голубой Зуб).

Схемотехника 20 также включает в себя интерфейс 38 передатчика, предназначенный для использования, когда узел работает как блок 16 управления передатчиком. Интерфейс 38 передатчика служит для передачи управляющих команд к передатчику 18 и может также быть использован для передачи данных токового сигнала от передатчика 18 к блоку 26 обработки данных и управления для дискретизации.

Схемотехника 20 также включает в себя жидкокристаллический дисплей 40 для отображения пользователю информации в отношении статуса работы узла 14, 16, пользовательскую панель 42 управления, предназначенную для облегчения пользователю прямого ввода управляющих команд в узлы 14, 16, и светодиодный индикатор 44, который предназначен для индикации пользователю статуса узла 14, 16, например, отказал ли узел 14, 16 и низка ли оставшаяся электрическая мощность аккумуляторной батареи 22, и так далее.

Блок 26 обработки данных и управления принимает сигналы, указывающие на синхронизацию, и данные местоположения от антенны 32 глобальной системы навигации и определения положения (ОР8) и генерирует данные временной ссылки, которые управляют временем, при котором делаются выборки данных разведки и тока передатчика.

Блок 26 обработки данных и управления включает в себя процессор 46 и модуль 48 синхронизации, функционально связанный с антенной 32 глобальной системы навигации и определения положения, и приспособлен для генерирования данных временной ссылки, используя сигналы, принимаемые от антенны 32 глобальной системы навигации и определения положения.

В случае устройства 14 сбора данных данные временной ссылки используют для управления временами, при которых делаются выборки собранных данных разведки, принимаемых от датчиков 15. В случае блока 16 управления передатчиком, данные временной ссылки используют для управления вре

- 6 006683 менами, при которых делаются выборки тока передатчика. Благодаря связи данных временной ссылки с выборками принимаемых данных разведки и выборками тока передатчика, система 10 способна точно синхронизировать ток передатчика с принимаемыми данными разведки.

Блок 26 обработки данных и управления также включает в себя запоминающее устройство 54 для данных, приспособленное для хранения данных разведки, принимаемых от датчиков 15, соединенных с устройством 14 сбора данных, или для хранения данных тока передатчика, принимаемых от передатчика 18, в зависимости от того, является ли узел устройством 14 сбора данных или блоком 16 управления передатчиком. Запоминающее устройство 54 для данных также используется для хранения программ для управления работой узла 14, 16. В представленном примере запоминающее устройство 54 для данных выполнено в виде БЬЛ8Н памяти.

Процессор 46 приспособлен для управления и координации всех операций в узле 14, 16 в соответствии с программами, хранимыми в запоминающем устройстве 54 для памяти. Очевидно, что программы могут быть предварительно записаны в запоминающее устройство 54 для данных перед вводом в действие узлов на месте или программы могут быть переданы узлам как часть технологического процесса ввода в действие путем соединения вычислительного устройства с узлом 14, 16 при использовании интерфейса 36 ввода-вывода и передачи программ к узлу 14, 16 для хранения в запоминающем устройстве 54 для данных. Такие программы могут быть в дополнение или альтернативно расположены в отдельном вычислительном устройстве, к которому данные разведки должны быть переданы для анализа.

Переданные программы приспособлены для побуждения генерирования соответствующих данных временной ссылки при использовании сигналов, принимаемых от антенны 32 глобальной системы навигации и определения положения, и для связи данных временной ссылки с выборками данных разведки или с выборками данных тока передатчика в зависимости от того, работает ли узел как устройство 14 сбора данных или как блок 16 управления передатчиком.

В случае устройства 14 сбора данных хранимые программы также приспособлены побуждать процессор 46 обрабатывать данные разведки, принимаемые от датчиков 15 так, чтобы генерировать обработанные данные разведки уменьшенного объема и уменьшенного шума относительно принятых данных разведки и которые находятся в более пригодном формате. Обработанные данные разведки вместе с ассоциированными данными временной ссылки хранят в запоминающем устройстве 54 для данных. Функции обработки данных могут быть выполнены в течение и/или после сбора данных.

Хранимые программы могут включать в себя программы, приспособленные для обнаружения случая кратковременных помех, например, атмосферного разряда (молния) или бросок тока на линии электропередачи. Программные средства обеспечивают возможность принятия решения относительно того, на какие данные оказали влияние кратковременные помехи, и для данных, на которые было оказано влияние, при этом генерируется наилучшее предположение достоверных данных для адекватного периода выборки для замены данных, которые были подвержены влиянию помех. Этого достигают путем выполнения множества технологических операций сбора данных в разведке, причем каждая технологическая операция сбора данных предусматривает активацию тока передатчика и сбор выборок данных в период дезактивации тока передатчика и сравнение каждой выборки конкретной технологической операции сбора данных с соответствующей выборкой последующей или предшествующей технологической операции сбора данных, или с соответствующей средней величиной выборки множества соответствующих выборок, сделанных в течение множества технологических операций сбора данных. Поскольку ожидается, что соответствующие выборки должны отличаться друг от друга только незначительно, то если некоторые величины выборок значительно отличаются от предшествующей, последующей или средней величины выборки, то программные средства могут быть приспособлены игнорировать часть данных разведки, подвергнутую воздействию помех, или игнорировать все данные, собранные в течение конкретной технологической операции сбора данных, в течение которой присутствовали данные, которые были подвержены влиянию помех.

Хранимые программы могут включать в себя программу суммирования, приспособленную увеличивать отношение сигнал-шум путем осуществления избирательного изохронного суммирования как способа усреднения длинных последовательностей необработанных данных в меньшие последовательности для уменьшения влияний помех и для уменьшения объема данных. Суммирование осуществляют путем усреднения выборки большого числа повторных выборок, то есть, большого числа технологических операций сбора данных. Программа суммирования может быть сделана так, чтобы вклад суммированных данных, вносимый каждым элементом необработанных данных, изменялся в зависимости от оценки, сделанной с помощью алгоритма в программах в отношении качества элементов. Например, если одна или более выборок подвергаются воздействию кратковременной помехи, то эти идентифицированные выборки могут быть проигнорированы программой суммирования.

Хранимые программы могут также включать в себя программу обеспечения управления окнами, приспособленную для увеличения соотношения сигнал-шум путем усреднения числа последовательных выборок, отобранных от каждого датчика в течение технологической операции сбора данных так, чтобы получить одну репрезентативную величину выборки для последовательных выборок.

- 7 006683

Очевидно, что путем выполнения избирательного изохронного суммирования и/или усреднения числа последовательных выборок можно уменьшить шум, ассоциированный с принятыми данными разведки, до уровней порядка 1 пВ/А или меньше.

Хранимые программы могут также включать в себя программы, приспособленные генерировать и непрерывно обновлять оценки поступающей помехи от всех источников, например, линий электропередачи, передатчиков файлов на решетке ЦМД, атмосферных источников и так далее. Если гармоническая помеха еще является обнаруживаемой после того, как имеет место суммирование, то помеха может быть удалена при использовании цифрового фильтра, приспособленного удалять части спектра, подверженные воздействию, и заменить подверженный воздействию спектр интерполированным идеальным спектром.

Степень поступающей помехи может быть выявлена различными способами. Например, две технологические операции сбора данных могут быть выполнены с токами передатчика противоположной полярности и реакции складывают вместе так, чтобы получить только отображение шума.

Любая гармоническая помеха, которая имеется в данных разведки, в большинстве случаев относительно просто обнаруживается, так как частота гармонической помехи, является, в общем, другой частотой, чем частота, используемая для передатчика 18. Например, гармоническая помеха, вызываемая линиями электропередачи, имеет, в общем, частоту 50 Гц и может быть удалена из данных разведки с помощью любой адекватной технологии фильтрации, например, посредством цифровой фильтрации.

Хранимые программы могут также включать в себя программу детектора дрейфа, приспособленную детектировать дрейф относительной синхронизации между узлом и передатчиком посредством кросс-корреляции измерения на месте с предварительным измерением, полученным во время ввода в действие узла на месте. При использовании такого детектирования может быть скорректирован дрейф синхронизации.

Хранимые программы могут также включать в себя программы, приспособленные побуждать процессор 46 преобразовывать формы сигнала, соответствующие принимаемым данным разведки в частотную область при использовании разложения в ряд Фурье, и для преобразования данных в значащие единицы измерения.

Хранимые программы могут также включать в себя программы, приспособленные выполнять деконволюции для удаления эффектов различных явлений, которые могут иметь место в течение разведки, например, изменения в форме сигнала передатчика и свойств датчика, например, вызываемые постепенным уменьшением мощности электропитания, подаваемой аккумуляторной батареей 22.

Хранимые программы могут также включать в себя программы, приспособленные вычислять индикаторы контроля качества, предназначенные для использования при оценке качества принимаемых данных разведки. Например, программы могут быть приспособлены вычислять величины квадратических отклонений для данных разведки при использовании, например, индикаторов шума, получаемых из выше описанной оценки наличия шума, чтобы определить, необходим ли технологический процесс уменьшения шума.

Хранимые программы могут также обеспечить возможность процессору 46 принять решения в локализации представляющих интерес параметров, ассоциированных со сбором и обработкой данных разведки. Например, эти программы могут обеспечивать возможность процессору 46 принимать решения об уровне усиления для приложения к принимаемым данным разведки, путем анализа величины выборок данных разведки и регулировки уровня усиления, прикладываемого к выборкам, для предотвращения насыщения усилителей 60 в процессе использования.

Каждый из узлов включает в себя операционную многофункциональную систему, например, операционную систему Ьших, которая обеспечивает возможность узлу выполнять несколько функций одновременно. Собирая данные, узел может опрашиваться, например, при использовании ручного вычислительного устройства, для выполнения оператором контроля качества работы узла. Опрос узлов может осуществляться без прерывания сбора и обработки данных, выполняемых узлами. Операторы имеют возможность выгружать из узла любые данные, хранимые в запоминающем устройстве 54 для данных. В этом примере, передача данных между узлом и ручным вычислительным устройством имеет место посредством инфракрасного интерфейса, предусмотренного в узле, и соответствующего инфракрасного интерфейса, предусмотренного в ручном вычислительном устройстве, хотя очевидно, что передача данных может иметь место с помощью любого другого способа, например, посредством последовательного интерфейса или посредством сетевого интерфейса.

Вычислительное устройство, к которому передаются данные из узлов, могут содержать хранимые программы, приспособленные выполнять операции обработки данных разведки, принимаемые из узлов. Поскольку электромагнитные данные неподвижной рамочной антенны могут быть обработаны как геомагнитные или гравитационные данные в том отношении, что они могут быть представлены уравнениями потенциального поля, то можно экстраполировать эти данные так, чтобы обеспечить оценки магнитного поля выше и ниже поверхности области разведки. Например, можно интерполировать магнитное поле так, чтобы увеличить деталь целевых элементов, расположенную ниже поверхности области разведки. Процесс интерполяции использует пространственные производные, полученные между датчика

- 8 006683 ми, расположенными на поверхности области разведки для получения пространственных производных в вертикальном направлении.

Хранимые программы также приспособлены обрабатывать выборки данных разведки, принимаемые от датчиков, для уменьшения шума, вызываемого, например, разрядами в атмосфере и теллурическими токами. Такой шум, в общем, является относительно постоянным в требуемой области разведки.

Для отделения такого шума от данных разведки хранимые программы приспособлены вычислять разность между одновременными выборками от соседних датчиков и делить величину разности на расстояние между соответствующими датчиками. Это является эквивалентом получению пространственной производной данных разведки.

На фиг. 4 иллюстрируется представление матрицы устройств 14 сбора данных, расположенной на месте разведки.

Очевидно, что вычисления пространственных производных могут быть сделаны между датчиками 15, расположенными по линии в первом направлении, например, между первым и вторым датчиками 15а и 15Ь, соответственно, между датчиками 15, расположенными по второй линии, перпендикулярной первой линии, например, между первым и третьим датчиками 15а и 15с, соответственно, и/или между датчиками, расположенными, в общем, диагонально относительно друг друга, например, между первым и четвертым датчиками 15а и 156, соответственно. Важным аспектом является то, что для каждого датчика 15 пространственные производные могут быть получены между датчиком 15 и любым числом соседних датчиков 15.

Очевидно, что, благодаря вычислению пространственных производных в этом способе, представляется возможным получение обработанных данных разведки, которые фактически свободны от шума, вызванного атмосферными разрядами, теллурическими токами и подобными явлениями.

В некоторых ситуациях практически не представляется возможным вычисление производных одновременно по всей области разведки, поскольку потребуется большое число датчиков 15 и ассоциированных устройств 14 сбора данных, а доступно недостаточное число устройств 14 сбора данных и датчиков

15. В такой ситуации операторам требуется перемещать доступную матрицу устройств сбора данных и датчиков несколько раз для охвата всей области разведки. Однако, поскольку все предложенные местоположения в области разведки для датчиков 15 одновременно не заняты датчиками 15, то не представляется возможным прямой мгновенный расчет всех возможных пространственных производных для каждого местоположения датчика.

Для получения пространственных производных для всех местоположений датчиков могут быть использованы контрольное устройство сбора данных и ассоциированный контрольный датчик 15г, как показано на фиг. 5а и 5Ь. В представленном примере, контрольный датчик 15г расположен, в общем, в центре предложенной области разведки, хотя это не является обязательным условием.

Как показано на фиг. 5а, для охвата всей области разведки, сначала в области разведки размещают первую линию 55 устройств 14 сбора данных и ассоциированных датчиков 15. После этого мгновенные пространственные производные получают одновременно между соседними узлами в первой линии 55, например, между первым и вторым датчиками 15а и 15Ь, соответственно, между вторым и третьим датчиками 15Ь и 15с, соответственно, и между каждым из датчиков в первой линии 55 и контрольным датчиком 15г. Датчики 15 в первой линии 55 затем перемещают так, чтобы они были расположены во второй линии 57, и одновременно получают пространственные производные между соседними датчиками во второй линии 57 и между каждым датчиком 15 во второй линии 57 и контрольным датчиком 15г. Для вычисления мгновенной пространственной производной между датчиком 15, когда он был размещен в первой линии 55, и соседним датчиком 15, когда он был размещен во второй линии 57, пространственную производную, вычисленную относительно контрольного датчика 15г, когда датчик находится во второй линии 57, вычитают из пространственной производной, вычисленной относительно контрольного датчика 15г, когда датчик находится в первой линии 55. Это обеспечивает получение пространственной производной, соответствующей одновременной пространственной производной, вычисленной между датчиком, расположенным в первой линии 55, и соседним датчиком, расположенным во второй линии 57.

Поскольку все пространственные производные для всей разведки не являются фактически полученными из данных разведки, полученных одновременно, то может оказаться необходимой коррекция данных разведки для любых изменений, которые могут иметь место как результат изменений в токе передатчика, которые могут иметь место между различными местоположениями датчика. Контрольное устройство 14 сбора данных может быть использовано для облегчения коррекции изменений в данных разведки путем непрерывного измерения данных разведки, получаемых посредством контрольного узла в течение всей разведки.

Очевидно, что для коррекции небольших изменений в чувствительности датчиков 15 и устройств 14 сбора данных перед выполнением разведки датчики 15 и устройства 14 сбора данных должны быть откалиброваны для корректировки изменений, вызванных различиями в ориентациях датчиков и чувствительности датчиков и устройств сбора данных.

- 9 006683

В представленном примере этого достигают путем сбора данных разведки в ответ на отдаленный источник сигнала, то есть, только медленно пространственно изменяющийся в области разведки или не изменяющийся вообще. Например, шум, вызываемый отдаленными атмосферными разрядами, может быть использован как источник сигнала и данных разведки, собранных в отсутствие тока передатчика. При данном относительно небольшом пространственном разделении датчиков в области разведки можно ожидать, что реакция каждого датчика будет хорошо скорректирована между всеми датчиками. Для данной области разведки коэффициент коррекции может быть связан с каждым датчиком, или в случае многокомпонентных датчиков, вектор или тензор может быть связан с каждым датчиком.

Хранимые программы могут также быть приспособлены интегрировать данные разведки для получения потенциально более чистых обычных данных. Может быть введена постоянная интегрирования, которая может быть получена при использовании контрольного устройства сбора данных и ассоциированного контрольного датчика.

Аналоговый интерфейс 28, более конкретно показанный на фиг. 6, включает в себя схемотехнику для четырех различных каналов сигнала, каждый канал содержит усилитель 60, который принимает данные разведки от датчика 15 или от передатчика 18 в зависимости от того, является ли узел устройством 14 сбора данных или блоком 16 управления передатчиком. После этого отфильтрованные данные проходят к фильтру 62 нижних частот и аналого-цифровому преобразователю 64, в этом примере, 24разрядному преобразователю.

Управление усилителями 60, фильтрами 62 и аналого-цифровыми преобразователями 64, включая синхронизацию аналого-цифровых преобразователей 64 и в соответствии с этим дискретизацию принимаемых данных разведки или тока передатчика, осуществляется с помощью блока 26 обработки данных и управления.

Блок 30 защиты содержит отдельную схему защиты для каждого канала, каждая схема защиты служит для защиты схемотехники аналогового интерфейса 28 от повреждения вследствие больших переходных напряжений, которые могут возникать на устройстве ввода сигналов в блок 30 защиты.

Узлы 14, 16 могут быть также предусмотрены с прецизионным генератором, в этом примере, термостатированным кварцевым генератором, используемым модулем 48 синхронизации для генерирования данных временной ссылки, когда недоступен сигнал глобальной системы навигации и определения положения. В этом примере данные временной ссылки являются выходом счетчика, приспособленного считать число циклов сигнала, генерируемого кварцевым генератором. Однако при таком устройстве, поскольку каждый узел 14, 16 включает в себя отдельный кварцевый генератор, если сигнал глобальной системы навигации и определения положения является недоступным, то необходимо периодически синхронизировать кварцевые генераторы друг с другом в течение хода разведки. На практике это получают путем обеспечения блока 16 управления передатчиком высокопрецизионным кварцевым генератором, путем обеспечения каждого устройства 14 сбора данных прецизионным кварцевым генератором и путем периодического соединения каждого устройства 14 сбора данных с блоком 16 управления передатчиком через интерфейс 36 ввода-вывода для сравнения частоты высокопрецизионного кварцевого генератора с частотой прецизионного кварцевого генератора и сравнения фазировки счетчика в устройстве 14 сбора данных с фазировкой счетчика в блоке 16 управления передатчиком. Любое несоответствие между частотами и счетчиками устраняют путем регулировки частоты высокопрецизионного кварцевого генератора и путем регулировки фазировки счетчика, ассоциированного с прецизионным кварцевым генератором.

Если сигнал глобальной системы навигации и определения положения является недоступным в течение продолжительного периода времени порядка нескольких часов или более, то возможно, что данные временной ссылки, получаемые от генератора, будут дрейфовать. В течение разведки с активным источником дрейф данных временной ссылки узла относительно исходной формы сигнала поля источника может подвергаться текущему контролю при его позиционировании в конкретном местоположении. Дрейф вычисляют путем коросс-корелляции измерения в особое время с измерением, сделанным во время ввода в действие узла в этом местоположении. Поскольку можно допустить, что дрейф вызван небольшой потерей синхронизации в узле, то дрейф может быть скорректирован путем изменения частоты генератора и фазировки счетчика, ассоциированного с генератором, в соответствии с детектированным дрейфом.

Теперь будет описан пример геофизической быстротечной электромагнитной разведки при использовании вышеуказанной системы сбора данных.

Операторы сначала развертывают одну или более рамочных антенн 12 передатчика в соответствующем местоположении для возбуждения требуемой области разведки и соединяют передатчик 18 с рамочной антенной 12 передатчика. Блок 16 управления передатчиком соединяют с передатчиком 18 для управления передатчиком 18 и для дискретизации тока, проходящего через рамочную антенну 12 передатчика.

После этого операторы распределяют устройства 14 сбора данных по требуемой области разведки и соединяют каждое устройство 14 сбора данных с одним или более датчиков 15, в этом примере с датчиками соленоидного типа, путем соединения датчиков 15 с входами блока 30 защиты.

- 10 006683

После ввода в действие устройства 14 сбора данных и блок 16 управления передатчиком включают и программы, находящиеся в запоминающих устройствах 54 для данных устройства 14 сбора данных, побуждают устройства 14 сбора данных начать извлечение сигналов из датчиков 15, делать выборки сигналов, обрабатывать дискретизированные сигналы и регистрировать обработанные сигналы. Аналогичным образом, программы, находящиеся в запоминающем устройстве 54 для данных блока 16 управления передатчиком, побуждают блок 16 управления передатчиком управлять передатчиком 18, начать извлечение сигналов из передатчика, делать выборки извлеченных сигналов передатчика, обрабатывать дискретизированные сигналы и регистрировать обработанные сигналы. При необходимости, операторы обеспечивают информацию для устройства 14 сбора данных и для блока 16 управления передатчиком для обновления конфигурации узлов 14, 16 для конкретной разведки и конкретных выполняемых задач. На практике, большинство установочных параметров для всех узлов в разведке будут одинаковыми. Команды, даваемые для обновления конфигурации узлов 14, 16, включают в себя установочные параметры частоты передатчика, норму, при которой обработанные данные разведки должны храниться в запоминающем устройстве 54 для данных, и другие установочные параметры, относящиеся к обработке данных разведки. Команды, передаваемые оператором к узлам 14, 16, передаются через интерфейс 36 вводавывода при использовании портативного вычислительного устройства.

Используя те же самые вычислительное устройство и интерфейс 36 ввода-вывода устройства 14 сбора данных, оператор может наблюдать данные разведки из устройства сбора данных для подтверждения его работы. Кроме того, информация, обеспечиваемая оператору посредством жидкокристаллического дисплея 40 и светодиодного индикатора 44, обеспечивает возможность оператору делать быструю оценку функционирования устройства 14 сбора данных.

В приведенном примере разведка является быстротечной электромагнитной разведкой, а передатчик 18 и ассоциированные рамочные антенны 12 передатчика управляются посредством блока 16 управления передатчиком для генерирования магнитного поля, которое затухает с течением времени. Как следствие, выборки данных разведки, регистрируемые датчиками 15, уменьшаются по величине с каждой последующей выборкой.

Когда рамочная антенна 12 передатчика действует, то генерируется первичное магнитное поле, которое затухает со временем, проходит через область разведки, в том числе и через предполагаемый объем нижних горизонтов. Электропроводные элементы объема нижних горизонтов реагируют на первичные поля, благодаря проведению электрических токов. Эти токи, проходящие в нижних горизонтах, сами генерируют вторичные электромагнитные поля, которые могут определять геологию объема нижних горизонтов. Соленоидные датчики, располагаемые в окрестности объема нижних горизонтов, детектируют первичные и вторичные поля и генерируют данные разведки в виде напряжения, которое уменьшается по величине со временем, причем это напряжение подается к аналоговому интерфейсу 28 через блок 30 защиты устройства 14 сбора данных. В аналоговом интерфейсе 28 напряжение усиливается, фильтруется, подвергается цифровому преобразованию и дискретизации при использовании данных временной ссылки. После этого процессор 46 обрабатывает дискретизированные данные разведки в соответствии с этапами обработки, описанными выше, для увеличения отношения сигнал-шум и уменьшения объема данных.

При заданных интервалах, управляемых программах и установочных параметрах, хранимых в запоминающем устройстве 54 для данных, обработанные данные разведки хранят в запоминающем устройстве 54 для данных каждого устройства 14 сбора данных. Помимо самих данных разведки данные временной ссылки, указывающие на синхронизацию выборок, информация, указывающая на местоположение датчиков, и любая другая информация, которая необходима для обработки данных разведки, записывается в запоминающем устройстве 54 для данных.

В течение хода разведки оператор инспектирует каждое устройство 14 сбора данных с целью подтверждения правильной работы узлов 14, 16. В это время обработанные данные или другие виды данных могут быть выгружены из устройств сбора данных через интерфейс 36 ввода-вывода в портативное вычислительное устройство, переносимое оператором с целью анализа качества данных и упорядочения данных разведки.

Разведка может предусматривать одну или более операций сбора данных, то есть, одну или более операций, предусматривающих активацию передатчика, дезактивацию передатчика и сбор выборок данных, как необходимо.

При завершении разведки все данные разведки, представляющие реакции датчиков и ток, проходящий через рамочную антенну 12 передатчика, передаются из узлов 14, 16 к портативному вычислительному устройству. Очевидно, что, поскольку принятые данные разведки обрабатываются процессором 46 для уменьшения объема данных разведки, в каждом устройстве 14 сбора данных требуется только относительно небольшое и недорогое запоминающее устройство для данных и только относительно небольшое время требуется для сбора и упорядочения данных из всех устройств сбора данных. После этого портативное вычислительное устройство обрабатывает данные разведки для генерирования пространственных производных и для выполнения каких-либо других требуемых операций обработки.

- 11 006683

Также очевидно, что, поскольку принятые данные разведки хранятся в узлах 14, 16 для последующей разгрузки и анализа после завершения разведки и поскольку узлы 14, 16 генерируют данные временной ссылки для принятых данных разведки, либо через глобальную систему навигации и определения положения, либо через локальный кварцевый генератор, то узлы являются автономными и не является обязательной громоздкая и дорогая кабельная проводка между узлами 14 и центральным вычислительным устройством и/или синхронизирующее устройство.

На фиг. 7 иллюстрируется система 70 сбора данных, соответствующая альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения.

Альтернативная система 70 пригодна для использования в областях, где глобальная система навигации и определения положения не является доступной. Аналогичные элементы указаны аналогичными ссылочными номерами.

Альтернативная система 70 включает в себя блуждающий узел 74, который предназначен для поддержания синхронизации между принимаемыми данными разведки и передатчиком 18.

Блок 16 управления передатчиком и блуждающий узел 74 включают в себя термостатированный высокопрецизионный кварцевый генератор, а каждое из устройств 14 сбора данных содержит менее дорогой прецизионный кварцевый генератор.

В процессе работы оператор периодически соединяет блуждающий узел с каждым устройством 14 сбора данных через интерфейс 36 ввода-вывода для синхронизации прецизионных кварцевых генераторов в устройствах 14 сбора данных с высокопрецизионным кварцевым генератором в блуждающем узле 74.

В этом варианте осуществления вместо устройств 14 сбора данных, принимающих команды от портативного вычислительного устройства, устройства 14 сбора данных могут принимать команды от блуждающего узла 74, когда блуждающий узел 74 соединен с устройствами 14 сбора данных.

Квалифицированному специалисту в этой области техники будут очевидны модификации и изменения в пределах объема настоящего изобретения.

Claims (62)

1. Система сбора данных, предназначенная для сбора геофизических данных, содержащая по меньшей мере одно устройство сбора данных, выполненное с возможностью соединения со множеством датчиков для одновременного сбора геофизических данных от датчиков, причем одно или каждое устройство сбора данных содержит средство для обеспечения временной ссылки, приспособленное для генерирования данных временной ссылки, пригодное для регулирования времени, при котором делаются выборки геофизических данных; и средство для вычисления пространственных производных между одновременными выборками, ассоциированными с соседними датчиками, соединенными во время использования по меньшей мере с одним устройством сбора данных.

2. Система сбора данных по п.1, в которой средство для обеспечения временной ссылки содержит приемник глобальной системы навигации и определения положения (ОРЗ).

3. Система сбора данных по п.1 или 2, в которой средство для обеспечения временной ссылки содержит прецизионный генератор.

4. Система сбора данных по п.3, в которой прецизионный генератор содержит прецизионный термостатированный кварцевый генератор, а средство для обеспечения временной ссылки дополнительно содержит счетчик, приспособленный считать сигналы, генерируемые генератором.

5. Система сбора данных по п.3 или 4, в которой устройство сбора данных приспособлено принимать синхронизирующие сигналы, используемые для регулировки частоты генератора и в соответствии с этим для регулировки времен, при которых делаются выборки геофизических данных так, чтобы времена, при которых делаются выборки геофизических данных, были синхронизированы с временами, при которых делаются выборки геофизических данных в других устройствах сбора данных.

6. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, в которой устройство сбора данных приспособлено для приема и хранения программ для последующего выполнения.

7. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, в которой устройство сбора данных приспособлено вычислять среднюю величину выборки для множества соответствующих величин повторных выборок, когда множество операций сбора данных выполняется как часть геофизической разведки для уменьшения влияния помехи на выборки и уменьшения количества данных.

8. Система сбора данных по п.7, в которой устройство сбора данных приспособлено для сравнения повторных выборок и для отбраковки выборок, которые отличаются на предварительно определенную величину от большинства повторных выборок.

9. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, в которой устройство сбора данных приспособлено вычислять среднюю величину выборки для множества последовательных выборок, сделанных во время операции сбора данных, выполненной как часть геофизической разведки для получения репрезентативной выборки для последовательных выборок.

- 12 006683

10. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, в которой устройство сбора данных приспособлено оценивать величину помехи, имеющейся в месте разведки.

11. Система сбора данных по п.10, в которой величина имеющейся помехи оценивается путем выполнения первой операции сбора данных с характерным магнитным полем первой полярности для получения первой реакции, выполнения второй операции сбора данных с характерным магнитным полем второй полярности для получения второй реакции и вычисления суммы первой и второй реакций для побуждения уравновешивания первой и второй реакций.

12. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, в которой устройство сбора данных приспособлено фильтровать собранные геофизические данные для удаления периодической помехи.

13. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, в которой устройство сбора данных приспособлено преобразовывать собранные геофизические данные в частотную область при использовании разложения в ряд Фурье.

14. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, в которой устройство сбора данных приспособлено генерировать по меньшей мере один индикатор контроля качества для использования при оценке качества собранных данных геофизической разведки.

15. Система сбора данных по п.14, в которой устройство сбора данных приспособлено для вычисления величины квадратического отклонения для собранных данных геофизической разведки.

16. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, в которой устройство сбора данных приспособлено регулировать уровень усиления, прикладываемый к собранным геофизическим данным разведки, на основе оценки величины собранных данных геофизической разведки.

17. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, в которой устройство сбора данных приспособлено экстраполировать в меньшую сторону собранные данные геофизической разведки для увеличения детали объекта, расположенной ниже поверхности области разведки.

18. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, в которой устройство сбора данных выполнено с возможностью соединения с источником энергии и приспособлено собирать выходные данные источника энергии, а средство для обеспечения временной ссылки приспособлено дискретизировать собранные выходные данные источника энергии.

19. Система сбора данных по п.18, приспособленная корректировать изменения в величине выхода источника энергии во время геофизической разведки.

20. Система сбора данных по п.14, приспособленная корректировать изменение величины собранных геофизических данных, вызванное изменением в мощности, прикладываемой к источнику энергии.

21. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая по меньшей мере один интерфейс, приспособленный для облегчения передачи обработанных геофизических данных и/или программ к устройству сбора данных или от устройства сбора данных.

22. Система сбора данных по п.21, в которой устройство сбора данных содержит многофункциональную операционную систему.

23. Система сбора данных по п.22, в которой устройство сбора данных приспособлено облегчать передачу геофизических данных от устройства сбора данных во время геофизической разведки.

24. Система сбора данных по любому из пп.21-23, в которой интерфейс содержит инфракрасный интерфейс, последовательный интерфейс и/или сетевой интерфейс.

25. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, в которой устройство сбора данных приспособлено хранить коэффициент коррекции для каждого датчика, соединенного во время использования с устройством сбора данных, причем каждый коэффициент коррекции используется для коррекции изменений в чувствительности датчика.

26. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая средства отображения информации, приспособленные для обеспечения оператора информацией, указывающей на работу устройства сбора данных.

27. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, в которой устройство сбора данных включает в себя средство для вычисления пространственных производных.

28. Система сбора данных по любому из пп.1-26, в которой средство для вычисления пространственных производных отделено от устройства сбора данных.

29. Система сбора данных по п.28, дополнительно включающая в себя портативное вычислительное устройство, включающее в себя средство для вычисления пространственных производных.

30. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая множество устройств сбора данных по одному из предыдущих пунктов.

31. Система сбора данных по одному из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая по меньшей мере одно контрольное устройство сбора данных, выполненное с возможностью соединения по меньшей мере с одним контрольным датчиком и приспособленное во время использования осуществлять сбор геофизических данных по меньшей мере от одного контрольного датчика и делать выборки геофизических данных, собранных от датчиков;

в которой средство для вычисления пространственных производных между выборками, ассоциированными с соседними датчиками, приспособлено вычислять первые пространственные производные ме

- 13 006683 жду, по меньшей мере, некоторыми из датчиков и контрольным датчиком, соединенным с контрольным устройством сбора данных, во время первой операции сбора данных, когда датчики расположены в первом местоположении, вычислять вторые пространственные производные, по меньшей мере, между некоторыми из датчиков и контрольным датчиком, соединенным с контрольным устройством сбора данных, во время второй операции сбора данных, когда датчики расположены во втором местоположении, и вычислять разностную пространственную производную между первой и второй пространственными производными, причем каждая указанная разностная пространственная производная указывает на пространственную производную между датчиком, расположенным в первом местоположении, и датчиком, расположенным во втором местоположении.

32. Система сбора данных по п.30 или 31, дополнительно содержащая средство для вычисления интеграла пространственных производных.

33. Система сбора данных по любому из пп.30-32, дополнительно содержащая источник энергии, приспособленный генерировать и направлять энергию к объему нижних горизонтов так, чтобы вызывать геофизическую реакцию и в соответствии с этим вызывать генерирование геофизических сигналов.

34. Система сбора данных по п.33, в которой источник энергии включает в себя передатчик и рамочную антенну передатчика.

35. Система сбора данных по любому одному из пп.30-34, дополнительно содержащая блок управления источником энергии, выполненный с возможностью соединения с источником энергии и приспособленный для сбора выходных данных из источника энергии, причем блок управления источником энергии содержит средство для обеспечения временных ссылок, приспособленное для генерирования данных временной ссылки, используемых для регулирования времени, при котором делают выборки выходных данных источника энергии и для связи выходных данных источника энергии с данными временной ссылки.

36. Система сбора данных по п.35, в которой блок управления источником энергии является блоком управления передатчиком, приспособленным управлять передатчиком для возбуждения рамочной антенны передатчика в соответствии с заданной частотой.

37. Система сбора данных по п.35 или 36, в которой блок управления источником энергии включает в себя аналогичные компоненты, что и устройство сбора данных, так что блок управления передатчиком способен выполнять функции устройства сбора данных и наоборот.

38. Способ сбора геофизических данных, предусматривающий следующие этапы:

использование по меньшей мере одного устройства сбора данных, приспособленного одновременно собирать геофизические данные от множества датчиков, соединенных при использовании по меньшей мере с одним устройством сбора данных;

соединение множества датчиков по меньшей мере с одним устройством сбора данных;

генерирование в устройстве сбора данных данных временной ссылки, пригодных для регулирования времени, при котором делаются выборки геофизических данных; и вычисление пространственных производных между одновременными выборками, ассоциированными с соседними датчиками, соединенными во время использования по меньшей мере с одним устройством сбора данных.

39. Способ сбора геофизических данных по п.38, дополнительно предусматривающий следующие этапы:

использование по меньшей мере одного контрольного устройства сбора данных, приспособленного во время использования собирать геофизические данные по меньшей мере от одного контрольного датчика;

соединение каждого контрольного устройства сбора данных по меньшей мере с одним контрольным датчиком;

вычисление первых пространственных производных, по меньшей мере, между некоторыми из датчиков, соединенных с устройствами сбора данных, и контрольным датчиком, соединенным с контрольным устройством сбора данных во время первой операции сбора данных, когда датчики расположены в первом местоположении;

вычисление вторых пространственных производных, по меньшей мере, между некоторыми из датчиков, соединенных с устройствами сбора данных, и контрольным датчиком, соединенным с контрольным устройством сбора данных во время второй операции сбора данных, когда датчики расположены во втором местоположении; и вычисление разностной пространственной производной между первыми и вторыми пространственными производными, причем каждая указанная разностная пространственная производная указывает на пространственную производную между датчиком, расположенным в первом местоположении, и датчиком, расположенным во втором местоположении.

40. Способ сбора геофизических данных по п.38 или 39, дополнительно предусматривающий средство для вычисления интеграла пространственных производных.

- 14 006683

41. Способ по любому из пп.38-40, в котором этап генерирования данных временной ссылки предусматривает этап обеспечения приемника глобальной системы навигации и определения положения (ОР8).

42. Способ по п.38 или 41, в котором этап генерирования данных временной ссылки предусматривает этап обеспечения генератора.

43. Способ по п.42, в котором генератор содержит прецизионный термостатированный кварцевый генератор, а этап генерирования временной ссылки дополнительно предусматривает этап обеспечения счетчика, приспособленного считать сигналы, генерируемые генератором.

44. Способ по п.42 или 43, дополнительно предусматривающий этап облегчения приема в устройстве сбора данных синхронизирующих сигналов, используемых средствами для обработки данных для регулировки частоты генератора и в соответствии с этим для регулировки времени, при котором делаются выборки геофизических данных для синхронизации времени, при котором делаются выборки геофизических данных, с временем, при котором делаются выборки геофизических данных в других устройствах сбора данных.

45. Способ по любому из пп.38-44, дополнительно предусматривающий этап приема и хранения программ в устройстве сбора данных для последующего выполнения средствами для обработки данных.

46. Способ по любому из пп.38-45, дополнительно предусматривающий этап вычисления средней величины выборки для множества соответствующих величин повторных выборок, когда множество операций сбора данных осуществляется как часть геофизической разведки для уменьшения влияния помехи на выборки и уменьшения количества данных.

47. Способ по любому из пп.38-46, дополнительно предусматривающий этап сравнения величин повторных выборок и отбраковку выборок, которые отличаются предварительно определенной величиной от большинства величин повторных выборок.

48. Способ по любому из пп.38-47, дополнительно предусматривающий этап вычисления средней величины выборки для множества последовательных выборок, взятых во время операции сбора данных, выполняемой как часть геофизической разведки для получения репрезентативной выборки для последовательных выборок.

49. Способ по любому из пп.38-48, дополнительно предусматривающий этап оценки величины помехи, имеющейся в месте разведки.

50. Способ по п.49, в котором величину имеющейся помехи оценивают путем выполнения первой операции сбора данных с характерным магнитным полем первой полярности для получения первой реакции, выполнения второй операции сбора данных с характерным магнитным полем второй полярности для получения второй реакции, и вычисления суммы первой и второй реакций для побуждения уравновешивания первой и второй реакций.

51. Способ по любому из пп.38-50, дополнительно предусматривающий этап фильтрации собранных геофизических данных для удаления периодической помехи.

52. Способ по любому из пп.38-51, дополнительно предусматривающий этап преобразования собранных геофизических данных в частотную область, используя разложение в ряд Фурье.

53. Способ по любому из пп.38-52, дополнительно предусматривающий этап коррекции изменений в величине источника энергии во время геофизической разведки.

54. Способ по п.53, в котором этап коррекции изменений в величине предусматривает этап коррекции изменения в величине источника энергии, вызванного изменением в прикладываемой мощности к источнику энергии.

55. Способ по любому из пп.38-54, дополнительно предусматривающий этап генерирования по меньшей мере одного индикатора контроля качества для использования в оценке качества собранных данных геофизической разведки.

56. Способ по п.55, дополнительно предусматривающий этап вычисления величины квадратического отклонения для собранных данных геофизической разведки.

57. Способ по любому из пп.38-56, дополнительно предусматривающий этап регулировки уровня усиления, прикладываемого к собранным данным геофизической разведки, на основе оценки величины собранных данных геофизической разведки.

58. Способ по любому из пп.38-57, дополнительно предусматривающий этап экстраполяции до меньшего значения собранных данных геофизической разведки для увеличения детали объекта, расположенной ниже поверхности области разведки.

59. Способ по любому из пп.38-58, дополнительно предусматривающий этап облегчения передачи обработанных геофизических данных и/или программ к устройству сбора данных или от устройства сбора данных.

60. Способ по любому из пп.38-59, дополнительно предусматривающий этап обеспечения каждого устройства сбора данных средствами отображения информации для обеспечения оператора информацией относительно работы устройства сбора данных.

61. Система по п.33, приспособленная для коррекции изменений в источнике энергии при использовании контрольного устройства сбора данных и ассоциированного контрольного датчика.

- 15 006683

62. Способ по п.53, дополнительно предусматривающий этап коррекции изменений в источнике энергии при использовании контрольного устройства сбора данных и ассоциированного контрольного датчика.