NL8200976A - Werkwijze voor het seismografisch aftasten van een medium, in het bijzonder geofysisch onderzoek door seismografische golven. - Google Patents

Description

* -1- 22404/JF/mv

Korte aanduiding:Werkwijze voor het seismografisch aftasten van een medium, in het bijzonder géofysisch onderzoek door seismografische golven.

5 De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het aftasten van een medium door gecodeerde transmissie van mechanische pulsen, ·

De onderhavige uitvinding is gericht op een werkwijze voor het seismografisch aftasten van een medium, in het bijzonder een werkwijze •voor het geofysisch onderzoeken door seismografische golven.

10 Een bekende werkwijze bestaat uit het zenden van een sequentie van pulsen met een in hoofdzaak constante amplitude, waarbij het tijdsinterval tussen twee opeenvolgende pulsen lager is dan de looptijd T voor een puls om te bewegen tussen de oppervlak van de aarde en de diepste geologische grenslaag die dient te worden bestudeerd en terug te keren en waarvan de 15 autocorrelatiefunctie in de vorm van een centrale piek, geflankeerd door secundaire pieken is, zodat de verhouding van de centrale piek tot de secundaire pieken zo groot als mogelijk is. De waarde van een dergelijke verhouding is zeer belangrijk, omdat dit de diepte van de grenslaag beperkt, die kan worden gedetecteerd wanneer de werkwijze wordt gebruikt.

20 Een werkwijze voor het verkrijgen van een grote verhouding tussen de amplitude van de centrale piek en die van de secundaire pieken bestaat uit het gebruiken van ongelijke tijdsintervallen tussen opeenvolgende pulsen, zoals beschreven in het Franse octrooischrift 1.583.239 (zie a.u.b. de hieraanbevestigde fig. 1). In dit octrooischrift heeft de gezonden 25 pulssequentie een duur die tn langer is dan T en kan worden vertegenwoordigd door een tijdfunctie f(t), welke op bepaalde tijdstippen de waarde 1 aanneemt en de waarde 0 houdt voor de rest van de tijd, zoals getoond' door de genoemde fig. 1, waarbij (ti+1 -t^-^T. Wanneer tijdsintervallen t , t2, t^....t^....tn worden gebruikt, zullen secundaire pieken op gege-30 ven tijdstippen worden gevonden door de waarde van elk van de intervallen, de som van twee opeenvolgende intervallen, de som van drie opeenvolgende intervallen enz., waarbij de amplitude van secundaire piek op elk van de tijdstippen gelijk is aan het aantal malen dat hetzelfde interval werd gebruikt in de sequentie, of het aantal keren dat de som van de opeenvol-35 gende intervallen dezelfde waarde zal geven, (zie a.u.b. fig. 2, die de bekende autocorrelatiefunctie van de pulssequentie toont, welke wordt gezonden met een maximale amplitude n, wanneer er n-pulsen zijn en secundaire maxima op de tijdstippen £ t , £ tn· 82 0 0 9 7 6 r~ . * -2- 22404/JF/mv

Theoretisch kunnen zeer grote verhoudingen worden verkregen door een groot aantal verschillende intervallen te gebruiken, maar in de praktijk wordt men zeer snel beperkt tot een verminderd aantal mogelijk tijdsintervallen, door het gebruik van de seismografische bron, die seismografische 5 pulsen in de grond dient te zenden. In feite wordt een bron zodanig gebouwd, dat deze met een bepaalde herhalingsfrequentie werkt, waarop deze zijn normale vermogen zal af geven. Wanneer de herhalingsfrequentie wordt vergroot, zal de amplitude van de opgewekte seismografische pulsen afnemen en wanneer de frequentie wordt verkleind, dan wordt de bron onjuist gebruikt en de 10 seismografische resultaten, die zijn verkregen zijn slechter, aangezien minder energie naar de grond zal worden gezonden gedurende de tijd, die aan de transmissie wordt besteed. Seismografische bronnen zijn bijvoorbeeld een luchtdrukkanon waarvoor de herhalingsfrequentie zal afhangen van de grootte van de compressor die deze voedt of een hydraulische hamer, waarvan 15 de herhalingsfrequentie zal afhangen van de karakteristieken van de olie-pomp. De huidige werkwijze die soms overgang vereist van zeer korte tijdsintervallen tussen twee transmissies naar een zeer langtijdsinterval is niet bevredigend met betrekking tot de benutting van de bron, aangezien dit tot gevolg heeft dat deze onregelmatig of stotend werkt, waarop deze 20 niet kan aanspreken met volledige efficiëntie, vanwege de traagheid, die inherent is aan elk fysisch systeem.

Daardoor is men, wanneer men een gegeven bron gebruikt, beperkt tot een aantal tijdsintervallen, dat zich bevindt tussen twee waarden t^ en t2, waarbij het minimale tijdsinterval is en t2 het maximale tijdsin-25 terval is. Tussen t^ en t2 is het aantal beschikbare onderscheidene waarden eindig, aangezien de signalen worden opgenomen met een bemonsterings-snelheid en er geen fysiéch verschil is tussen twee intervallen met een verschil, dat lager is dan de waarde van de bemonsteringssnelheid die wordt gebruikt.

30 De uitvinding beoogt de hierboven genoemde nadelen op te heffen en voorziet daartoe in een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort, die het kenmerk heeft, dat deze de volgende stappen omvat: het zenden van een eerste sequentie van mechanische pulsen, gescheiden door gelijke tijdsintervallen t^, gevolgd door een luistertijd, die ten minste gelijk 35 is aan de tijd voor êên van de pulsen can te bewegen van het oppervlak van de aarde naar de diepste laag die dient te worden bestudeerd en terug te keren, het correleren van de signalen, ontvangen door de mechanische golf-sensoren met de gezonden sequentie, het zenden van een tweede sequentie 4 8200976 -3- 22404/JF/mv van N2 mechanische pulsen, gescheiden door gelijke tijdsintervallen tg, maar verschillend van die van de eerste sequentie, het daarna voortgaan als voor de eerste sequentie, het voortgaan met het zenden van een voldoend aantal sequenties, welke zelf zijn gekenmerkt, door pulsaantallen N-| en 5 verschillende intervallen t^, het sommeren van de resultaten van de verschillende correlaties, waarbij de waarden van en t^ zodanig worden gekozen dat de som van de autocorrelatiefuncties van elk van de gezonden sequenties in de vorm van een centrale piek van een amplitude + Ng + N^.+ ....N^ is, geflankeerd door secundaire pieken, zodat de verhouding tussen een der-10 gelijke centrale piek en de secundaire pieken groter is dan de verhouding tussen de amplitudes van de gereflecteerde signalen, ontvangen in tijdsintervallen, die overeenkomen met de gegeven tijdsintervallen, die de hoofd-piek van elk van de secundaire pieken scheiden.

De fig. 1 en 2 van de hierbij behorende tekening zijn reeds aange-15 duid, terwijl de resterende fig., namelijk 3 tot en met 9 in het hierna volgende zullen worden toegelicht.

De volgende getallenvoorbeelden zullen het mogelijk maken het ver·-schil tussen de stand van de techniek en de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding beter te begrijpen.

20 Laten we aannemen dat een bron beschikbaar is, die een transmissie- herhalingsfrequentie heeft, die efficiënt kan worden gevarieerd over tien onderscheiden· waarden, gekenmerkt 'door tien tijdsintervallen t^ tot en met t^ tussen opeenvolgende transmissies. Dit is een zeer verminderd aantal, dat is gekozen can de toelichtingen te vereenvoudigen, maar het basis-25 principe blijft hetzelfde, ofschoon een dergelijk aantal veel hoger zal zijn.

Volgens de huidige stand van de techniek kan er met deze tien waarden een sequentie van pulsen worden ontwikkeld, zodat de autocorrelatiefunctie j in de vorm van een centrale piek met een amplitude 10 is en secundaire pieken met amplitude 1, op tijdstippen, gelijk aan t^, tg....^,’ en dan 30 (t^ + tg) enz., (zie a.u.b. fig. 3). Wanneer het aantal van tien pulsen niet voldoend is voor de transmissie van voldoende energie in de grond, dienen andere pulsen te worden gezonden door opnieuw gebruik te maken van dezelfde intervallen t1 tot en met t^. Dan zal de amplitude van de secundaire pieken toenemen. Wanneer het bijvoorbeeld vereist is honderd pulsen in de grond 35 te zenden, kan dit het beste worden gedaan door tien maal elk van de tijdsintervallen voor een amplitude van de centrale piek van 100 en een amplitude van elk van de secundaire van 9 (fig. 4) te gebruiken. Met betrekking tot de verhouding tussen de centrale piekamplitude en de secundaire piekampli- 8200976 * -4- 22404/JF/mv tude, was er praktisch geen verbetering. De huidige techniek is daardoor beperkt vanwege de amplitude van de'secundaire pieken, de zogenaamde "cor-relatieruis".

Voor het beschrijven van de werkwijze volgens de uitvinding zullen 5 de getallen in het voorgaande voorbeeld worden aangehouden, dat wil zeggen honderd pulsen dienen te worden gezonden met tien .verschillende tijdsintervallen en de fig. 5 tot en met 9 tonen diagrammen van de signalen die worden gebruikt en de verwerkingssequentie ervan, waarnaar zal worden verwezen.

Dan bestaat de werkwijze uit het eerst zenden van een sequentie van 10tien equidistante pulsen, waarbij het tijdsinterval tussen de pulsen t^ is, het opnemen van signalen, ontvangen door de detectoren gedurende een tijdsperiode, die gelijk is aan het tijdsinterval, dat de eerste puls van de laatste scheidt, aangevuld met de tweewegslooptijd T van de laatste puls tussen het oppervlak van de aarde en de diepste te bestuderen grenslaag, het 15 correleren van ontvangne signalen met de sequentie, die de transmissietijden van de tien pulsen vertegenwoordigt, het zenden van een nieuwe sequentie van tien equidistante pulsen, waarvan het tijdsinterval t^ is en het daarna voortgaan als voor de eerste sequentie, het voortgaan met het zenden van nieuwe sequenties van pulsen, gekenmerkt door hetzelfde aantal tien maar met tijds-20 intervallen t^, dan t^, enz. tot en met t^ en tenslotte het optellen van de resultaten van aldus uitgevoerde opeenvolgende bewerkingen.

De details van elke hierboven genoemde bewerking worden hier beneden gegeven:

Fig. 5 toont een van de tien pulssequenties die zullen worden aange-25 duid als C^(t) (getoond door diagram (a), alsmede de ontvangen signalen (diagram (b)) gedurende een tijdsinterval,-dat gelijk is aan de duur van de gezonden sequentie, aangevuld met de hiervoor gedefinieerde tijd T. Wanneer elke puls van de sequentie C^(t) in de grond een gezonden signaal s(t) opwekte, waarvan de vorm afhangt van zowel de gekozen bron als de aard van 30 het oppervlak van de grond, kan worden gededuceerd, dat het gezonden signaal kan worden gegeven door de uitdrukking: C^(t)#s(t) (1).Wanneer bovendien het signaal, ontvangen door de detectoren aan het oppervlak wanneer slechts één puls wordt gezonden R.C.log(t) wordt genoemd, kan het signaal, ontvangen wanneer de sequentie Ci(t) is gezonden, worden uitgedrukt door: 35 cytnfcsUftR.C.logtt) (2).

Er is reeds beweerd dat het ontvangen signaal dan gecorreleerd was met de gezonden sequentie, dat wil zeggen met C^(t). Het correlatie resultaat kan dan het volgende zijn: 8200976 ♦ Λ.

-5- 22404/JF/mv AFC C^tJfcsttJfcR.C.logit) (3) waarbij AFC C.(t)de autocorrelatiefunctie van den sequentie C. (t) is.

Fig, 6 toont een dergelijke autocorrelatiefunktie van C^t) (AFC) 5 in zijn totaliteit, dus een duur gelijk aan 9 t^, alsmede de duur van de functie R.C.log(t), waarnaar wordt gezocht, waarvan het slechts bekend is dat de duur T groter is dan t^. De tijdoorsprong die in beschouwing genomen dient te worden is het maximum van de autocorrelatiefunctie, die dient te worden ingesteld op· de nultijd van de functie R.C.log(t).

10 Fig. 7 toont de tien autocorrelatiefuncties van C (t) tot en met ------ . 1 C^(t), ingesteld op een maximum, alsmede de som ervan, die dient te worden geëffectueerd in overeenstemming met de voorschriften van de nieuwe werkwijze. Het kan worden opgemerkt dat het uiteindelijke resultaat een centrale piek met een amplitude 100, geflankeerd door secundaire pieken met een am-15 plitude 9 is. Op dit ontwikkelingsmoment is het resultaat identiek aan dat verkregen met de stand van de techniek, die is getoond in fig. 4.

Het eerste voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is een efficiënter gebruik van de seismografische bron, die op verschillende opeenvolgende vaste herhalingsfrequenties werkt, in plaats van op een onorde-20 lijke wijze. Een tweede voordeel is verder de mogelijkheid oppervlakte -ruis te verzwakken, wanneer ten minste twee bronnen worden gebruikt.

Laten we aannemen dat twee synchrone bronnen en worden gebruikt, op een afstand d^ van elkaar geplaatst langs een lijn die de detectors G verbindt en beide geplaatst aan dezelfde zijde van dergelijke de-25 tectoren. Laten we eveneens aannemen dat de transmissie van één van de bronnen naar het oppervlak van de aarde een oppervlaktegolf opwekt, die zich horizontaal met een snelheidV voortplant. Zie a.u.b. fig. 8, waar S.j en $2 transmissiebronnen zijn, V de voortplantingssnelheid van de oppervlakte golf is, t^ het tijdsinterval tussen transmissie van béide synchrone 30 bronnen, d^ de afstand tussen de beide bronnen, wanneer deze op. de herha-lingsfrequentie t^ zenden.

Wanneer de afstand d^ tussen beide bronnen zodanig wordt gekozen, dat het tijdsinterval t^ van de gezonden sequentie gelijk is aan d^/V, kan worden opgemerkt dat de tweede transmissie van bron zal optreden wan-35 neer de eerste transmissie van passeert door S2 en verrijking van een dergelijke golf zal het resultaat zijn. Anderzijds, wanneer d. zodanig wordt

Ja gekozen dat (k+1 )d^/Y = 3^/2, zal verzwakking daaruit resulteren, omdat de transmissies van en S2 bij tegengestelde fasen optreden. Wanneer de af- 8200976 A > -6- 22404/JF/mv stand tussen beiden bronnen wordt ingesteld voor elk van de gebruikte tijdsintervallen, dan zal het effect optreden in elk van de transraissiesequenties, terwijl dit niet mogelijk zou zijn met de stand van de techniek volgens welke verschillende tijdsintervallen worden gebruikt voor dezelfde afstand 5 tussen de bronnen.

Een derde voordeel van een nieuwe werkwijze is dat met een beperkt aantal verschillende tijdsintervallen een zo groot als gewenste verhouding tussen de amplitude van de centrale piek en de correlatieruis kan worden verkregen. Er is een essentiëel verschil tussen de werkwijze volgens de 10 uitvinding en de stand van de techniek na een transmissie van tien pulsen In het geval van de uitvinding bestaat correlatieruis als een bepaald aantal secundaire pieken met een relatief grote amplitude, die echter op goed gedefinieerde tijden t^ 2t,, 3t^. enz. optreden, terwijl volgens de stand van de techniek de amplitude van de secundaire pieken is beperkt tot 1, 15 maar optreden op zeer verschillende tijdstippen t^, tg, (t^ + tg), dan (tg + tg) enz. Dit verschil kan tot een voordeel worden gemaakt door het toepassen van een driepuntsfilten-operator na transmissie van elke reeks van tien pulsen en correlatie, waarbij de operator bestaat uit een piek met amplitude -1, gevolgd door een piek met amplitude 2 2 i op tijdstip t^, en een piek met amplitude -1, op tijdstip 2t^. Fig. 9 toont van links naar rechts de functie AFC C^t), de driepuntsfilteroperator, de hiervoor is gedefinieerd en het filterresul-taat. Het kan worden opgeraerkt, dat de amplitude van de secundaire pieken is opgeheven, terwijl de amplitude van de centrale piek nog gelijk is aan 2.

25 Theoretisch zou slechts een sequentie voldoende zijn aangezien alle secundaire pieken dan zijn verdwenen. In de praktijk kan de verzwakking minder efficiënt zijn, wanneer lichte variaties in optreden .bij transmissie van één en dezelfde sequentie; het verdient dan de voorkeur dezelfde bewerking met verschillende t^ met verschillende waarden te herhalen.

30 Het zal worden begrepen dat deze uitvinding alleen puur verklarend en niet beperkend is beschreven en dat willekeurige bruikbare modificaties daarin kunnen worden aangebracht zonder echter buiten de strekking, zoals gedefinieerd in de bijbehorende conclusies te komen.

8200976

Claims (4)

1. Werkwijze voor het aftasten van een medium door gecodeerde transmissie van mechanische pulsen, met het kenmerk, dat deze de volgende stap- 5 pen omvat: het zenden van een eerste sequentie van mechanische pulsen, gescheiden door gelijke tijdsintervallen t^, gevolgd door een luistertijd, die tenminste gelijk is aan de tijd voor één van de pulsen om te bewegen van het oppervlak van de aarde naar de diepste laag die dient te worden bestudeerd en terug te keren, het correleren van de signalen, ontvangen 10 door de mechanische golfsensoren met de gezonden sequentie., het zenden van een tweede seuqentie van N2 mechanische pulsen, gescheiden door gelijke tijdsintervallen t2> maar verschillend van die van de eerste sequentie, het daarna voortgaan als voor de eerste sequentie, het voortgaan met het zenden van een voldoend aantal sequenties, welke zelf zijn gekenmerkt door 15 pulsaantallenen verschillende intervallen t^ het sommeren van de resultaten van de verschillende correlaties, waarbij de waarden van N. en t. X X zodanig worden gekozen dat de som van de autocorrelatiefüncties van elk van de' gezonden sequenties in de vorm van een centrale piek van een amplitude N.j + N2 + is, geflankeerd door secundaire pieken, zodat de 20 verhouding tussen een dergelijke centrale piek en de secundaire pieken groter is dan de verhouding tussen de amplitudes van de gereflecteerde signalen, ontvangen in tijdsintervallen‘, die overeenkomen met de gegeven tijds- « intervallen, die de hoofdpiek van elk van de secundaire pieken scheiden.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat na correlatie 25 van de met elke sequentie ontvangen signalen, het resultaat van de correlatie wordt geconvolveerd met een driepuntaoperator, . bestaande uit een piek met een amplitude -1, gevolgd door een piek met een amplitude 2 op een tijd, gelijk aan het tijdsinterval tussen 2 opeenvolgende transmissies en van een piek met een amplitude -1, op een tijd, gelijk aan twéémaal het 30 tijdsinterval tussen twee opeenvolgende transmissies.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat pulsen worden gezonden vanaf ten minste twee bronnen, waarvan de scheidingsafstand variabel is van één transmissiesequentie tot de andere.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de af-35 stand tussen de transmissièronnen afhankelijk van de propagatiesnelheid van de oppervlaktegolven voor elke sequentie wordt gezonden . Eindhoven, februari 1982. . 8200976