RU2126982C1 - Способы создания форм сейсмических импульсов с минимальной энергией боковых лепестков (варианты) - Google Patents

Abstract

Раскрывается способ создания простых форм сейсмических импульсов с минимальной энергией боковых лепестков для использования в качестве опорных сигналов в сейсмических вибраторах. Этот способ включает в себя, во-первых, выбор энергетического спектра из группы, состоящей из спектров, которые являются производными Гауссовских функций или их существенных эквивалентов. Затем расчет сформированной по спектру развертки из этого энергетического спектра так, что преобразование Фурье-автокорреляции развертки оказывается по существу таким же, как и преобразование Фурье требуемого спектра. Далее использование сформированной по спектру развертки в качестве опорного сигнала для возбуждения сейсмического вибратора. Использование вибратора для сообщения колебаний земле. Сбор сейсмических данных из земли, которые происходят от вибратора, и обращение свертки сейсмических данных с опорным сигналом. Технический результат изобретения выражается в повышении разрешающей способности способа. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способам создания форм сейсмических импульсов с минимальной энергией боковых лепестков и более конкретно касается аппаратуры сейсмических вибраторов, а в частности, рассматривает опорный сигнал, используемый для возбуждения сейсмического вибратора.

При получении сейсмических данных используют сейсмические волны для определения характера, ориентации и местоположения подпочвенных формаций.

В отражательной сейсмической технике сейсмические волны генерируют на поверхности земли. Эти волны проходят через земную кору и сжатая мода этих волн отражается различными подпочвенными формациями обратно к поверхности. Эти отраженные волны обнаруживаются сейсмоприемниками или геофонами.

Настоящее изобретение сосредотачивает внимание на способе создания сейсмических волн. В технике обычно используют различные способы создания сейсмических волн.

Эти способы включают в себя взрывчатые вещества и вибраторы, но не ограничиваются ими. Вибраторы используют, как предполагает их название, для колебания земной коры. Их использование более привлекательно по сравнению с взрывчатыми веществами из-за сравнительной безопасности и стоимости.

При возбуждении вибраторов они сообщают сравнительно низкую энергию в земную кору. Обычно оператор вибратора выбирает интервал возбуждения, а запись данных производится во время интервала возбуждения и последующего периода, в течение которого вибратор не возбуждается, но все еще осуществляется прием отраженных сигналов.

Эта техника первоначально разработана Коноко и называется "вибросейсом".

При разработке вибратора в сейсмической технике появилось возрастающее внимание к характеру сигнала, возбуждающего вибратор.

Этот сигнал представляет собой управляемый волновой цуг, причем волновой цуг представляет волну, которая имеет несколько циклов.

Этот сигнал представляет синусоидальное колебание непрерывно изменяющейся частоты. Такая входная волна называется "разверткой", а период развертки обычно составляет несколько секунд или больше.

Возможны различные типы разверток, в каждом из которых используется некоторый вид конуса амплитуд, представляющего взвешивающую функцию /типа стандартной взвешивающей функции Хеннинга/, которую применяют к началу и концу развертки с целью обеспечения плавного уменьшения амплитуды развертки до нуля на концевых точках.

Стандартным сигналом является линейная развертка. Линейная развертка представляет синусоидальный сигнал, по существу, постоянной огибающей амплитуд, в котором частота изменяется по линейному закону во времени, либо монотонно увеличиваясь, либо уменьшаясь, в заданном диапазоне частот, давая постоянную скорость развертки. Нелинейная развертка представляет синусоидальный сигнал, в котором частота изменяется не по линейному закону во времени.

Обычно нелинейные развертки пытаются компенсировать на увеличенные потери или ослабления более коротких волн при их прохождении через землю из-за расходования большего количества времени колебания на более высоких частотах.

При сейсмических исследованиях с генерированием колебаний полевая запись коррелируется с волновым цугом развертки с целью создания коррелограммы или коррелированной записи.

Коррелированная запись имеет сходство с обычной сейсмограммой, которую можно принимать при использовании взрывчатого вещества или импульсного сейсмоисточника.

В сейсмической технике хорошо известно, что нежелательным побочным продуктом в сейсмических сигналах с генерированием колебаний является энергия боковых лепестков.

Боковые лепестки представляют побочные продукты процесса коррелирования и удлиняют и усложняют сейсмический короткий волновой цуг /сейсмический импульс/.

Визуально они похожи на колебания с обеих сторон центральных трех лепестков сейсмического импульса. Современные способы получения данных вибратора, в частности линейных разверток, создают сложные сейсмические импульсы с избыточными величинами энергии боковых лепестков после корреляции.

Эта энергия боковых лепестков ухудшает качество данных и неблагоприятно действует на возможность оценки и управления сейсмическими короткими волновыми цугами при обработке.

Поэтому существует необходимость вырабатывания данных вибратора, которые имеют простую форму сейсмического импульса и минимальную энергию боковых лепестков, снижая, таким образом, искажение сейсмического сигнала и улучшая сейсмическую разрешающую способность.

Большинство данных вибраторов получают с использованием в качестве опорного сигнала линейных разверток. Затем эти данные коррелируют с опорным сигналом линейной развертки для создания записи.

Как установлено выше, линейные развертки при корреляции или обращении свертки создают сложные сейсмические импульсы со значительными величинами энергии боковых лепестков.

Некоторые данные вибраторов получают также, используя категорию нелинейных разверток, разработанных для компенсации увеличенных потерь коротких волн, при их распространении через землю.

Эти развертки создают даже более сложные сейсмические импульсы с более высоким содержанием боковых лепестков, чем линейные развертки.

Большая величина энергии боковых лепестков этих типов обычных разверток создает после корреляции ухудшения качества данных и неблагоприятно воздействует на возможность оценки и управления сейсмическим коротким цугом волн при обработке.

Ритч Е. в работе "Сигналы вибросейса с заданным энергетическим спектром", помещенной в трудах "Геологические методы разведки", том 25, стр. 613-620 /1977 г./, разработал взаимосвязь между мгновенной фазовой функцией развертки и ее энергетической спектральной плотностью) для разверток, имеющих постоянную огибающую амплитуд, используя тот факт, что энергетический спектр развертки находится в обратной зависимости от скорости изменения частоты развертки.

Ритч предложил способ определения соответственной фазовой характеристики для развертки, которая должна иметь определенный заранее заданный энергетический спектр, отмечая, что способ можно использовать для конструирования разверток, функции автокорреляции которых имеют низкие боковые лепестки /Ритч, стр. 617/.

Следовательно, развертки, имеющие заранее установленные энергетические спектры, можно конструировать с использованием этой взаимосвязи, но системы электронного управления вибратором в настоящий момент не могут воспроизводить /не говоря уже о точности следования/ определяемую пользователем развертку, делая этот вопрос теоретическим.

При последнем подходе к созданию новых приборов управления вибраторами на основе передовой микропроцессорной техники, теперь можно осуществлять точное управление выходной силой вибратора /амплитудой и фазой/.

Этот прогресс дает возможность точно воспроизводить и следовать вибратором определяемых пользователем разверток. Этот технологический успех воодушевил исследователя на разработку оптимальных форм разверток, ведущих к соответствующей настоящему изобретению развертке.

Из ближайшего аналога патента США N 4768170 30.08.88, G 01 V 1/100 (Кастл) известен способ создания форм сейсмических импульсов с минимальной энергией боковых лепестков.

Самое очевидное различие между предложенным изобретением и способом Кастла заключается в соответствующих фазовых функциях, а следовательно, в результирующих сигналах возбуждения. Патент Кастла целиком фокусируется на реализации случайной фазы, которая выдает соответствующий случайный код - не развертку - для возбуждения вибратора. Однако предложенное изобретение сосредоточивает внимание на задании плавно изменяющейся фазовой функции - не случайной функции - чтобы создавать сигнал синусоидальной развертки, имеющий частоту, которая монотонно увеличивается или уменьшается в данном частотном диапазоне, для возбуждения вибратора.

Патент Кастла не сообщает, как выделять фазу, которая будет выдавать плавно изменяющуюся развертку. Кроме того, патент Кастла не сообщает способ компенсировать воздействие применения к развертке амплитудного конуса (так, чтобы начало и прекращение развертки не сопровождалось резким изменением амплитуды) на результирующий энергетический спектр, что необходимо для достижения приемлемых результатов. Это и понятно, поскольку Кастл не претендует и не заявляет, что производит плавно изменяющуюся развертку. Однако эти вычисления являются ключом к расчету сформированной по спектру развертки предлагаемого изобретения.

Сигнал возбуждения вибратора может характеризоваться двумя переменными: амплитудой и фазой. Кастл определяет амплитуду как функцию, в частности, импульсов Рикера, но не определяет фазу. Обратите внимание на фиг. 5 в патенте Кастла, где блоки 44г и 45 требуют только выборки из случайной последовательности и посредством этого генерации случайной фазы. Решение Кастла изменяет фазу случайным образом. Таким образом, методика Кастла дает бесконечное множество решении, каждое из которых производит соответствующие случайные коды возбуждения (не развертки), и таким образом, каждое из них ограничено сигналами случайного типа. Предлагаемое изобретение, напротив, ограничено плавно изменяющимися фазовыми функциями. Таким образом, существует по существу одно технически верное решение (и другие, приближающиеся к нему) с заданным амплитудным (или энергетическим) спектром.

На фиг. 1 заявки изображены блоки 103 и 105, которые обеспечивают вычисление мгновенного значения фазовой функции этого изобретения, так что скорость изменения частоты соответствующего сигнала обратно пропорциональна его энергетическому спектру. Воздействие амплитудного конуса компенсируется контуром обратной связи, изображенным на фиг. 1 (блок 110). Поскольку Кастл рассматривает исключительно сигналы со случайной фазой, он никогда не подходит к проблеме, как выдавать плавно изменяющуюся фазовую функцию (следовательно, сигнал возбуждения с синусоидально сформированной разверткой), и, расширительно, не предлагает никакого решения. Кроме того, поскольку Кастл рассматривает только сигналы со случайной фазой, он никогда не подходит к проблеме, как компенсировать воздействие на результирующий спектр применения к развертке амплитудного конуса и опять же в расширительном смысле не предлагает никакого решения.

Поскольку предлагаемое изобретение заявляет способ вычисления развертки, сформированной по спектру (частота которой монотонно возрастает или убывает), и поскольку Кастл не раскрывает этого, но взамен предлагает коды возбуждения со случайной фазой (частота которых изменяется случайным образом), патент Кастла требует особой процедуры корреляции, именуемой "корреляцией периодической развертки", для восстановления нужных данных. См., в общем, колонки с 14 по 17. Напротив, предлагаемое изобретение не требует никакой специальной процедуры корреляции для восстановления данных.

Целью настоящего изобретения является обеспечить развертку, которая при использовании в вибраторных сейсмосистемах создает сигнал с минимальными помехами коррелирования боковых лепестков.

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечить развертку, которая при использовании в вибраторной сейсмосистеме создает сигнал, имеющий простую форму сейсмического импульса.

Еще одной целью настоящего изобретения является по существу улучшить вызывающую колебание сейсмическую технику при незначительном увеличении или без увеличения стоимости.

Изобретение состоит из способа создания простых форм сейсмических коротких волновых цугов с минимальной энергией боковых лепестков.

Этот способ включает в себя, во-первых, выбор энергетического спектра из группы, содержащей спектры, которые являются производными Гауссовых функций или их существенных эквивалентов; затем вычисление сформированной по спектру развертки из этого энергетического спектра таким образом, что преобразование Фурье автокорреляции развертки оказывается по существу таким же, как и преобразование Фурье нужного спектра; далее, использование сформированной по спектру развертки в качестве опорного сигнала для возбуждения сейсмовибратора; использование вибратора для сообщения колебаний земле; сбор сейсмических данных из земли, которые получаются от вибратора, и обращение свертки сейсмических данных с опорным сигналом.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
На фиг. 1 - блок-схема алгоритма для расчета развертки по энергетическому спектру, выбранному с использованием соответствующего настоящему изобретению способа;
На фиг. 2A - обычная линейная развертка;
На фиг. 2B - автокорреляция показанной на фиг. 2A линейной развертки;
На фиг. 2C - энергетический спектр показанной на фиг. 2A линейной развертки;
На фиг. 3A - сформированная развертка с использованием соответствующего настоящему изобретению способа;
На фиг. 3B - автокорреляция показанной на фиг. 3A сформированной развертки;
На фиг. 3C - энергетический спектр показанной на фиг. 3A сформированной развертки;
На фиг. 4A - действительная выходная сила вибратора для линейной развертки после корреляции;
На фиг. 4B - действительная выходная сила вибратора для сформированной развертки после корреляции;
На фиг. 5A - сейсмические данные наклонной скважины после корреляции с использованием линейной развертки;
На фиг. 5B - сейсмические данные после корреляции с использованием сформированной развертки для того же места, как и на фиг. 5A;
На фиг. 6A - коррелированная запись при взрыве для линейной развертки и
На фиг. 6B - коррелированная запись при взрыве для сформированной развертки для той же точки расположения вибратора, как и на фиг. 6A.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Целью техники создания сформированной развертки является обеспечить способ формирования в спектральном отношении развертку вибратора, который позволяет генерировать простую форму сейсмического импульса с минимальной энергией боковых лепестков после корреляции.

Сформированные по спектру развертки обеспечивают существенное улучшение при выполнении вибраторного источника по сравнению с обычной разверткой.

Энергия боковых лепестков подавляется на 24-30 дБ в записи выходного сигнала по сравнению с соответствующей ей энергией при линейной развертке, обеспечивая улучшенное качество и чистоту данных /аналогичные таковым, вырабатываемым импульсными источниками/ первых вступлений.

Сформированные по спектру развертки, в частности, конструируют для генерирования простого импульса корреляции с минимальной энергией боковых лепестков.

Сформированную развертку, в отличие от соответствующей ей линейной развертки, конструируют для создания специального энергетического спектра.

Для нужного спектра соответствующую развертку создают так, что преобразование Фурье ее автокорреляции приводится в соответствие с требуемым спектром.

Следовательно, развертки с чрезвычайно низкими боковыми лепестками корреляции можно конструировать посредством определения соответствующего энергетического спектра.

Поскольку формируется энергетический спектр /а не амплитудный спектр/ развертки, отсутствует теоретический выигрыш при записи некоррелированных данных в зависимости от коррелированных.

Такое положение не верно для данных при линейной развертке, где незначительное улучшение формы импульса можно получить при обработке с некоррелированными данными.

Алгоритм расчета класса разверток по энергетическому спектру с использованием мгновенного фазового соотношения, разработанного Ритчем, представлен на фиг. 1.

Хотя в этом алгоритме использовано разработанное Ритчем соотношение, Ритч не предложил оптимальный энергетический спектр, типа предлагаемого в настоящем преобразовании, и он не раскрыл способ компенсирования действия конуса амплитуд /не постоянной огибающей амплитуд/, который необходимо рассчитывать для получения приемлемых результатов.

Предлагаемый настоящим изобретением спектр определяется выражением:

которое специалисты в данной области техники могут определить в виде производной обратного преобразования общей функции e^-fm,
где P(f) - требуемый энергетический спектр, находящийся в диапазоне от 0 до Ke^-n/m, где K - произвольная постоянная пересчета;
f - частота развертки в герцах, обычно находящаяся в диапазоне от 1 Гц до 3f_р Гц;
f_p - частота, на которой спектр имеет максимум и определяется пользователем и устанавливается обычно между 10 и 80 Гц, а предпочтительно между 20 и 50 Гц, на основании ожидаемой преобладающей частоты, которая должна быть восстановлена у цели после обращения свертки;
m - постоянная, которая определяет тип функции: для m = 2 функции являются гауссовыми, тогда как для m 2 функции являются по существу гауссовыми; m не обязательно должна быть постоянным числом;
n - порядок производной; например, в случае m = 2, n = I представляет первую производную функции Гаусса, n = 2 представляет вторую производную функции Гаусса, n = i представляет i-ную производную функции Гаусса; однако n не обязательно должна быть целым числом.

Вначале выбирают энергетический спектр из семейства спектров, определяемого уравнением (I), при установлении порядков тип для создания по существу трехлепесткового сейсмического импульса.

Затем выбирают пиковую частоту f_p спектра в соответствии с преобладающей частотой, которая предположительно должна быть восстановлена у геологической цели после обращения свертки, и выбранный спектр оценивают в интервале от f_min до f_max, где обычно f_min = 1, а f_max - 3f_p Гц.

Этот спектр затем становится входным для показанного на фиг. 1 алгоритма, который обеспечивает расчет сформированной развертки специальной длительности T_разв., частоты опроса Δt и конуса амплитуд A(t), которые имеют этот требуемый энергетический спектр.

Типичные длительности сформированных разверток /T_разв/ находятся в диапазоне от 4 до 16 с, причем предпочтительные длительности разверток обычно составляют 6-8 с.

Частота выбора Δt должна, во-первых, удовлетворять критерию Найквиста / Δt < 1/(2f_max)/, а затем, где это приемлемо, должна устанавливаться в соответствии с конкретными характеристиками электроники вибратора (например, приборы Пелтон Эдванс II требуют Δt = 1/2048).

Амплитудный конус A(t) представляет любую типичную взвешивающую функцию, знакомую сведущим в данной области техники, такую как описываемая ниже взвешивающая функция Ханнинга:

A(t) = A:T_конус≤t≤T_разв-T_конуса

где
A(t) - взвешивающая функция, находящаяся в диапазоне от 0 до A, где A - произвольная постоянная пересчета;
t - время, находящееся в диапазоне от 0 до T_разв, и
T_конуса - длительность взвешивающей функции, применяемой к каждому концу развертки: T_конуса≤T_разв/2, при типичных длительностях конуса, находящихся в диапазоне от 1/8 до 1 с.

В представленном на фиг. 1 алгоритме используется мгновенное фазовое соотношение, выведенное Ритчем для разверток, имеющих постоянную амплитудную огибающую /A(t)= A для всей длительности развертки/ в качестве его исходной начальной точки.

Последующие итерации, показанные здесь в виде цепи обратной связи, автоматически компенсируют действие амплитудного конуса /A(t)=взвешивающей функции/. Затем получающаяся мгновенная фазовая функции ⌀(t) преобразуется в требуемую развертку посредством уравнения:
S(t) = A(t)sin/2π⌀(t)+Ф/, (3)
где
S(t)-вычисляемая по алгоритму требуемая сформированная развертка;
A(t) - выбранная взвешивающая функция, типа функции, описываемой уравнением (2);
⌀(t) - вычисляемая по алгоритму в циклах мгновенная фазовая функция;
Ф - постоянная, представляющая начальную фазу развертки в радианах, находящаяся в диапазоне от 0 до 2π.
Алгоритм действует следующим образом. При первой итерации обратная связь отсутствует, а отсюда и входным спектром служит просто требуемый спектр P(t).

Затем этот входной спектр масштабируется и инвертируется с целью получения оценки скорости изменения частоты развертки d²⌀(τ)/dτ². Из работы Ритча имеем:

где τ - стационарная точка ⌀(τ)-ft, то есть τ представляет решение уравнения d⌀(τ)/dτ-f = 0, а отсюда функцию f, a C(t) представляет скорость развертки.

Следовательно, для постоянной огибающей амплитуд скорость изменения частоты обратно пропорциональна требуемому энергетическому спектру. Дважды интегрируя эту функцию относительно τ, получим мгновенную функцию ⌀(τ).
Ритч разработал численное решение этого дифференциального уравнения в единицах системы рекуррентных соотношений, позволяя тем самым осуществлять последующий расчет фазовой функций ⌀(τ) в дискретные моменты τ_n:

где ⌀_n+ ⌀(τ_n), τ_n = τ(f_n), C_n = C(f_n) - функции ⌀, τ, и C, соответственно, на дискретных частотах f_n:

и N - количество субинтервалов равной ширины частотного диапазона /f_min, f_max/, деленное обычно на 500-1000, где n - представляет n-ую выборку из N.

Поскольку дискретные моменты τ_n обычно разнесены не равномерно, требуемая фазовая функция ⌀(t) для равномерно распределенных дискретных моментов t_n на требуемом интервале выборки Δt, рассчитывается посредством интерполирования, используя хорошо известные специалистам в данной области техники шлицевой метод.

Затем с помощью уравнения (3) рассчитывают развертку S(t). Вводя в обратное преобразование в качестве дополнительных входных данных требуемую длительность развертки, теперь можно полностью произвольно пересчитывать требуемый энергетический спектр. Уравнение (5) показывает ......... величин Δτ, отсюда и длительность развертки, являются функцией способа пересчета энергетического спектра.

Однако при первом расчете длительности развертки (суммы величин Δτ) с произвольным пересчетом требуемую длительность развертки можно получить посредством пересчета входного спектра путем отношения требуемой длительности развертки к полученной в результате расчета длительности. Этот пересчет выполняют для каждой итерации и гарантирует сохранение требуемой длительности развертки.

Первая итерация представляет начальное исследование развертки, имеющей требуемый энергетический спектр. Однако, поскольку постоянная амплитудная огибающая подразумевалась, но не применялась, развертка имеет энергетический спектр, который близко согласуется с требуемым спектром только для тех частот, на которые не оказывает влияние амплитудный конус.

Для тех частот, на которые оказывает влияние амплитудный конус, действительный спектр значительно короче требуемого спектра.

Следовательно, влияние амплитудного конуса (не постоянной амплитудной огибающей) учитывается посредством последовательного изменения входного спектра.

Энергетический спектр развертки сравнивается с требуемым энергетическим спектром при каждом последовательном повторении.

Погрешность ε используется для регулирования входного спектра способом, хорошо известным сведущим в технике систем управления, в отношении минимизирования разницы между требуемым и действительным спектрами.

Эту разницу или погрешность можно сделать очень маленькой, типично ε < 1%. Алгоритм продолжает повторять этот же процесс, пока энергетический спектр развертки окажется по существу идентичным требуемому энергетическому спектру, и в этот момент алгоритм останавливается, и для энергетического спектра, выбранного в соответствии с уравнением (I), определяется фазовая функция ⌀(t), а отсюда и развертка S(t).

Процесс, с помощью которого создается сигнал развертки, легче понять, рассматривая фиг. 1. Процесс начинается этапом 101.

При первой итерации /I=I/ принимается требуемый энергетический спектр. Затем этот спектр запоминается на этапе 102 и представляет входной спектр для последующих этапов процесса.

Субпроцесс автоматического взвешивания и инвертирования на этапе 103 можно легко понять в виде двухэтапного процесса. Во-первых, поскольку амплитудная огибающая A(τ) подразумевается постоянной /A(τ)=A/, уравнение (4) примет вид:

которое приводится к виду

поскольку A²/4 представляет просто дополнительную постоянную, которую можно учитывать уже в постоянной произвольного перерасчета энергетического спектра K.

Используя "входной" спектр и выполняя необходимое деление (обратное преобразование) в уравнении (9), получаем функцию C(f), которая представляет скорость развертки.

Затем используется приведенное здесь уравнение (5) с целью определения набора моментов Δτ_n и τ_n для диапазона частот /f_min, f_max/, определяемого требуемым спектром и интервалом Δf выборки частот.

Это вычисление обычно не дает расчетную длительность развертки τ_N /сумму величин

/, которая равна требуемой длительности развертки T_разв.

Следовательно "входной" спектр пересчитывается с помощью нормировочного множителя, равного T_разв/ τ_N , а затем пересчитывается функция C(f). Применение уравнения (5) дает новый набор Δτ_n и τ_n дающий общую расчетную длительность развертки, равную требуемой длительности развертки.

Затем на этапе 104 выполняется двойное интегрирование скорости развертки с целью получения фазы ⌀(τ) в функции τ. Для этой цели используются приведенные здесь уравнения (6) и (7) вместе с Δτ_n, вычисленной на предыдущем этапе.

Выходной сигнал субпроцесса 104 представляет фазу этого сигнала развертки в функции времени с неравномерной выборкой по времени, поскольку Δt_n, как правило, не одинаковые. Однако, чтобы использовать эту фазу в вибраторе, необходимо иметь фазу на равномерных интервалах времени.

Субпроцесс, показанный в виде шлицевой подгонки на этапе 105, выполняет операцию шлицевой подгонки, которая известна специалистам в данной области техники и, при повторной выборке, создает фазу ⌀(t) на требуемых равномерных приращениях времени Δt. Она называется расчетной фазой.

В следующем субпроцессе расчета, на этапе 106, амплитудный конус A(t), типа конуса, представленного в уравнении (2), прилагается к синусу расчетной фазы с целью получения расчетного сигнала развертки S(t), используя уравнение (3).

К рассчитанному сигналу развертки применяется преобразование Фурье, как показано на этапе 107, с целью получения его энергетического спектра.

Затем действительный энергетический спектр сравнивается на этапе 108 с требуемым энергетическим спектром. В частности, действительный энергетический спектр рассчитывается из требуемого спектра. Разница обозначается погрешностью ε и представляет меру того, насколько близко действительный спектр совпадает с требуемым спектром.

Этот спектр погрешности проверяется на этапе 109 с целью определения, достаточно ли он маленький по сравнению с некоторым пороговым значением.

Если спектр погрешности достаточно маленький, то процесс прерывается и затем рассчитанный сигнал развертки используется в качестве опорного сигнала для вибратора.

С другой стороны, если погрешность слишком большая, то это показывает, что сигнал развертки необходимо изменить. Типичным пороговым уровнем для решения вопроса, слишком ли большую погрешность имеет сигнал, может быть уровень, когда погрешность более примерно одного процента от максимальной величины требуемого спектра.

Если спектр погрешности слишком большой, то он используется для изменения запомненного спектра от этапа 102, используя способ, хорошо известный специалистам в технике систем управления, для определения измененного спектра.

В частности, некоторая часть, но менее 100%, спектра погрешности на этапе 110 добавляется к запомненному спектру с целью его изменения. Выбор этой части описывается ниже.

Затем процесс возвращается к этапу 101 для другой итерации. Количество итераций 1 теперь больше одно и, вместо использования требуемого энергетического спектра используется измененный энергетический спектр из этапа 110.

Эта часть указывается положением переключателя, когда I > I. Повторяется вся последовательность этапов 102-109, и снова проверяется спектр погрешности относительно порогового значения.

Этот процесс итерации продолжается, пока процесс сойдется с решением, что случается, когда действительный энергетический спектр и требуемый энергетический спектр достаточно аналогичны.

Процесс выбора части спектра погрешности, которая добавляется к запомненному спектру для изменения, хорошо известен сведущим в теории систем управления.

Если эта часть равна нулю, то этот спектр не изменяется, отсюда сходимость никогда не происходит и процесс итерации продолжается бесконечно. Если часть составляет 100% или больше, появляется существенная опасность, что процесс окажется неустойчивым.

Это также хорошо известно в теории систем управления. Типичный выбор этой части находится между 25 и 75%. Это обеспечивает сходимость в течение довольно короткого интервала времени без дестабилизации процесса.

Соответствующий настоящему изобретению алгоритм выдает расчетную развертку, или какую-либо функцию, описывающую развертку, в файл данных в формате данных, совместимом с любой электроникой вибратора изготовителя, которая допускает непосредственную или близкую аппроксимацию определяемой пользователем развертки, типа электроники вибратора Эдванс II фирмы "Пелтон инк.", электроники вибратора Серкел VE 416 или любого другого аналогично оборудованного блока электроники вибратора.

Описанную технику можно применять к любому источнику вибраторного типа и не ограничивается источниками, используемыми геофизической промышленностью.

Специальный класс энергетического спектра, лучше подходящий для функционирования вибратора, представляет формула:

где из общего уравнения (1) порядки m=n=2. Это уравнение представляет вторую производную Гаусса, и в частности, известно сведущим в технике для описания сейсмического импульса Риккера, когда величина K равна

Сформированные развертки, сконструированные из этого конкретного типа спектра, создают простые трехлепестковые сейсмические импульсы с небольшой энергией боковых лепестков после корреляции или без нее, и поэтому являются идеальными для работы вибраторов.

Пример
На фиг. 2A и фиг. 3A показано сравнение между стандартной линейной разверткой /10-58 Гц/ и сформированной разверткой /f_p=34 Гц/, вырабатываемой по этому алгоритму с энергетическим спектром, определяемым уравнением 10, соответственно.

Обе развертки имеют одинаковую среднюю частот /34 Гц/. На фиг. 2A, 2B и 2C показана линейная развертка с соответствующими ей автокорреляцией и энергетическим спектром. Большая энергия боковых лепестков в сейсмическом импульсе создается из-за крутых спадов в энергетическом спектре.

Это справедливо только в отношении линейной развертки. В противоположность этому, на фиг. 3A, 3B и 3C показана сформированная развертка с соответствующими ей автокорреляцией и энергетическим спектром.

Отметим бросающуюся в глаза разницу боковых лепестков автокорреляции двух разверток. Энергия боковых лепестков подавляется на 40 дБ по сравнению с стандартной линейной разверткой.

Как видно на фиг. 3C, плавное очертание энергетического спектра создается не какой-то амплитудной функцией, применяемой к развертке /амплитуда развертки плоская, за исключением нормального конуса/.

Вместо этого оно создается: посредством изменения скорости развертки (Δf/Δt), поскольку плотность энергетического спектра обратно пропорциональна скорости изменения частоты.

Важно отметить, что линейные развертки нельзя обрабатывать или разделять с целью создания выходного сейсмического импульса, аналогичного импульсу сформированных разверток.

Линейные развертки не имеют критических частот на нижнем конце, что приводит к сложной форме сейсмического импульса, даже после оптимального формирования /амплитуды/ при обработке.

Однако сформированные развертки содержат соответствующие частоты на соответственных спектральных уровнях для создания простых трехлепестковых сейсмических импульсов после корреляции.

Результаты сравнения испытаний действительных вибраторов с сформированной и обычной линейной развертками показаны на фиг. 4A и 4B и фиг. 5A и 5B.

Представленная на фиг. 3A сформированная развертка была загружена в вибратора Литтон LRS 315, оборудованный электроникой вибратора Пелтон Эдванс 11 и сравнена с стандартной линейной разверткой, показанной на фиг. 2A.

На фиг. 4A и 4B показана выходная сила вибратора после ее коррелирования с соответственной ей опорной разверткой.

Сформированная развертка /фиг. 4B/ создает лучший сейсмический импульс выходной силы вибратора, а энергия боковых лепестков подавляется на 24-30 дБ в показателе выходной силы по сравнению с соответственной ей линейной разверткой /фиг. 4A/.

На фиг. 5A и 5B показано сравнение данных наклонной скважины при использовании показанных на фиг. 4A и 4B сформированной и линейной разверток.

Данные наклонной скважины, вырабатываемые посредством сформированной развертки /фиг. 5B/, дают чистые, почти импульсного типа первые вступления.

В противоположность этому для обычной вибраторной техники при линейной развертке /фиг. 5A/ типична большая величина боковых лепестков, предшествующая первым вступлениям.

На фиг. 6A и 6B показано сравнение регистрации при взрыве между сформированной и линейной развертками для одной и той же точки расположения вибратора.

Запись в случае сформированной развертки /фиг. 6B/ обеспечивает чрезвычайно чистые первые вступления и показывает явное улучшение качества данных, особенно в течение 1,5 с.

Незначительное увеличение помехи от поверхностной волны, наблюдаемое в регистрации при сформированной развертке, происходит из-за того, что данные были записаны при отсутствии фильтров верхних частот, тогда как запись данных в случае линейной развертки производилась при наличии фильтров верхних частот.

Claims (3)

1. Способ создания форм сейсмических импульсов с минимальной энергией боковых лепестков, отличающийся тем, что осуществляют:
а) выбор энергетического спектра из группы, состоящей из спектров, которые представляют произвольные гауссовских функций и их существенных эквивалентов в диапазоне частот обычно от 1 Гц до 3 f_р Гц, где f_р представляет частоту, на которой спектр имеет максимум и устанавливается обычно между 10 и 80 Гц,
б) расчет сформированной по спектру развертки для упомянутого энергетического спектра так, что преобразование Фурье автокорреляции развертки является по существу таким же, как и преобразование спектра,
в) использование сформированной по спектру развертки в качестве опорного сигнала для возбуждения сейсмовибратора,
г) использование вибратора для сообщения колебаний земле,
д) сбор сейсмических данных из земли и получение этих данных от упомянутых колебаний и
е) обращение свертки сейсмических данных с опорным сигналом.

2. Способ создания форм сейсмических импульсов с минимальной энергией боковых лепестков, отличающийся тем, что осуществляют:
а) выбор энергетического спектра из группы, состоящей из следующего уравнения и его существенных эквивалентов

где Р(f) - требуемый энергетический спектр;
К - произвольная постоянная, используемая для пересчета уравнения;
f - частота развертки, находящаяся в диапазоне обычно от 1 Гц до 3 f_р Гц;
f_р - частота, на которой спектр имеет максимум и устанавливается обычно между 10 и 80 Гц;
m - постоянная, которая определяет тип функции, где m не обязательно должна быть целым числом;
n - порядок дифференцирования, где n не обязательно должна быть целым числом,
б) расчет сформированной по спектру развертки для упомянутого энергетического спектра так, что преобразование Фурье упомянутой корреляции развертки по существу такое же, как и преобразование упомянутого энергетического спектра,
в) использование сформированной по спектру развертки для возбуждения сейсмического вибратора,
г) использование вибратора для сообщения колебания земле,
д) сбор сейсмических данных из земли и получение этих данных от упомянутых колебаний,
е) обращение свертки сейсмических данных с опорным сигналом.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что каждая из величин m и n равна 2.

Images