Способ приема и предварительной обработки сейсмических сигналов при вибросейсмической разведке

(51)7 01 1/00 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ ПРИЕМА И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ПРИ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКЕ(57) Способ приема и предварительной обработки вибрационных сейсмических сигналов при вибросейсмической разведке, позволяющий значительно повысить ее точность, включает операции по измерению движения вибрационного источника, которое связано с силой, приложенной вибрационным источником к земле, умноженной на передаточную функцию минимально-фазовой, причинной системы,связывающей действительный выход вибрационного источника с измеренным движением вибрационного источника, по разделению сигналов в соответствии с источником генерации, по определению сигналотношения делением вибрационных сейсмических сигналов на измеренные параметры движения вибрационных источников, чтобы устранить необходимость определения неизвестной приложенной силы,оставив отражательную способность земли, умноженную на производную по времени, деленную на минимально-фазовую функцию, по минимальнофазовой полосовой фильтрации результирующего сигнал-отношения и выполнению минимальнофазовой деконволюции, чтобы устранить производную по времени, деленную на минимально-фазовую передаточную функцию. Способ может также включать деконволюцию ансамбля кадров, деконволюцию ансамбля приемников, статическую коррекцию,- фильтрацию шума, нуль-фазовую импульсную деконволюцию и модельную дефазировку. Сигнал,прямо пропорциональный действительному сигналу,посылаемому вибрационным источником в землю,используют при предварительной обработке. Измеряют движение вибрационного источника, чтобы получить сигнал, используемый при обработке зарегистрированных сигналов. Зарегистрированные сигналы делят в частотной области на действительно переданный сигнал. 8170 Настоящее изобретение относится к обработке сейсмических сигналов и, в частности, к предварительной обработке сейсмических сигналов, в которой сигналы, сгенерированные многочисленными вибрационными источниками, принимают и подготавливают для обработки, характеризующейся высокой точностью или высоким разрешением. Обычно на практике используют вибрационные источники для создания силы, воздействующей на землю, и последующее движение земли, вызванное приложением этой силы, измеряют приемниками,расположенными в различных точках. Широкополосный сигнал, обладающий достаточной энергией,получают путем изменения длительности и частоты силы. Используя движения приемника и характер приложенной силы, с помощью обычной корреляции с оценкой приложенной силы строят сейсмограмму,из которой могут быть определены свойства импедансной функции земли. В целях экономии, одновременно используют несколько источников. Для того, чтобы построить более точную сейсмограмму, следует определить, какой источник вызвал движения, обнаруженные приемниками. Каждый источник имеет собственные характеристики, что помогает выделять источник,генерирующий силу, вызывающую движения приемника, так как поступающие сигналы меняются в зависимости от источника. Обработка, проводимая для оценки одного источника на фоне сигналов, сгенерированных другим источником, будет воспроизводить неточную сейсмограмму. Для того, чтобы увеличить точность воспроизведения сейсмограммы,сигналы должны быть разделены в соответствии с генерирующим их источником для дальнейшей обработки совместно с силой, создаваемой соответствующим источником. В известных способах поступающий сигнал коррелируют с сигналом эталонной развертки, который, как считается, генерируется в земную поверхность. Пример существующего способа построения сейсмограммы содержится в патенте США 4675851 Способ сейсмической развертки, опубликованный.и. ,в котором меняют длительность развертки сигналов. Развертки состоят из импульсных пакетов, периоды и длительности которых рандомизированы, при этом сохраняется постоянный спектральный уровень в частотном диапазоне, содержащем несколько октав. Главным недостатком существующих решений является то, что для построения сейсмограммы используют оценку действительной приложенной силы. Много работ посвящено вопросам улучшения качества сигналов обратной связи, функционированию петель обратной связи и гидравлических клапанов, однако гармоники, погрешности показаний прибора, различные земные связи не могут быть определены с высокой надежностью и остаются неизвестными факторами, влияющими на точность оценки. При генерации сейсмических сигналов с использованием наземных вибрационных источников 2 большие массы контактируют с землей. Обычно силу прикладывают реверсивным гидравлическим потоком в камере к реактивной массе, подвешенной к поршню, соединенному с тягой, прикрепленной к поперечному элементу свайной конструкции. Обычно движение реактивной массы измеряют акселерометром, установленным на самой реактивной массе. Движение платформы, которая в действительности связана с землей, измеряют акселерометром, помещенным на поперечном элементе свайной конструкции. При обычной обработке зарегистрированные сигналы, генерируемые вибрационным источником,коррелируют с эталонной разверткой. Сигнал эталонной развертки представляет идеальный сигнал,который, как было сказано, передается земле и часто совершенно отличается от действительно генерируемого сигнала. Оценкой для приложенной силы является взвешенная на массу сумма ускорений платформы, использованной в вибрационном источнике, и ускорений реактивной массы, использованной в вибрационной конструкции, названная силой,приложенной к земле. Взвешенную на массу, сумму двух сигналов,один из которых поступает от платформы, а другой от реактивной массы, используют в петле обратной связи, чтобы передать исполнительному механизму сообщение о том, насколько близко он находится от эталонной развертки. В этой системе полагают, что сила, приложенная к земле, представляет такую же силу, как и в эталонной развертке. Однако, как отмечено выше, действительный сигнал часто сильно отличается от сигнала эталонной развертки. Силу, приложенную к земле, можно рассматривать во временной или в частотной областях. Соответственно, импульсный отклик земли также можно рассматривать во временной или в частотной областях. Производная приложенной к земле силы по времени свертывается с импульсным откликом земли во временной области, в то время как производная силы по времени умножается на импульсный отклик земли в частотной области. В этой наиболее фундаментальной форме сигнал, представляющий производную приложенной к земле силы, свернутый с импульсным откликом земли, регистрируют геофонами или приемниками, расположенными на поверхности земли. Этот сигнал регистрируют после его отражения поверхностью раздела, лежащей между двумя подповерхностными слоями, имеющими различные импедансы. Зарегистрированный сигнал коррелируют с сигналом эталонной развертки, поданным в исполнительный механизм. Эта корреляция работает хорошо при сжатии известным способом части зарегистрированного сигнала, возбужденного силой, только при условии, если сила, приложенная к земле, является подобной сигналу эталонной развертки. Поскольку такое условие выполняется редко, точную оценку импульсного отклика земли получают также редко. Корреляция в частотной области требует, чтобы зарегистрированные 8170 сигналы были перемножены на обратную по времени величину от сигнала, с которым была произведена корреляция. Поскольку эталонный сигнал представляет только оценку действительной, приложенной к земле силы, в результате в данных остаются неизвестные величины. В случае корреляции сигнала с эталоном, неизвестные величины причиняют результату меньший ущерб, если амплитудные и фазовые ошибки эталонного сигнала невелики, но и в этом случае некоторая неточность остается. Настоящее изобретение дает способ записи и предварительной с высоким разрешением обработки зарегистрированных сигналов вибрационного источника и включает измерение движения или движений вибрационных источников. В настоящем изобретении используют пары акселерометров в каждом из двух положений на большой массе так, что могут быть сравнены выходы и может быть сделано определение пригодности сгенерированного сигнала для использования в дальнейшей обработке. Измеренные движение или движения связывают с действительной силой, приложенной вибрационным источником через передаточную функцию минимально-фазовой, причинной, линейной системы. Эти измеренные движения используют для разделения поступающих сигналов. Далее эти сигналы используют в операции обращения при обработке принятых сигналов. Способ, предлагаемый настоящим изобретением, связывает выход действующего вибрационного источника с измеренными движением или движениями вибрационного источника. Вибрационные источники возбуждают согласно заранее определенному коду. Этот код используют вместе с измеренными движением или движениями источника, чтобы разделить поступающие сигналы в соответствии с источником, использованным для генерации движения датчика. Определяют сигнал-отношение путем деления зарегистрированных сейсмических сигналов вибрационного источника на измеренные движение или движения каждого из вибрационных источников, чтобы устранить неизвестную приложенную силу, оставляя отражательную способность земли,умноженную на производную по времени, деленную на минимально-фазовую функцию. Минимальнофазовую деконволюцию проводят для того, чтобы устранить производную по времени, деленную на минимально-фазовую передаточную функцию. Метод может также включать деконволюцию ансамбля кадров, деконволюцию ансамбля приемников, статическую коррекцию, - фильтрацию шума, деконволюцию приемника, нуль-фазовую импульсную деконволюцию и дефазировку модели. В настоящем изобретении для получения сейсмических сигналов может быть использован простой вибрационный источник. Как и в существующих конструкциях, большую массу размещают в контакте с землей. Силу прикладывают реверсивным гидравлическим потоком в камере к реактивной массе,подвешенной к поршню, соединенному с тягой, прикрепленной на поперечном элементе свайной конст рукции. В настоящем изобретении движение реактивной массы измеряют парой акселерометров, установленных на самой реактивной массе. Движение платформы, которая в действительности связана с землей, измеряют дополнительной парой акселерометров, помещенных на поперечном элементе свайной конструкции. В настоящем изобретении в предварительной обработке используют сигнал,непосредственно связанный с действительным сигналом, посылаемым вибрационным источником в землю. Измеряют движение или движения вибрационного источника для того, чтобы получить сигнал,используемый при обработке зарегистрированных сигналов. Поэтому зарегистрированные сигналы не коррелируют с сигналом теоретической развертки,но их разделяют минимальной фазой относительно действительно переданного сигнала в частотной области, что исключает действительно переданный сигнал из рассмотрения. При определении отражательной способности земли зарегистрированные сигналы обычно делят на приложенную к земле силу вибрационного источника, умноженную на минимально-фазовую передаточную функцию, тем самым силу вибрационного источника исключают из зарегистрированных сигналов. Эта операция оставляет отражательную способность земли, умноженную на производную по времени, деленную на минимальнофазовую передаточную функцию, при этом отношение затем устраняют минимально-фазовой деконволюцией. Фиг. 1 иллюстрирует типичную процедуру получения сейсмических сигналов. Фиг. 2 является векторным представлением фазовой последовательности, использованной для разделения одновременно получаемых разверток. Фиг. 3 представляет блок-схему технологической цепочки, иллюстрирующей способ обработки зарегистрированных сигналов, сгенерированных многочисленными сейсмическими источниками. Фиг. 1 представляет схему системы, иллюстрирующую процесс приема сигналов в настоящем изобретении. Вибрационные источники 18, 20, 22 и 24 с двумя парами акселерометров 26, 28, 30 и 32, измеряющими действительный сигнал, который генерируют в земле, расположены на тележках 34, 36, 38 и 40, соответственно. Сигналы затем передают по радиолинии 42 для записи в блок памяти 44, где их проверяют, чтобы определить их надежность, и хранят для сравнения в дальнейшем с другими сигналами. Сигналы, генерируемые в земле вибрационными источниками 18, 20, 22 и 24, отражаются от поверхности раздела между подповерхностными слоями с импедансами 1 и 2 в различных точках 1, 2 и т.д. вдоль поверхности раздела. Эти отраженные сигналы регистрируют геофонами 1, 2, 3 и 4,соответственно. Сигналы, сгенерированные вибрационными источниками 18, 20, 22 и 24, расположенными на тележках 34, 36, 38 и 40, передают по радиолинии записывающему устройству 46 для пе 3 8170 реноса на магнитную ленту 48 для объединения с необработанными сейсмическими сигналами, принятыми от геофонов 1, 2, 3 и 4. Принятые по радио сигналы и необработанные сейсмические сигналы, сохраненные на магнитной ленте 48, могут быть переданы в компьютеры, расположенные в других местах. Измеренные сигналы представляют действительные сигналы, генерируемые в земной поверхности вибрационными источниками. Эти измеренные сигналы представляют минимально-фазовые аналоги действительных сигналов, генерируемых в земле этим способом. В предыдущих решениях обработка в основном проводилась с сигналом эталонной развертки, который, как предполагалось, генерировался в земную поверхность. В настоящем изобретении измеряют и принимают непосредственно от вибрационного источника сигнал, связанный через минимальную фазу с действительной силой, приложенной к земле. Поэтому в процессе вместо теоретического сигнала используют аналог действительного сигнала. Используя способ, описанный в настоящем изобретении, создан Высокоточный Вибрационный Сейсмический Комплекс, , записывающий движения и обрабатывающий записанные сейсмические сигналы таким образом, что нет необходимости знать неизвестную действительную приложенную силу. Важным фактором является то, что измеренная величина прямо пропорциональна действительно приложенной силе. Подобным образом действительная сила может быть устранена из рассмотрения путем деления. При обычной обработке эталонный сигнал х передают в исполнительный механизм, который превращает сигнал в истинный выход вибрационного источника в землю. Этот сигнал, истинный выход вибрационного источника распространяется через землю, и при этом он перемножается на импульсный отклик земли в частотной области или свертывается с импульсным откликом во временной области. В процессе свертки производная действительного сигнала по времени свертывается с импульсным откликом земли и затем этот результат коррелируют с сигналом эталонной развертки. Этот процесс является корректным, если только сигнал эталонной развертки равен истинному выходу вибрационного источника. Настоящее изобретение использует процедуру,отличающуюся от обычной обработки. Первым отличием является то, что движения, измеренные на вибрационном источнике, просто связаны с действительной силой на выходе или сигналом, посылаемым в землю. Измеренный сигнал связан с действительным, переданным в землю, через минимальнофазовую передаточную функцию в частотной облас 4 ти. Хотя, как минимально-фазовая передаточная функция, так и действительная сила на выходе не известны, минимально-фазовая передаточная функция может быть устранена минимально-фазовой деконволюцией. Вторым отличием является то, что в настоящем изобретении выполняют операцию обращения вместо корреляционного процесса при обычной обработке. Зарегистрированные сейсмические сигналы представляют в частотной области в виде произведения производной действительной силы по времени на отражательную способность земли. Используя обратную фильтрацию минимально-фазовым полосовым фильтром, может быть определено сигналотношение измеренного сейсмического движения к измеренному движению вибрационного источника. Это сигнал-отношение удаляет неизвестную действительную силу на выходе. Также требуется масштабный коэффициент, чтобы сохранить общую энергию в процессе обратной фильтрации. Результирующую сейсмограмму представляют сигнал-отношением измеренного сейсмического движения к измеренному движению вибрационного источника, и она содержит желаемый ответ - отражательную способность земли, свернутую с минимально-фазовой функцией. Минимально-фазовые функции обладают таким свойством, что их производная и обратная величина являются также минимально-фазовыми. Поэтому сейсмограмма в дальнейшем может быть обработана минимальнофазовой деконволюцией, чтобы получить импульсный отклик земли в частотной области. По существу, отношение измеренного сейсмического движения к измеренному движению вибрационного источника является ограниченной по полосе импульсной сейсмограммой. Она причинно- и минимально-фазно связана с откликом земли. Этот способ всегда справедлив, так как устранено действительное неизвестное движение вибрационного источника. Фиг. 2 иллюстрирует фазовую последовательность, примененную для разделения одновременно принимаемых разверток. В проиллюстрированном способе решения пары вибрационных источников не пересекаются, например, отмена В не производит А,но требуется, чтобы А, выполненное при 0 градусе,плюс другое А, выполненное при 180 градусах,должны добавляться к нулю в решении для В. Фазовая петля обратной связи и амплитудный контроль не были в состоянии гарантировать последнее условие. Наиболее трудно было заставить отменить одну развертку, сделанную при 0 градусе, когда она была добавлена к развертке, сделанной при 90 градусах и с добавлением 90 градусов к фазе. Два других примера осуществления одновременного разделения представляют Этот пример исключает проблему, связанную с 90 градусами, и только требует, чтобы развертка,сделанная при 0 градусов, была зеркальным отображением развертки, сделанной при 180 градусах. Если должна быть использована одновременная технология, то полевая система должна испытываться в реальном времени, условии, необходимом для эффективного разделения. Например, система должна гарантировать, что движения вибрационного источника А воспроизводимы в реальном времени. Пример 2 Как и в первом примере, необходимо сделать подтверждение допущения о разделении в реальном времени. Этот пример дает несколько меньший сигнал, три вместо четырех, но в нем используются менее жесткие требования для разделения, а именно те, которые повторяют развертку. Для того и другого примера необходимые обрабатываемые сигналы могут быть закодированы одинаково, и могут быть извлечены движения индивидуального вибрационного источника. Это означает,что требуется только один сигнал к записывающему устройству для каждой последовательности разверток. На фиг. 3 в блочной форме представлена технологическая схема рассматриваемого способа. Этот способ может быть реализован любым цифровым компьютером или специальным устройством, непрерывно функционирующим в установке. В начальной стадии в блок 50 поступают зарегистрированные сигналы, сохраненные на магнитной ленте 48. Поступающие сигналы могут быть сейсмическими сигналами любого типа, сгенерированными при использовании техники вибрационного источника. В блоке 52 происходит разделение зарегистрированных сигналов. Этот процесс начинается, когда впервые начинают генерировать сейсмические сигналы, вызывающие поступление сигналов, регистрируемых геофоном. Есть несколько рассмотренных ранее способов генерации сейсмических сигналов,обеспечивающих возможность разделения зарегистрированных сигналов. Любой из предыдущих способов совместно с любым способом, постоянно используемым в системах, может быть применен для разделения принимаемых сигналов, однако предварительно описан предпочтительный вариант способа с фазовым разделением. В блоке 54 выполняют процесс обращения зарегистрированных сигналов с измеренными сигналами. Это процесс определяет значительное отличие настоящего изобретения от обычной обработки. При обычной обработке зарегистрированные сигналы сворачивают с сигналами, которые, как полагают,генерируются в земной поверхности. В настоящем изобретении используется процесс обращения, который устраняет некоторые предположения, описанные ранее. В блоке 56 генерируют модельную трассу. Эта модельная трасса является в основном трассой с острым импульсом, чтобы записывать фазу и амплитуду исходных сигналов, и она будет использована позже, чтобы устранить фазовые ошибки, внесенные в способ предварительной обработки настоящего изобретения. В блоке 58 сигналы из блока 54, полученные в результате процесса обращения, подвергают кадровой деконволюции. В настоящем изобретении используют импульсную деконволюцию ВинераЛевинсона, однако может быть использована любая деконволюция, которая использует формат обычного построения кадров, чтобы устранять эффекты, обусловленные вариациями между индивидуальными кадрами. В блоке 60 выполняют статическую коррекцию источника по сигналам. В предпочтительном варианте решения используют такое же накопление сигналов для статической коррекции и для - фильтрации, при этом постоянно включенный приемник суммирует статическую погрешность, подлежащую исключению. В блоке 62 выполняют - фильтрацию, используя переменные построения кадра при неподвижном положении приемника для устранения эффекта вращения земли. В блоке 64 выполняют деконволюцию ансамбля приемников по зарегистрированным сигналам, которая преимущественно является деконволюцией ансамбля импульсов Винера - Левинсона. Это обычная процедура для устранения шума приемника, однако приемлема любая деконволюция,которая направлена на устранение шума приемника. 5 8170 В блоке 66 зарегистрированные сигналы подвергаются нуль-фазовой импульсной деконволюции. Она представляет деконволюцию отбеливания спектра для устранения монохроматической помехи. В блоке 68 выполняют модельную дефазировку. В этой деконволюции используют модельную трассу, сгенерированную в блоке 56 для записи первоначальных фазы и амплитуды, чтобы устранить любые фазовые ошибки, введенные предыдущими операциями обработки. В этом месте оканчивается способ, предполагаемый по настоящему изобретению по предварительной обработке зарегистрированных сигналов, и обычная обработка может начинаться после блока 68. Описан изобретенный способ записи и предварительной обработки с высоким разрешением зарегистрированных сигналов вибрационного источника,который включает этапы разделения измеряемых сигналов,деконволюцию ансамбля приемников и кадров, статическую коррекцию, - фильтрацию шума, нуль-фазовую импульсную деконволюцию и модельную дефазировку. Как утверждалось ранее,действительный сигнал вибрационного источника,связанный с сигналом, посылаемым вибрационным источником в землю, используют при предварительной обработке. Измеряют движение вибрационного источника для создания сигнала, используемого при обработке зарегистрированных сигналов. Зарегистрированные сигналы делят в частотной области на действительно передаваемый сигнал. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ приема и предварительной обработки сейсмических сигналов при вибросейсмической разведке, включающий генерирование сигналов множеством вибрационных сейсмических источников,прием сейсмических сигналов сейсмическими датчиками, разделение принимаемых вибрационных сигналов в соответствии с источником генерации и предварительную обработку сейсмических сигналов для определения отражательной способности земли,отличающийся тем, что возбуждают вибрационные источники согласно заданной кодовой последовательности, измеряют движение каждого вибрационного источника, которое связано с приложенной си 6 лой вибратора, умноженной на передаточную функцию минимально-фазовой, причинной линейной системы, используют заданную кодовую последовательность и измеренные движения вибрационного источника для разделения принимаемых сигналов в соответствии с источником генерации, и проводят предварительную обработку разделенных вибрационных сейсмических сигналов для определения отражательной способности земли в следующем порядке- определяют сигнал-отношение делением вибрационных сейсмических сигналов на измеренные движения каждого вибрационного источника- проводят минимально-фазовую полосовую фильтрацию результирующего сигнала-отношения- выполняют минимально-фазовую деконволюцию сигнала-отношения, прошедшего минимальнофазовую полосовую фильтрацию. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выполняют деконволюцию ансамбля кадров сигналаотношения, прошедшего минимально-фазовую полосовую фильтрацию. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выполняют деконволюцию ансамбля приемников сигнала-отношения, прошедшего минимально-фазовую полосовую фильтрацию. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выполняют статическую коррекцию сигналаотношения, прошедшего минимально-фазовую полосовую фильтрацию. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выполняют - фильтрацию шума от сигналаотношения, прошедшего минимально-фазовую полосовую фильтрацию. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выполняют нуль-фазовую импульсную деконволюцию сигнала-отношения,прошедшего минимальнофазовую полосовую фильтрацию. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что генерируют модельную трассу из сейсмических сигналов, сгенерированных множеством вибрационных сейсмических источников и выполняют модельную дефазировку сигнала-отношения, прошедшего минимально-фазовую полосовую фильтрацию, с помощью модельной трассы.