Устройство для определения слоистости донных осадков

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЛОИСТОСТИ ДОННЫХ ОСАДКОВ, содержащее излучатель, генератор импульсных токов, приемное устройство, блок приема и управления, регистратор, преобразователь аналоговых сигналов, причем первый вход регистратора подключен к первому выходу блока приема и управления, второй выход которого соединен с входом генератора импульсных токов, первый выход последнего подключен к входу излучателя , а второй выход - к первому входу преобразователя аналоговых сигналов. отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, в него введены коммутатор, блок квадратор-сумматор, запоминающее устройство, блок вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, блок сравнения и вычисления мощности тонких слоев, преобразователь код-напряжение, причем выход приемного устройства через коммутатор подключен к входу блока приема и управления и к второму входу преобразователя аналоговых сигналов, первый выход последнего соединен с первым входом блока вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства , а третий вход - с первым выходом блока квадратора-сумматора, второй выход коtoporo соединен с входом запоминающего (Л устройства, а вход - с вторым выходом преобразователя аналоговых сигналов, выход блока вычисления текущего коэффициента отражения по энергии через блок сравнения и вычисления мощности тонких слоев и через преобразователь код-напряжение подключен к второму входу регистратора . СП ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 и \

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3379584/18-25 (22) 04.01.82 (46) 23.02.84. Бюл. № 7 (72) Ж. М. Булатова, Е. А. Волкова, Е. Ф. Дубров и Н. М. Шагиев (71) Научно-производственное объединение «Рудгеофизика» (53) 550.83 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 243205, кл. G 01 V 1/38, 1965.

2. Патент США ¹ 3555499:, кл. 340 вЂ, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 993735, кл. G 01 Ч 1/38, 1980 (прототип). (54} (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЛОИСТОСТИ ДОННЫХ ОСАДКОВ, содержащее излучатель, генератор им= пульсных токов, приемное устройство, блок приема и управления, регистратор, преобразователь аналоговых сигналов, причем первый вход регистратора подключен к первому выходу блока приема и управления, второй выход которого соединен с входом генератора импульсных токов, первый выход последнего подключен к входу излучателя, а второй выход — к первому входу преобразователя аналоговых сигналов, „„SU„„1075210 A отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, в него введены коммутатор, блок квадратор-сумматор, запоминающее устройство, блок вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, блок сравнения и вычисления мощности тонких слоев, преобразователь код-напряжение, причем выход приемного устройства через коммутатор подключен к входу блока приема и управления и к второму входу преобразователя аналоговых сигналов, первый выход последнего соединен с первым входом блока вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, а третий вход — с первым выходом блока квадратора-сумматора, второй выход коioporo соединен с входом запоминающего устройства, а вход — с вторым выходом преобразователя аналоговых сигналов, выход блока вычисления текущего коэффициента отражения по энергии через блок сравнения и вычисления мощности тонких слоев и через преобразователь код-напряжение подключен к второму входу регистратора.

1075210

10

Изобретение относится к геоакустическим сейсмическим и гидрографическим исследованиям донных осадков на акваториях, когда важно получить сведения о строении и физико-мЕханических свойствах грунтов, например упругих свойствах, их однородности и т. п., что необходимо при проведении геологических и инженерно-геологических изысканий на акваториях, постановке судов на якоря, строительстве в портах и т. п.

Известно устройство для определения сложности донных осадков, в котором с целью улучшения разрешающей способности (выделения более тонких по сравнению с основной длиной волны излученного сигнала слоев) предусмотрено применение двух поочередно работающих излучающих и приемных каналов, причем один из них по сравнению с другим возбуждает менее энергоемкий и более короткий по длительности излученный сигнал (1).

Недостатками этого устройства, помимо усложнения аппаратуры, являются невозможность корреляции осей синфазности на границе смены записей, зарегистрированных от разночастотных излучателей; невозможность выделения тонких слоев, слоев — мощность которых меньше пространственной длительности излученного сигнала.

Известно устройство, позволяющее определять коэффициент отражения от донных осадков акваторий, состоящее из излучателя, приемника, источника возбуждения и схемы обработки сигналов {2).

В этом устройстве величина коэффициента отражения получается с низкой точностью, так как обрабатываются аналоговые сигналы, слоистость осадков не регистрируется.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровая акустическая станция, содержащая излучатель, генератор импульсных токов, приемное устройство, блок приема и управления, регистратор, преобразователь аналоговых сигналов, причем первый вход регистратора подключен к первому выходу блока приема и управления, второй выход которого соединен с входом генератора импульсных токов, первый выход последнего подключен к входу излучателя, а второй выход — к первому входу преобразователя аналоговых сигналов (2).

Сигналы приемника — излученный и отраженный от дна одновременно подаются в преобразователь аналоговых сигналов, где они разделяются по двум ка!налам, каждый со своим коэффициентом передачи К„и

К, производится их временная селекция с определением кодов времени вступления 1„и вычисление поправочных коэффициентов о - to "", последовательное преобразование сигйалов в цифровую форму и выделение максимальных значений ампли30

55 туд излученного А„и отраженного сигналаА.

Все перечисленные коды передаются в блок вычисления коэффициентов отражения по амплитуде и энергии, реализующий алгоритмы где R (о), и R (о)„— автокорреляционные функции излученного и отраженного сигналов заранее заданной длительности Т„= Тоо, В этом же блоке выполняется осреднение значений У„или Уэ по группам из и значений, код среднего Ч поступает на анализатор, где величина сравнивается с предварительно зафиксированными значениями изменения Ч от донных грунтов с различ; ным составом, вырабатывается сигнал, который поступает на табло отображения и высвечивается тип грунта. С блока вычисления коэффициента отражения коды величин V и 1/ подаются на преобразователь кодов, вырабатывающий сигналы для записи на регистратор диаграмм Vq и текущих и средних их значений в десятичных цифрах.

Слоистость осадков этим устройством регистрируется в виде осей синфазности по временным (кинематическим) параметрам отраженных от поддонных слоев волн.

Недостатком устройства является невозможность выделения тонкой слоистости, так как выделяемый минимальный слой по мощности не может быть меньше длительности в пространстве излученного сигнала.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения слоистости донных осадков, содержащее излучатель, генератор импульсных токов, приемное устройство, блок приема и управления, регистратор,преобразователь аналоговых сигналов, причем первый вход регистратора подключен к первому выходу блока приема и управления, второй выход которого соединен с входом генератора импульсных токов, первый выход последнего подключен к входу излучателя, а второй. выход — к первому входу преобразователя аналоговых сигналов, введены коммутатор, блок квадратор-сумматор, запоминающее устройство, блок вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, блок сравнения и вычисления мощности тонких слоев, преобразователь код-напряжение, причем выход приемного устройства через коммутатор подключен к входу блока приема и управления и к второму входу преобразователя аналоговых сигналов, первыи

1075210

:5

45

50 выход последнего соединен с первым входом блока вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, а третий вход— с первым выходом блока квадратора-сумматора, второй выход которого соединен с входом запоминающего устройства, а вход— с вторым выходом преобразователя аналоговых сигналов, выход блока вычисления текущего коэффициента отражения по энергии через блок сравнения и вычисления мощности тонких слоев и через преобразователь код-напряжение подключен к второму входу регистратора.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — схема распространения и приема сигналов; на фиг. 3 — амплитудная характеристика принятых сигналов.

Устройство содержит излучатель 1, генератор 2 импульсных токов, приемник 3, коммутатор 4, блок 5 приема и управления, регистратор 6, преобразователь 7 аналоговых сигналов, квадратор-сумматор 8, оперативное запоминающее устройство 9, блок

10 вычисления текущего энергетического коэффициента отражения по энергии, блок

11 сравнения и вычисления мощности слоев, преобразователь 12 код-напряжение.

Вход излучателя 1 подключен к первому выходу " генератора 2 импульсных токов, вход которого соединен с вторым выходом блока 5 приема и управления. Выход приемника 3 через коммутатор 4 подключен к второму входу преобразователя 7 аналоговых сигналов и входу блока 5 приема и управления, первый выход последнего соединен с первым входом регистратора 6, а второй — с входом генератора 2 импульсных токов. Второй выход генератора 2 импульсных токов соединен с первым входом преобразователя 7 аналогичных сигналов, первый выход которого соединен с первым входом блока .10 вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, второй вход последнего подключен к выходу запоминающего устройства 9, а третий вход — к первому входу блока 8 квадратора-сумматора, второй выход которого соединен с входом запоминающего устройства 9. Вход блока 8 квадраторасумматора подключен к второму выходу преобразователя 7 аналоговых сигналов.

Выход бло» а 10 вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, через блок 11 сравнения и вычисления мощности слоев и через преобразователь

12 код-.напряжение подключен к второму входу регистратора 6.

На фиг. 2 представлена схема распространения и приема сигналов, поясняющих интерференцию при тонкослоистом разрезе (для лучшего понимания и наглядности лучи на фиг. 2 показаны падающими под углом). С помощью излучателя 1 излучают акустический сигнал, который доходит до дна и последующих h».... hq, Ь„„й,слоев и отражается от них. Принимают прямую волну по пути излучатель 1 — приемник 3 и отражение F(t) дна и тонких слоев F(t) hi, F(t) h> . F(t) h„, регистрирующиеся на ппиемнике в интерференционном виде А = z F(t ч » и сигнал F(t)hp+, который попадает на приемник 3 без интерференции. Суммарный сигнал ЕА зарегистрируется приемником как один сигнал, отраженный от дна, поэтому на акустико-геологическом разрезе в известных способах из-за раздельного приема только сигнала F(t)h„,,óäàåòñÿ выделить мощный слой дно +hq,», а слои Й», hz, ha не выделяются. Прямой сигнал и принятые отраженные сигналы разбивают на и последовательно возрастающих по времени интервалов. Длительность первого временного интервала и составляет долю всей длительности излученного сигнала, например 1/4 первого максимума, с приращением

6 h для следующего временного интервала, равным h. В каждом временном интервале

h определяют энергетический коэффициент отражения V> . Найденные текущие значения Vp записывают методом яркостной модуляции в функции времени, в результате чего находится зависимость V,от времени распространения. В моменты времени, соответствующие вступлению отдельных волн от тонких слоев, характер зависимости текущего коэффициента отражения будет изменяться, даже если интерференционный сигнал не имел видимых изменений в форме суммарного отражения.

Выделяя времена t;, при которых происходит изменение текущего коэффициента отражения, определяется мощность слоя во временном машстабе по простому соотношению (С).

В 7

Если априори известна скорость распространения в осадках, то мощность слоя мо жет быть определена и в метрическом масштабе по формуле

11пс g М1.

Разрешающая способность при этом может быть сколь угодно малой и определяется величиной приращения длительности окна, в котором определяют текущий энергетический коэффициент отражения.

Устройство работает следующим образом.

Управляющий импульс с блока 5 приема и управления возбуждает генератор 2 импульсных токов, подающий энергию на излучатель 1 и вырабатывающий импульс

1075210 запуска. Прямой и отраженный от дна и поддонных слоев сигналы принимают приемником 3, с которого предварительно усиленные сигналы поступают в блок 5 приема и управления, имеющий на своем входе коммутатор 4, который автоматически включает выход с приемника 3 на вход 7 преобразователя аналоговых сигналов или на вход блока 5 приема и управления в момент времени, устанавливаемый оператором. В исходном положении коммутатор 4 соединяет выход приемника 3 с входом преобразователя 7 аналоговых сигналов для последующего получения высокой разрешающей способности верхней части акустико-геологического разреза.

Для регистрации глубинного разреза коммутатор 4 подключает выход приемника

3 к входу блока 5 приема и управлейия, и дальнейшая регистрация. глубинной части разреза осуществляется обычным для звуковой геолокации методом, а именно: в блоке — приема и управления сигналы усиливаются, фильтруются и подаются на вход регистратора 6, где записываются методом яркостной модуляции. Ниже описываются операции, выполняемые для регистрации верхней части разреза с высокой разрешающей способностью по слоям, т. е. в исходном положении коммутатора 4, когда сигнал приемника 3 поступает на вход преобразователя 7 аналоговых сигналов; где они разделяются по двум каналам— излученный с коэффициентом передачи К, отраженный К., выполняется их временная селекция, вычисление времени вступления от импульса запуска t< и t. поступающего с генератора 2 импульсных токов, а затем последовательное преобразование в цифровую форму, производится выделение максимумов излученного ИМи. и отраженного

ИМ, сигналов, и в соответствующие максимумам времена вырабатывается командный импульс, вычисляется коэффициент

Êè

О К

Задержанные цифровые коды излученного и отраженного сигналов и управляющие сигналы: импульс запуска и импульсы максимума ИМ„и ИМ, поступают на вход квадратора-сумматора 8; код Е и коды времен распространения t и t, на блок 10 вычисления текущего энергетического коэффициента отражения. Импульсом запуска квадратор-сумматор 8 подготавливается к работе, а по команде импульса ИМд выполняет возведение в квадрат и последовательное накопление суммы квадратов текущих амплитуд излученного сигнала, таким образом, что парная сумма Е А„(1) фиксируется в окне, равном интервалу от времени задержки до временной координаты

ИМи, далее к полученной сумме прибавляется квадрат следующего за выделенным максимумом кода амплитуды и так далее до заданной длительности излученного сигнала. Полученные коды сумм поступают в оперативное запоминающее устройство 9 по, команде устройства управления, размещен5 ного в квадраторе-сумматоре 8. Когда импульс максимума ИМ поступает в квадратор-сумматор 8. Описанные операции начинают выполняться с отраженным сигналом. По команде устройства управления первая сумма отраженного сигнала .> А.(i ) в окне импульс задержки — время максимума отраженного сигнала передается в блок 10 вычисления текущего энергетического коэффициента отражения и туда же из оперативного запоминающего устройства

9 цоступает код первой суммы излученного сигнала, где выполняется вычисление энергетического коэффициента отражения по алгоритму

20 где / „ // — число выборок, участвующих в накоплении квадратов амплитуд; / — цифровые коды текущих значений амплитуд излученного и отраженных сигналов.

4n+s — tn. и= я

45 где С вЂ” скорость распространения, м/с;. „— время точки перегиба от момента импульса запуска (начала возбуждения излучателя) .

Если скорость распространения неизвестна, то мощность слоя определяется во временном масштабе. Цифровые коды, соответ55 ствующие полученным временам, поступают в преобразователь 12 код-напряжение, где вырабатывается последовательность импульсов, передающихся на вход регистраI

По мере поступления кодов отраженного сигнала в квадратор-сумматор 8 и получения накопленных сумм из оперативного запоминающего устройства извлекаются соответствующие суммы излученных сигналов и передаются на вход блока 10 вычисления текущего энергетического коэффициента отражения, где вычисляется последовательность текущих энергетических коэффициентов отражения. Полученные коды этих коэффициентов Ygr, Чэ, Уэз, ...Уэп передаются на блок 11 сравнения и вычисления мощности слоев, который вычисляет временную координату точек перегиба функ4О ции текущего энергетического коэффициента отражения во времени и вычисляет мощность слоя по формуле

1075210 тора 6 для записи акустико-геологического разреза с высокой разрешающей способностью.

С помощью данного устройства зафиксированы текущие энергетические коэффициенты отражения на грунтах, представленных слоистыми глинисто-алевристистыми илами, что подтверждено пробоотбором.

Получены текущие энергетические коэффициенты отражения во временных окнах разной длительности; по полученной зависимости выделены тонкие 25 — 80 см слои при длине волны излученного сигнала 3 м и длительности его в пространстве 16 м.

Это указывает на правильность принципа построения устройства, а также на перспективность применения устройства для разделения отраженных сигналов в зонах интерференции, что может найти широкое применение в морских сейсмических, акустических и гидрографических работах.

1075210

zw=z () днО фиг. 5

Редактор С. Патрушева

Заказ 232 40

Составитель Н.)Куравлева

Техред. И. Верес Корректор О. Билак

Тираж 7W Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений - и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал IIIIII «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4