Способ вибросейсмической разведки

 

Изобретение относится к вибросейсмической разведке и может быть использовано для ослабления резонансных явлений в конструкциях зданий и сооружений и повышения их безопасности при проведении вибросейсмических работ. Сущность способа вибросейсмической разведки заключается в применении разнополярной последовательности коротких идентичных между собой частотно-модулированных сигналов, функция кода которой обеспечивает исключение из интервалов полезной записи на коррелограммах аномальных разрастаний корреляционного фона, возникающих в связи с периодичностью следования разверток.

Изобретение относится к вибросейсмической разведке и может быть использовано для повышения безопасности зданий и сооружений при проведении вибросейсмических наблюдений путем применения разнополярной последовательности коротких и идентичных между собой частотно-модулированных сигналов, функция кода которой обеспечивает исключение из интервалов полезной записи на коррелограммах аномальных разрастаний корреляционного фона, возникающих в связи с периодичностью следования разверток, составляющих последовательность.

Известны способ и устройство, включающие возбуждение и регистрацию псевдослучайных колебаний, обеспечивающих ослабление резонансных явлений в конструкциях зданий и сооружений и позволяющих в связи с этим снизить опасность их разрушения при вибросейсмических наблюдениях [1] Недостатками указанного способа и устройства являются сложность технической реализации фазовой коррекции псевдослучайных сигналов, высокая интенсивность корреляционного фона, а также более низкий средний уровень энергии псевдослучайных сигналов, на 6 дБ уступающий среднему уровню энергии ЛЧМ-сигналов при одной и той же амплитуде управляющего сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ вибросейсмической разведки, позволяющий уменьшить влияние резонансных явлений в конструкции зданий и сооружений, возникающих при вибросейсмических наблюдениях, за счет значительного увеличения скорости изменения частоты в развертке, заключающийся в возбуждении и регистрации на каждом пикете возбуждения по две последовательности коротких вибросейсмических сигналов, полярности которых изменяются в соответствии с кодами дополнительных последовательностей, корреляцию каждой последовательности и суммирование полученных коррелограмм [2] Недостатками указанного способа являются необходимость получения на каждом пункте возбуждения двух виброграмм, увеличение в два раза объемов корреляционной обработки и необходимость суммирования коррелограмм, соответствующих дополнительным кодам.

Цель изобретения технологичное ослабление резонансных явлений в конструкциях зданий и сооружений, возникающих при вибросейсмических работах, и в связи с этим повышение их безопасности за счет увеличения скорости изменения частоты в развертке посредством использования одной разнополярной последовательности коротких вибросейсмических сигналов и выбора такой функции кода последовательности, при которой из интервала полезной записи на коррелограммах исключаются аномальные разрастания корреляционного фона, возникающие в связи с периодичностью повторения вибросейсмических разверток в последовательности.

Указанная цель достигается тем, что на каждом пункте возбуждения формируется всего лишь одна разнополярная последовательность нечетного количества n укороченных идентичных между собой частотно-модулированных разверток различной полярности, следующих без временных промежутков или с равными промежутками, а период τ_o следования импульсов функции кода последовательности задается предельно малым в соответствии с выражением τ_o> (t_max-t_вст)/2, (1) где t_max максимальное время регистрации целевых волн на коррелограммах; t_вст время первых вступлений регулярных волн на коррелограммах; при этом отрицательные единицы функции кода последовательности разделяются произвольным количеством единиц с положительным знаком, причем при условии, если (n 1)/4 L где L натуральное число, количество отрицательных единиц в функции кода принимается равным L, при этом первый и последний дискрет функции кода задаются положительными единицами, при условии же, если (n 1)/4 L + 1/2, количество отрицательных единиц в функции кода принимается равным (L + 1), а первая и последняя единицы имеют различную полярность.

Положительный эффект от использования предлагаемого способа обусловлен следующими теоретическими предпосылками.

Функцию взаимной корреляции регистрируемой последовательности идентичных вибросейсмических сигналов можно определить из выражения: Ψ(τ) = M(t)·F(t)·K(t)·F(-t)·K(-t), (2) где M(t) совокупная импульсная реакция геологической среды, системы "вибратор грунт" и регистрирующей аппаратуры; F(t) управляющий вибросейсмический сигнал, использованный для формирования последовательности; K(t) функция кода последовательности.

Учитывая, что функция автокорреляции U( τ ) управляющего сигнала F(t) и функция автокорреляции кода последовательности U_о( t ) определяются соответственно выражениями
U(τ) = F(t)·F(-t) (3)
и
U_o(τ) = K(t)·K(-t), (4)
коррелограмму последовательности идентичных вибросейсмических сигналов можно представить в виде
Ψ(τ) = M(t)·U(τ)·U_o(τ). (5)
Очевидно, что периодической функции кода K(t), состоящей из последовательности единичных импульсов одинакового знака, следующих друг за другом через равные временные промежутки, соответствует также периодическая функция автокорреляция U_о( τ ), а значит, и коррелограмма j(τ) состоящая в соответствии с равенством (5) из сейсмических записей M(t)·U( τ ), повторяющихся через интервал t_o
Последнее делает невозможным применение последовательности коротких вибросейсмических сигналов, если
τ_o< t_max-t_вст. (6)
При использовании предлагаемого способа первая повторная сейсмическая запись на коррелограмме будет начинаться не на времени τ_o от первых вступлений, а на времени 2 τ_o что позволяет в соответствии с неравенством (1) в два раза сократить длительность разверток, входящих в последовательность.

Пример. Временной интервал между первыми вступлениями на коррелограмме и наиболее глубокими целевыми отражениями составляет 4 с. Вибросейсмический сигнал состоит из последовательности непрерывно следующих друг за другом идентичных между собой частотно-модулированных разверток.

Для того чтобы исключить наложение на полезную запись на коррелограмме аномальных разрастаний корреляционного фона, возникающих в связи с периодичностью следования частотно-модулированных разверток, период следования импульсов функции кода последовательности разверток в общем случае должен быть равен не менее 4-х секунд.

В соответствии с предлагаемым способом вибросейсмической разведки в качестве управляющего сигнала может быть использована последовательность разверток, функция кода которой определяется, например, следующей последовательностью единиц: 1 1 1 -1 1 1 -1. Функция автокорреляции U_о( τ ) такой последовательности характеризуется значениями:
-1 0 1 2 -1 0 7 0 -1 2 1 0 -1.

Максимум U_о( t ) в данном случае равен 7, а первый значимый боковой дискрет удален от главного максимума на время 2 t_o Это означает, что первое повторение сейсмической записи на коррелограмме будет начинаться не на времени τ_o а на времени 2 τ_o от первых вступлений, причем относительный уровень повторной записи составляет всего лишь 1/7 амплитуды полезной сейсмограммы.

Таким образом, в конкретном примере предлагаемый способ вибросейсмической разведки позволяет сократить период следования импульсов функции кода последовательности разверток до 2-х секунд.

Положительный эффект от применения способа заключается в снижении опасности разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ за счет применения укороченных частотно-модулированных разверток, характеризующихся повышенными значениями параметра V Δf /T, где Δf - ширина частотного диапазона развертки. T длительность разверток, входящих в последовательность.

Формула изобретения

Способ вибросейсмической разведки, включающий возбуждение и регистрацию разнополярной последовательности нечетного количества n идентичных между собой частотно-модулированных вибросейсмических разверток, следующих одна за другой без временных промежутков или с равными временными промежутками, и ее корреляцию с управляющей последовательностью вибросейсмических разверток, отличающийся тем, что период τ_o следования импульсов функции кода в управляющей последовательности вибросейсмических разверток задают предельно малым в соответствии с выражением

где t_max максимальное время регистрации целевых волн на коррелограмме;
t_вст время первых вструплений регулярных волн на коррелограмме,
при этом отрицательные единицы функции кода разделяются произвольным количеством единиц с положительным знаком, причем при условии, если

где L натуральное число,
количество отрицательных единиц в функции кода принимается равным L, при этом первый и последний дискреты функции кода задаются положительными единицами, при условии же, когда

количество отрицательных единиц в функции кода принимается равным L + 1, а первая и последняя единицы имеют различные полярности.