Устройство и способ сбора сейсмических данных, система сейсмических наблюдений

Авторы патента:


Устройство и способ сбора сейсмических данных, система сейсмических наблюдений
Устройство и способ сбора сейсмических данных, система сейсмических наблюдений
Устройство и способ сбора сейсмических данных, система сейсмических наблюдений
Устройство и способ сбора сейсмических данных, система сейсмических наблюдений
Устройство и способ сбора сейсмических данных, система сейсмических наблюдений
Устройство и способ сбора сейсмических данных, система сейсмических наблюдений
Устройство и способ сбора сейсмических данных, система сейсмических наблюдений
Устройство и способ сбора сейсмических данных, система сейсмических наблюдений
Устройство и способ сбора сейсмических данных, система сейсмических наблюдений
Устройство и способ сбора сейсмических данных, система сейсмических наблюдений
Устройство и способ сбора сейсмических данных, система сейсмических наблюдений
Устройство и способ сбора сейсмических данных, система сейсмических наблюдений

 

G01N1/22 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D,B01J,B03,B07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов C12M,C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание

Владельцы патента RU 2450255:

АЙНОВЕ, эЛтиди. (GB)

Предложено устройство и способ сбора сейсмических данных. Устройство снабжено записывающим блоком, совмещенным с блоком сейсмических приемников с охватом зоны возможной сейсмической активности, и средством связи для прямой связи с центральным записывающим блоком. Носитель информации, размещенный в записывающем блоке и/или в центральном контроллере, сохраняет параметры местоположения блока сейсмических приемников, причем параметры местоположения сейсмических приемников могут подвергаться коррекции. Передача записанной информации в центральный записывающий блок с помощью ручного извлечения съемного носителя информации с каждого записывающего блока, с помощью беспроводной передачи информации или с помощью перезаписи информации с каждого записывающего блока через индуктивный или кабельный разъем и передаточное устройство. Техническим результатом является обеспечение возможности варьирования расстояния между сейсмоприемниками. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится в основном к области сейсмологии и более конкретно к устройству и способу сбора сейсмических данных и системе сейсмических наблюдений (разведке).

Уровень техники

Нефтяные компании проводят сейсмическую разведку для понижения уровня рисков и снижения стоимости работ по обнаружению и разработке новых нефтяных и газовых месторождений. Как следствие, сейсмическая разведка, требующая значительных затрат, производится на инвестиции, вкладываемые авансом, с неопределенными перспективами их возвращения в ходе дальнейших работ. Соответственно, важнейшим аспектом процесса сейсмической разведки является минимизация ее стоимости при получении качественных результатов проводимых исследований.

Сейсмическая разведка проводится путем развертывания на местности пространственных сетей сейсмических приемников (датчиков), покрывающих значительные участки земной поверхности. В типичном варианте такие сети покрывают до 50 кв. миль (примерно, 130 кв. км) поверхности Земли и могут содержать от 2000 до 5000 сейсмических приемников. Источник упругой волны (например, подземный заряд динамита) приводится в действие внутри такой сети, и возникающая в результате взрыва ударная волна (акустическая волна) распространяется по подповерхностным структурам земной коры. Отдельные части упругой волны отражаются от подземных неоднородностей, таких как нефтяные и газовые пластовые резервуары. Далее отраженные волны распознаются и регистрируются на поверхности сейсмическими приемниками. Эти процессы распознания отраженных волн и записи информации о них будут в дальнейшем обозначаться термином "сбор сейсмических данных". Сбор сейсмических данных может осуществляться также в пассивном режиме без непосредственного применения активного источника сейсмической энергии.

С помощью перемещения источника сейсмической энергии в разные точки земной поверхности внутри измерительной сети и сбора сейсмических данных возможно построение трехмерной карты подземной структуры земной коры или сейсмического изображения подповерхностных структур земной коры. В дальнейшем такая карта используется для принятия решений о месте заложения буровых скважин, размерах пластовых резервуаров и глубинах нефтегазопродуктивных зон.

Чрезвычайно важным фактором при определении качества и пространственного разрешения сейсмического изображения подповерхностных структур является плотность размещения сейсмических приемников в измерительной сети. Специалисты в данной области техники понимают, что повышение плотности размещения сейсмических приемников, т.е. увеличение числа приемников в измерительной сети, позволяет получить более четкое и ясное сейсмическое изображение подповерхностных структур.

Плотность размещения сейсмических приемников в измерительной сети обычно ограничена соображениями надежности в работе и экономическими факторами. Если стоимость исследований может быть снижена, а надежность повышена, то в результате показатели кондиционности сейсмического изображения оказываются более высокими. Повышение качественных характеристик сейсмического изображения приводит к лучшей информационной обеспеченности принимаемых решений по практическому бурению, что, соответственно, снижает инвестиционные риски нефтяных компаний.

Традиционная конструкция сейсмического приемника, применяющаяся в течение длительного времени, представляет собой геофон, предназначенный для измерения скорости упругой волны. В настоящее время получают распространение акселерометры, причем в сейсморазведке появляется все больше многоосных или многокомпонентных акселерометров. Многокомпонентные (трехосные) измерения дают значительно более качественные сейсмические изображения по сравнению с одноосными измерениями. В прошлом, однако, многокомпонентные измерения были экономически неконкурентоспособными по сравнению с одноосными из-за дополнительных капиталовложений в систему регистрации результатов измерений и эксплуатационных проблем с многоосными аналоговыми приемниками. В настоящее время с появлением многокомпонентных цифровых сейсмических приемников, таких как приемный модуль Vectorseis®, распространяемый на коммерческой основе фирмой Инпут/Аутпут, Инк. (Input/Output, Inc.), г.Стаффорд, штат Техас, США, многокомпонентная цифровая запись сейсмических данных стала практически осуществимой. Однако для реализации всех преимуществ построения сейсмического изображения по многокомпонентным данным такая многокомпонентная регистрация требует более высокой плотности размещения сейсмических приемников по сравнению с однокомпонентной регистрацией.

Наиболее популярные конструкции устройств сбора сейсмических данных, применяемые в настоящее время, содержат прямые кабельные соединения со всеми сейсмическими приемниками измерительной сети. Выходной сигнал с приемника обычно оцифровывается и передается по кабельной линии на высокоскоростной магистральный полевой процессор или полевое средство сбора данных. Высокоскоростные магистрали, как правило, соединяются прямыми кабельными соединениями с другими полевыми средствами сбора данных и далее - с центральной системой регистрации данных, где вся информация записывается на магнитную ленту.

Сейсмические данные могут записываться на полевых средствах сбора данных для дальнейшей обработки, а в некоторых случаях командное полевое средство сбора данных передает команды и контролирует передачу информации от центральной системы регистрации данных посредством радиосвязи. Таким образом, измерительные сети могут содержать многие километры кабельных линий, соединяющих отдельные полевые средства сбора данных, линии сейсмоприемников и сами сейсмические приемники (датчики).

Упомянутая выше конструкция кабельной системы может приводить к необходимости использования в измерительной сети кабельных линий длиной более чем в 100 миль (примерно, более чем 160 км), которые приходится размещать на поверхности исследуемой области. Развертывание кабельной системы длиной во много километров на территории с разнообразным ландшафтом требует специфического оборудования и огромного труда, причем часто это приходится делать в областях, где окружающая среда может оказать влияние на принимаемые решения о характере съемки.

На фиг.1 изображено типичное устройство 100 сбора сейсмических данных. Типичное устройство 100 включает ряд ("косу") пространственно разнесенных блоков 102 сейсмических приемников. Каждая коса обычно соединяется посредством кабельной разводки со средством сбора информации 103 ("полевым средством сбора данных"), а несколько средств сбора информации и связанные с ними косы сейсмоприемников соединяются посредством кабельной разводки 110 в линию 108, которая, в свою очередь, посредством кабельной разводки 110 соединяется с узлом 104 (или "узловым устройством"). Несколько узловых устройств и связанные с ними кабельные линии обычно соединяются вместе и далее подключаются к центральному контроллеру 106, содержащему главный записывающий блок (не показано). Типичный на сегодняшний день блок сейсмических приемников 102 содержит геофоны, предназначенные для измерения скоростей акустических волн, проходящих через подземные пласты. В последнее время, как говорилось выше, все более широкое применение находят акселерометры, предназначенные для измерения ускорений, возникающих в акустической волне. Каждый блок сейсмических приемников может включать один приемник, но может включать и более одного приемника для многокомпонентной регистрации.

При установке на местности сейсмические приемники 102 обычно пространственно разносятся как минимум на расстояния порядка десятков метров, т.е. примерно от 4,2 до 67,1 м (13,8 до 220,0 футов). Каждое узловое устройство 104 обычно осуществляет обработку зарегистрированного сигнала и затем сохраняет обработанный сигнал в качестве сейсмической информации для использования в дальнейшей работе, как это объяснялось выше. Все узловые устройства 104 соединяются последовательно или параллельно с устройством 104а, выполняющим функции интерфейса между центральным контроллером 106 и узловыми устройствами 104.

В обычном кабельном устройстве данные многочисленно передаются с одного блока сейсмических приемников на следующий блок сейсмических приемников и на полевые средства сбора данных, прежде чем они достигнут центрального записывающего блока. Поломка любого полевого средства сбора данных или выход из строя любого кабеля приводят к необходимости остановить запись данных до устранения неисправности, что потенциально чревато потерями больших объемов информации. Как следствие, обычные кабельные устройства имеют в среднем оперативное время работы только примерно 45%.

Такая конструкция и показатели надежности применяемых в настоящее время кабельных устройств, описанных выше, ограничивают возможности существующих устройств сбора сейсмических данных в плане существенного увеличения числа измерительных каналов. Более современные кабельные устройства используют различные уровни дублирования, позволяющие восстанавливать измерительные сети, поврежденные в результате одиночных аварий. Такие дублирующие системы включают несколько резервных магистралей, резервное телеметрическое и прочее оборудование. Эти технические решения, однако, требуют еще большего количества соединительных кабелей, которые должны быть размещены на поверхности исследуемого участка, и позволяют защититься не более чем от двух аварий на линии, которая сама по себе может иметь длину во много километров.

Оптимальное расстояние между установленными на местности сейсмическими приемниками может быть различным, в зависимости от желаемых глубины и типа сейсмического изображения. Когда установка сейсмических приемников в желаемом месте сталкивается с трудностями типа запрещенных для работы участков, наличием рек или дорог, то это приводит к необходимости изменять расстояния между сейсмоприемниками. Изменять расстояние между сейсмоприемниками в обычных кабельных устройствах довольно неудобно из-за фиксированных пространственных интервалов между точками их соединения. Обычно персонал сейсморазведочной экспедиции устанавливает сейсмоприемники на запланированные места перед тем, как развернуть оборудование регистрации сейсмических данных. Затем используются портативные приемники глобальной системы навигации и определения местонахождения (GPS - Global Positioning System), а рядом с каждым из тысяч предварительно определенных мест установки сейсмоприемников в почву вбивается кол (репер). Таким образом, развертывание типично применяемой измерительной системы является двухэтапным процессом, требующим дополнительного времени, труда и дополнительных затрат к процессу сейсмического наблюдения.

Из приведенного выше описания типичной системы сбора сейсмических данных следует, что существует настоятельная необходимость иметь измерительную систему с возможностью гибко изменять расстояния между сейсмическими приемниками. Это позволит легко распределять оборудование между персоналом, не беспокоясь о несовместимости кабелей из-за требований к пространственным интервалам установки приемных станций или особым условиям окружающей среды (например, арктические условия, прибрежное мелководье или пустыня требуют различные типы кабелей).

Кроме того, существует необходимость интеграции технологии глобальной системы навигации и определения местонахождения (GPS) в конструкцию блока сейсмических приемников для устранения многочисленных действий персонала по идентификации истинных координат мест установки приемников и развертывания оборудования в этих местах. В существующих устройствах ошибки расчетов могут быть связаны с тем, что блок сейсмических приемников не совмещен со средством сбора данных, так что информация об истинном положении приемника оказывается недоступна системе анализа результатов наблюдения.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение имеет целью решение задач, описанных выше и связанных с используемыми кабельными системами, и представляет единую, использующую радиосигнал систему сбора сейсмических данных, с независимым расположением беспроводных сейсмических станций. Это позволяет как геофизическому, так и сейсмологическому персоналу применять систему наиболее эффективно и без ограничений, связанных с фиксированными пространственными интервалами установки сейсмостанций.

Один из аспектов настоящего изобретения представляет собой устройство, содержащее блок сейсмических приемников, располагаемый на земле с возможностью регистрации упругих волн, проходящих по горным породам. Блок сейсмических приемников формирует сигнал, характеризующий упругую сейсмическую волну, для передачи его на средство сбора информации, расположенное вместе с блоком сейсмических приемников и соединенное с ним для получения сигнала. В средстве сбора информации располагается блок памяти для хранения информации, характеризующей полученный сигнал, причем блок памяти содержит первый накопитель информации для хранения информации, характеризующей зарегистрированный сигнал. Устройство сбора сейсмических данных также содержит второй накопитель информации для хранения параметров местоположения блока сейсмических приемников, дистанционно удаленный центральный контроллер и средство связи, расположенное вместе с блоком сейсмических приемников и средством сбора информации с возможностью осуществления прямой связи с дистанционно удаленным блоком управления. По меньшей мере один параметр, характеризующий координаты месторасположения приемников, сохраняется или в центральном контроллере и/или в блоке памяти. В одном из предпочтительных вариантов блок сейсмических приемников и средство сбора информации могут быть размещены в одном корпусе. Кроме этого, блок сейсмических приемников и средство сбора информации могут быть соединены кабелем. Блок сейсмических приемников предпочтительно может включать многоосный акселерометр, датчик скорости сейсмической волны, такой как геофон, или датчик давления сейсмической волны. Блок сейсмических приемников может содержать многокомпонентный сейсмический приемник или многокомпонентный акселерометр с цифровым выходным сигналом. Устройство сбора сейсмических данных может содержать аналого-цифровой преобразователь, размещенный в блоке сейсмических приемников для подачи цифрового сигнала от блока сейсмических приемников, или аналого-цифровой преобразователь, размещенный в средстве сбора информации с возможностью конвертации аналогового сигнала от блока сейсмических приемников в цифровые данные. Блок памяти предпочтительно может содержать подблок энергонезависимой памяти или съемную карту памяти, а первый накопитель информации дополнительно содержать по меньшей мере один дисководов для жестких минидисков или энергонезависимую съемную карту памяти. Блок памяти может содержать средство индуктивной связи для передачи сохраняемой в блоке памяти информации на внешний носитель или средство оптической связи для передачи сохраняемой в блоке памяти информации на внешний носитель. Блок сейсмических приемников может быть соединен со средством сбора информации посредством соединителя сейсмических приемников, причем блок памяти также может быть соединен с сенсорным соединителем с возможностью извлечения хранимой в блоке памяти информации посредством упомянутого соединителя. Дистанционно расположенный центральный контроллер может быть выполнен с возможностью беспроводного управления. Предпочтительно, если устройство сбора сейсмических данных содержит процессор, связанный со средством сбора информации и средством связи и имеющий средства программного обеспечения, взаимодействующие со средствами программного обеспечения радиоприемопередатчика. Причем средство связи может содержать радиоприемопередатчик прямого преобразования для беспроводного сообщения с дистанционно удаленным центральным контроллером. Средство сбора информации может содержать процессор, выполняющий одну из функций локального контроля, хронометрирования или управления питанием. Кроме того, средство сбора информации может содержать источник питания, связанный по меньшей мере с одним из следующих блоков: средства сбора информации, блока сейсмических приемников и средства связи, с возможностью подачи электропитания, причем источник питания может быть съемным, а также может содержать перезаряжаемую батарею. Также устройство сбора сейсмических данных может предпочтительно содержать расположенное в средстве сбора информации средство индуктивной связи, соединенное с перезаряжаемой батареей с возможностью зарядки перезаряжаемой батареи посредством внешнего по отношению к средству сбора информации источника питания, или разъем, расположенный на средстве сбора информации и соединенный с перезаряжаемой батареей с возможностью зарядки перезаряжаемой батареи посредством внешнего по отношению к средству сбора информации источника питания. Перезаряжаемая батарея может быть никель-металлической гибридной батареей, ионно-литиевой батареей и литий-полимерной батареей. Устройство согласно изобретению может содержать приемник глобальной системы навигации и определения местонахождения (GPS), связанный с блоком сейсмических приемников с возможностью определения параметров местоположения сейсмических приемников.

Другой аспект изобретения представляет собой способ сбора сейсмических данных и включает регистрацию сейсмической волны посредством блока сейсмических приемников, расположенного на земле и передающего сигнал от упругой волны средству сбора информации, расположенному в зоне близкого местоположения блока сейсмических приемников. Информация, характеризующая сигнал, сохраняется в первом накопителе информации (блоке памяти), расположенном в средстве сбора информации, а параметры местоположения сейсмических приемников сохраняют во втором накопителе информации. Способ также включает прямое соединение средства сбора информации с дистанционно удаленным блоком управления посредством средства связи, расположенного в зоне близкого местоположения блока сейсмических приемников, и средства сбора информации. Один или более параметров, характеризующих координаты мест расположение приемников, могут быть сохранены или в центральном контроллере и/или в блоке памяти. В предпочтительном варианте блок сейсмических приемников может содержать датчик скорости сейсмической волны или датчик давления сейсмической волны, а также акселерометр, причем в этом случае сигнал характеризует регистрируемое ускорение сейсмической волны. Предпочтительно, если блок сейсмических приемников содержит многокомпонентный сейсмоприемник, причем в этом случае сигнал характеризует смещения по меньшей мере в двух направлениях. Блок сейсмических приемников может также передавать цифровой сигнала или аналоговый сигнал, который оцифровывается в средстве сбора информации. Информация в блоке памяти предпочтительно сохраняется в энергонезависимой памяти. Блок памяти предпочтительно содержит съемную память, причем предпочтительно осуществляют съем переполненной памяти со средства сбора информации и замену памяти на новую. Предпочтительно, если блок памяти включает средство индуктивной связи, посредством которого может осуществляться передача сохраненной в блоке памяти информации на внешний носитель информации. Также предпочтительно, если блок памяти содержит средство оптической связи, посредством которого осуществляют передачу сохраненной в блоке памяти информации на внешний носитель информации. Блок сейсмических приемников может быть соединен со средством сбора информации при помощи сенсорного соединителя, причем блок памяти может быть также соединен с соединителем, посредством которого осуществляют извлечение информации из сохраняющего ее блока памяти. В предпочтительном осуществлении способа связь между дистанционно удаленным контроллером и средством сбора информации осуществляют беспроводным методом связи. Посредством процессора, расположенного в средстве сбора информации, также может осуществляться локальный контроль, хронометрирование и управление питанием. Предпочтительно, если посредством источника питания, расположенного в средстве сбора информации, осуществляют питание средства сбора информации, блока сейсмических приемников или средства связи. В качестве источника питания предпочтительно используют перезаряжаемую батарею, причем дополнительно осуществляют зарядку перезаряжаемой батареи посредством внешнего по отношению к средству сбора информации источника питания, который соединен со средством сбора информации посредством средства индуктивной связи или разъема. Предпочтительно, если осуществляют хронометрирование посредством схемы синхронизации времени и процессора, расположенных в средстве сбора информации. Также предпочтитетельно, если начинают сбор сейсмических данных посредством схемы синхронизации времени. При этом предпочтительно, если связь между дистационно удаленным центральным контроллером и средством сбора информации осуществляют при синхронизации информации посредством хронометрирования, которое производят от дистационно удаленного центрального контроллера. При осуществлении способа могут начинать сбор сейсмических данных посредством сигнала с дистанционно удаленного центрального контроллера. Кроме того, связь между средством сбора информации и дистационно удаленным центральным контроллером о текущих параметрах сейсмической обстановки могут осуществлять в реальном времени по каналу беспроводной системы связи. Предпочтительно, если связь между средством сбора информации и дистационно удаленным центральным контроллером о любых задаваемых параметрах сейсмической обстановки осуществляют в реальном времени по каналу беспроводной системы связи.

Следующим аспектом настоящего изобретения является система сейсмических наблюдений, включающая центральный контроллер и блок сейсмических приемников, дистанционно удаленный от центрального контроллера. Блок сейсмических приемников располагается на земле для регистрации сейсмических волн в земле и вырабатывает сигнал, характеризующий обнаруженную сейсмическую волну. Записывающий блок расположен вместе с блоком сейсмических приемников для получения сигнала и для сохранения информации о полученном сигнале в первом носителе информации, расположенном в записывающем блоке. Система также содержит второй носитель информации для хранения параметром местоположения блока сейсмических приемников. Средство связи расположено в близком местонахождении с блоком сейсмических приемников и средством сбора информации для осуществления прямой связи с центральным контроллером. Один или более параметров, характеризующих координаты мест расположения приемников, сохраняются или в центральном контроллере и/или в блоке памяти. Система может работать как в пассивном режиме, так и в активном режиме с использованием внешнего источника сейсмической волны. Предпочтительно, если система дополнительно содержит источник энергии, установленный с возможностью генерации сейсмической волны в земле. Предпочтительно, если средство связи включает в себя приемопередатчик двухсторонней беспроводной связи с центральным контроллером.

Следующим аспектом настоящего изобретения является система сбора сейсмических данных, включающая центральный контроллер, группу датчиков, установленных в разных местоположениях с возможностью полного охвата зоны возможной сейсмической активности, и группу записывающих блоков, каждое из которых связано с датчиком по его вышеупомянутым местоположениям и каждое из которых имеет прямую связь с центральным контроллером.

Следующим аспектом настоящего изобретения является устройство сбора сейсмических данных, включающее группу датчиков, установленных в разных местоположениях с возможностью полного охвата зоны возможной сейсмической активности, и группу записывающих блоков, каждое из которых связано с датчиком по его вышеупомянутым местоположениям.

Следующим аспектом настоящего изобретения является устройство сбора сейсмических данных, включающее дистанционно удаленный центральный контроллер, блок сейсмических приемников, установленный с возможностью регистрации сейсмических волн и формирования сигнала, характеризующего регистрируемую сейсмическую волну, средство сбора информации, расположенное вместе с блоком сейсмических приемников и соединенное с ним с возможностью получения сигнала, блок памяти, расположенный в средстве сбора информации с возможностью хранения информации, характеризующей полученный сигнал, и радиоприемопередатчик прямого преобразования, установленный с возможностью осуществления связи между средством сбора информации и дистанционно удаленным центральным контроллером.

Краткое описание чертежей

Новые элементы изобретения, также как и изобретение само по себе, могут быть наилучшим образом поняты с помощью прилагаемых чертежей вместе с последующим описанием, на которых одни и те же номера позиций соответствуют одним и тем же элементам конструкции.

На фиг.1 представлено типичное устройство сбора сейсмических данных.

На фиг.2 показано концептуальное решение конструкции устройства в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.3 представлено схематическое изображение устройства, представленного на фиг.2 более подробно.

На фиг.4 показано одно из исполнений беспроводной сейсмостанции с подключенным к ней сейсмическим приемником.

На фиг.5 показан многокомпонентный сейсмический приемник для использования в одном из исполнений настоящего изобретения.

На фиг.6 дано схематическое изображение блока сейсмических приемников в соответствии с настоящим изобретением - вариант с возможной установкой аналого-цифрового преобразователя.

На фиг.7 дано схематическое изображение беспроводной сейсмостанции в соответствии с настоящим изобретением, включающей интерфейс для соединения с блоком сейсмических приемников, имеющим аналоговый выход.

На фиг.8 дано схематическое изображение беспроводной сейсмостанции в соответствии с настоящим изобретением, включающей интерфейс для соединения с блоком сейсмических приемников, имеющим цифровой выход.

На фиг.9-11 показаны несколько альтернативных исполнений беспроводной сейсмостанции в соответствии с настоящим изобретением и

на фиг.12 показан один из способов передачи информации, хранящейся в карте памяти после сбора сейсмических данных.

Осуществление изобретения

На фиг.2 показано концептуальное решение конструкции устройства в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 200 включает центральный контроллер 202, находящийся в прямой связи с каждой беспроводной сейсмостанцией 208, которые формируют зону охвата 210 возможной сейсмической активности для сбора сейсмических данных. Каждая беспроводная сейсмостанция 208 содержит по меньшей мере один сейсмический приемник 212 для регистрации сейсмических волн. Используемая здесь прямая связь обеспечивает передачу индивидуальных потоков данных, что изображено на фиг.2 пунктирными стрелками. Потоки данных могут идти в двух направлениях, передавая управляющие команды от центрального контроллера 202 к каждой беспроводной сейсмостанции 208 и контрольную и/или выборочную, предварительно обработанную, сейсмическую информацию от каждой беспроводной сейсмостанции 208 к центральному контроллеру 202. Связь может осуществляться в форме радиосигналов, передаваемых и получаемых центральным контроллером с помощью соответствующей антенны 204. Устройство 200 может работать в пассивном режиме, фиксируя природные или случайные сейсмические волны, проходящие по земным породам. Устройство 200 может работать также в активном режиме, используя искусственный источник сейсмических волн 206, производящий сейсмическую волну заранее известной магнитуды из точки с заранее определенным местоположением.

Концептуальная схема настоящего изобретения, представленная на фиг.2, делает очевидным его основные достоинства. Среди прочего, использование индивидуальных беспроводных сейсмостанций 208 с зоной охвата 210 возможной сейсмической активности устраняет необходимость в соединительных кабелях, таких как кабель 110, осуществляющий связь в виде обычной электрической линии, что было описано выше и показано на фиг.1. Отсутствие кабелей предоставляет персоналу, проводящему разведку, возможность перемещать отдельные сейсмические приемники, не оказывая влияния на местоположения других сейсмических приемников в зоне охвата возможной сейсмоактивности. Другое преимущество заключается в снижении общего веса оборудования в зоне охвата. Обычно, чтобы охватить всю зону возможной сейсмической активности требуется километры соединительных кабелей, которые могут весить до 25 тонн (55000 фунтов) и более. Большой вес оборудования замедляет работу персонала и увеличивает стоимость работ за счет необходимости использования дополнительного топлива, времени и материалов.

Следующим преимуществом настоящего изобретения является отсутствие возможности отказа системы из-за выхода из строя одного элемента, что может привести к потерям информации по крайней мере от одной информационной линии. Неисправный кабель или соединительный узел, неисправное полевое средство сбора информации или неисправное узловое устройство в обычной системе, представленной на фиг.1, могут привести к значительным потерям информации. Предлагаемая в настоящем изобретении конструкция единой беспроводной сейсмостанции использует независимые коммуникационные линии между устройствами сбора сейсмических данных и центральной системой записи информации. Неисправность линии вызывает потери информации только от одной станции, во время ремонта которой запись информации с других станций может продолжаться без потерь.

На фиг.3 дается более детальное схематическое представление устройства 200. Центральный контроллер 202 включает в себя компьютер 300 с процессором 302 и блоком памяти 303. Оператор может управлять устройством 200, используя клавиатуру 306 и мышь или другое средство ввода информации 308, а также средство вывода информации, такое как монитор 310. Связь между дистанционно удаленными компонентами в зоне охвата 210 возможной сейсмической активности и центральным контроллером 202 осуществляется с помощью приемопередающего блока 312, расположенного в центральном контроллере 202 вместе с антенной 314.

Центральный контроллер 202 осуществляет связь с каждой беспроводной сейсмостанцией 208. Каждая беспроводная сейсмостанция 208, показанная на фигуре, состоит из беспроводного блока 316, антенны 318, совместимой с антенной 314 центрального контроллера, и блока 320 сейсмических приемников, регистрирующего акустические волны, проходящие по земле. Блок сейсмических приемников расположен вместе с соответствующей беспроводной сейсмостанцией. В данном тексте термин "расположен вместе (в близком местонахождении)" означает, что объекты одного местоположения находятся не далее чем в нескольких десятках сантиметров друг от друга. Таким образом, каждый блок 320 сейсмических приемников может быть соединен с соответствующей беспроводной сейсмостанцией относительно коротким кабелем 322 длиной примерно в 1 метр, или блок 320 сейсмических приемников может быть смонтирован с беспроводной сейсмостанцией 316 в общем корпусе 324, как показано на фиг.4.

Один сейсмический приемник из используемых в блоке 320 сейсмических приемников может быть многокомпонентным приемником 326, как показано на фиг.5. Многокомпонентный приемник, показанный на фигуре, включает трехкомпонентный акселерометр, использующий технологию микроэлектромеханических систем (MEMS - micro electromechanical systems) и специализированные прикладные интегральные схемы (ASIC - Application-specific integrated circuits), применяемые в приемных модулях Vectorseis®, распространяемых на коммерческой основе фирмой Инпут/Аутпут, Инк. Настоящее изобретение, однако, не исключает возможность использования приемников, измеряющих скорость волны, типа обычных геофонов, или использования приемников, измеряющих давление волны, типа обычных гидрофонов. Любой тип сейсмических приемников, способных регистрировать сейсмические волны, может использовать одно или более преимуществ настоящего изобретения. Кроме того, настоящее изобретение полезно при использовании как одиночного блока 320 сейсмических приемников, как показано, так и при использовании блоком 320 сейсмических приемников группы приемников, собранных в косу.

На фиг.6 дается схематическое представление одного из компонентов 328 одного из исполнений блока 320 сейсмических приемников. Специалисты в данной области техники понимают, что трехкомпонентный приемник для регистрации сейсмической волны может быть изготовлен путем добавления дополнительных измерительных элементов к одноосному, показанному на фигуре. Таким образом, дополнительные иллюстрации не являются необходимыми. Измерительный компонент 328, показанный на фигуре, включает чувствительный элемент 330 для регистрации сейсмической волны, проходящей по земле. Чувствительный элемент определяет движение грунта, вызванное сейсмической волной, и вырабатывает аналоговый выходной сигнал, характеризующий данное движение. Измерительный компонент включает приемопередающую схему 332 для получения выходного сигнала с чувствительного элемента и передачи выходного сигнала на беспроводную сейсмостанцию для дальнейшей обработки, хранения и/или передачи его посредством беспроводной связи на центральный контроллер. Как показано на фиг.6 с помощью пунктирных линий, блок сейсмических приемников может включать в случае необходимости аналого-цифровой преобразователь 334 (АЦП) для выработки сигнала с блока 320 сейсмических приемников в цифровой форме. Когда блок сейсмических приемников вырабатывает аналоговый выходной сигнал, беспроводная сейсмостанция 316 может включать АЦП для конвертации записанного аналогового сигнала в цифровую форму.

На фиг.7 дается схематическое представление о беспроводной сейсмостанции 400, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, которая работает как устройство записи данных, включающее интерфейс для работы с блоком аналоговых сейсмических приемников (не показаны). Беспроводная сейсмостанция 400 является устройством сбора сейсмических данных, которое включает интерфейс 402 для получения выходного сигнала с блока сейсмических приемников. Показанный интерфейс 402 включает схему защиты, переключающий контур, предварительный усилитель, тестовый генератор, аналого-цифровой преобразователь и цифровой фильтр для предварительной обработки полученного сигнала. Интерфейс 402 частично управляется полевой программируемой матрицей логических элементов (FPGA - field programmable gate array) и/или специализированной прикладной интегральной схемой (ASIC) контроллера 404. Находящийся на станции локальный процессор 406 обрабатывает сигнал для выделения из него сохраняемой информации, характеризующей сейсмическую волну, зарегистрированную блоком сейсмических приемников. Для сохранения информации в блоке памяти 408, называемом также блоком памяти, она должна быть в цифровой форме. Блок памяти может быть съемным, как показано в позиции 408, и/или, как на позиции 408а, специально предназначенным для соединения 410, с помощью которого осуществляется доступ к сохраняемой в памяти информации и/или передачи сохраняемой информации на внешний носитель информации 411. Соединение 410 может быть конструктивно выполнено в виде кабеля, как показано на рисунке, но может быть также в виде средства индукционной или оптической связи. Такие типы соединений хорошо известны, поэтому нет необходимости описывать их здесь подробно.

Блоки памяти 408, 408а могут быть энергонезависимыми и обладать значительным объемом памяти для сохранения информации с целью ее дальнейшего сбора или передачи. Физически блок памяти может быть выполнен в виде платы памяти, дисковода для съемного жесткого минидиска, электрически стираемого программируемого постоянного запоминающего устройства EEPROM (electrically-erasable programmable read only memory) или тому подобное.

Плата памяти, также известная под названием карта флэш-памяти, представляет собой носитель информации малого объема и используется для сохранения цифровой информации, будучи удобной для применения в сейсморазведке. Флэш-память - это энергонезависимая память, которая может быть очищена или перепрограммирована в так называемые блоки памяти. Это один из вариантов EEPROM, в которой, в отличие от флэш-памяти, запись и удаление информации осуществляется на уровне байтов. Таким образом, обновление информации во флэш-памяти обычно происходит быстрее, чем в EEPROM.

Интерфейс с центральным контроллером 202 осуществлен при помощи средства связи, таким как встроенная приемопередающая схема 412 и антенна 414, настроенная на желаемые частоты принимаемых и передаваемых сигналов для осуществления прямой связи с дистанционно удаленным центральным контроллером 202. Показанная на фигуре приемопередающая схема 412 является схемой приемник-синтезатор-передатчик прямого преобразования, и ее функции в качестве альтернативы могут быть выполнены с помощью программируемого радиоприемопередатчика. В качестве другого варианта приемопередающая схема 412 может быть выполнена в виде любой подходящей схемы, обеспечивающей функции приемника и передатчика, например, использующей технологию супергетеродина. Антенна 414 может представлять собой антенну типа VHF/UHF (УКВ-антенна). Другое оборудование может включать радиочастотную (RF) схему 416 входного каскада и усилитель мощности 418 для улучшения связи с центральным контроллером 202. Данное оборудование может быть предпочтительно выполненным в виде съемного модуля 419, работающего в диапазоне радиочастот, что позволяет работать с широким частотным диапазоном при использовании взаимозаменяемых антенн. Достоинствами радиоприемопередатчика прямого преобразования являются возможность работы с широким диапазоном радиочастот, существенное уменьшение габаритных размеров беспроводной сейсмостанции 400 и снижение общего веса оборудования, предназначенного для транспортировки и установки в полевых условиях.

Локальное питание обеспечивается системой питания 420, которая включает встроенную перезаряжаемую батарею 422. Батарея 422 может иметь любой подходящий химический состав, например, это может быть никель-металлическая гибридная батарея, ионно-литиевая или литий-полимерная батарея соответствующих размеров для применения в масштабах беспроводной сейсмостанции. Батарея питает блок питания 424, который обеспечивает работу всех последующих схем. Блок питания соединен со схемой контроля питания 426 для распределения питания между различными локальными компонентами системы.

Система питания дополнительно включает зарядное устройство 428 и интерфейс 430 для соединения зарядного устройства 428 с внешним источником питания 431. Индикатор питания 432 показывает уровень заряда батареи и/или оставшееся время работы системы питания 420. Этот индикатор имеет обычную конструкцию, и его дальнейшее описание здесь не требуется.

Параметры местоположения каждой конкретной беспроводной сейсмостанции (т.е. широта, долгота, азимут, склонение и т.д.) необходимы для обработки данных, собранных в процессе наблюдений. Эти параметры устанавливаются перед проведением наблюдений посредством введения ожидаемых и номинальных значений местоположения и ориентации сейсмоприемников, причем в соответствии с настоящим изобретением они могут быть скорректированы по месту. Координаты местоположения хранятся в памяти 303, 408 либо центрального контроллера, либо беспроводной сейсмостанции 400. В одном из исполнений беспроводная сейсмостанция включает приемник 434 глобальной системы навигации и определения местонахождения (GPS) и связанную с ним антенну 436. Приемник GPS, применяемый в этом исполнении изобретения, показан соединенным с процессором 406 и схемой синхронизации времени 438, что позволяет определять параметры местоположения для повышения точности сейсмической информации и синхронизации процесса сбора сейсмических данных по разным сейсмическим приемникам. В качестве альтернативы параметры местоположения могут быть переданы на центральный контроллер и сохранены там, а синхронизация может быть осуществлена передачей сигналов по радиолинии УКВ (VHF/UHF) независимо от GPS. Таким образом, встроенный приемник GPS может рассматриваться как возможный, но не обязательный элемент изобретения. Параметры местоположения сейсмических приемников могут быть определены с помощью акселерометров и/или магнитных датчиков и/или вручную.

В одном из исполнений настоящего изобретения применяется схема 444 выхода из режима ожидания, которая позволяет беспроводной сейсмостанции контролировать расход получаемой от батарей энергии в различных режимах управления. Схема 444 выхода из режима ожидания может быть включена двумя источниками - радиоприемником 412 или схемой синхронизации времени 438. В режиме пониженного потребления мощности, например, электроэнергия подается только на радиоприемник 412 и схему 444 выхода из режима ожидания. Если посредством радиосвязи передается специальная команда выхода из режима ожидания, которая декодируется схемой выхода из режима ожидания, другие блоки, такие как процессор 406, могут включаться в контур управления для участия в дальнейшей обработке команд и сигналов, получаемых от сейсмических приемников. В качестве альтернативы схема выхода из режима ожидания может подавать питание на радиоприемник 412 в заранее определенные временные интервалы в соответствии с сигналами, поступающими со схемы синхронизации времени 438. В эти интервалы времени радиоприемник может принимать команды. Если же в данный интервал времени команд не поступает, радиоприемник 412 отключается либо автоматически, либо по команде от схемы выхода из режима ожидания.

В одном из исполнений беспроводная сейсмостанция 400 включает датчик смещений 440 для определения нежелательных смещений станции или грунта вокруг станции, где могут использоваться бесконтактные сейсмоприемники. Такие нежелательные смещения могут быть вызваны природными процессами, происходящими в окрестностях станции, например, смещениями почвы или аналогичными процессами. Кроме того, смещения могут быть вызваны попытками хищения оборудования станции. Для предотвращения последнего случая беспроводная сейсмостанция может также включать звуковую сигнализацию 442 для отпугивания воров и животных от станции. Датчик смещения определит любое нежелательное смещение, сигнал с датчика поступит на соответствующий интерфейс или непосредственно на интерфейс, управляющий работой сейсмоприемников.

Выходной сигнал датчика смещения обрабатывается с использованием встроенного процессора 406, после чего обработанный сигнал передается через приемопередатчик 412 на центральный контроллер для уведомления оператора о нежелательных смещениях станции. Сигнал с приемника GPS может быть обработан вместе с сигналом датчика смещения. Это позволяет отслеживать перемещение беспроводной сейсмостанции в случае хищения.

В одном из исполнений функции датчика смещения осуществляются тем же блоком 208 сейсмических приемников, который используется для регистрации упругих волн. В исполнении, описанном выше и представленном на фиг.4, на которой блок сейсмоприемников интегрирован в беспроводную сейсмостанцию, выходной сигнал блока обязательно содержит компоненты, характеризующие сейсмическую активность, и компоненты, характеризующие нежелательные смещения. Выходной сигнал обрабатывается вместе с выходным сигналом приемника GPS, что позволяет определить нежелательные смещения станции. Таким образом, выходной сигнал, передаваемый на центральный контроллер 202, может включать как сейсмическую информацию, так и информацию о нежелательных смещениях, информацию об исправности/неисправности оборудования и прочую информацию, относящуюся к работе беспроводной сейсмостанции 316 и/или блока 320 сейсмических приемников.

На фиг.8 представлена схема беспроводной сейсмостанции ("устройство сбора сейсмических данных") 500 в соответствии с настоящим изобретением, которая работает как устройство записи данных с интерфейсом, соединяющим его с блоком сейсмоприемников, формирующим цифровой сигнал, так как описано выше и показано на фиг.6. Интерфейс 502 в соответствии с данным исполнением не требует АЦП, как в исполнении, описанном выше и представленном на фиг.7, поскольку получаемый сигнал уже имеет цифровую форму. Однако АЦП может применяться в этом исполнении для оцифровки выходного сигнала датчика смещения 540. Показанный на фигуре интерфейс 502 включает схему защиты с индуктивным соединением 502а и цифровые фильтры 502b для приведения к общей форме получаемых цифровых сигналов и контрольных сигналов FPGA/ASIC с контрольной схемы 504.

В данном исполнении интерфейс 502 требует незначительного или совсем не требует контроля, однако блок сейсмоприемников частично управляется контрольной схемой 504, построенной на базе матрицы логических элементов FPGA и/или прикладной интегральной схемы ASIC. Локальный встроенный процессор 506 обрабатывает сигналы для создания сохраняемой информации о сейсмических волнах, которые регистрирует блок сейсмических приемников. Для сохранения информации в блоке памяти 508, также называемом здесь памятью, информация должна быть в цифровой форме. Блок памяти может быть съемным, как показано на позиции 508, и/или, как показано на позиции 508а, снабжен соединением 510 для осуществления доступа к сохраняемой информации и/или передачи сохраняемой информации на внешний носитель информации 511. Соединение 510 может быть кабельного типа, как показано на фигуре, или в виде средства индуктивной или оптической связи. Такие соединения известны и далее подробно не описываются.

Блок памяти 508, 508а может быть энергонезависимым и обладать значительным объемом для хранения информации с целью ее последующего сбора и передачи. Блок памяти может быть выполнен в виде платы памяти, дисковода для съемного жесткого минидиска, электрически стираемого программируемого постоянного запоминающего устройства EEPRO, и так далее.

Интерфейс для соединения с центральным контроллером 202 осуществляется посредством средства связи, таким как встроенная приемопередаточная схема 512 и антенна 514, настроенная на желаемые частоты принимаемых и передаваемых сигналов для осуществления прямой связи с дистанционно удаленным центральным контроллером 202. Приемопередаточная схема 512 в одном из исполнений является схемой прямого преобразования приемник-синтезатор-передатчик, и ее функции в качестве альтернативы могут быть выполнены с помощью программирумого радиоприемопередатчика. В качестве другого варианта приемопередаточная схема 512 может быть выполнена в виде любой подходящей схемы, обеспечивающей функции приемника и передатчика, например, использующей технологию супергетеродина. Антенна 514 может представлять собой антенну типа VHF/UHF (УКВ-антенна). Другое оборудование может включать радиочастотную (RF) схему входного каскада 516 и усилитель мощности 518 для улучшения связи с центральным контроллером 202. Данное оборудование предпочтительно выполнено в виде съемного модуля 519, работающего в диапазоне радиочастот, что позволяет работать с широким частотным диапазоном при использовании взаимозаменяемых антенн. Достоинствами радиоприемопередатчика прямого преобразования являются возможность работы с широким диапазоном радиочастот, существенное уменьшение габаритных размеров станции 500 и снижение общего веса оборудования, предназначенного для транспортировки и установки в полевых условиях.

Локальное питание обеспечивается системой питания 520, которая включает встроенную перезаряжаемую батарею 522. Батарея 522 может иметь любой подходящий химический состав, например, это может быть никель-металлическая гибридная батарея, ионно-литиевая батарея или литий-полимерная батарея соответствующих размеров для применения в масштабах станции. Батарея питает блок питания 524, который обеспечивает работу всех последующих схем. Блок питания соединен со схемой контроля питания 526 для распределения питания между различными локальными компонентами системы.

Система питания 520 дополнительно включает зарядное устройство 528 и интерфейс 530 для соединения зарядного устройства 528 с внешним источником питания 531. Индикатор питания 532 показывает уровень заряда батареи и/или оставшееся время работы системы питания 520. Этот индикатор имеет обычную конструкцию, и его дальнейшее описание здесь не требуется.

Параметры местоположения беспроводной сейсмостанции (т.е. широта, долгота, азимут, склонение и т.д.) необходимы для обработки данных, собранных в процессе наблюдений. Эти параметры устанавливаются перед проведением съемки посредством введения ожидаемых и номинальных значений местоположения и ориентации сейсмоприемников, причем в соответствии с настоящим изобретением они могут быть скорректированы по месту. Координаты местоположения хранятся в памяти 303, 508 либо центрального контроллера, либо станции 500. В одном из исполнений беспроводная станция включает приемник 534 глобальной системы навигации и определения местонахождения (GPS) и связанную с ним антенну 536. Приемник GPS, применяемый в этом исполнении изобретения, соединен с процессором 506 и схемой синхронизации времени 538, что позволяет определять параметры местоположения для повышения точности сейсмической информации и синхронизации процесса сбора сейсмических данных по разным сейсмическим приемникам. В качестве альтернативы параметры местоположения могут быть переданы на центральный контроллер и сохранены там, а синхронизация может быть осуществлена пересылкой сигналов по радиолинии УКВ (VHF/UHF) независимо от GPS. Таким образом, встроенный приемник GPS может рассматриваться как возможный, но не обязательный элемент изобретения. Параметры местоположения и ориентации сейсмоприемников могут быть определены с помощью акселерометров и/или магнитных датчиков и/или вручную.

В этом исполнении настоящего изобретения применяется схема 544 выхода из режима ожидания, которая позволяет беспроводной сейсмостанции контролировать расход получаемой от батарей энергии в различных режимах управления. Схема 544 выхода из режима ожидания может быть включена двумя источниками - радиоприемником 512 или схемой синхронизации времени 538. В режиме пониженного потребления мощности, например, электроэнергия подается только на радиоприемник 512 и схему 544 выхода из режима ожидания. Если посредством радиосвязи передается специальная команда выхода из режима ожидания, которая декодируется схемой выхода из режима ожидания, другие блоки, такие как процессор 506, могут включаться в контур управления для участия в дальнейшей обработке команд и сигналов, получаемых от сейсмических приемников. В качестве альтернативы схема выхода из режима ожидания может подавать питание на радиоприемник 512 в заранее определенные временные интервалы в соответствии с сигналами, поступающими со схемы синхронизации времени 538. В эти интервалы времени радиоприемник может принимать команды. Если же в данный интервал времени команд не поступает, радиоприемник 512 отключается либо автоматически, либо по команде от схемы выхода из режима ожидания.

В одном из исполнений беспроводная сейсмостанция 500 включает датчик смещений 540 для определения нежелательных смещений станции или грунта возле станции, где могут использоваться бесконтактные сейсмоприемники. Такие нежелательные смещения могут быть вызваны природными процессами, происходящими в окрестностях станции, например, смещениями почвы или аналогичными процессами. Кроме того, смещения могут быть вызваны попытками хищения оборудования беспроводной сейсмостанции. Для предотвращения последнего случая беспроводная сейсмостанция может также включать звуковую сигнализацию 542 для отпугивания воров и животных от станции. Датчик смещения определит любое нежелательное смещение, сигнал с датчика поступит на соответствующий интерфейс или непосредственно на интерфейс, управляющий работой сейсмических приемников.

Выходной сигнал датчика смещений может быть оцифрован с помощью АЦП 541, а оцифрованный выходной сигнал может быть обработан с использованием встроенного процессора 506. Обработанный сигнал передается на центральный контроллер через встроенную схему приемопередатчика 512 для уведомления оператора о нежелательных смещениях. Выходной сигнал приемника GPS может быть обработан вместе с выходным сигналом датчика смещения. Это позволяет отслеживать перемещение беспроводной сейсмостанции в случае хищения.

В одном из исполнений функции датчика смещения осуществляются тем же блоком 208 сейсмических приемников, который используется для регистрации упругих волн. В исполнении, описанном выше и представленном на фиг.4, на которой блок сейсмоприемников интегрирован в беспроводную сейсмостанцию, выходной сигнал блока содержит компоненты, характеризующие сейсмическую активность, и компоненты, характеризующие нежелательные смещения. Выходной сигнал обрабатывается вместе с выходным сигналом приемника GPS, что позволяет определить нежелательные смещения станции. Таким образом, выходной сигнал, передаваемый на центральный контроллер 202, может включать как сейсмическую информацию, так и информацию о нежелательных смещениях, информацию об исправности/неисправности оборудования и прочую информацию, относящуюся к работе беспроводной сейсмостанции 316 и/или блока 320 сейсмических приемников.

На фиг.9-10 показано несколько альтернативных исполнений беспроводной сейсмостанции в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.9 показана беспроводная сейсмостанцию 600, размещенная в закрытом корпусе 602 и имеющая встроенную заряжаемую батарею 604. Короткий кабель 608 с разъемом 616 соединяет станцию с блоком сейсмических приемников. Антенна 610 установлена на корпусе 602. Дверца 612 осуществляет доступ к локальной памяти 614, предназначенной для хранения информации. Блок памяти 614 в одном из исполнений является съемным, что физически осуществляется через дверцу 612.

На фиг.10 показано исполнение беспроводной сейсмостанции 620, во многом аналогичное тому, которое представлено на фиг.9. Однако комплект батарей 622 является здесь съемным, что отражается на конструкции корпуса 624. Преимуществом этого исполнения является то, что комплект полностью заряженных батарей может быть подвезен к беспроводной сейсмостанции 620 для замены разряженных батарей без перемещения самой станции, вызванного необходимостью транспортировки станции до зарядного устройства.

На фиг.11 показано исполнение беспроводной сейсмостанции 630, во многом аналогичное тому, которое представлено на фиг.9-10. Однако в этом исполнении комплект батарей 632 является здесь съемным, что отражается на конструкции корпуса 634 и включает карту памяти 636. Преимуществом этого исполнения является то, что карта памяти 636 с сохраняемой на ней сейсмической информацией может быть заменена на новую (пустую) карту памяти одновременно с заменой разряженных батарей. Следует учитывать тот факт, что любое из исполнений, представленных на фиг.9-11, может быть легко приспособлено для интегрированной работы с сейсмическими приемниками, что исключает необходимость в кабеле 608.

На фиг.12 показан один из способов передачи информации, сохраненной на карте памяти после сбора сейсмических данных. Система передачи информации 700 включает преобразователь, оборудованный лентопротяжным механизмом для магнитной ленты 704. Лентопротяжный механизм 704, изображенный на рисунке, предназначен для работы с магнитной лентой 706, однако для целей настоящего изобретения можно использовать любой подходящий носитель информации.

После того как данные оказываются записанными в карте памяти 708 беспроводной сейсмостанции, информация может быть собрана и передана в единую базу данных всех станций, участвующих в процессе сейсмического наблюдения. Этот процесс осуществляется посредством сбора съемных карт памяти или комплектов карт памяти и электрических батарей в зависимости от исполнения беспроводной сейсмостанции, используемых в разведке, и транспортировкой карт(ы) памяти 708 на устройство преобразования данных 700. Карты памяти помещаются в устройство 710 чтения карт памяти или устройство чтения карт памяти, совмещенное с зарядным устройством батарей, если используется исполнение изобретения, представленное на фиг.11. Устройство преобразования данных 702 считывает данные с карт памяти 708 и компилирует данные в отдельные короткие записи. Устройство преобразования данных 702 также производит обработку данных и записывает объединенные обработанные данные в электронные файлы. Эти файлы затем записываются на постоянный носитель информации, такой как магнитная лента 706 в лентопротяжном механизме 704.

В качестве альтернативы вместо сбора карт памяти, как это описано выше, само устройство преобразования данных 700 может быть транспортировано к местоположению сейсмических приемников. Устройство чтения карт памяти 710 может быть любого типа, подходящего для совместной работы с локальным передатчиком, и может быть соединено с оборудованием беспроводной сейсмостанции посредством кабельного, оптического или индуктивного соединения.

В одном из исполнений совместно с устройством преобразования данных может быть использован компьютер, оборудованный монитором и принтером для вывода данных на монитор компьютера с целью их просмотра и проверки или печати данных на бумажный носитель.

Способы, предлагаемые в настоящем изобретении, используются для распознавания, записи и передачи сейсмической информации от местоположения сейсмических приемников до центрального записывающего устройства в нескольких альтернативных исполнениях. В одном из исполнений беспроводная сейсмостанция имеет конструкцию, которая описана выше и проиллюстрирована на фиг.7. Каждая беспроводная сейсмостанция транспортируется на предварительно выбранное место установки в зоне возможной сейсмической активности. После доставки ее на место пригодность данного места для дальнейшей работы определяется в реальном времени на основе оценки рельефа, грунта, возможных помех и т.д. Там, где это возможно и необходимо, специально подготавливается место для установки станции. После подготовки определяются характеристики местоположения беспроводной сейсмостанции (т.е. широта, долгота, азимут, склонение и т.д.), которые потом вводятся как откорректированные системные параметры. В одном из исполнений эти параметры определяются с использованием приемника глобальной системы навигации и определения местонахождения GPS, что позволяет точно определить координаты местоположения уже установленных сейсмических приемников. Другие параметры могут быть найдены с помощью ручного компаса, используемого персоналом, или с помощью одного или более магнитометров в блоке сейсмических приемников. Параметры установки могут быть также определены с использованием многокомпонентных акселерометров, которые позволяют определить ориентацию установленного блока сейсмических приемников. В одном из исполнений изобретения скорректированные системные параметры заносятся полевым персоналом в аппаратные средства самой беспроводной сейсмостанции. В другом исполнении изобретения скорректированные параметры вводятся в центральный контроллер. Возможно исполнение изобретения, в котором скорректированные системные параметры вводятся автоматически после активизации системы и включения схемы выхода из режима ожидания с использованием координат местоположения и ориентации, определенных приемником GPS, магнитометрами и/или другими датчиками, расположенными на беспроводной сейсмостанции, блоке сейсмических приемников или на том и другом.

Как показано на фиг.2-12, устройство 200 в соответствии с настоящим изобретением включает центральный контроллер 202, дистанционно удаленный от нескольких беспроводных сейсмостанций 208. Каждая беспроводная сейсмостанция 208 включает блок 320 сейсмических приемников, дистанционно удаленный от центрального контроллера 202. Каждый блок 320 сейсмических приемников установлен на земле для регистрации сейсмических волн, проходящих по земле. Такие волны могут быть природного происхождения, или могут быть вызваны источником 206 сейсмических волн. Блок 320 сейсмических приемников вырабатывает сигнал, характеризующий зарегистрированную сейсмическую волну, после чего записывающий блок 316, расположенный вместе с блоком сейсмических приемников, получает этот сигнал и сохраняет информацию о полученном сигнале в блоке памяти 408, установленном в записывающем блоке 316. Средство связи 412 расположено в близком местоположении с блоком сейсмических приемников и записывающим блоком для осуществления двусторонней радиосвязи с центральным контроллером.

Необходимо отметить, что приведенные описания исполнений настоящего изобретения являются иллюстративными и не допускает иных ограничений, чем те, что описаны в формуле изобретения. Изобретение, показанное и проиллюстрированное здесь, предусматривает достижение всех тех целей и использование всех тех преимуществ, которые сформулированы в данном описании.

1. Устройство сбора сейсмических данных для характеристики подповерхностных структур, снабженное дистанционно удаленным центральным контроллером, блоком сейсмических приемников, установленных на поверхности земли с возможностью регистрации сейсмических волн, возникающих в подповерхностных структурах, и формирования сигнала, характеризующего сейсмическую волну, зарегистрированную блоком сейсмических приемников, средством сбора информации, расположенным вместе с блоком сейсмических приемников и соединенным с ним с возможностью приема сигнала, блоком памяти, размещенным в средстве сбора информации с возможностью хранения параметров положения и ориентации только одного блока сейсмических приемников, и средством связи, прямо связанным беспроводной двусторонней связью со средством сбора информации и дистанционно удаленным центральным контроллером.

2. Устройство по п.1, в котором блок сейсмических приемников включает в себя многокомпонентный датчик.

3. Устройство по п.1, в котором блок сейсмических приемников включает в себя датчик, выбранный из группы датчиков, включающей датчик скорости, датчик давления, акселерометр и многокомпонентный датчик.

4. Устройство по п.1, в котором указанная ориентация является азимутом.

5. Устройство по п.1, в котором указанная ориентация является склонением.

6. Устройство по п.1, в котором блок памяти выполнен портативным и с возможностью связи с преобразователем данных.

7. Система сейсмических наблюдений для характеристики подповерхностных структур, снабженная центральным контроллером, площадкой расстановки сейсмических приемников, выполненной с возможностью восприятия сейсмических данных от подповерхностных структур, связанной с центральным контроллером и включающей в себя по меньшей мере одно средство сбора информации, содержащее блок сейсмических приемников, установленный на поверхности земли с возможностью регистрации сейсмических волн в земле и формирования сигнала, характеризующего регистрируемую сейсмическую волну, исходящую от подповерхностных структур, записывающий блок, содержащий блок памяти, расположенный вместе с блоком сейсмических приемников, соединенный с ним с возможностью получения сигнала и хранения в цифровом формате характеризующей полученный сигнал информации и выполненный с возможностью получения параметра местоположения и ориентации только одного блока сейсмических приемников, процессор, связанный с блоком сейсмических приемников и записывающим блоком, и средство связи, расположеннное вместе с блоком сейсмических приемников и записывающим блоком с возможностью осуществления прямой связи с центральным контроллером, и источником сейсмических волн, выполненным с возможностью создания сейсмической волны заданной магнитуды и из точки с заранее определенным местонахождением.

8. Система по п.7, в которой записывающий блок выполнен портативным и с возможностью связи с преобразователем данных, компилирующим данные в короткие записи.

9. Система по п.7, в которой блок памяти записывающего блока выполнен с возможностью приема параметра местоположения и ориентации, вводимого на площадке расстановки сейсмических приемников.

10. Система по п.7, в котором центральный контроллер выполнен с возможностью приема характеристик местности площадки расстановки сейсмических приемников и корректировки параметра местоположения и ориентации с учетом названных характеристик.

11. Система по п.10, в которой указанная ориентация является азимутом.

12. Система по п.10, в которой указанная ориентация является склонением.

13. Способ сбора сейсмических данных, в котором соединяют блок сейсмических приемников со средством сбора информации, устанавливают блок сейсмических приемников на поверхности земли, определяют параметр местонахождения и ориентации блока сейсмических приемников, сохраняют параметр местонахождения и ориентации в средстве сбора информации, регистрируют сейсмическую волну посредством блока сейсмических приемников, передают характеризующий зарегистрированную волну сигнал от блока сейсмических приемников в средство сбора информации, которое располагают вместе с блоком сейсмических приемников, сохраняют характеризующую указанный сигнал информацию в средстве сбора информации, соотносят параметр местоположения и ориентации только с соответствующим сигналом из одного блока сейсмических приемников и осуществляют прямую связь с дистанционно удаленным центральным контроллером посредством средства связи, которое располагают вместе с блоком сейсмических приемников и средством сбора информации.

14. Способ по п.13, в котором при расположении блока сейсмических приемников и средства сбора информации вместе, средство сбора информации размещают в корпусе отдельно от блока сейсмических приемников.

15. Способ по п.13, в котором указанная ориентация является азимутом.

16. Способ по п.13, в котором указанная ориентация является склонением.

17. Способ по п.13, в котором дополнительно транспортируют и соединяют блок памяти с преобразователем данных.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству для параллельного дозирования образцов порошковых материалов. .

Изобретение относится к способу и устройству для параллельного дозирования образцов порошковых материалов. .

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для контроля и исследования керна из скважин и сооружений. .

Изобретение относится к исследованию структуры высокопрочных сталей. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и, в частности, к определению потери спелого зерна от самоосыпания на корню. .

Изобретение относится к медицине, а именно к патологической анатомии, цитогенетике и гистохимии. .

Изобретение относится к экспериментальной биологии и медицине, а именно к способам эксплантации и культивирования гранулем in vitro, и может быть использовано при разработке и оценке эффективности средств лечения туберкулеза, а также при разработке новых иммунотропных препаратов.
Изобретение относится к способу изготовления оптического окна детектирования в монолитной кварцевой капиллярной колонке. .

Изобретение относится к области океанологии, а именно к устройствам для отбора проб воды, содержащейся в донных осадках акваторий, и может быть использовано для получения первичного материала с целью анализа химического и микробиологического состава воды.

Изобретение относится к области медицины, в частности к онкологии

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения благородных металлов в природных и промышленных объектах

Изобретение относится к способу изготовления образца для испытания огнезащитных покрытий и предназначено для оценки эффективности огнезащитных покрытий строительных конструкций
Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для подготовки проб волос крупного рогатого скота к исследованию на макро- и микроэлементный состав
Изобретение относится к области медицины

Изобретение относится к устройству для получения образца горной породы, в частности, для тестирования при работах в золотодобывающей промышленности

Изобретение относится к устройству для измерения толщины слоя нефти над водой и может быть использовано для оценки количества нефти в скважинной продукции с большой долей воды, а также для определения объема нефти на поверхности природного водоема при аварийных разливах нефти из трубопровода или резервуара

Изобретение относится к способу препарирования тонких пленок висмута на слюде - мусковит - для выявления межкристаллитных границ методом атомно-силовой микроскопии
Наверх