Устройство для выравнивания частотного спектра сейсмических сигналов

 

О П И СА-Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (») 557 33 8 к ьвтоРскомю свидетельств (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено29.07.74 (21) 2050032/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.05.77.Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 07. 07. 77 (51) М. Кл.

G 01 V 1/28

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 550 834 (088,8) В. Б. Гаврюшин, Сунь-Шунь-И и В. А. Пенин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАВНИВАНИЯ ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА

СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНА ЛОВ помех — сложная задача.

Изобретение относится к технике и может быть использовано при обработке сейсморазведочных данных, в частности-, по алгоритму обратной фильтрации.

Известен способ обратной фильтрации 5 сейсмических записей flj и устройство для его реализации.

Устройство работает следующим образом.

Сейсмический сигнал проходит через уси- 10 литель, охваченный отрицательной обратной связью. В цепь обратной связи включен частотныйфильтр,частотная характеристика которого должна совпадать с частотной характеристикой геологической среды 1б и регистрирующей аппаратуры. Для осуществления обратной фильтрации определяют фильтрующие свойства (частотные характеристики) среды и регистрирующей аппаратуры, затем устанавливают эти характерис- 20 тики на фильтре. За счет отрицательной обратной связи, в цепь которой подключен фильтр, обеспечивается обратная фильтрация, т. е. выравнивание частотного спектра сейсмических сигналов. 25

Недостаток устройства состоит в том, что необходимо предварительно определять частотные характеристики среды и аппаратуры. Это не всегда возможно и, кроме того, занимает много времени.

Алгоритм обратной фильтрации, как известно, используется в основном для повышения временной разрешенности сейсмической записи. Однако в ряде случаев названный алгоритм позволяет подавлять некоторые виды помех, Так, например, при морской сейсморазведке в шельфовых зонах в условиях мелководья наряду с полезной информацией регистрируются многократные отражения типа "водного резонанса". Эти помехи весьма интенсивны и проявляются в виде цуга слабозатухающих синусоидальных колебаний во всем интервале записи.

В зависимости от толщины слоя воды, характера рельефа дна и отражающих природных границ, акустических свойств по— род, слагающий верхнюю часть осадочной толщины, меняются преобладающие частоты этих помех. Подавление такого типа

557338

В настоящее время для подавления резонансных колебаний слоя воды в морской сейсморазведке используют алгоритм самонастраивающейся обратной фильтрации, который обеспечивает автоматическое выравнивание амплитуд частотного спектра регистрируемых сейсмических сигналов.

Прототипом изобретения является устройство, позволяющее выравнивать спектральпые t"осгавляющио различных записей(2)

УстройсtBo включас T набор узкополосных фильтров, котор.,.с. разделяют сигнал на частотные составляющие. Выделенная частотная составляющая сигнала поступает íà схему выравнивания, содержащую двухполупериодный выпрямитель и химический интегратор, а также сумматор и регистратор.

Химический интегратор представляет собой миниатюрную электролитическую ванну .-о свинцовым анодом и медным катодом. При наличии разности потенциалов на электродах ванны на ее аноде откладывается медь катода с интенсивностью, зависящей от подаваемого напряжения, В результате сопротивление анода меняется пропорционально интегралу выходного напряже ния выпрямителя, т.е. пропорционально амплитуде, соответствующей частотной со- . тавляющей. Так работает схема при первом обороте барабана с магнитной пленкой в режиме "Анализ". При следующем обороте барабана — в режиме выравнивание" — сигнал снова разделяется спектральным анализатором на отдельные частотные составляющие. Но каждая составляющая подается не на выход выпрямителя, а на вход усилителя, коэффициент усиления которого изменяется в зависимости от сопротивления анода химического интегратора таким образом, чтобы частотная составляющая на выходе усилителя имела требуемую амплитуду. После усиления все частотные составляющие, выравненные по амплитуде, складываются и на выходе устройства образуется сигнал с требуемым частотным составом.

Описанное устройство имеет существенные недостатки, Так, для точного BblpGBHBвания частотного спектра требуется, чтобы величина сопротивления анода химического интегратора была обратно пропорциональна приложенному к нему напряжению. ,Бля обеспечения этого проводят кропотливую работу по подготовке параметров химического интегратора. Кроме того, необходимость двухкратного воспроизведения магнитной записи для циклов "анализ" и

"выравнивание снижает производительность труда и удорожает обработку. Наконец после каждого цикла работы химического интегратора осуществляется " восстановление" химического процесса, что также снижает производительность труда. целью изобретения является обеспечение обратной фильтрации, переменной во времени*

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены амплитудные ограничители и фильтр нижних частот причем к вы)

)0 ходам узкополосных фильтров подключены входы амплитудных ограничителей, выходы которых соединены со входами сумматора, а выход сумматора через фильтр нижних частот подключен к регистратору.

15 На фиг. 1 показана блок-схема предложенного устройства, на фиг. 2 — амплитудночастотныйспектр сейсмического сигнала с помехами типа " водного резонанса"," на фиг. 3 — амплитудно-частотный спектр пос20 ле выравнивания.

Устройство для выравнивания частотного спектра сейсмических сигналов содержит источник сигнала 1, узкополосные фильтры 2-5 для выделения спектральных

25 составляющих сигнала, амплитудные ограничители 6-9 для ограничения по одному уровню амплитуд выделенных спектральных составляющих, сумматор 10, фильтр нижних частот 11 и регистратор 12.

0 Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемый сигнал с выхода источника сигнала 1 подается на запараллеленные входы узкополосных фильтров 2-5, Количество этих фильтров определяется частотным диапазоном сейсмических сигналов и выбранной дискретностью резонансных частот фильтров. Выделенные частотные составляющие, имеющие различные ампли40 туды, поступают на амплитудные ограничители 6-9, где осуществляется ограничение амплитуд частотных составляющих по одному уровню. Выравненные по амплитуде частотные составляющие подаются на сумматор

45 10, после которого сигнал поступает на фильтр нижних частот 11 для подавления высокочастотных компонент, наличие которых обусловлено амплитудным ограничением синус Ои дальных с оставляющих, 50

)Зля определения парамбт ов фильтра нижних частот рассмотрим некоторые спектральные преобразования.

55 В устройстве уровень ограничения выбирается таким, чтобы ограничиваемое синусоидальное напряжение было близким к прямоугольному колебанию — меандру. Таким образом, после амплитудного ограничения бу60 дем иметь совокупность меандров В И) 557338

10

+ SlW 5 -1+-. )

5 7

Т1

+ g „ „ьчп ась.t +

Ы

1 (2) Анализируя равенство (2), видим, что в результате анализа и синтезе исходной функции с помощью прямоугольных колебаний (а не гармонических) появляются более высоко астотные компоненты с частотами

ЗЮ., 5у... с соответствующими амплитудами113,1!5,... Очевидно, что после синтеза (суммирования) эти высокочастотные компоненты можно отфильтровать с помощью фильтра нижних частот, причем частота среза фильтра (O< - З -, При выпол т нении названных процедур устройство будет работать аналогично устройствам, в которых используются гармонические составляющие.

Однако при этом возникают некоторые ограничения, сущность которых сводится к следующему.

Поскольку имеется дискретное разложение исходной функции на конечное число т гармонических составляющих (а в нашем случае меацдров), существуют граничные частоты Х ; ;.„и 0- „. „. Понятно, что для исключения влияния высокочастотных компонент; обусловленных проведенным амплитуджлм ограничением, необходимо выполнение слеЦ ющего условия: rno!x .1 дтр (3)

Поясним сказанное примером.

Пусть мы имеем дискретное разложение, где 1 с частотами (й;= т"., где 1.; — периоды синусоидальных составляющих.

Известно, что .функции f-<4) разлагаются в

1 ряд Фурье (тригонометрическая форма):

4А 1

6-(4)= (5iNoo t+ 1п 3(ю t + р 1 3

Очевидно, что при синтезе имеющейся совокупности прямоугольных колебаний будем иметь: ппо х 2 1 „о,„=2Г,50гц.

При амплитудном ограничении синусоидального колебания частоты 5. равной

1 lyll Tl

10 гц, возникают дополнительные частоты

30, 50 гц (см. равенство(1), т. е, в приведенном примере видно, что наряду с

Ф

Я

И частотамиI„,g =50 гц будут присутствовать и частогы 30, 50 гц, наличие :ог:-. рых обусловлено только проведением амплитудного ограничения. В то же время„е<,п устранит (c помощью ФНЧ) l;ror.":, обусловленные амплитудным ограничение: !, r, е. частоты 30, 50 гц, ro в преобразуемом сигнале будут подавлены полезные спектральные составляющие, поскольку в дискретном разложении присутствуют частоты or 10 до 50 гц, Из неравенства (3) следует, наприл"ер что устройство будет работать без погрешностей при наличии сигналов со спектрами частот, например 10-30, 15-45, 20-60, 25-75, 30-90 гц.

В сейсморазведке очень часто приходится иметь дело с сигналами, имеющими примерно такие же полосы частот.

Поясним работу устройства с точки зрения реализации алгоритма обратной фильтрации, переменной во времени, на примере подавления помех типа "водного резонанса", Как известно, при проведении морской сейсморазведки в зависимости or глубины моря и отражающих природных границ наблюдается несколько максимумов в частотном спектре f711, fn,Ь фиг. 2) за счет наличия в водном слое резонансных явлений. После обработки на устройстве за счет выравнивания амплитуд всех частоты Ix составляющих спектр сигнала имеет вид, показанный на фиг. 3.

При этом за счег го о. что походный спектр входного сейсмического сигнала меняется во времени, а спектр сигналов па выходе остается вь1равненным, I потому неизменным, обеспечивается реализация апгo(;1! — ма обратпой фильтрации,: ерема."I !! во вр.мени.

Изготовлено и опробовано усгройсгво, соответствующее изобретению, Обработан:,! тестовые и полевые магнитные сейсмограммы, Б результате обработки качество сейсмической загиси значительно улучшено. Так, в частности, при обработке сейсмической информации на данном устройстве по пастью подавлены многократные отражения типа

"водного резонанса", присутствовавшие на первичной записи. 3а счет этого становится возможным выделить полезную сейсмическую информацию.

Формула изобретения

Устройство для выравнивания частотноге спектра сейсмических сигналов, содержащее узкополосные фильтры, сумматор и регистратор, отличающееся тем, 557 338

1 Патент США № 3.295.098. по кл. 340-155 опублик. 1966 r.

s(/i

fn1 fnz fns

Фиг. Р

Fn> fnZ le

Фиг. 2

Составитель В. Зверев

Редактор Т. Орловская Техред N. Асталош Корректор Л. Веселовская

Заказ 843/58 Тираж 717 Подписное

LlHNNl IN Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 что, с целью обеспечения фильтрации, переменной во времени, в него введены амплитудные ограничители и фильтр нижних частот, причем к выходам узкополосных фильтров подключены входы амплитудных ограничите- 5 лей, выходы которых соединены со входами сумматора, а выход сумматора через фильтр нижних частот подключен к регистратору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

2. Патент США № 3- 275.978 по кл, 340.5 опублик. 1966 r. (прототип),