CC BY
70
УДК 550.8.053
ПРАКТИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИГНАЛА БЛИЖНЕЙ ЗОНЫ СИСТЕМЫ ИЗ ДВУХ ВИБРОИСТОЧНИКОВ ПРИ РАБОТАХ НА ПРОФИЛЯХ ГСЗ
Илья Евгеньевич Романенко
Алтае-Саянский филиал Геофизической Службы СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3, научный сотрудник, тел. (383)333-25-35, e-mail: ilya. e.romanenko@gmail. com
Семён Александрович Елагин
Алтае-Саянский филиал Геофизической Службы СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3, научный сотрудник. тел. (383)333-25-35, email: elagin.semion@gmail.com
При обработке вибрационных данных на профилях ГСЗ можно использовать данные с различных датчиков ближней зоны (БЗ). В данной статье рассмотрены практические аспекты обработки БЗ от двух вибраторов и предложены оптимальные датчики БЗ для свертки с дальней зоной.
Ключевые слова: система виброисточников, ближняя зона, ГСЗ с виброисточниками, обработка сигнала.
PRACTICAL ASPECTS OF USING AND PROCESSING NEAR-FIELD DATA FROM DOUBLE-VIBRATOR SYSTEM ON DSS PROFILES
Ilya E. Romanenko
Altay-Sayan Filial of Geophysical survey of Siberian Branch of Russian Academy of Science, 630090, Russia, Novosibirsk, pr. ac. Koptyuga, 3, tel. (383)333-25-35, e-mail: ilya.e.romanenko@gmail .com
Semion A. Elagin
Altay-Sayan Filial of Geophysical survey of Siberian Branch of Russian Academy of Science, 630090, Russia, Novosibirsk, pr. ac. Koptyuga, 3, tel. (383)333-25-35, e-mail: maelstrom2006@gmail.com
This paper propose practical aspects of using and processing near-field data from double-vibrator system. Near-field data recorded with many receivers. It is shown what receivers data is optimal to use and how correlograms can be enhanced with original normalizing algorithm.
Key words: DSS, data processing, near-field zone, double-vibrator system. Введение
В настоящее время при работах ГСЗ вместе со взрывными источниками возбуждения используют вибрационные установки [1, 2]. Для работы на профилях ГСЗ с тяжёлыми вибрационными установками необходима регистрация сигнала на большие удаления (250-350 км). Для уверенной регистрации на фоне шумов необходимо увеличивать мощность источника, а также увеличивать частотный диапазон и количество сеансов. Для увеличения мощности сигнала в качестве источника колебаний используют
группу из 2-х мощных дебалансных вибраторов ЦВ-40 [2]. Было проведено много экспериментальных работ для изучения оптимальных условий излучения. В эти исследования входят и частотный диапазон излучаемого свипа-сигнала, и направление свип-сигналов для каждого источника и др. Также изучалась согласованная работа вибраторов. Добиться синхронного излучения виброустановок довольно сложно, поскольку на их работу влияет множество факторов. Это и система с обратной связью источник грунт, и работа контроллеров, и конструкция вибраторов (их резонансные свойства). Анализ сигнала в ближней зоне источника. В последнее время для уверенной регистрации на профилях ГСЗ количество сеансов было существенно увеличено (до 26 сеансов на одном пункте возбуждения), а диапазон расширен от 5 Гц (на тяжёлых дебалансах) до 12 Гц (на средних дебалансах).
Система регистрации сигнала в ближней зоне источника включает в себя датчики на платформе и в грунте (на глубине до 2 метров с разных сторон вибраторов) рис. 1. Ниже рассмотрены вопросы использования записей от системы датчиков в ближней зоне виброисточников для расчёта коррелограмм.
Рис. 1. Схема расстановки датчиков ближней зоны (регистратор РОСА-А, 4 канала). 1 канал - датчик на платформе, 2 канал - датчик между вибраторами, 3, 4 каналы - датчики, соответственно слева
и справа от вибратора
Поскольку каждый виброисточник имеет свои резонансные свойства, синхронная работа установок довольно сложная задача. Во время сеанса излучения контроллеру одного вибратора сложно следить за фазой сигнала, вследствие влияния соседней установки, По этой причине происходит фазовый сдвиг относительно синусоиды генератора. На рис. 2 представлены
разницы фаз между сигналом с датчиков, расположенных в ближней зоне, и теоретической синусоидой. На протяжении всего сеанса происходит плавный уход фазы, во время резонанса первого виброисточника, происходит скачок фазы, а после того как в резонанс входит второй виброисточник видны частые, непрерывные срывы фазы сигнала (рис. 2).
О 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 (сек.)
aj 1 канал 1 1 1 1 1 1 1 1 (датчик на
платформе) Резонанс первого Резонанс второго _ вибратора * вйбратора
____......
590 10р0 15p0 2CJD0 25(00 ЗфО 35р0 '
—3 2 канал
(датчик между вибраторами) Резонанс первого вибратора
-
Резонанс второго |Щь|1||1.. . -вибратора ^ВДвЩ^Л рО 25рО ЗСрО 3^00 40р0 (СВК->
э» «с а
_ 3 канал [датчик В 1
Резонанс первого ¿г Ру«.
вибратора / 1 Lj ,
/ ''NtiiUMiUx Резонанс второго
т 0 15Д0 1' вибратора рО 2500 ЗСЙО ЗЗДО 4СЙ0 Iе«)
^ 4 начал (датчик в грунте справа) 1 III!
- Резонанс первого*^ / | ¡к 1 вибратора / 1ЯШЬ|]|.| 1 1и 1||1 '
-
вибратора - 1111
1 1
Рис. 2. Примеры разности фаз сигнала с датчиков ближней зоны и теоретического сигнала. (1-4 канал)
Для выяснения того какой же всё-таки сигнал уходит в среду, проводились эксперименты с системой регистрации ближней зоны вокруг виброисточников на расстоянии 12 м, а также исследовалось затухание сигнала вдоль по линии от виброисточника. Эксперименты показали, что сумма сигналов по радиусу давала в точности сигнал с датчика между платформами.
На точке, расположенной на расстоянии 500 метров от источника (рис. 3), видно, что сигнал сильно изменяется в частотной области даже на таких малых базах, а на больших удалениях эти изменения становятся ещё более заметны. Конечно, это связано со многими факторами среды, но также и с тем, что ставя датчики в приповерхностной зоне, мы тем самым не можем записать реальную амплитудно-частотную характеристику излучённого свип-сигнала. Для того чтобы получить более достоверные данные по распределению амплитуд можно использовать теоретическую синусоиду с единичной амплитудой, но поскольку система состоит из двух независимых между собой виброисточников, реальная фазовая составляющие излучённого сигнала сильно отличаются от теоретического.
Рис. 3. Сравнение спектров сигнала с датчиков ближней зоны виброустановки (слева) и точки регистрации на расстоянии 500 м
от источника (справа)
Выделение сигнала в дальней зоне. Для учёта фазовой составляющей, предлагается в качестве опорного сигнала для накопления коррелограмм использовать запись с датчика ближней зоны, который наиболее эффективно описывает фазовую составляющую свип-сигнала. А для повышения разрешающей способности, выравнивать амплитуды сигнала с датчиков ближней зоны и делать свёртку с таким сигналом (рис. 4). На рис. 5 представлен общий вид коррелограмм на удалениях от 140 до 180 км. Материалы получены суммированием 20 сеансов. Параметры излучённых свип-сигналов: начальная частота 6 Гц, конечная частота 11 Гц, время излучения каждого сеанса 72 минуты. На рисунках видно, что частотный диапазон коррелограмм, полученных свёрткой с выравненной по амплитуде ближней зоной, намного расширился, и стало возможным выделение волны в первых вступлениях.
Рис. 4. Спектр записи с датчиков ближней зоны до (слева) и после выравнивания амплитуд (справа)
Свертка с ближней зоной —.-------пи— --»«мАмм*-—— ---Ми ------ЯШМ -"юИ/ЦШИ'и—«■ ---м/н^мтмшттттит™ —-- — .180 км___ ЗЖкы'З; Свертка выровненной по амплитуде ближней зоной —----------- ~ » —.......—.— г -2 --10 тры 80121 79841 79269 75022 71987 Л 681
—.............—.— - —^ЯШттт......И...... —»««»»ЦЩЦШМ»-------.---- тяят———-—- -чктн"--............ т№тш№~~*»т«>~——^ — ЧбОкм -13 -15 -18 -го .1 -22 -23 -24 68040 67792 67523 61670 61367 6075Б 56987 56725 56445 56189 52546
---щ/ННМ ------^^^„/„„ф, _ у №»*ИШ<*»М-- ттЩщШШ*-—- —« ПСУ* ————-- -26 -27 О: -29 -31 52307 52018 51721 46577 40901 40630
- -—"ЧШШ»- №——-— -—~- iaffi.nM.~~ -и -34 -37 40344 37937 37113
>0 30 '0 30 сек.
Рис. 5. Сравнение свёрток сигнала в дальней зоне с ненормированной (слева) и нормированной (справа) ближней зоной
Остается не решённым вопрос, с какого датчика брать сигнал для накопления энергии. Для этого рассмотрим коррелограммы, полученные свёрткой от сигнала с четырёх датчиков ближней зоны (рис. 6). На рисунке 6а представлены суммированные коррелограммы от 20 сеансов на средних дебалансах, полученные свёрткой с сигналом от датчика на платформе (пунктирная линия) и от датчика между виброустановками (сплошная линия). Точка расположена на удалении 161,4 км от источника.
Сравнение сумм коррелограмм 2к(-) 1к(—)
25.5 26 26.5 27 27.5 28 28.5 29
Время(сек I сек.
Сравнение сумм коррелограмм 2к(-) Зк(—)
1 1 1 1 л 1 1 л л „ л л л /л / V /л л # 1 г\ А А ' А ,./161,4 км I 1'7ДД / V1
1 1 \1 \1 V V/ " V \ 1 1 V V | V V | V
25.5 26 26.5 27 27.5 28 28.5 29
Время(сек I
Сравнение сумм коррелограмм 2к(-) 4к(—)
1 1 1 1 / 1 Д ' Л А ,161,4 км
1 1 1 IV V} - чу Ы пе V у/ V; \/ 1 V V | V
25.5 26 20.5 27 27.5 28 28.5 29
Бремя(сек.]
Рис. 6. Суммированные коррелограммы, полученные от разных датчиков ближней зоны. Сплошная линия: датчик между вибраторами (2к.). Пунктирной линией датчики а) 1к. - на платформе, б) 3к. - в грунте справа,
в) 4к. - в грунте слева от вибратора
Можно отметить следующее:
a) соотношение сигнал - шум у коррелограмм, полученных от датчика в грунте между вибраторами выше, чем у коррелограмм полученных от датчика с платформы (рис. 6-а).
b) сдвиг по времени между датчиком на платформе и датчиками в грунте. Это связано с передачей сигнала от платформы к грунту (рис. 6-а).
c) амплитуды коррелограмм, полученных от датчиков между вибраторами больше, чем от других датчиков в грунте (рис. 6-б, 6-в). Заключение. В статье показано, что в качестве опорного сигнала для накопления коррелограмм предпочтительнее использовать выровненный по амплитуде сигнал с датчика между двумя виброисточниками. Это дает возможность использовать более достоверную информацию о фазе излучённого свип-сигнала относительно теоретической синусоиды, и повысить разрешающую способность вибрационных данных.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
1. Еманов А.Ф., Капцов О.В. Цифровая обработка вибрационных сигналов при глубинных сейсмических исследованиях // Геология и геофизика, 1992. № 4, с.70-72.
2. В.М. Соловьев, В.С. Селезнев, А.Ф. Еманов, А.С. Сальников, В.Н. Кашун, С.А. Елагин, А.В. Лисейкин, А.Е. Шенмайер, И.Е. Романенко, И.В. Сычев. Глубинные вибросейсмические исследования на опорных профилях на территории России.// Пятый Международный Симпозиум «Современные проблемы геодинамики и геоэкологии внутриконтинентальных орогенов». Бишкек, 19 июня - 27 июня 2011 года. С. 182.
© И. Е. Романенко, С. А. Елагин, 2014
