способ и устройство для селекции эллиптических волн, распространяющихся в среде

Формула изобретения

1. Способ селекции эллиптических волн, распространяющихся по меньшей мере в одной плоскости распространения в материальной среде, включающий обнаружение по меньшей мере с помощью одного приемника (R) составляющих волн по меньшей мере по двум ортогональным направлениям, отличающийся тем, что включает определение функций преобразования в слабые волны сигналов, сформированных приемником в ответ на принятые волны, и селекцию амплитуд функций преобразования в слабые волны на основе критерия, определяемого отношением их соответствующих амплитуд.

2. Способ селекции по п.1, отличающийся тем, что выбирают окно селекции (f), охватывающее значения коэффициентов эллиптичности фильтруемых эллиптических волн, осуществляют функцию преобразования в слабые волны сигналов, полученных по меньшей мере по двум ортогональным направлениям (Z, X) для получения серии последовательных выборочных значений (TO_n(Z), TO_n(X), соответствующих последовательности коэффициентов масштаба (f) и моментов (T) для выбранной анализируемой слабой волны, определяют отношения

r1 = TO_n(Z)/TO_(n-1)(X)

r2 = -TO_n(Z)/TO_(n+1)(X),

где n-1, n, n+1 - последовательные порядковые номера,

проверяют выбранные значения, для которых значения r1 и r2 указанных отношений находятся в пределах окна селекции, и восстанавливают после эллиптических волн, осуществляя обратную функцию преобразования слабых волн.

3. Способ селекции по п.1 или 2, отличающийся тем, что вычитают восстановленное поле эллиптических волн из полученных сигналов.

4. Способ селектирования по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанной материальной средой является геологическая формация.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что каждый приемник содержит несколько датчиков направления, состоящих из геофонов или акселерометров, связанных с упомянутой геологической формацией.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что по меньшей мере один приемник устанавливают вблизи поверхности земли для фильтрации поверхностных эллиптических волн.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что устанавливают по меньшей мере один приемник по меньшей мере в одной скважине поперек упомянутой геологической формации для осуществления фильтрации эллиптических волн, распространяющихся вдоль скважины.

8. Способ сейсмической разведки подземной формации, отличающийся тем, что он включает воздействие акустическими или сейсмическими волнами на исследуемую формацию, прием волн, поступивших от нарушений сплошности в формации с помощью одного или нескольких приемников, предназначенных для обнаружения составляющих (X, Y, Z) волн, принимаемых по меньшей мере по двум отдельным направлениям, и регистрацию принятых сигналов, и обработку зарегистрированных сигналов для выделения эллиптических волн, которая включает определение функции преобразования в слабые волны сигналов, сформированных приемником в ответ на принятые волны, и селекцию амплитуд этих функций преобразования в слабые волны согласно признаку, основанному на отношении их соответствующих амплитуд.

9. Способ сейсмической разведки по п.8, отличающийся тем, что при обработке зарегистрированных сигналов выбирают окно селекции, охватывающее значение эллиптичности фильтруемых эллиптических волн, осуществляют функцию преобразования в слабые волны сигналов, полученных по меньшей мере по двум ортогональным направлениям (Z, X), для получения серии последовательных выборочных значений TO_n(Z), TO_n(X), соответствующих последовательности коэффициентов масштаба (f) и моментов (T) выбранной анализируемой слабой волны, определяют отношения

r1 = TO_n(Z)/TO_(n-1)(X),

r2 = -TO_n(Z)/TO_(n+1)(X),

где n-1, n, n+1 - последовательные порядковые номера,

проверяют выбранные значения, для которых значения r1 и r2 указанных отношений заключены в пределах окна селекции, и восстанавливают поле эллиптических волн, осуществляя обратную функцию преобразования слабых волн.

10. Способ сейсмической разведки по п.8 или 9, отличающийся тем, что вычитают восстановленное поле эллиптических волн из полученных сигналов.

11. Устройство селекции эллиптических волн, распространяющихся по меньшей мере в одной плоскости распространения из акустических и сейсмических волн, распространяющихся в материальной среде, принимаемых по меньшей мере одним приемником (R), связанным со средой и предназначенным для обнаружения составляющих по меньшей мере по двум ортогональным направлениям, отличающееся тем, что содержит блок обработки для определения функции преобразования в слабые волны сигналов, сформированных приемником (R) в ответ на принятые волны, и для селекции амплитуд сигналов, полученных в результате функции преобразования в слабые волны согласно критерию, основанному на отношении их соответствующих амплитуд.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что блок обработки содержит средства для осуществления функции преобразования в слабые волны сигналов, полученных по меньшей мере по двум ортогональным направлениям (Z, X) и для получения серии последовательных выборочных значений TO_n(Z), TO_n(X), которые соответствуют последовательности коэффициентов масштаба (f) и моментов (T) выбранной анализируемой слабой волны, средства для определения отношений

r1 = TO_n(Z)/TO_(n-1)(X)

r2 = -TO_n(Z)/TO_(n+1)(X),

где n-1, n, n+1 - последовательные порядковые номера, средства проверки выборочных значений, для которых значения r1 и r2 указанных отношений заключены в окне селекции, которое охватывает значения эллиптичности фильтруемых эллиптических волн, и средства для восстановления поля эллиптических волн посредством осуществления обратной функции преобразования слабых волн.

13. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что блок обработки содержит средства для вычитания восстановленного поля эллиптических волн из полученных сигналов.

14. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что блок обработки содержит программируемое цифровое вычислительное устройство.

15. Система сейсмической разведки геологического месторождения, содержащая сейсмический источник для создания волн в геологической формации, по меньшей мере один приемник (R), связанный с формацией, для обнаружения составляющих волн, принимаемых по меньшей мере по двум ортогональным направлениям, блок управления для управления осуществлением циклов сейсмической передачи-приема и регистрацией сигналов, принимаемых каждым приемником, отличающаяся тем, что содержит устройство селекции эллиптических волн согласно одному из пп.11 или 12.

16. Система по п.15, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере одну установку для получения R TU данных в полевых условиях, размещенную вблизи по меньшей мере одного приемника, при этом устройство селекции содержит средства обработки, встроенные в указанную установку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу селекции, который позволяет отделять эллиптические волны от других волн, распространяющихся в материальной среде, с помощью комбинированной обработки компонентов волн, измеренных по нескольким осям многослойных приемников.

Способ, соответствующий изобретению, может быть использован во многих областях. Он может применяться, например, в рамках геофизической разведки и, в частности, сейсмической разведки в случае, когда принимают волны, распространяющиеся от какой-либо геологической формации в ответ на приложенные к ней колебания, с помощью приемников, связанных с поверхностью, например, таких как трехосевые геофоны или "трифоны".

Известно, что при проведении сейсмической разведки так называемые поверхностные волны не проникают в глубину. Как правило, они не несут информации, которая была бы полезна при геофизических исследованиях, и воспринимаются как шум. По сравнению с энергией полезного сигнала они имеют значительную энергию. Поэтому поверхностные волны должны отфильтровываться.

На поверхности полубесконечной упругой и однородной среды распространяются поверхностные волны двух типов: волны Рэлея, для которых движение частиц остается в плоскости распространения, и волны Лова, для которых движение частиц перпендикулярно плоскости распространения. Движение частиц при проходе волны Рэлея происходит по эллипсу, описываемому тригонометрическими параметрами в обратном направлении, ось эллипса вертикальна, отношение между большой осью и малой осью зависит от параметров упругости среды, но остается в пределах от 1,4 до 1,9.

Обычно геологическая формация имеет вблизи своей поверхности слой с невысокой скоростью, который называется "измененной зоной", в которой распространяются направленные волны (называемые псевдорэлеевскими волнами), образованные позитивной интерференцией на определенных частотах между отражениями от стенки и от крови упомянутого слоя с низкой скоростью. Эти направленные волны также являются эллиптическими и распространяются в вертикальной плоскости, в которой расположен источник и приемник. Для некоторых из этих волн движение частиц происходит в обратном направлении, как в случае Рэлеевских волн, а для других оно происходит в прямом направлении, т.е. по часовой стрелке. Отношение основных осей изменяется в зависимости от толщины измененной зоны и от разницы скоростей этого слоя и подстилающего слоя. Совокупность Рэлеевских волн и различных мод направленных волн в измененной зоне имеет сильно рассеянный характер, кажущаяся скорость сильно изменяется в зависимости от частоты и может перекрывать большой диапазон. Вследствие этого поверхностные волны могут перекрывать большую часть сейсмограмм, затеняя полезную информацию из-за их высокого энергетического содержания. Все эти волны находятся в плоскости распространения. Они являются эллиптическими волнами, что отличает их от прямых и отраженных волн, которые, в принципе, являются линейно поляризованными. Их главные оси близки к вертикали и к горизонтали.

Так же, как и объемные (трехмерные) волны, поверхностные волны являются волнами переходных процессов. Помеха, обусловленная каждой модой псевдорэлеевских волн, поступает в точки приема со своей собственной скоростью. Вследствие принципа действия и противодействия, интеграл по времени помехи равен нулю, иначе говоря, зарегистрированная в какой-либо точке помеха является слабой волной с малой амплитудой с нулевой площадью. Поверхностные волны типа рэлеевских волн могут быть охарактеризованы следующим образом:

- доминирующие волны, что позволяет их легко обнаружить, если имеется критерий их распознавания,

- эллиптические волны, которые отличаются от объемных волн, что обеспечивает определенный критерий для их распознавания,

- волны переходных процессов, следовательно, с длительностью, ограниченной одним или несколькими колебаниями для трассы распространения, которой соответствует точка приема,

- волны, т. е. такие, частотный состав которых ограничен во временном окне.

Более подробные сведения о поверхностных волнах, изложены, например, в следующих документах:

Толстой И. , Уздин Е. Дисперсионные свойства эластичного слоя и жидкой среды в свете теорий. Геофизика, 1953, т. 18, с. 844-870.

Муней Х. , Болт Б. Дисперсионные характеристики первых трех рэлеевских мод одиночного поверхностного слоя. Бюллетень Сейсм. Общества Ам., 1966, т. 56, с. 43-67.

Обычный способ фильтрации в основном заключается в том, что в качестве сейсмических приемников используют "перемычки" (петли) геофонов, последовательно соединенные между собой, и суммируют соответствующие им сигналы. Для того чтобы обеспечить эффективность работы, состоящее из одной или нескольких перемычек фильтрующее устройство должно перекрывать, как известно, расстояние, равное наибольшей длине волны поверхностных волн или по крайней мере расстоянию между двумя трассами. Такая конфигурация потребует десятки метров кабеля, что увеличивает габариты обуславливает большой объем работ при установке и обслуживании. Этот вид фильтрации, основанный на разнице горизонтальных кажущихся скоростей поверхностных волн и отраженных сигналов, эффективен в зависимости от направления установки. Что касается варианта выполнения фильтра для изотропного участка породы, который мог бы быть использован в качестве трехмерного прибора, то оно характеризуется очень большим весом, что мешает его практическому применению.

Другой известный способ, применяемый для фильтрации поверхностных волн, сохраняющихся на сейсмограммах после применения фильтра для породы, заключается, например, либо в том, что исключается все, что было принято геофонами в одной заданной точке спустя некоторый период времени и, следовательно, начиная с поступления поверхностных волн, либо в том, что исключают все частоты ниже некоторой величины, используя для этого полосно-заграждающий фильтр низких частот. Эти фильтры основаны на разложении зарегистрированных данных на отдельные области и исключении тех областей, где встречается "шум".

Известны способы сейсмической разведки, включающие применение сейсмических многослойных приемников и обработку сигналов по меньшей мере по двум ортогональным осям, позволяющую осуществлять выделение поверхностных волн.

Например, в патенте США N 4458341 изложен способ сейсмической разведки, включающий получение сейсмических сигналов, поступающих от формации с помощью двухмерных или трехмерных датчиков, которые могут быть объединены с системой обработки, приспособленной для выделения рэлеевских волн. Радиальная составляющая X и вертикальная составляющая V принятых сигналов подаются на схемы фильтрации, обнаружения, фиксации и сравнения этого комплекса, которые позволяют определить окно для приема рэлеевских волн, по их характеристикам сформировать команду для выделения их из полученных сигналов.

В патенте США N 4935905 также описан способ сейсмической разведки, согласно которому применяют двух- и трехосевые геофоны для приема волн, поступающих от исследуемой формации. Различные составляющие принятых сигналов выдаются в полярных координатах. Составляющие волн Рэлея получают из этих составляющих посредством способа усреднения и могут быть вычтены.

Способ фильтрации поверхностных волн посредством многоосевых геофонов раскрывается в "Expanded Abstracts", 57 th EAEG conference, Глазго, 1995, B12.

В патенте Франции N 2648567 описан способ цифровой обработки сигналов, который применяется, например, для анализа черепно-мозговых волн, где используются методы анализа с использованием слабых волн.

Смешанная частотно-временная фильтрация.

Фильтрация частот заключается в гармоническом разложении следа, после чего в диапазоне Фурье устраняют частоты, составляющие поверхностные волны (обычно, наиболее низкие частоты, до 15 Гц, а иногда и более) и восстанавливают сигнал на основе защищенных от помех диапазонов. Естественно, исключение этих диапазонов времени и частот, характерных для шума, сопровождается исключением части сигнала, относящейся к этим диапазонам. Для того чтобы ограничить перекрытие диапазонов, отнесенных к шуму, который должен быть исключен, применяют способ разложений по двум измерениям - времени и частоте.

В способе согласно изобретению используется способ частотно-временного анализа сигнала, который определяется как анализ с использованием слабых волн, при котором сигнал анализируется посредством серии слабых волн, размер которой изменяется согласно геометрической прогрессии, при этом каждая слабая волна распределяется по трассе с шагом, равным части ее длины. Этот способ описан, например, Goupilland P., Grossmann A., Morlet J., 1984/1985, "Cycle-octave and Related transforms in seismic signal analysis", Geoexploration, V., p.85-102.

В качестве сигнала для анализа результата преобразования в слабую волну можно использовать любой сигнал средней нулевой величины. Например, можно использовать импульс Рикера



При преобразовании в слабую волну, сигнал имеет постоянную форму. Частотно-временное разложение сигнала посредством преобразования в слабые волны является дискретной операцией (взятие выборок). При заданном размере сигнал смещается с постоянным шагом, который максимально равен одному периоду (циклу). Также можно изменить его размер. Увеличение или сжатие осуществляют, изменяя коэффициент масштаба E, согласно знаменателю геометрической прогрессии, равному 2 (максимально октаве). Выборка во время T и коэффициент масштаба E преобразования в слабую волну является произведением следа на слабую волну коэффициента масштаба E, центрированным во время T.

Если h(t) является базой слабой волны, то слабая волна коэффициента масштаба a, перенесенная от b будет равна



где a - коэффициент или параметр масштаба, b - параметр переноса во времени.

Функция преобразования в слабую волну сигнала S(t) имеет вид



С точностью до коэффициента обратная функция преобразования является суммой произведений каждого члена функции преобразования в слабые волны на соответствующую слабую волну



при



Способ согласно изобретению позволяет выделять эллиптические волны, распространяющиеся по меньшей мере в плоскости распространения среди других волн, распространяющихся в материальной среде (такой, например, как геологическая формация). Этот способ включает обнаружение с помощью по меньшей мере одного приемника, который состоит, например, из одного или нескольких детекторов направления таких, как геофоны или акселерометры, связанных с указанной формацией волновых компонентов по меньшей мере по двум ортогональным направлениям.

Способ характеризуется тем, что включает определение функций преобразования в слабые волны сигналов, сформированных этим приемником в ответ на принятые волны, и амплитудную селекцию результата преобразования в слабые волны согласно критерию, основанному на отношении их соответствующих амплитуд.

Согласно варианту осуществления выбирают окно селекции, которое включает значения эллиптичности эллиптических волн, которые должны фильтроваться, осуществляют преобразование в слабые волны сигналов, полученных по меньшей мере по двум ортогональным направлениям для получения серии последовательных значений выборок TO_n (Z), TO_n (X), которые соответствуют последовательности факторов масштаба (f) и моментов (T) выбранной для анализа слабой волны, определяют отношения

r1 = TO_n(Z)/TO_(n-1)(X)

r2 = -TO_n(Z)/TO_(n+1)(X),

где n-1, n, n+1 обозначают последовательные порядковые номера, подтверждают (оценивают) выборки, для которых значения r1 и r2 отношений заключены в окне селекции и восстанавливают поле эллиптических волн, осуществляя обратное преобразование в слабые волны. В случае необходимости можно затем вычесть восстановленное поле эллиптических волн принятых сигналов.

Способ селекции можно использовать, например, для фильтрации эллиптических волн, распространяющихся в геологической формации, установив один или же несколько многоосевых приемников вблизи поверхности земли или в скважинах для фильтрации поверхностных волн или же волн от труб.

Этот способ селекции может быть включен в способ сейсмической разведки подземных горных выработок, согласно которому воздействуют акустическими или сейсмическими волнами на подземную горную выработку, принимают волны, отраженные нарушениями сплошности в исследуемой формации с помощью одного или нескольких приемников, каждый из которых приспособлен для определения волновых компонентов, принимаемых по меньшей мере по двум отдельным направлениям, регистрируют принятые сигналы и обрабатывают зарегистрированные сигналы для исключения эллиптических волн путем определения функции преобразования в слабые волны сигналов, сформированных каждым приемником в ответ на принятые волны, и селекции амплитуд сигналов, полученных в результате преобразования в слабые волны согласно критерию, основанному на отношении их соответствующих амплитуд.

Согласно варианту осуществления этого способа сейсмической разведки, обрабатывают зарегистрированные сигналы, выбирая при этом окно селекции, которое определяет пределы значений эллиптичности эллиптических волн, подлежащих фильтрации, осуществляют преобразование в слабые волны сигналов, принятых по меньшей мере по двум ортогональным направлениям для получения серии последовательных значений выборок TO(X), TO(Z), которые соответствуют последовательности коэффициентов масштаба (f) и моментов (T) выбранной для анализа слабой волны и определяют отношения

r1 = TO_n(Z)/TO_(n-1)(X),

r2 = -TO_n(Z)/TO_(n+1)(X),

где n-1, n, n+1 последовательные порядковые номера, для которых значения r1 и r2 указанных отношений находятся в пределах окна селекции, и реконструируют поле эллиптических волн, осуществляя обратную функцию преобразования в слабые волны. В случае необходимости можно затем исключить путем вычитания реконструированное поле эллиптических волн принятых сигналов.

Устройство согласно изобретению позволяет выделять эллиптические волны из акустических и сейсмических волн, которые распространяются в материальной среде (например, такой как геологическая формация), принятые по меньшей мере одним приемником, связанным со средой и приспособленным для определения волновых составов по меньшей мере по двум ортогональным направлениям (например, таким как двуосевой и трехосевой геофон, предназначенный для геофизических целей).

Устройство характеризуется тем, что оно содержит блок обработки для определения функций преобразования в слабые волны сигналов, сформированных приемником в ответ на принятые волны, и для селекции амплитуд сигналов, полученных в результате преобразования в слабые волны согласно критерию, основанному на отношении их соответствующих амплитуд.

Блок обработки может содержать средства для преобразования в слабые волны сигналов, принятых по меньшей мере по двум ортогональным направлениям (Z, X), и получения серии последовательных выборок TO_n(Z), TO_n(X), соответствующих последовательности коэффициентов масштаба (f) и моментов (T) одной выбранной для анализа слабой волны, средства для определения отношений

r1 = TO_n(Z)/TO_(n-1)(X)

r2 = -TO_n(Z)/TO_(n-1)(X),

где n-1, n, n+1 - последовательные порядковые номера, средства для проверки выборок, для которых значения r1 и r2 указанных отношений заключены в окне селекции, охватывающем значения эллиптических волн, подлежащих фильтрации, и средства для восстановления поля эллиптических волн путем осуществления обратной функции преобразования слабых волн. Затем можно в случае необходимости исключить посредством вычитания восстановленное поле эллиптических волн полученных сигналов.

Задачей изобретения является также создание системы сейсмической разведки геологической формации, содержащей сейсмический источник для создания волны в исследуемой формации, по меньшей мере один приемник, связанный с исследуемой формацией, для определения волновых составляющих, принимаемых по меньшей мере по двум ортогональным направлениям, блок управления для управления осуществлением циклов сейсмической передачи и приема и регистрации сигналов, принимаемых каждым приемником.

Система характеризуется тем, что она содержит устройство для селекции эллиптических волн, как описано выше, которое может быть, например, встроено в установку для сбора данных в полевых условиях, в которой предварительно обрабатывают сигналы перед тем, как их передать в центральную лабораторию управления и регистрации или же в вычислительный центр.

Согласно изобретению фильтр эллиптических волн осуществляет энергетическую фильтрацию поверхностных волн, используя для этого при каждой установке оборудования на местности только один единственный приемник для приема двух составляющих и декомпозиции сейсмических следов в элементы время - масштаб. Этот способ обеспечивает возможность заменить тяжелое устройство для приема волн от земли, которое обычно используется с одним или с несколькими перемычками (петлями) геофонов на след, на приемники трех составляющих по одному на каждую выбранную точку приема.

Обеспечиваемое изобретением качество фильтрации сигналов, полученных трехосевыми приемниками, установленными на местности, выше качества, обеспечиваемого обычными способами сложения зарегистрированных результатов геофонов, установленных вдоль участков большой длины. Данный способ учитывает реальную эллиптичность эллиптических волн, которая, в действительности, очень сильно изменяется. При этом не применяется низкая упрощающая гипотеза относительно их свойств поляризации. Фильтрация эллиптических волн позволяет ослабить поверхностные волны с высокой скоростью. Кроме того, регистрация, осуществленная с помощью одного многокомпонентного приемника, устраняет ослабление высоких частот, в результате сложения результатов, полученных пространственно разнесенными приемниками.

Другие характеристики и преимущества способа и устройства согласно изобретению будут понятны из нижеприведенного описания способов выполнения, описанных в качестве неограничивающих примеров при использовании, в частности, в геофизике со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

фиг. 1 - схема примера реализации устройства для осуществления способа, установленного на местности рядом с местом установки приемника,

фиг. 2 - схематически представлен другой пример практической реализации устройства для осуществления способа, размещенного в корпусе, обеспечивающего прием и предварительную обработку полученных сигналов,

фиг. 3A, 3B, 3C - сейсмограммы, из которых первая соответствует исходной, вторая представляет эллиптические волны и третья получена как разность двух предшествующих,

фиг. 4A, 4B, 4C, 4D - сейсмограммы составляющей Z, которая была подвергнута фильтрации по эллиптичности с отдельными окнами эллиптичности соответственно (-2,2; -0,8), (-0,8; 0), (0; 08) и (0,8; 2,2),

фиг. 5A, 5B, 5C - соответственно сейсмограмма, полученная с помощью 9 геофонов, составляющих фильтр, установленный на местности, другая сейсмограмма, полученная с помощью одного трехмерного приемника, и третья сейсмограмма, полученная в результате фильтрации эллиптических волн согласно изобретению,

фиг. 6A, 6B, 6C, 6D - соответственно сейсмограммы неотфильтрованной составляющей Z (6A), отфильтрованной до эллиптичности (6B), после применения частотно-временного фильтра слабых волн (6C) и после фильтрации воздушной волны.

Способ согласно изобретению использует преобразование волн в слабые волны, которое описано выше, применяется для селекции эллиптических волн.

Определив для этой цели функции преобразования в слабые волны TO(X) и TO(Z) составляющих X и Z, выборки которых взяты на четверти периода (или четверти цикла), можно проверить вероятное присутствие эллиптической волны, вычисляя отношение r n-ой выборки функции преобразования составляющих Z_k (n-1)-ой выборке составляющей X, r = TO_n(Z)/TO_(n-1)(X), а также отношение - TO_n(Z)/TO_(n+1)(X) при прохождении эллиптической волны (напомним, что она является доминантной). В результате устанавливают, что это отношение r равно эллиптичности a/b этой эллиптической волны.

Используя это средство, можно определить присутствие эллиптических волн, эллиптичность которых находится в пределах заданного окна f, выбирая функции преобразования в слабые волны, для которых величина отношения r находится в пределах указанного окна f. Восстановление сейсмических сигналов, освобожденных от поверхностных волн, может теперь осуществляться посредством отделения элементов время - масштаб, для которых отношение

r = TO_n(Z)/TO_(n-1)(X) или

r = - TO_n(Z)/TO_(n+1)(X)

находится в пределах окна f. Элементы время - масштаб, для которых отношения r находятся в пределах заданного окна, позволяют определить вклад поверхностных волн. Этот вклад может быть выделен из исходных сейсмограмм.

Конструкция фильтра

Фильтрация эллиптических волн осуществляется следующим образом:

1) осуществляют функцию преобразования в слабые волны составляющих X и Z для результатов регистрации по двум или по трем составляющим,

2) выбирают окно селекции, определяющее значение эллиптичности фильтруемых волн,

3) для каждого пути (т.е. для каждого значения коэффициента масштаба анализируемой слабой волны) и для каждого временного отсчета (т.е. для каждого переноса этой слабой волны) вычисляют отношения

r1 = TO_n(Z)/TO_(n-1)(X),

r2 = -TO_n(Z)/TO_(n+1)(X),

4) отбирают выборки подтверждения:

а) выборки TO(Z) и TO(X)_(n-1), для которых r1 находится в пределах окна селекции и

b) выборки TO_n(Z) и TO_(n-1)(X), для которых r2 находится в пределах окна селекции,

и, обнуляя неподтвержденные выборки,

5) осуществляют восстановление поля эллиптических волн, используя обратную функцию преобразования слабых волн.

Для того чтобы получить сейсмограммы, не содержащие эллиптические волны, достаточно вычесть поле эллиптических волн из исходных сейсмограмм.

Устройство для осуществления способа объединяется в комбинацию по меньшей мере с акустическим приемником или многокомпонентным сейсмическим приемником R (фиг. 1 и 2). Приемник R содержит по меньшей мере два датчика, оси которых ориентированы по двум ортогональным направлениям, которые предпочтительно выбираются в зависимости от плоскости поляризации определяемых эллиптических волн. При сейсмической разведке, например, обычно применяют трехосевой приемник, одна из осей которого находится в плоскости установки сейсмического источника и размещения приемника. Устройство содержит блок обработки 1, имеющий аналого-цифровой преобразователь 2 для выделения дискретных значений и преобразования в цифровую форму сигналов, сформированных приемником R. Для того чтобы учитывать отклонение от азимута плоскости, в которой находится ось вертикального датчика, и отклонение плоскости одного из горизонтальных датчиков относительно опорной вертикальной плоскости, в которой находится применяемый сейсмический источник и размещен приемник R, блок обработки 1 содержит вычислительный элемент 3 координат X, Z в той же самой опорной плоскости и процессор фильтрации 4 для осуществления селекции эллиптических волн из принятых волн и их исключения согласно вышеприведенному алгоритму. На практике предпочтительно используют программируемое вычислительное устройство 4 для осуществления, в частности, этапов алгоритма селекции.

Для осуществления всех функций получения и обработки сигналов, принятых каждым приемником R, согласно заявленному способу можно выгодно использовать установку RTU для получения данных в полевых условиях (фиг. 2), такую, например, как установки, описанные в заявке на патент Франции EN N 94/06514 и 2692384 того же заявителя. Каждая такая установка RTUi, RTUj (фиг. 2) устанавливается рядом и подсоединяется по меньшей мере к одному сейсмическому приемнику Ri, Rj для работы на местности. Кроме процесса управления, каждая из этих установок RTU, предназначенная для работы на местности, имеет программируемый дополнительный процессор (типа процессора для цифровой обработки сигналов) для осуществления в реальном времени широкого класса функций: обработка различных комбинаций сейсмических сигналов до передачи данных, сжатие данных, проверка качества функционирования, которая осуществляется в реальном времени на этапе развертывания сейсмического оборудования (сейсмических приемников и электронных приборов и т.д.). Каждая установка RTU для работы на местности принимает и предварительно обрабатывает сейсмические данные, полученные от геологической формации в ответ на сейсмические волны, направленные в почву сейсмическим источником S, перед их передачей в центральную лабораторию управления и регистрации L по проводным каналам передачи данных или по радиоканалам.

В этом случае дополнительные программы обработки для осуществления способа согласно изобретению могут быть использованы в таких установках, предназначенных для работы на местности, которые подсоединяют в случае необходимости к многокомпонентным приемникам R.

Блок обработки может также включать фильтр высоких частот (не представлен на чертеже).

Также можно регистрировать по меньшей мере две из трех составляющих каждого приемника и осуществлять последующую фильтрацию в центральной лаборатории в месте измерений или в вычислительном центре.

Экспериментальная проверка.

Регистрация сейсмических данных была осуществлена с помощью сейсмического оборудования, которое содержит:

- традиционную цепочку из 9 соединенных между собой геофонов или один трехкомпонентный сейсмический приемник,

- сейсмический источник с падающим грузом,

- блок приема и регистрации сигналов с шагом в 2 миллисекунды. Примеры применения фильтрации эллиптических волн.

На фиг. 3 - 6 представлены результаты реконструкции с использованием обратного преобразования функции преобразования в слабые волны сейсмограммы с применением способа согласно изобретению. Функция преобразования дискретизируется с четвертью периода по времени. Дискретизация в полоктавы по масштабу обеспечивает удовлетворительную реконструкцию для четверти основного цикла 24 мс и сжатие анализируемого сигнала на 2,5 октавы. Для обеспечения хорошей реконструкции необходимо выбрать шаг селекции максимально равным одной восьмой периода наиболее узкого сигнала.

Рассмотрим эллиптические волны.

Полоса частоты, в которой находятся поверхностные волны, более ограничена, чем полоса полезного сигнала. Поэтому можно определить эти волны по ограниченному числу октав и вычесть оценку эллиптических волн из исходной сейсмограммы.

Так как анализ по частоте осуществляют с использованием фильтров со смежными полосами частот, то можно осуществить анализ эллиптичности путем фильтрации сейсмограммы в отдельных окнах. Анализ показывает (фиг. 4A-4D) что волны, поступающие со скоростью 570 м/с, имеют "эллиптичность" в пределах (-0,8; 2,2). Отрицательные значения обозначают, что эти эллиптические волны вызывают движение частиц по часовой стрелке. К ним относятся волны М2 или так называемые волны Сезава. Большая ось описанных эллипсов располагается по горизонтали. Отдельные фильтры позволяют анализировать признаки эллиптичности различных зарегистрированных волн и уточнять их природу.

Сравнение с фильтром, применяемым на местности.

На фиг. 5А-5С представлены зарегистрированные результаты, которые были получены с помощью геофонов; составляющая Z трехкомпонентного датчика и сигнал с фильтра эллиптических волн. Видно, например, что волны псевдорэлеевские, распространяющиеся со скоростью 570 м/с, не подвергаются фильтрации цепочкой геофонов, которая слишком коротка. Тот же результат имеет место для поверхностных волн со скоростью 2200 м/с. В указанных областях фильтр эллиптических волн оказался более эффективным. Однако частотное содержание отраженного поля представляется более широким на отфильтрованной сейсмограмме, полученной от единственного трехкомпонентного датчика. На отфильтрованной сейсмограмме 5C остается волна с небольшой скоростью, поляризация которой практически линейная.

Эта волна имеет практически постоянный псевдопериод и может быть легко выделена частотно-временной фильтрацией слабых волн.

Воздушная волна, представленная высокочастотным процессом на фиг. 6A - 6C, представляет меру ослабления, вводимого используемым фильтром эллиптических волн. На фиг. 6D эта воздушная волна отфильтрована фильтром нижних частот.

Таким образом, как подтверждают вышеприведенные примеры, поверхностные волны, рэлеевские и псевдорэлеевские волны могут быть отфильтрованы фильтрами эллиптических волн, если обеспечена регистрации данных в направлении источник - приемник и по вертикали.

Результаты предложенного способа фильтрации слабых волн с использованием сигналов, полученных трехосевыми приемниками 3 на местности, превосходят результаты, полученные обычным способом посредством суммирования данных, зарегистрированных 9 геофонами, расположенными на расстоянии 20 м. Фильтр эллиптических волн позволяет ослабить волны с высокой скоростью, а регистрация посредством единственного датчика позволяет избежать ослабления высоких частот, обусловленного суммированием результатов регистраций, полученных в разнесенных точках.

При применении в области геофизики способ согласно изобретению может применяться, например, для селекции волн с эллиптическим признаком по отношению к каким-либо другим волнам, например волнам с прямолинейной поляризацией или даже других эллиптических волн, чтобы отделить одни волны от других. Такими эллиптическими волнами могут быть поверхностные волны или также волны, поступившие от обсадных труб.

Были описаны способы осуществления при их использовании в рамках обработки геофизических данных. Однако ясно, что метод селекции и фильтрации эллиптических волн согласно изобретению может быть использован в других областях применения и для других типов волн, звуковых или сейсмических волн, в частности можно использовать электрические, электрофизиологические сигналы и т.д.