25308 (Расчет параметров системы наблюдений в методе ОГТ), страница 4

Запись колебаний почвы в одной точке земной поверхности обычно называют сейсмической трассой или дорож­кой. Совокупность сейсмических трасс , полученных в ряде смежных точек земной поверхности (либо скважины) на фото­бумаге , в наглядной аналоговой форме составляет сейсмо­грамму , а на магнитной пленке - магнитограмму. В процессе записи на сейсмограммах и магнитограммах наносятся марки времени через 0,01с , и отмечается момент возбуждения упругих волн.

Любая сейсморегистрирующая аппаратура вносит некоторые искажения в записываемый колебательный процесс. Для выде­ления и отождествления однотипных волн на соседних трассах необходимо , чтобы вносимые в них искажения на всех трассах были одинаковыми. Для этого все элементы регистрирующих каналов должны быть идентичны друг другу , а вносимые ими искажения в колебательный процесс - минимальными.

Магнитные сейсмические станции снабжаются аппаратурой , позволяющей воспроизвести запись в форме , пригодной для ее визуального рассмотрения. Это необходимо для визуального контроля за качеством записи. Воспроизведение магнитограмм производится на фото , обычную либо электростатическую бу­магу с помощью осциллографа , перописца либо матричного регистратора.

Кроме описанных узлов сейсмостанции снабжаются источ­никами питания , проводной или радиосвязью с пунктами возбу­ждения , различными контрольными панелями. В цифровых станциях имеются преобразователи аналог-код и код-аналог для преобразования аналоговой записи в цифровую и наоборот и управляющие их работой схемы (логика). Для работы с вибраторами станция имеет коррелятор. Кузова цифровых станций делаются пыленепроницаемыми и снабжаются обору­дованием для кондиционирования воздуха , что особенно важно для качественной работы магнитных станций.

3.4 выбор аппаратурных средств и спецоборудования.

Общие сведения.

Анализ алгоритмов обработки данных метода ОГТ определяет основные требования к аппаратуре. Обработка , предусматриваю­щая выборку каналов (формирование сейсмограмм ОГТ) , АРУ , введение статических и кинематических поправок, может выпол­няться на специализированных аналоговых машинах. При обра­ботке , включающей операции определения оптимальных статиче­ских и кинематических поправок , нормирование записи (ли­нейное АРУ) , различные модификации фильтрации с вычислением параметров фильтров по исходной записи , построение скоростной модели среды и преобразование временного разреза в глубинный , аппаратура должна обладать широкими возможностями , обеспечи­вающими систематическую перенастройку алгоритмов. Сложность перечисленных алгоритмов и , что особенно важно , их непрерыв­ное видоизменение в зависимости от сейсмогеологической характе­ристики исследуемого объекта обусловили выбор универсальных электронно-вычислительных машин в качестве наиболее эффектив­ного инструмента для обработки данных метода ОГТ.

Обработка данных метода ОГТ на ЭВМ позволяет оперативно реализовать полный комплекс алгоритмов , оптимизирующих про­цесс выделения полезных волн и их преобразование в разрез. Широкие возможности ЭВМ в значительной степени определили применение цифровой регистрации сейсмических данных непо­средственно в процессе проведения полевых работ.

Вместе с тем в настоящее время значительная часть сейсмиче­ской информации регистрируется аналоговыми сейсмическими станциями. Сложность сейсмогеологических условий и связанный с ними характер записи, а также тип аппаратуры , используемый для регистрации данных в поле , определяют процесс обработки и тип обрабатывающей аппаратуры. В случае аналоговой регистрации обработка может выполняться на аналоговых и цифровых машинах , при цифровой регистрации - на цифровых машинах.

Система для цифровой обработки включает универсальную ЭВМ и ряд специализированных внешних устройств. Последние предназначены для ввода - вывода сейсмической информации , выполнения отдельных непрерывно повторяющихся вычислитель­ных операций (свертка , интеграл Фурье) со скоростью , сущест­венно превышающей скорость основного вычислителя , специали­зированных графопостроителей и просмотровых устройств. В ряде случаев весь процесс обработки реализуется двумя системами , использующими в качестве основных вычислителей ЭВМ сред­него класса (препроцессор) и ЭВМ высокого класса (основной процессор). Система , базирующаяся на ЭВМ среднего класса , применяется для ввода полевой информации , преобразования форматов, записи и ее размещения в стандартной форме на накопи­теле магнитной ленты (НМЛ) ЭВМ , воспроизведения всей инфор­мации с целью контроля полевой записи и качества ввода и ряда стандартных алгоритмических операций , обязательных для обра­ботки в любых сейсмогеологических условиях. В результате обра­ботки данных на выходе препроцессора в двоичном коде в формате основного процессора могут быть записаны исходные сейсмические колебания в последовательности каналов сейсмограммы ОПВ и сейсмограммы ОГТ , сейсмические колебания , исправленные за величину априорных статических и кинематических поправок. Воспроизведение трансформированной записи помимо анализа результатов ввода позволяют выбрать алгоритмы последующей обработки , реализуемой на основном процессоре , а также определить некоторые параметры обработки (полосу пропускания фильтров , режим АРУ и т. д.). Основной процессор , при наличии препроцессора , предназначен для выполнения главных алгорит­мических операций (определение скорректированных статических и кинематических поправок , вычисление эффективных и пластовых скоростей , фильтрация в различных модификациях , преобразо­вание временного разреза в глубинный). Поэтому в качестве основного процессора используются ЭВМ с большим быстродей­ствием (10⁶ операций в 1 с), оперативной (32—64 тыс. слов) и промежуточной (диски емкостью 10⁷ - 10⁸ слов) памятью. Исполь­зование препроцессора позволяет повысить рентабельность обра­ботки за счет выполнения ряда стандартных операций на ЭВМ , стоимость эксплуатации которой существенно ниже.

При обработке на ЭВМ аналоговой сейсмической информации обрабатывающая система оснащается специализированной аппа­ратурой ввода , главным элементом которой является блок преобра­зования непрерывной записи в двоичный код. Дальнейшая обра­ботка полученной таким образом цифровой записи полностью эквивалентна обработке данных цифровой регистрации в поле. Использование для регистрации цифровых станций, формат запи­си которых совпадает с форматом НМЛ ЭВМ, исключает необходимость в специализированном вводном устройстве. Фактически процесс ввода данных сводится к установке полевой магнитофон­ной ленты на НМЛ ЭВМ. В противном случае ЭВМ оснащается буферным магнитофоном с форматом , эквивалентным формату цифровой сейсмостанции.

Специализированные устройства цифрового обрабатывающего комплекса.

Прежде чем переходить к непосредственному описанию внеш­них устройств , рассмотрим вопросы размещения сейсмической информации на лепте ЭВМ (магнитофона цифровой станции). В процессе преобразования непрерывного сигнала амплитудам отсчетных значений , взятых через постоянный интервал δt , при­писывается двоичный код , определяющий ее численную величину и знак. Очевидно , что число отсчетных значений c на данной t трассе с длительностью полезной записи t равно с = t/δt+1 , а общее число с' отсчетных значений на m-каналыюй сейсмограм­ме с' = сm. В частности , при t = 5 с , δt = 0,002 с и m == 24 , с = 2501, а с' = 60024 чисел , записанных в двоичном коде.

В практике цифровой обработки каждое числовое значение , являющееся эквивалентом данной амплитуды , принято именовать сейсмическим словом. Число двоичных разрядов сейсмического слова , называемое его длиной , определяется числом разрядов преобразователя аналог - код цифровой сейсмостанции (устрой­ства ввода при кодировании аналоговой магнитной записи). Фиксированное число двоичных разрядов , которым оперирует цифровая машина , выполняя арифметические действия , принято именовать машинным словом. Длина машинного слова опреде­ляется конструкцией ЭВМ и может совпадать с длиной сейсмиче­ского слова либо превышать его. В последнем случае при вводе в ЭВМ сейсмической информации в каждую ячейку памяти , емкостью в одно машинное слово , заносится несколько сейсмиче­ских слов. Такая операция именуется упаковкой. Порядок размещения информации (сейсмических слов) на магнит­ной ленте накопителя ЭВМ либо магнитной ленте цифровой стан­ции определяется их конструкцией и требованиями алгоритмов обработки.

Н

n

n

епосредственно процессу записи цифровой информации на ленту магнитофона ЭВМ предшествует этап ее разметки на зоны. Под зоной понимается определенный участок ленты , рассчитанный на последующую запись k слов, где k = 2 , а степень n = О, 1, 2, 3. . ., причем 2 не должно превышать емкость оперативной памяти . При разметке на дорожках магнитной ленты записы­вается код , обозначающий номер зоны , а последовательность тактовых импульсов отделяет каждое слово.

В процессе записи полезно информации каждое сейсмическое слово (двоичный код отсчетного значения) регистрируется на отде­ляемый серией тактовых импульсов участок магнитной ленты в пределах данной зоны. В зависимости от конструкции магнито­фонов применяется запись параллельным кодом, параллельно-последовательным и последовательным кодом. При параллельном коде число , являющееся эквивалентом данной отсчетной ампли­туды , записывается в строке , поперек магнитной ленты. Для этого используется многодорожечный блок магнитных головок , число которых равно числу разрядов в слове. Запись параллельно-последовательным кодом предусматривает размещение всей инфор­мации о данном слове в пределах нескольких строк , располагае­мых последовательно одна за другой. Наконец , при последова­тельном коде информация о данном слове записывается одной магнитной головкой вдоль магнитной ленты.

Количество машинных слов K₀ в пределах зоны магнитофона ЭВМ , предназначенной для размещения сейсмической информации , определяется временем t полезной записи на данной трассе, шагом квантования δt и количеством сейсмических слов r , пакуемых в одно машинное слово.

Таким образом, первый этап обработки на ЭВМ сейсмической информации, зарегистрированной цифровой станцией к мульти­плексной форме , предусматривает ее демультиплексирование , т. е. выборку отсчетных значений , соответствующую их последо­вательному размещению на данной трассе сейсмограммы вдоль оси t и их запись в зону НМЛ , номер которой программно при­писан данному каналу. Ввод аналоговой сейсмической информа­ции в ЭВМ в зависимости от конструкции специализированного вводного устройства может выполняться как поканально , так и в мультиплексном режиме. В последнем случае машина по задан­ной программе выполняет демультиплексирование и запись ин­формации в последовательности отсчетных значений на данной трассе в соответствующую зону НМЛ.

Устройство ввода аналоговой информации в ЭВМ.

i-1 i+1

Главным элементом устройства ввода аналоговой сейсмической записи в ЭВМ является аналого-цифровой преобразователь (АЦП) , вы­полняющий операции преобразования непрерывного сигнала в цифровой код. В настоящее время известно несколько систем АЦП . Для кодирования сейсмических сигналов в боль­шинстве случаев используются преобразователи поразрядного взвешивания с обратной связью . Принцип действия такого преобразователя основан на сравнении входного напряжения (отсчетной амплитуды) с ком­пенсирующим. Компенсирующее напряжение Uk изменяется пораз­рядно в соответствии с тем, превышает ли сумма напряжений вход­ную величину U_x. Одним из основных узлов АЦП являются циф­ро-аналоговый преобразователь (ЦАП) , управляемый но опреде­ленной программе нуль-органом , сравнивающим преобразуемое напряжение с выходным напряжением ЦАП. При первом тактовом импульсе на выходе ЦАП возникает напряжение U_K , равное 1/2Uэ. Если оно превышает суммарное напряжение U_x , тогда в положении «нуль» окажется триггер старшего разряда . В противном случае (U_x > U_Kl) триггер старшего разряда окажется в положении единица. Пусть в первом такте выполнялось неравенство U_x < 1/2Uэ и в первом разряде выходного регистра записан нуль. Тогда во втором такте U_x сравнивается с эталонным напряжением 1/4Uэ , соответствующим единице следующего разряда. Если U_x > Uэ , то во втором разряде выходного регистра запишется единица , а в третьем такте сравнения U_x будет сопоста­вляться с эталонным напряжением 1/4Uэ + 1/8Uэ , соответствую­щим единице в следующем разряде. В каждом очередном i-том такте сравнения , если в предыдущем была записана единица , напряжение Uki-1 увеличивается на величину Uэ /2 до тех пор , пока U_x не окажется меньше Uki. В этом случае выходное напря­жение U_x сравнивается с Uki+1 = Uэ/2 ∙ Uэ/2 и т. д. В результате сравнения U_x с поразрядно изменяемым U_K в положении «нуль» окажутся триггеры тех разрядов, включение которых вызвало перекомпенсацию , а в положении «единица» -триггеры разрядов , обеспечивших наилучшее приближение к изме­ряемому напряжению. При этом в выходном регистре запишется число , эквивалентное входному напряжению ,

U

i

i

0 ,

1.

x = ∑aiUэ/2

где n — число разрядов выходного кода АЦП ; аi = {

С выходного регистра через блок сопряжения вводного устрой­ства по команде ЭВМ цифровой код пересылается в ЭВМ для дальнейшей программной обработки. Зная принцип работы ана­лого-цифрового преобразователя , нетрудно понять назначение и принцип работы основных блоков устройства ввода аналоговой информации в ЭВМ.