Спосіб одержання зображення сейсмічного розрізу

Изобретение относится к области сейсмической разведки и предназначено для построения изображения динамических глубинных разрезов земли по данным, измеренным на линейной расстановке приемников от одного источника. Известен способ автоматического построения сейсмических разрезов по методу дифрагирования волн [1], включающий воспроизведение трасс записи с повышенной скоростью коммутации каналов, модуляцию луча электронно-лучевой трубки и применения счетно-решающего устройства для вычисления координат. Недостатком этого способа является его невысокая точность по причине аберраций в электронно-лучевой трубке и потерь разрешающей способности. Известен способ обработки сейсмограмм [2], предусматривающий введение в записи кинематических поправок, которые определяют путем считывания записей отраженных волн с выборки трасс, зарегистрированных на разных расстановках в одном и том же пункте приема и нескольких пунктах возбуждения. Недостатком этого способа является то, что точность введения кинематических поправок является низкой, а обработка данных представляет собой длительный процесс. Наиболее близким к предлагаемому является способ получения изображения сейсмического разреза [3], в котором записывают дискретные значения сигналов сейсмических трасс, принадлежащих заданному интервалу квантования, записывают волновые уравнения (в некотором представлении, использующем то или иное преобразования), производят фильтрацию, в зависимости от вида спектра, "сжимают" в соответствии с условием подобия (для получения неискаженных изображений), определяют спектры, по которым формируют изображение сейсмического разреза (объекта исследования). К недостаткам данного способа следует отнести низкую точность и достоверность представления результатов. В основу изобретения поставлена задача создать такой способ получения изображения сейсмического разреза, в котором использование дополнительной корректировки характеристик отраженного сейсмического сигналам его спектральной обработки позволило бы повысить точность представления результатов, которая не является достаточно высокой баз учета особенностей распространения сигнала, и вследствие этого повысить достоверность изображения. Задача решается тем, что в способе получения изображения сейсмического разреза, заключающемся в зондировании сейсмической трассы широкополосной звуковой волной, регистрации части отраженной волны приемниками, записи дискретных значений сигналов сейсмических трасс, принадлежащих заданному интервалу квантования, представлении записанных сигналов в виде волнового уравнения с комплексными составляющими сигналов, фильтрации спектра частот, сжатии в соответствии с условием подобия и формирования изображения сейсмического разреза, согласно изобретению, при представлении волнового уравнения в качестве мнимой части комплексного сигнала используют преобразование Гильберта вещественной части сигнала, задав при этом координаты центра изображения относительно координат источника зондирующей волны и приемника в виде полярных координат, корректируют принятый сигнал на величину амплитуды и задержки при распространении сигнала от источника зондирующей волны до приемника, преобразуют Фурье рассеянный во времени сигнал, в результате чего получают спектры по волновым числам всех сейсмических трасс и эталона зондирующего сигнала, перемножают спектр каждой сейсмической трассы на частотную характеристику эталона зондирующего сигнала, в результате чего определяют спектр показателя вариации скорости звука, описывающего структур у сейсмического разреза, формируют матрицу спектров показателя вариации скорости звука по всем направлениям, предварительно преобразовав их из полярной системы координат в декартову, и восстанавливают поле профиля структурной характеристики сейсмической среды путем обратного двумерного преобразования Фурье указанных спектров и преобразования полученной матрицы показателей вариации скорости звука в цвет соответствующей точки на экране монитора. Совокупность существенных признаков позволяет решить задачу изобретения - увеличение точности определения распределения скорости звука по глубине и повышения качества интерпретации сейсмической информации. На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - временная диаграмма получения изображения сейсмического разреза. На фиг. 3 представлена схема взаимного расположения источника, приемника и центра изображения. На данной схеме X o , X , X1 - соответственно векторы пространственных координат источника, приемника и центра изображения неоднородностей сейсмического разреза; X o - X1 изображения; X - X1 - расстояние между источником и центром - расстояние между приемником и центром изображения; j o - угол между прямой, соединяющей источник с приемником и прямой, соединяющей источник с центром изображения разреза; j угол между прямой, соединяющей источник с приемником и прямой, соединяющей центр изображения разреза с приемником. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Сигнал, излучаемый точечным источником, может быть представлен в виде (4) ( ) S o = X1 , t 1 = = æ Xo - X1 ç S o ç t1 C(0) ç è ö ÷ ÷ ÷ ø 4 p Xo - X1 æ X o - X1 ç dç t 1 C(0) ç è 4 p Xo - X1 ö ÷ ÷ ÷ ø = , (1) * S(t ) где * - операция свертки; æ Xo - X1 ö ç ÷ dç t 1 C(0) ÷ ç ÷ è ø - фундаментальное решение волнового уравнения, представляющего собой сферическую 4 p X o - X1 волну от точечного источника; () . d - дельта-функция. Поле отраженного от границ сейсмических неоднородностей земли сигнала есть ( ) òò 2n2(X1 ) So (X1, t 1 ) ´ C (0) S p X, t = v t1 æ X - X1 ç d (2) ç t - t 1 C(0) ç è ´ 4 p Xo - X1 ö ÷ ÷ ÷ ø dX, dt , (2) 1 ( ) где n X 1 - показатель вариации скорости звука, описывающий структур у сейсмического разреза; С(0) - средняя скорость звука в среде. Подставив (2) в (1), произведя свертку во времени и, учитывая приближения для амплитуды сигнала, получим 1 S p X 1, t = n X1 d (2 ) (t 8 p C2 (0 ) X o X , (3) x0 + x, X 1 - (t o + t ) ) dX1 * S (t ) C( 0) ( ) ò ( ) ( где t o = t= X C(0) xo = Xo Xo Xo C(0 ) ) - задержка при распространении сигнала от источника до центра изображения; - задержка при распространении сигнала от центра изображения до приемника; = (cos j 01, cos j 02 ) и x= X X = (cos j11, cos j12 ) - единичные векторы, характеризующие местоположение источника и приемника соответственно. Для получения изображения сейсмического разреза предлагаемым способом необходимо задать координаты его центра. Поэтому расстояния Xo и X будут всегда известны, а задержки t o и t могут быть скомпенсированы. В итоге с точностью до задержек и коэффициента, компенсирующего амплитуду сигнала, а также, учитывая свойство d - функции, представим выражение (3) в виде ( S p X, t = n t, x * S (2) (t ) , (4) ( ) ( ) æ ( (X , x + x )ö dX - преобразование Радона; S ÷ 1 где n (t, x ) = n (X 1 )d ç t - 1 0 ò ç C(0) ÷ (2) (t) - вторая производная функции S(t). è ø Путем тригонометрических преобразований выражение x0 + x ·можно представить в виде x0 + x = 2 cos y (cos q, sin q) , (5) С учетом (5), учи тывая свойства d - функции получим æ ö ç ÷ ( ç tm - X11 cos q, X12 cos q ÷ dX1 , (6) n t, x = m n X 1 d ç C( 0) ÷ ç ÷ è 2 ø 1 где m = - коэффициент сжатия временной реализации. cos y Таким образом, окончательное выражение для поступающего на вход приемника рассеянного сигнала при произвольной форме зондирующего сигнала S(t) может быть записано в виде æ ö ç X11 cos q, X12 cos q ÷ ÷ dX1 * S(2 ) (t ) = S p X1, t = m n X1 d ç tm ç ÷ C (0 ) (7) ç ÷ è 2 ø ( = m × n(t m, q) * S (2 ) (t ) Для реализации предлагаемого способа получения изображения необходимо, чтобы рассеянный сигнал имел вид ( S p1 X, t == m × n(t m, q) , (8) ( ) ò ( ) ( ) ò ( ) ( ) а функция S(2)(t) была равна d - функции. ( ) Для этого необходимо рассеянный сигнал S p X, t , определяемый выражением (7), пропустить через фильтр с импульсной характеристикой h(t)=S*(-t)*1+*1+, (9) где 1+ - есть функция Хевисайда, Частотная характеристика фильтра равна преобразованию Фурье от выражения (9) ì 1 1 1 ~ F{ (t )} = F íS * (- t ) * 1+ * 1+ = S * (w) h = - 2 S * (w) , (10) - iw iw î w где S * (w ) - комплексно-сопряженный спектр от эталона зондирующего сигнала. Применяя преобразование Фурье к сигналу на выходе фильтра, получим ( S p1 X1, t ) æ ö ç ÷ ç tm - X11 cos q, X 12 cos q ÷ e iwt dt dX1 (11) n X1 d ç C(0) ÷ ç ÷ è 2 ø { ( )} òò ( ) F S p X, t = m так как iwt ~ F{ ( t - t)} = e S(w ) и F{d( t )} = 1 , S то выражение (11) можно записать так F S p1 X, t = n X1 ei (K x1) dX 1 = ~o (K 1, K 2 ) (12) n { ( )} ò ( ) где K = K1, K 2 - вектор волновых чисел; w1 , w 2 - круговая частота. Из анализа выражения (12) следует, что преобразование Фурье по времени рассеянного сигнала на выходе фильтра с импульсной характеристикой h(t) (9) равно разрезу пространственного спектра по волновым числам Κ1 и К2. Данный факт вытекает из теоремы о проекционном срезе (8) и основан на связи преобразования Радона с преобразованием Фурье. Определив по экспериментальным данным n q (K 1, K 2 ) по всем направлениям q будет сформирован пространственный спектр n (K1, К2) изображения сейсмического разреза. Применяя обратное двумерное преобразование Фурье будет восстановлено поле профиля структурной характеристики сейсмической среды т.е. будет восстановлен показатель n X 1 и получено изображение сейсмического разреза. 1 ~(K , K )e -i(K 1X11+K 2X12 ) ´ dK dK (13) n X1 = n(X 11, X12 ) = n 1 2 1 2 (2 p)2 Следует отметить, что для получения изображения высокого качества необходимо использовать комплексное представление обрабатываемых сигналов. Предлагаемый способ может быть реализован, например, в устройстве (фиг. 1), которое содержит источник 1, приемники 2-5, счетчик адреса 6, коммутатор 7, схему выборки и хранения 8, аналого-цифровой преобразователь 9, микропроцессорный блок управления и обработки 10, первый блок памяти 11, вычислитель ( ) ( ) òò преобразования Фурье 12, второй блок памяти 13, вычислитель двумерного преобразования Фурье 14, монитор 15. По сигналу 16 (фиг. 1, 2) с выхода блока 10, поступающего на вход блока 1 и определяющего начало работы устройства, источник 1 генерирует широкополосную звуковую волн у, которая проникает в сейсмическую среду. Часть излученной энергии, отражаясь от границ сейсмических неоднородностей земли, принимается группой линейно разнесенных приемников 2-5. По сигналу 17, поступающему с выхода блока 10 на вход счетчика адреса 6, блок 6 вырабатывает код адреса, который поступает по двум входам в коммутатор 7.Сигнал 17 представляет собой последовательность из 4-х импульсов. По сигналу 18. поступающему с выхода блока 10 на входы блока 8 и блока 9, аналоговая выборка отраженного сейсмического сигнала, содержащая реализации со всех четырех приемников, поступает с выхода блока 7 на вход схемы выборки и хранения 8. С выхода блока 8 данная выборка поступает на вход блока 9. По сигналу 19, поступающему с выхода блока 10 на вход блока 11, дискретные отсчеты сигналов с выхода блока 9 через блок 10 поступают на вход первого блока памяти 11. По сигналу 20, поступающему с выхода блока 10 на вход блока 12, дискретные отсчеты сигналов с выхода блока 11 через блок 10 поступают на вход вычислителя преобразования Фурье 12. Спектры временных реализации с выхода блока 12 через блок 10 поступают в блок 11. По сигналу 21, поступающему с выхода блока 10 на входы блоков 13 и 14 реализации спектров с выхода блока 11 через блок 10 поступают на вход вычислителя двумерного преобразования Фурье 14. С выхода блока 14 дискретные значения поля профиля структурной характеристики среды заносятся в блок 13. По сигналу 22, поступающему с вы хода блока 10 на вход монитора 15, содержимое каждого байта блока 13 преобразовывается в цвет соответствующей точки изображения и выводится на экран монитора 15. Предложенный способ по сравнению с известным позволяет получить более точное изображение сейсмических неоднородностей земли, которое однозначно связано с распределением скорости звука по глубине. Перед выводом на экран цифровые отсчеты профиля структурной характеристики преобразуются в цвет соответствующи х точек экрана монитора, в результате повышается качество и объективность интерпретации сейсмической информации. Благодаря тому, что задаваемые координаты центра изображения разреза могут быть изменены, это позволяет повысить достоверность изображения любого участка разреза.