專(zhuān)利名稱(chēng)：地震信號(hào)的探測(cè)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號(hào)的探測(cè)方法和裝置，這種信號(hào)是由放大增益環(huán)狀匹配的地震接收機(jī)接收到的。
本發(fā)明尤其適用于使用∑-△型轉(zhuǎn)換器來(lái)連續(xù)地進(jìn)行信號(hào)數(shù)字化的探測(cè)鏈。
目前的地震探測(cè)方法包括使用探測(cè)裝置，把探測(cè)裝置分布在待勘測(cè)的區(qū)域上。規(guī)定各探測(cè)裝置根據(jù)地震源發(fā)出的并通過(guò)下層土間斷而送回的地震信號(hào)收集一個(gè)或幾個(gè)諸如被聯(lián)接到地面上的地震檢波器或水中地震檢波器等接收器接收到的信號(hào)。在把這些信號(hào)通過(guò)諸如電纜、光纖、赫茲信道等傳輸信道實(shí)時(shí)或延時(shí)傳輸給中央站之前將這些信號(hào)放大、數(shù)字化并把它們存儲(chǔ)在本地存儲(chǔ)器內(nèi)。
例如在專(zhuān)利FR-A-2，627，652、2，599，533、2，538，561或者本申請(qǐng)人申請(qǐng)的專(zhuān)利申請(qǐng)F(tuán)R92/12，238上描述了地震探測(cè)和傳輸系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)深測(cè)系統(tǒng)可以包括適用于數(shù)字化裝置的自動(dòng)增益控制，可以利用它們的經(jīng)常是很大的轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)范圍。對(duì)在傳統(tǒng)的探測(cè)鏈中的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化通常是這樣進(jìn)行的，通過(guò)取樣保持電路對(duì)模似信號(hào)進(jìn)行相繼地取樣，并把它們施加于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上?？梢杂美绫旧暾?qǐng)人申請(qǐng)的專(zhuān)利FR-A-2，441，956中描述的方法調(diào)整增益。根據(jù)相應(yīng)的數(shù)字字決定首先把靜態(tài)增益作用于取樣信號(hào)，然后把最佳增益作用于其上，以獲得全分辨數(shù)字字。
在最近的探測(cè)系統(tǒng)中，都用超取樣技術(shù)來(lái)對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。∑-△型調(diào)制器對(duì)作用于其上的模似信號(hào)進(jìn)行超取樣，并且高頻率地產(chǎn)生低分辨率數(shù)字字。用稱(chēng)為十取一濾波器的濾波器把調(diào)制器的數(shù)字字中的某一數(shù)目n進(jìn)行滑動(dòng)迭加(sliding stacking)并產(chǎn)生高分辨率和低頻率的數(shù)字字。這種類(lèi)型的數(shù)字化儀在例如本申請(qǐng)人申請(qǐng)的專(zhuān)利FR-A-2，666，946中作了描述。
由于使用了前述的數(shù)字化裝置，因此使用這些對(duì)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)超取樣的∑-△調(diào)制器不能在每次取樣保持時(shí)對(duì)前置放大增益進(jìn)行控制。
然而，實(shí)際上，不可能把來(lái)自中央站的共用增益值強(qiáng)加給探測(cè)預(yù)置放大器，這主要是因?yàn)樵谛盘?hào)探測(cè)期間發(fā)射-接收系統(tǒng)的變化。對(duì)于某些結(jié)構(gòu)，最接近地震源的地震接收器得到最佳增益和轉(zhuǎn)換器(例如，它們產(chǎn)生的信號(hào)用24位編碼)的全部轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)范圍。由離地震源更遠(yuǎn)的接收器接收到的地震信號(hào)較弱，用更少位(例如10到13位)進(jìn)行編碼。在記錄信號(hào)期間地震源逐漸地沿著縱斷面移動(dòng)，地震源和各個(gè)接收器之間的預(yù)先距離改變，結(jié)果改變了在相繼的周期期間施加到信號(hào)“軌跡”上的有效的轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)范圍。
本發(fā)明的探測(cè)方法根據(jù)相繼的地震發(fā)射-接收周期的持續(xù)時(shí)間(實(shí)際上它的數(shù)量?jī)H為幾秒)，在規(guī)則時(shí)段上自動(dòng)地使提供給地震信號(hào)的增益環(huán)狀匹配，這些信號(hào)由探測(cè)裝置收集，探測(cè)裝置包括至少一個(gè)探測(cè)器，分布在待勘測(cè)區(qū)內(nèi)，收集與結(jié)構(gòu)巖層相聯(lián)的一個(gè)或幾個(gè)地震傳感器接收到的響應(yīng)于地震源作用的地震信號(hào)的信號(hào)，該探測(cè)器包括至少一個(gè)帶有增益轉(zhuǎn)換電路的放大器，它可能把P個(gè)不同的放大增益(g1、g2…gp)提供給地震信號(hào);超取樣型數(shù)字化裝置，產(chǎn)生相繼的數(shù)字字(代表已數(shù)字化的樣值);數(shù)字字存儲(chǔ)裝置，以及包括處理單元的控制器。
本方法包括從各探測(cè)器在至少一個(gè)周期期間產(chǎn)生的數(shù)字字中選擇一個(gè)代表接收到的至少一個(gè)地震信號(hào)的能量的數(shù)字字，
把選出的數(shù)字字與幾個(gè)代表閥值的數(shù)字字比較，這些閥值限定了數(shù)字化裝置可變化量的幾個(gè)范圍，根據(jù)該范圍選擇放大器的至少在后一周期的最佳增益，以及控制轉(zhuǎn)換電路，提供該最佳增益值。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該方法包括選擇一增益值，它與后幾個(gè)相繼周期之后所選出的幾個(gè)數(shù)字字之間有函數(shù)關(guān)系。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，該方法包括選擇一個(gè)作為在幾個(gè)相繼的周期中觀(guān)察到的范圍內(nèi)的變量數(shù)函數(shù)的最佳增益值，在所選的數(shù)字字的值中，它們可能是方向和/或振幅變量。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，在每個(gè)探測(cè)器收集幾個(gè)接收器接收到的幾個(gè)信號(hào)的情況下，根據(jù)作為這些信號(hào)中的幾個(gè)信號(hào)的情況下，根據(jù)作為這些信號(hào)中的幾個(gè)信號(hào)的幾個(gè)選出的數(shù)字的函數(shù)選擇最佳增益，以更好地考慮接收器與地面相聯(lián)的缺陷和不一致。
數(shù)字字的比較可以在選出的時(shí)段上的數(shù)字字產(chǎn)生時(shí)或者在周期末尾完成。
本方法的應(yīng)用使得在規(guī)則時(shí)段上各探測(cè)鏈的放大增益自動(dòng)一致。這種一致最好是在所有相繼的發(fā)射-接收周期期間，即實(shí)際上在幾秒內(nèi)完成。這種方法尤其考慮了在野外根據(jù)沿被研究的地震縱斷面移動(dòng)的地震發(fā)射-接收裝置的分布帶來(lái)的變化。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的探測(cè)裝置包括至少一個(gè)探測(cè)器，分布在待勘測(cè)區(qū)內(nèi)，收集與結(jié)構(gòu)巖層相聯(lián)的一個(gè)或幾個(gè)地震傳感器接收到的響應(yīng)于所作用的地震信號(hào)的信號(hào)，該探測(cè)器包括至少一個(gè)帶有增益轉(zhuǎn)換電路的放大器，它可能把P個(gè)不同的放大增益(g1、g2…gp)提供給地震信號(hào);產(chǎn)生相繼的數(shù)字字(代表已數(shù)字化的樣值)的超取樣型數(shù)字化裝置;數(shù)字字存儲(chǔ)裝置;以及包括處理單元的控制器，和在一個(gè)傳輸信道上發(fā)送數(shù)據(jù)的裝置，其特征在于它包括增益控制裝置，適用于
從各探測(cè)器在至少一個(gè)周期期間產(chǎn)生的數(shù)字字中選擇一個(gè)代表各探測(cè)裝置接收到的地震信號(hào)的能量的數(shù)字字，把選出的數(shù)字字與幾個(gè)代表閥值的數(shù)字字比較，這些閥值限定了數(shù)字化裝置可變化量的幾個(gè)范圍，根據(jù)該范圍選擇放大器的至少可用于后一周期的最佳增益，以及控制轉(zhuǎn)換電路以選擇該最佳增益值。
該增益控制裝置適用于根據(jù)在幾個(gè)相繼的周期末端選出的幾個(gè)數(shù)字字選擇增益值，或者根據(jù)在幾個(gè)相繼周期期間在一定范圍內(nèi)選出的數(shù)字字的值變化選擇增益值。
該增益控制裝置適用于根據(jù)在幾個(gè)相繼的周期末端選出的幾個(gè)數(shù)字字選擇增益值，或者根據(jù)在幾個(gè)相繼周期期間在一定范圍內(nèi)選出的數(shù)字字的值變化選擇增益值。
控制裝置最好設(shè)置在各探測(cè)器內(nèi)，而不是在中央站。除非必要，應(yīng)當(dāng)避免采用高速率向中央站傳輸數(shù)據(jù)。
通過(guò)閱讀下文參照附圖以非限制性例子的方法給出的實(shí)施例的描述，將使本發(fā)明的方法和裝置的其它特征和優(yōu)點(diǎn)變得明了，其中;


圖1示意性地示出了野外地震發(fā)射-接收系統(tǒng)的分布情況，圖2示意性地示出了探測(cè)器，它設(shè)置有處理裝置，適用于對(duì)所提供的增益實(shí)現(xiàn)環(huán)狀匹配。
用于野外的地震探測(cè)儀包括(圖1)諸如熟知類(lèi)型的震動(dòng)器或脈沖源等的地震波T源和接收和探測(cè)系統(tǒng)，接收和探測(cè)系統(tǒng)收集大量的沿待探測(cè)的地震縱斷面分布的接收器(或跟蹤器)R1、R2…Rn接收到的信號(hào)。這些接收器通常主要由一組相互連接的單體傳感器組成。接收到的地震信號(hào)被施加于位于盒子B1、B2…Bn內(nèi)的探測(cè)器。這些探測(cè)器在把信號(hào)傳輸給在汽車(chē)上的中央控制和記錄站1之前先收集信號(hào)。
地震縱斷面的地震探測(cè)包括完成一個(gè)或幾個(gè)對(duì)源S進(jìn)行定位的發(fā)射-接收周期，并把源沿該縱斷面逐漸移動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)源時(shí)，它將遠(yuǎn)離探測(cè)盒B1至BK(圖1)和相關(guān)的地震接收器R1至RK，而接近與其它的探測(cè)盒(BK+1至Bn)相關(guān)的接收器。因此，在每次探測(cè)進(jìn)行期間，各接收器接收到的波的幅度會(huì)顯著地變化。
我們已經(jīng)看到，本發(fā)明的方法可以使與這類(lèi)移動(dòng)其茯相關(guān)聯(lián)的幅度變化自動(dòng)地平衡。它可以用諸如下文將要描述的探測(cè)器來(lái)自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)。
在各探測(cè)盒B1至Bn內(nèi)的探測(cè)器Ai(圖2)適用于收集信號(hào)接收器R(圖1所示的情況)接收到的信號(hào)，更一般地，適用于收集如圖2所示的各接收器Ril…Rik中某一號(hào)碼為R的接收器接收到的信號(hào)。各探測(cè)器Ai用于把相關(guān)接收器的信號(hào)數(shù)字化，并把它們存儲(chǔ)起來(lái)。中央站1控制源S的相繼觸發(fā)、也控制了各探測(cè)器對(duì)經(jīng)下層土間斷面返回的并由接收器R1至Rn接收的信號(hào)的探測(cè)，以及控制此后的數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)。根據(jù)中央站1的指令，盒B1至Bn內(nèi)的探測(cè)器通過(guò)適當(dāng)?shù)耐ㄐ判诺纻魉痛鎯?chǔ)在其內(nèi)的數(shù)據(jù)。因此，在前面引用的專(zhuān)利中描述的探測(cè)系統(tǒng)加上本發(fā)明所特有的改進(jìn)(下文將作描述)在使用上有其優(yōu)點(diǎn)。
各探測(cè)器Ai(圖2)包括k個(gè)探測(cè)鏈CAI至CAk，分別接收k個(gè)信號(hào)，各探測(cè)鏈包括VHF型低通濾波器F11、F12…Fk、可以通過(guò)逆反作用網(wǎng)絡(luò)提供幾個(gè)一同增益值(例如4個(gè)增益值g1、g2、g3、g4，分別為12、24、36和48dB)的放大器PA1、PA2…PAk、高通濾波器F21、F22…F2k和把經(jīng)放大和濾波的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字字的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(CAN)AD1、AD2…ADk。數(shù)字化由∑-△型調(diào)制器來(lái)完成，它帶有一個(gè)如在上面引用的專(zhuān)利申請(qǐng)F(tuán)R-A-2，666，946中描述的十分之一濾波器。
所有探測(cè)鏈CA1至CAk的輸出端連接到控制微處理器2上，進(jìn)行16至32位數(shù)字字處理，它由程序控制探測(cè)以及與中央站1的交換。兩個(gè)存儲(chǔ)器塊M1和M2以及存儲(chǔ)程序的存儲(chǔ)器Mp與微處理器2相聯(lián)。處理器2與無(wú)線(xiàn)電或有線(xiàn)發(fā)射-接收單元3相連，它適用于與中央站1(圖1)進(jìn)行通信的信道。如果使用赫茲信道，單元3則包括與無(wú)線(xiàn)4連通的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射器RE和無(wú)線(xiàn)電接收器RR。接口單元5(在所引用的專(zhuān)利FR-2，608，780中描述的)可以與啟動(dòng)盒6進(jìn)行紅外線(xiàn)通信，通過(guò)它，操作者可以與控制處理器2進(jìn)行通信，訪(fǎng)問(wèn)并選擇與探測(cè)鏈工作參數(shù)相關(guān)的指令，以及根據(jù)探測(cè)器沿所研究的地震縱斷面的位置分配給探測(cè)器的識(shí)別號(hào)。
各探測(cè)器Ai最好包括一個(gè)高速處理器7，專(zhuān)用于進(jìn)行某些計(jì)算。例如，它可以是Motorala公司生產(chǎn)的DSP96002型浮點(diǎn)32位處理器，它與加快兩個(gè)處理器2和7之間數(shù)據(jù)塊傳送的DMA型器件相關(guān)聯(lián)。處理器7增加有一工作存儲(chǔ)器M3。各探測(cè)器還包括自備電源。
處理器2為主要部件，其功能是對(duì)中央站1發(fā)送的命令進(jìn)行解碼，并控制對(duì)各探測(cè)鏈探測(cè)接收器Ril和Rik的信號(hào);
單元3的傳輸;
暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器M1和M2;
輸入-輸出;
程序的中斷;
與計(jì)算處理器DSP7交換等。
-如我們從上面所看到的，本發(fā)明的方法主要包括選出在地震發(fā)射-接收周期期間以確定的增益收集到的地震信號(hào)的最大幅度，根據(jù)在數(shù)字化儀允許的變化的范圍內(nèi)按照它的電平調(diào)整新的增益，該增益將在下一周期期間起作用。
前面的增益選擇和調(diào)整操作由根據(jù)控制處理器2的指令工作的專(zhuān)門(mén)的處理器7完成。
處理器7相繼地比較在單個(gè)發(fā)射-接收周期形成的至少表示一個(gè)收集到的信號(hào)(例如來(lái)自探測(cè)鏈CA1)的所有數(shù)字字。在每次周期末尾對(duì)超取樣轉(zhuǎn)換器AD1連續(xù)產(chǎn)生的字進(jìn)行排序選出幅度SM最大的數(shù)字字，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器M1和M2內(nèi)。
按照第一個(gè)實(shí)施例，處理器7把每個(gè)幅度Sm的絕對(duì)值與幅度不同的幾個(gè)經(jīng)數(shù)字化的閥值S2、S2…Sp進(jìn)行比較。
例如，選擇閥值S1，S2＝Si/4，S3＝Si/16，并根據(jù)下列規(guī)則選出放大器的增益
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，能更精確地選擇增益，它不僅考慮了相對(duì)于閥值的幅度的位置，而且還考慮了在閥值限定的范圍內(nèi)的方向變化以及模數(shù)。通過(guò)在至少兩個(gè)相繼的周期上進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)這些變化的方向和幅度。
例如，選出6個(gè)閥值為S1、S2＝S2/2，S3＝S1/4，S4＝S1/8，S5＝S1/16，S＝S1/32，根據(jù)下列規(guī)則選出放大器的增益
處理器還可以不僅考慮在一范圍(+或-)的方向變化，而且還可以在它參與改變放大器的增益之前一直等待直到幅度超過(guò)某一設(shè)定的增量。
當(dāng)從來(lái)自參考鏈CA1的信號(hào)中已經(jīng)選出了最合適的增益時(shí)，處理器2(通過(guò)連接導(dǎo)線(xiàn)9)命令與探測(cè)器中所有放大器PA1至PAk相關(guān)聯(lián)的增益調(diào)整電路的轉(zhuǎn)換。
根據(jù)前面的實(shí)施例的一種變化，處理器7根據(jù)所有探測(cè)鏈的信號(hào)進(jìn)行前面的操作，并選擇作為所選數(shù)字字之一的函數(shù)的增益。因此，探測(cè)器可以更好地考慮可能改變接收到的信號(hào)強(qiáng)度的接收器之間的不一致性和/或各傳感器與地面之間聯(lián)接的缺陷。
為了對(duì)探測(cè)器進(jìn)行啟動(dòng)，野外的中央站或操作者提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)增益值。幾乎就在第一個(gè)地震周期末尾就確定了最合適的增益值，并且如果需要在隨后的所有周期還可進(jìn)行調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種探測(cè)信號(hào)的方法，根據(jù)相繼的地震發(fā)送一接收周期的持續(xù)時(shí)間，在規(guī)則時(shí)段上完成，該信號(hào)由具有增益能自動(dòng)環(huán)狀匹配的地震接收器接收，這些信號(hào)由探測(cè)裝置收集，該探測(cè)裝置包括至少一個(gè)探測(cè)器(Ai)，分布在待勘測(cè)區(qū)內(nèi)，收集與結(jié)構(gòu)巖層相聯(lián)的至少一個(gè)地震傳感器(Ril…Rik)接收到的響應(yīng)于地震源作用的地震信號(hào)的信號(hào)，該探測(cè)器包括至少一個(gè)帶有增益轉(zhuǎn)換電路的放大器，它可把P個(gè)不同的放大增益(g1、g2…gp)提供給地震信號(hào)；超取樣型數(shù)字化裝置(AD1-ADk)，產(chǎn)生相連的數(shù)字字；存儲(chǔ)產(chǎn)生的數(shù)字字的裝置(M)；以及包括處理單元(2，7)的控制器；所述方法包括從各探測(cè)器在至少一個(gè)周期期間產(chǎn)生的數(shù)字字中選擇一個(gè)，它代表接收到的至少一個(gè)地震信號(hào)的最大能量；把選出的數(shù)字字與幾個(gè)代表閥值的數(shù)字字比較，這些閥值限定了數(shù)字化裝置可變化量的幾個(gè)范圍，根據(jù)該范圍選擇放大器至少適用于后一周期的最佳增益，以及控制增益轉(zhuǎn)換電路，提供該最佳增益值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括作為在幾個(gè)相繼周期之后，選出的幾個(gè)數(shù)字字函數(shù)的增益值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包含作為在閥值限定的范圍內(nèi)，在幾個(gè)相繼的周期期間選出的數(shù)字字的值的變量之函數(shù)的最佳增益值。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，最佳增益值是根據(jù)所述變量的方向和幅度選出。
5.如前述權(quán)利要求中之一所述的方法，其特征在于，選擇作為分別對(duì)應(yīng)于信號(hào)探測(cè)器接收到的幾個(gè)信號(hào)的幾個(gè)選出的數(shù)字字函數(shù)的增益值。
6.如前述權(quán)利要求中之一所述的方法，其特征在于，通過(guò)直接比較在選出的時(shí)段相續(xù)產(chǎn)生的數(shù)字字來(lái)選擇代表于接收到的信號(hào)能量的數(shù)字字。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，通過(guò)比較在各周期末端上選出的時(shí)段期間產(chǎn)生的數(shù)字字來(lái)選擇對(duì)應(yīng)于接收到的信號(hào)能量的數(shù)字字。
8.一種信號(hào)探測(cè)裝置，根據(jù)相繼的地震發(fā)送接收周期的持續(xù)時(shí)間，在規(guī)則時(shí)段上完成，該信號(hào)由具有增益能自動(dòng)環(huán)狀匹配的地震接收器接收，所述探測(cè)裝置包括至少一個(gè)探測(cè)器(Ai)，分布在待勘測(cè)區(qū)內(nèi)，收集與結(jié)構(gòu)巖層相聯(lián)的一個(gè)或幾個(gè)地震傳感器接收到的響應(yīng)于所作用的地震信號(hào)的信號(hào)，該探測(cè)器包括至少一個(gè)帶有增益轉(zhuǎn)換電路的放大器(PA)，它能把P個(gè)不同的放大增益(g1、g2…gp)提供給地震信號(hào);超取樣型數(shù)字化裝置(AD1)，產(chǎn)生相繼的數(shù)字字;數(shù)字字存儲(chǔ)裝置;包括處理單元(2，7)的控制器，所述信號(hào)探測(cè)裝置包括增益控制裝置，適用于從各探測(cè)器在至少一個(gè)周期期間產(chǎn)生的數(shù)字字中選擇一個(gè)代表各探測(cè)裝置接收到的地震信號(hào)的能量的數(shù)字字;把選出的數(shù)字字與幾個(gè)代表閥值的數(shù)字字比較，這些閥值限定了數(shù)字化裝置可變化量的幾個(gè)范圍，選擇放大器至少適用于后一周期的最佳增益，以及控制轉(zhuǎn)換電路以選擇該最佳增益值。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，各探測(cè)器包括選擇數(shù)字字的處理單元(2，7)。
全文摘要
當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)射-接收系統(tǒng)沿著待勘測(cè)的縱斷面前進(jìn)時(shí)，其在野外的分布將改變，這種改變將使地震信號(hào)源(T)和各地震接收器(Ri)之間的距離發(fā)生變化。為了考慮這種因素，提供了各探測(cè)盒(Bi)，它用于野外，對(duì)在各發(fā)射-接收周期(或者可能是一個(gè)中央站)接收到的地震信號(hào)進(jìn)行放大、數(shù)字化和存儲(chǔ)，它具有一個(gè)處理裝置，適用于根據(jù)得到的信號(hào)以及用考慮了在幾個(gè)連續(xù)的發(fā)射-接收周期上觀(guān)察到的信號(hào)的大小以及發(fā)展情況的選擇規(guī)則來(lái)自動(dòng)地確定分配給各放大器的增益。
文檔編號(hào)G08C15/00GK1106540SQ9411671
公開(kāi)日1995年8月9日 申請(qǐng)日期1994年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月30日
發(fā)明者奇斯坦恩·格魯福, 約瑟夫·里亞蘭 申請(qǐng)人:法國(guó)石油研究所