close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Формирование функции ядра преобразования оптимального фильтра с использованием экспериментальных записей в ближней зоне для обработки сейсмических сигналов формируемых распределенными карьерными взрывами.

код для вставкиСкачать
УДК 530.4
С.А. Ефимов
ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск
ФОРМИРОВАНИЕ ФУНКЦИИ ЯДРА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО
ФИЛЬТРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗАПИСЕЙ В
БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ,
ФОРМИРУЕМЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ КАРЬЕРНЫМИ ВЗРЫВАМИ
Вопрос использования энергии промышленных взрывов в качестве
зондирующих сигналов для проведения исследовательских геофизических
работ, связанных с изучением литосферы земли, привлекает внимание
геофизиков на протяжении многих лет. Технология проведения
геофизических работ включает в себя процедуру построения сейсмограмм. В
естественном виде (непосредственная регистрация колебаний поверхности
земли) качество сейсмограмм не всегда приводит к удовлетворительным
результатам. Поэтому используется
согласованный или оптимальный
приемник, осуществляющий дополнительную обработку данных регистрации
по следующему алгоритму:
t
q( t )   s(  )  R( t   )  d ;
(1)
где s(t) – сигнал на входе приемника; R(t) – ядро преобразования; q(t) –
сигнал на выходе приемника.
В работе [1] показано, что при использовании согласованного или
оптимального приемника для выделения зондирующего сигнала из шума
можно получить отношение наибольшего значения сигнальной функции
приемника к среднеквадратическому значению выходного шума равное:
qs .max (  0 ) / Dn  2 E / N ;
(2)
где Е – энергия сигнала; N - спектральная плотность шума.
При этом ядро преобразования для оптимального фильтра должно
удовлетворять условию [1]:
R( t   )  s0 ( t   ).
(3)
0
где s0(t) – функция зондирующего сигнала, формируемого
распределенным карьерным взрывом в однородной среде.
Распределенный карьерный взрыв как физическое явление представляет
собой сложный процесс формирования сейсмической волны. По аналогии с
атомным взрывом пространство формирования ударной и сейсмической
волны разделяется на две области: области нелинейных и линейных
деформаций. Для получения сейсмограммы от карьерного взрыва в дальней
зоне по формуле (1) необходимо иметь ядро преобразования R(t). Построение
математической модели этого ядра является задачей нетривиальной. Известен
подход формирования ядра преобразования, основанный на построении
математическом модели ядра. При этом параметры модели определяются на
основе сейсмической записи в ближней зоне [2]. Однако более
конструктивным подходом для решения этой задачи, по мнению автора,
является экспериментальное измерение сейсмического сигнала в ближней
волновой зоне с дальнейшим использованием этого сигнала в качестве
функции ядра преобразования. Такой подход повышения качества
сейсмограмм использован норвежскими сейсмологами при обработке данных
станций на территории Норвегии, входящих в Международную систему
мониторинга [2]. В данной работе показаны результаты обработки
экспериментальных данных от распределенного карьерного взрыва с
использованием вышеуказанного подхода.
Сейсмические записи получены на профиле Бачатский угольный разрез
Кемеровской области – полигон Быстровка Новосибирской области. В
ближней зоне карьерного взрыва для сейсмической регистрации
использована аппаратура «РОССА» с тремя трехкомпонентными датчиками
типа СК-1П. В данной работе представлены результаты обработки с
использованием сигнала Z компоненты с одного датчика. В дальней зоне
карьерного взрыва для сейсмической регистрации использована аппаратура
«ВИРС-К» с пятью трехкомпонентными датчиками типа СК-1П. В данной
работе представлены результаты обработки с использованием сигналов Z
компоненты пяти датчиков. Эксперимент проведен при следующих условиях.
Время регистрации – 10 августа 2001 г. Взрыв формируется из 220 скважин
по 180 кг взрывчатого вещества в каждой скважине. Одновременно
взрываются 10 скважин. Время между взрывами – 25-30 мс. Значение общего
времени взрыва находится в диапазоне 550 – 660 мс. Среда взрыва –
угольный блок.
На рис. 1 представлена запись Z компоненты карьерного распределенного
взрыва в волновой зоне в районе Бачатского угольного разреза Кемеровской
области. Эта функция использована в качестве ядра преобразования R(t) для
формирования сейсмограмм по формуле (1) для точки регистрации в дальней
зоне.
m/c
6 10
6
sn
 6 ( 10)
6
0
0
2
4
6
tn
Время, с.
8
10
10
Рис. 1. Сейсмический сигнал от карьерного взрыва в волновой зоне, Z
компонента
На рис. 2 показана спектральная характеристика сигнала по рис. 1.
6
АЧХ, m/c/VHz
9 10
Sn
0
0
F1
1
2
3
4
5
fn
Частота, Гц.
6
7
8
9
10
F2
Рис. 2. Спектральная характеристика сейсмического сигнала от карьерного
взрыва в волновой зоне, Z компонента
На рис. 3 представлена запись Z компоненты пяти датчиков карьерного
распределенного взрыва в дальней зоне на полигоне Быстровка
Новосибирской области. Первые пять графиков рис. 3 представляют собой
записи сигналов с пяти датчиков Z компоненты. Шестой график на рис. 3
представляет собой сумму пяти вышеприведенных сигналов.
Рис. 3. Сейсмический сигнал от карьерного взрыва в дальней зоне, пять
датчиков, Z компонента
На рис. 4 представлены сейсмограммы для точки регистрации на
полигоне Быстровка Новосибирской области, полученные процедурой
свертки сигналов регистрации (запись Z компоненты пяти датчиков)
карьерного распределенного взрыва в дальней зоне с сигналом регистрации
этого взрыва в ближней зоне. Первый график рис. 4 представляют собой
запись сигнала с первого датчика Z компоненты, и повторяет собой первый
график рис. 3. Остальные графики на рис. 4 представляет результат
обработки по формуле (1), где в качестве ядра преобразования использован
сигнал регистрации в ближней зоне.
Рис. 4. Сейсмограммы от карьерного взрыва в дальней зоне, полученные с
использованием ядра преобразования в соответствии рис. 1, пять датчиков, Z
компонента
Сравнение сейсмограмм, полученных непосредственно регистрацией
карьерного взрыва в дальней зоне, с сейсмограммами на основе преобразования
по формуле (1) с использованием ядра преобразования по рис. 1, показывает
существенное
улучшение
качества
сейсмограмм.
Использование
дополнительной корреляционной обработки по формуле (1) теоретически
обуславливает два фактора повышения качества сейсмограммы. Первый фактор
связан с увеличением отношения сигнал – шум за счет фильтрующего свойства
корреляционной обработки. Второй фактор связан с повышением
контрастности импульсов, характеризующих времена вступлений сейсмических
волн, за счет свойства корреляционной обработки «сжимать» растянутые во
времени сигналы до коротких импульсов. Протяженность таких импульсов
определяется шириной спектра ядра преобразования. В данном случае ширина
спектра определяется характеристикой сигнала в ближней зоне и будет
соответствовать спектральной характеристике сигнала на рис. 2.
Рассмотренный алгоритм обработки позволяет формировать функцию
ядра преобразования на основе экспериментальных данных. Эту функцию
можно использовать для вычисления сейсмограммы в дальней зоне для
распределенного и сосредоточенного взрывов. Представленный подход для
формирования функции ядра преобразования позволяет эффективнее
использовать
районы
промышленных
взрывов
для
проведения
исследовательских геофизических работ, связанных с изучением литосферы
земли.
Автор выражает благодарность участникам семинаров лаборатории
геофизической информатики ИВМ и МГ СО РАН, в атмосфере которых
формировалась постановка решаемой задачи.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов / В.И. Тихонов – М.: Радио и связь,
1983. – 320 с.
2. Ефимов С.А. Математическое моделирование функции ядра преобразования
оптимального фильтра с использованием алгоритма фазовой манипуляции для обработки
сейсмических сигналов, формируемых распределенными карьерными взрывами / С.А.
Ефимов // Современные проблемы радиоэлектроники: Сб. науч. Тр. – Красноярск: ИПЦ
КГТУ, 2004.
3. Рингдал Ф. Усовершенствованная обработка данных от сейсмических групп в
NORSTAR: последние достижения и планы на будущее / Ф. Рингдал, Т. Кверна, С.
Гиббсон // Вестник НЯЦ РК, Периодический науч.- техн. Журнал национального ядерного
центра Республики Казахстан. – вып. 2 (26). – июнь 2006.
4. Трахтман А.М. Введение в обобщенную спектральную теорию сигналов / А.М.
Трахт-ман. – М.: Изд-во «Советское радио», 1972. – 352 с.
5. Сильвиа М.Т. Обратная фильтрация геофизических временных рядов при
разведке на нефть и газ. Пер. с англ. / М.Т. Сильвиа, Э.А. Робинсон. – М.: Недра, 1983. –
447 с.
© С.А. Ефимов, 2007
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа