RU142159U1

RU142159U1 - Многокомпонентный сейсморазведочный комплекс

Info

Publication number: RU142159U1
Application number: RU2013109431/28U
Authority: RU
Inventors: Вадим Михайлович Агафонов
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2014-06-20

Abstract

1. Сейсморазведочный комплекс, содержащий от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных широкополосных сейсмодатчиков линейных движений; от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных широкополосных сейсмодатчиков угловых движений; от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных датчика линейных движений и градиента давления; цифровой блок регистрации и сбора данных, отличающийся тем, что все датчики содержат в качестве рабочей среды жидкость и молекулярно-электронный чувствительный элемент, преобразующий движение жидкости в электрический сигнал.2. Сейсморазведочный комплекс по п.1, отличающийся тем, что сейсмодатчик линейных движений датчик представляет собой изготовленный из химически устойчивого материала герметичный корпус, заполненный электролитом и содержащий сквозной канал с электродным элементом, преобразующим движение жидкости в электрический сигнал, завершающийся по своим концам упругими возвращающими элементами (мембранами), причем указанный датчик размещен в герметичном внешнем корпусе, предотвращающем прямой контакт мембран со средой, в которой распространяется сейсмический сигнал.3. Сейсморазведочный комплекс по п.1, отличающийся тем, что сейсмодатчик угловых движений представляет собой изготовленный из химически устойчивого материала герметичный корпус, заполненный электролитом и содержащий замкнутый канал с электродным элементом, преобразующим движение жидкости в электрический сигнал.4. Сейсморазведочный комплекс по п.1, отличающийся тем, что датчик измерения линейных движений и градиента давления предст�

Description

Полезная модель относится к сейсморазведочным комплексам, в частности, к многокомпонентным комплексам, основанным на использовании нескольких сейсмических датчиков, каждый из которых регистрирует определенные типы волн, распространяющихся в среде, и может найти применение для повышения разрешающей способности сейсморазведки, особенно, в сложных геологических условиях.

В настоящее время в сейсморазведке известно множество различных методов проведения измерений и обработки полученных данных. Из возможных критериев классификации, основным для определения используемого метода сейсморазведки является характер используемых целевых волн. В соответствии с этим критерием в сейсморазведке выделяют три основных метода исследований: метод отраженных волн (MOB), метод преломленных волн (МПВ), метод проходящих волн и близкий к последнему метод рефраги-рованных волн (МРВ). В свою очередь, в каждом из этих методов могут использоваться различные типы волн по характеру поляризации, способу возбуждения и приема и т.п.Наиболее распространенным является метод отраженных волн (MOB), меньшее применение имеют метод преломленных волн (МПВ), близкий к нему метод рефрагированных волн (МРВ), а также методы проходящих волн.

Метод отраженных волн MOB [1,2,3,4] наиболее широко используется при поиске месторождений нефти и газа. Метод преломленных волн МПВ более часто применяется при поиске рудных ископаемых, особенно для изучения поверхности коренных пород. Суть метода в том, что скользящая вдоль границы преломленная волна, распространяясь по поверхности коренных пород, позволяет определить глубину их залегания, граничную скорость, выявлять зоны их нарушений и трещиноватости.

Независимо от типа целевых волн инструментальная часть сейсморазведочного комплекса состоит из средств возбуждения сигналов и сейсморегистрирующего канала. Последний включает сейсмические датчики (одиночные или группированные в сейсмические косы) и цифровое регистрирующее оборудование. Датчики преобразуют сейсмический сигнал (вибрации грунта) в электрический сигнал, регистрирующее оборудование преобразует и сохраняет данные в цифровой форме. Полученные данные передаются на центральный компьютер системы обработки по кабелям, радиоканалу, либо записываются на локальные носители регистрирующих станций и в последующем переписываются на центральную станцию обработки данных.

Рассмотрим датчики, входящие в состав сейсморегистрирующего канала более подробно. В наземной сейсморазведке чаще всего используются инерциальные датчики линейных ускорений и скоростей-акселерометры и велосиметры. Среди них наиболее распространены велосиметры электродинамического типа (геофоны), представляющие собой магнит, зафиксированный на корпусе датчика и катушку, закрепленную на упругом подвесе [5, 6, 7]. Под действием вибраций грунта, на котором закреплен сейсмодатчик, магнит смещается относительно катушки. При этом, в катушке вырабатывает электродвижущая сила, а на ее выводах образуется разность потенциалов, являющаяся выходным сигналом. Несмотря на простоту конструкции, датчики такого типа получили наиболее широкое распространение в сейсморазведке, что связано с их дешевизной в сочетании с приемлемыми, для многих задач параметрами.

В то же самое время уже в самом физическом принципе работы электродинамического геофона заложен целый ряд ограничений на его выходные параметры. В-первых, рабочая полоса геофона со стороны низких частот ограничена собственной частотой колебаний инерциальной массы на упругом подвесе. Наиболее распространенные геофоны имеют полосу, начинающуюся от 10 Гц. Для ее расширения в сторону низких частот приходится использовать большую инерциальную массу и более мягкий подвес, что увеличивает габариты, массу и вероятность поломки при транспортировке. Одновременно, резко возрастают требования к точности изготовления элементов электромеханической системы и, как следствие, низкочастотные геофоны имеют заметно более высокую цену. Во-вторых, чувствительность геофонов не очень высока, обычно составляет величину от 20 до 30 В/м/сек, что затрудняет регистрацию слабых сигналов. До некоторой степени проблему решает группирование, широко применяемое, в частности, в сейсморазведке. Одновременно, за счет усреднения сигналов по группе, снижаются шумы измерений. Надо, однако, иметь в виду, что, использование группы датчиков повышает стоимость измерительного канала, а по мере распространения высокоплотных расстановок [4], теряет свою актуальность с точки зрения фильтрации шумов, поскольку фильтрация может быть проведена на этапе обработки данных [3]. В-третьих, геофоны требуют известной аккуратности при установке и полностью теряют работоспособность при больших углах наклона. Указанное обстоятельство имеет особенно важное значение для подводных применений. Наконец, по разбросу параметров между отдельными датчиками, линейности и динамическому диапазону даже самых лучшие геофоны постепенно перестают отвечать все возрастающим требованиям современных все более точных сейсмических измерений.

Указанные обстоятельства стимулируют разработку новых сейсмических датчиков, которые, в перспективе, могли бы заменить традиционные геофоны. Наиболее известны результаты, связанные с применением технологии МЭМС. По сравнению с геофонами, сейсмические датчики, выполненные по технологии МЭМС, обеспечивают более широкую полосу регистрируемого сигнала, высокую линейность измерений, нечувствительность к наклонам при установке, высокую идентичность [8]. Как правило, такого рода датчики объединяются в одном устройстве с цифровым каналом регистрации, формируя, таким образом, готовый канал для цифровых сейсмических измерений. Принципиально, датчики такого типа делают возможным построение более точной картины волнового поля и использование новых методов обработки и интерпретации данных [9, 10]. В то же время, датчики на основе технологии МЭМС пока не достигли степени распространения, сопоставимой с геофонами, прежде всего, из-за более высокой цены и повышенного уровня собственных шумов. Надо также отметить, что создание производства сейсмодатчиков по технологии МЭМС требует дорогостоящего технологического оборудования, что под силу только очень крупным компаниям. Не случайно, одну из наиболее перспективных разработок в этой области ведут совместно такие индустриальные гиганты, как Shell и Hewlett-Packard [11, 12].

Альтернативный подход к созданию сейсмодатчиков может быть реализован на принципах молекулярно-электронного переноса (МЭП) [13, 14]. Достоинствами молекулярно-электронных измерителей являются высокий коэффициент преобразования механического движения в электрический сигнал, возможность значительного, по сравнению с геофоном, расширения частотного диапазона как в сторону низких, так и высоких частот, простота и надежность конструкции. До последнего времени, приборы такого типа использовались почти исключительно для измерений в низкочастотной области, однако прогресс, достигнутый в последние годы, позволил создать устройства с верхней граничной частотой перекрывающей значения, типичные для большинства геофонов. Одновременно, опыт, накопленный при разработке подобных датчиков, свидетельствует, что оптимальныерабочие характеристики достигаются при использовании датчиков на основе МЭП в сочетании с механизмом, обеспечивающим формирование электродинамической отрицательной обратной связи.

В сейсморегистрирующей части пока более распространены кабельные системы, такие, например, как ТСС «Sercel 428 XL» [15], TCC «SCORPION» [16], TCC «ARAM*ARIES II» [17], TCC «UniQ.» [18, 19], TCC «Прогресс-Т3» [20], ТСС «Прогресс-Т155» [21]. Относительно новым словом в соответствующей области техники являются бескабельные системы сбора данных. К числу последних нужно отнести СБТСС «UNITE» [22, 23], СБТСС «FireFly» [24], СБТСС «SIGMA» [25], СБТСС «wirelessSeismic» [26], БТСС «Ultra G5» [27, 28], БТСС «GSR» [29], БТСС «РОСА-А» [30].

Принципиально важным для получения высококачественных первичных сейсмических данных является достижение максимально высокого отношения сигнал/шум. Поэтому, при практическом использовании различных методов проведения сейсморазведочных работ весьма значительное внимание уделяется методам снижения шумов. В общем случае шумы измерения складываются из собственного шума аппаратуры измерительного канала, фоновых сейсмических шумов в месте проведения измерений и сигнала, создаваемого источником возбуждений, не несущего полезной информации (поверхностная волна, многократно отраженный сигнал). Для борьбы с первым типом шума применяются системы цифровой регистрации высокого разрешения (24 разряда), малошумящая электроника, геофоны объединяются в группы, что эффективно повышает их коэффициент преобразования. МЭМС акселерометры и молекулярно-электронные датчики имеют сами по себе достаточно высокий коэффициент преобразования и не нуждаются в группировке, однако здесь принципиальной является достижение низкого уровня их собственного шума. В целом, шумы аппаратуры на современном уровне вносят вклад меньший, чем другие имеющиеся источники.

Основными методами борьбы с другими видами помех являются группирование датчиков [31], использование сверхплотных расстановок [32, 4], переход к многоволновым методам сбора и обработки данных [33, 34, 35, 36]. Группирование датчиков является классическим и наиболее распространенным методом. Суть его состоит в том, что используется последовательное, параллельное или последовательно-параллельное соединение нескольких геофонов (чаще всего используется группа из 12 геофонов), т.ч. выходной сигнал усредняется по группе. Расстояние между геофонами в группе подбирается таким, чтобы обеспечить максимальное подавление паразитных помех, прежде всего, поверхностной волны. При применении высокоплотных расстановок сейсморегистрирующие каналы располагаются максимально близко между собой, в настоящее время выполнены экспериментальные исследования с расстоянием межу каналами до 5 метров, что позволяет максимально полно зарегистрировать волновое поле и провести эффективную фильтрацию помех на этапе обработки данных. Принципиально данный метод может быть объединен с трехкомпонентными измерениям, что еще более повысит его эффективность. Сдерживающим фактором является необходимость применения очень большого числа каналов. Тем не менее, с уменьшением цены на один канал метод становится все более востребованным.

Одним из новых и весьма перспективным направлением в развитии сейсморазведки является проведение многокомпонентных измерений сейсмических сигналов. Суть подхода состоит в том, что используется несколько типов датчиков, каждый из которых в силу своего устройства реагирует на волны определенных типов. Среди возможных используемых типов датчиков, помимо уже упомянутых датчиков линейных движений могут быть датчики давления в среде (гидрофоны), датчики градиента давления, а также появившиеся на рынке только в последние годы высокочувствительные датчики угловых колебательных движений. Многообразие применяемых датчиков диктует многообразие методов измерения и обработки данных.

При использовании трехкомпонентных геофонов и акселерометров анализируется поляризация сигналов. Используется тот факт, что поляризация зависит от направления распространения и типа (продольная, поперечная, различные виды интерфейсных волн) приходящей волны и с использованием достаточно сложных математических алгоритмов выделяется наиболее информативные волны. Наибольшее распространение данный метод получил при использовании сейсмических МЭМС акселерометров, поскольку они обеспечивают наиболее точную регистрацию мгновенного вектора колебаний среды в силу принципиально более высокой идентичности компонент и возможности введения поправок на реальную ориентацию датчика путем измерения проекций вектора силы тяжести на оси чувствительности акселерометра.

При дополнительном использовании датчика давления появляется возможность непосредственного выделения сигналов, соответствующих продольной волне, поскольку вариации давления наблюдаются именно для этого типа волн. В методах обработки, при которых продольная волна рассматривается как наиболее информативная, удается отфильтровать другие типы волн, а при одновременном применении трехкомпонентных линейных датчиков - разделить волны по направлению их распространения. При измерении градиентов давления оказывается возможным разделять продольные волны по направлению их волнового вектора, полностью исключив влияние волн других типов.

При дополнительном использовании датчиков угловых колебаний [37, 38] удается напрямую выделить сигналы, соответствующие поперечным волнам, а также провести дифференциацию между различными видами интерфейсных волн, в зависимости от характера их поляризации (ориентация эллипса поляризации и степень эллиптичности) [39, 40, 41]. Наиболее полное разделение приходящего сигнала на составляющие, различающиеся по типам возмущений, направлению распространения и поляризации может быть реализовано при одновременном использовании взаимно ортогональных трех компонент линейных колебаний, трех компонент угловых колебаний, трех компонентов градиента давления и датчика давления. Соответственно, шумы измерений могут быть многократно снижены (исключены составляющие, не представляющие интереса сточки зрения проводимого эксперимента), а полезный сигнал разделен на составляющие, каждая из которых может быть обработана своим, наиболее эффективным для данного типа сигнала, методом [42]. Дополнительное усиление метода возможно при использовании нескольких типов источников возбуждений, каждый из которых оптимизирован для преимущественной генерации волн определенных типов.

Реализация описанных выше возможностей, связанных с применением многоволновых методов сбора и обработки информации требует создания соответствующих технических средств регистрации сигналов (многокомпонентных сейсморазведочных комплексов). При этом разрабатываемые комплексы должны удовлетворять целому набору достаточно жестких требований: обеспечивать высокую чувствительность и низкие шумы измерений, широкий рабочий температурный диапазон, небольшие габариты и невысокую себестоимость.

Задачей настоящей полезной модели является создание сейсморазведочного комплекса, способного разделять сигналы, в зависимости от типа, поляризации и направления распространения сейсмической волны. При этом, все входящие в состав комплекса датчики должны обеспечивать измерения с низкими собственными шумами, быть недорогими и приспособленными для работы в широком температурном диапазоне, характерном для полевых сейсморазведочных экспериментов.

Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в возможности получить максимально полную информацию о волновом поле в точке регистрации, необходимую для практической реализации методов обработки данных, обеспечивающих разделение сейсмического сигнала на волны различных типов и обработку каждого типа волн наиболее приспособленными для этого методами. Кроме задачи разделения сейсмических сигналов (мод колебаний) полезная модель позволяет решить задачу повышения пространственного разрешения данных по методу, описанному, например в [43], а также снизить шумы измерений с использованием метода из [44].

Указанный технический результат достигается за счет того, что сейсморазведочный комплекс, содержащий от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных широкополосных сейсмодатчиков линейных движений; от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных широкополосных сейсмодатчиков угловых движений; от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных датчика линейных движений и градиента давления; цифровой блок регистрации и сбора данных, отличающийся тем, что все датчики содержат в качестве рабочей среды жидкость и молекулярно-электронный чувствительный элемент, преобразующий движение жидкости в электрический сигнал.

Сейсмодатчик линейных движений датчик предпочтительно представляет собой изготовленный из химически устойчивого материала герметичный корпус, заполненный электролитом и содержащий сквозной канал с электродным элементом, преобразующим движение жидкости в электрический сигнал, завершающийся по своим концам упругими возвращающими элементами (мембранами), причем указанный датчик размещен в герметичном внешнем корпусе, предотвращающем прямой контакт мембран со средой, в которой распространяется сейсмический сигнал.

Сейсмодатчик угловых движений предпочтительно представляет собой изготовленный из химически устойчивого материала герметичный корпус, заполненный электролитом и содержащий замкнутый канал с электродным элементом, преобразующим движение жидкости в электрический сигнал.

Датчик измерения линейных движений и градиента давления предпочтительно представляет собой изготовленный из химически устойчивого материала герметичный корпус, заполненный электролитом и содержащий сквозной канал с электродным элементом, преобразующим движение жидкости в электрический сигнал, завершающийся по своим концам упругими возвращающими элементами (мембранами), причем указанный датчик выполнен таким образом, что при размещении его во внешней среде обеспечивается прямой механический контакт мембран с окружающей средой.

Задача решена за счет того, что в состав сейсморазведочного комплекса входят от одного до трех высокочувствительных молекулярно-электронных сейсмических датчика угловых движений с ортогонально ориентированными осями чувствительности, обеспечивающих регистрацию вращательных компонент сейсмического сигнала в широком частотном диапазоне с высоким отношением сигнал/шум. Каждый датчик представляет собой замкнутый канал, заполненный раствором рабочей жидкости, и содержащий соединенный с внешней электроникой электродный узел молекулярно-электронного преобразующего элемента. Принцип действия датчика состоит в том, что при колебательном движении корпуса, момент сил инерции, создаваемых угловыми ускорениями, приводит в движение жидкость в указанном канале. В свою очередь, колебательное движение жидкости вызывает вариации межэлектродного тока за счет явления молекулярно-электронного переноса в движущейся жидкости. Выходной сигнал такого датчика может быть записан в виде:

Здесь ε - угловое ускорение вдоль оси чувствительности датчика, W_rot - коэффициент преобразования углового ускорения в выходной электрический ток. Кроме того, в состав сейсморазведочного комплекса входят от одного до трех молекулярно-электронных датчика линейного ускорения, каждый из которых представляет собой выполненный из химически стойкого материала герметичный сосуд, со сквозным каналом, заполненным рабочим электролитом и содержащим соединенные с электронным блоком электроды для преобразования потока жидкости в электрический сигнал. Концы канала закрыты гибкими мембранами. Сосуд вместе с блоком электроники помещается в дополнительный герметичный корпус, препятствующий воздействию на указанные мембраны давления внешней среды. Принцип действия датчика состоит в том, что при колебательном движении корпуса датчика возникают силы инерции, приводящие в движение жидкость в указанном канале. В свою очередь, движение жидкости вызывает вариации межэлектродного тока за счет явления молекулярно-электронного переноса в движущейся жидкости.

Здесь α - ускорение вдоль оси чувствительности датчика, W_lin - коэффициент преобразования ускорения в выходной электрический ток. Кроме того, в состав сейсморазведочного комплекса входят от одного до трех молекулярно-электронных датчика, чувствительных к линейному ускорению и составляющей градиента давления во внешней среде, вдоль одной из осей. Датчик представляет собой выполненный из химически стойкого материала герметичный сосуд, со сквозным каналом заполненным рабочим электролитом и содержащим соединенные с внешней электроникой электроды для преобразования потока жидкости в электрический сигнал. Концы канала закрыты гибкими мембранами. Мембраны соприкасаются с внешней средой, что обеспечивает возможность их деформации под действием перепадов внешнего давления в окружающей среде. Деформация указанных мембран создает поток жидкости в указанном канале, вызывающий вариации межэлектродного тока за счет явления молекулярно-электронного переноса в движущейся жидкости. Кроме того, вариации межэлектродного тока создаются под действием внешнего ускорения. Таким образом, выходной ток датчика состоит из двух слагаемых и описывается выражением:

Здесь ∆ρ - перепад давлений между мембранами, W_grad - коэффициент преобразования перепада давления в выходной электрический ток. В свою очередь, перепад давлений может быть выражен через компоненту градиента давления при известной ориентации канала, соединяющего мембраны и расстоянии между мембранами. С использованием (2) из выходного сигнала может быть вычтена составляющая, обусловленная влиянием внешнего ускорения, и разницаo I_out,grad-I_out,lin является выходным сигналом, пропорциональным градиенту давления в окружающей среде.

Таким образом, использование описанной выше комбинации датчика угловых ускорений, датчика линейных ускорений и датчика, чувствительного к линейным ускорениям и перепаду давления во внешней среде, позволяют определить линейные и угловые колебания, а также градиент давления в среде распространения сигнала.

В свою очередь, известно, что различные виды сейсмических сигналов создают различные возмущения в окружающей среде. В частности, продольная волна характеризуется наличием линейных колебаний частиц и градиента давления вдоль направления распространения волны. Угловые колебания частиц в продольной волне отсутствуют. Поперечная волна, в свою очередь, не сопровождается возникновением градиентов давления, но в среде при ее распространении возникают угловые колебания. Волны, распространяющиеся вдоль межфазных интерфейсов, в общем случае, содержат все виды измеряемых возмущений, однако характеризуются уникальными для каждого типа волн комбинациями измеряемых величин.

Полезная модель поясняется чертежами. На Фиг.1 показана структурная схема полезной модели.

На Фиг.2 показан внешний вид сейсмического датчика линейных движений до размещения во внешнем корпусе, совпадающий с внешним видом датчика градиента давления.

Показаны два варианта датчика.

На Фиг.3 показан внешний вид сейсмического датчика линейных движений, размещенного в корпусе

На фиг.4 показан внешний вид датчиков угловых движений.

В состав сейсморазведочного комплекса (см. Фиг.1) входит блок датчиков сейсмического поля 1, содержащий три ортогонально ориентированных сейсмических датчика линейных движений 2 (один вертикальный, два горизонтальных), три ортогонально ориентированных сейсмических датчика угловых движений 3 (один вертикальный, два горизонтальных), блок цифровой регистрации сигнала, помещенные в защитные влагонепроницаемые корпуса и три датчика 4 для измерения линейного ускорения и градиента давления в среде.

Сейсмический датчик линейных движений 2, входящий в состав комплекса, обладает следующими техническими характеристиками:

- рабочая полоса: 1-300 Гц;

- коэффициент преобразования механического движения в электрический ток (10 Гц, 25°C): 20 мА/м/с;

- максимальный регистрируемый сигнал: 10 см/с;

- коэффициент нелинейных искажений:<0.2% на максимальном сигнале.

Для достижения указанных характеристик используется четырехэлектродный чувствительный элемент, изготовленный из платиновой сетки с шагом 100 мкм, причем аноды (внешние электроды преобразующего элемента) изготовлены из одинарной сетки, а катоды (внутренние электроды преобразующего элемента) - из двух наложенных друг на друга, приваренных и прокатанных до толщины 90 мкм сеток. Расстояние между каждой парой смежных электродов составляет 30 мкм, что обеспечивается с помощью специальных калиброванных керамических прокладок с отверстиями диаметром 120 мкм. Электродный пакет, состоящий из четырех электродов и трех разделительных прокладок, собирается таким образом, чтобы отверстия в керамических прокладках оказались расположены соосно, и, таким образом, были бы сформированы 80 цилиндрических каналов с керамическими стенками, внутри которых располагаются элементы сетчатых электродов. Собранный электродный пакет запекается по металлокерамической технологии, что обеспечивает ему стабильность параметров во времени и необходимую механическую жесткость. Изготовленные, готовые к окончательной сборке, преобразователи, помещались в изготовленный из химически устойчивого монолитного поликарбоната цилиндрический корпус, завершающийся по своим торцам упругими возвращающими элементами (мембранами). Заполнение преобразователя проводилось с использованием вакуумной установки. Внешний вид сейсмического датчика линейных движений до размещения во внешнем корпусе показан на Фиг.2. Внешний вид датчика в корпусе показан на Фиг.3. Молекулярно-электронные датчики угловых движений 3 также изготовлены по керамической технологии без использования сборочных операций. Каждый такой датчик представляет собой керамический тороид, полностью заполненный рабочим электролитом, с электродным преобразующим элементом в его основании. Преобразующий элемент идентичен описанному выше для датчика вертикальных движений.. Корпус преобразователя состоит из двух керамических деталей, соединенных между собой по технологии диффузионной сварки. Таким образом, после отливки и термодиффузионной склейки деталей, получается полностью готовый к заполнению преобразователь. Заполнение датчика рабочей жидкостью производилось под вакуумом, при этом технология заполнения обеспечивает отсутствие газовых пузырей в рабочем тороидальном канале преобразователя. Внешний вид датчика показан на Фиг.4.

Молекулярно-электронные датчики угловых движений и градиента давления 4 по техническим характеристикам и способу изготовления полностью идентичные датчикам линейных движений, описанным выше и показанном на Фиг.2. Отличие состоит в том, что корпус датчика изготовлен таким образом, чтобы обеспечить контакт упругих мембран с окружающей средой и, тем самым, обеспечить возможность измерения перепада давлений между мембранами, а, следовательно - градиента давления в сейсмическом поле.

Блок сбора и цифровой регистрации сигналов 12 функционально решает следующие задачи: преобразование выходного тока сейсмических датчиков в цифровую форму, привязку сигналов в глобальному времени с использованием сигнала GPS, запись и локальное хранение цифровых сигналов, их перезапись на обрабатывающий компьютер по проводным каналам. В качестве блока цифровой регистрации в данном примере реализации используется три трехканальных регистратора Байкал-7НР [47]. Кроме датчиков (см. Фиг.1) в состав комплекса входят система 13 для сбора и регистрации данных, которая может быть кабельной или автономной беспроводной. В состав системы сбора и регистрации данных 12 входят каналы аналого-цифрового преобразования 5, 6, 7 в количестве равном общему числу использованных датчиков, накопители 8, обеспечивающие хранение собранной информации, платы беспроводного и проводного интерфейса для задания параметров сбора данных и передачи данных на компьютер, обеспечивающий их обработку. Работа комплекса, обеспечивается центральным процессором 9. Питание системы сбора и регистрации данных обеспечивается аккумулятором или другим источником 14, который может быть общим для системы сбора и регистрации данных и датчиков, входящих в состав комплекса. Необходимые уровни питающих напряжений и токов обеспечиваются специальной платой питания 11.

При практическом использовании одновременную регистрацию данных обеспечивает большое количество комплексов, описанных выше, временная синхронизация между которыми осуществляется с применением платы синхронизации 10 по спутнику или какому-то другому синхронизирующему сигналу.

Таким образом, обеспечивается возможность получить максимально полную информацию о волновом поле в точке регистрации, необходимую для практической реализации методов обработки данных, обеспечивающих разделение сейсмического сигнала на волны различных типов и обработку каждого типа волн наиболее приспособленными для этого методами. Кроме задачи разделения сейсмических сигналов (мод колебаний) полезная модель позволяет решить задачу повышения пространственного разрешения данных по методу, описанному, например в [45], а также снизить шумы измерений с использованием метода из [46].

Принцип работы комплекса основан на регистрации сейсмического сигнала, создаваемого взрывным или вибрационным источником. В свою очередь, при достижении сейсмическим сигналом, точки размещения комплекса, микрометрические перемещения грунта приводят в движение рабочую жидкость, заполняющую корпус молекулярно-электронного сейсмического элемента, заставляя ее перетекать через чувствительный электродный узел.

При возникновении в молекулярно-электронном устройстве потока электролита, при условии, что между электродами преобразующего узла подана разность потенциалов, в электродном узла создается электрический сигнал, пропорциональный скорости движения рабочей жидкости. Выходной сигнал преобразователя, представляющий собой электрический ток, преобразуется в напряжение на усилителях электроники сейсмических датчиков.

Полученный сигнал в последующих каскадах фильтруется, тем самым, уменьшается вклад в собственные шумы частотных диапазонов заведомо не содержащих полезного сигнала. Дополнительно, аналоговая электроника датчиков содержит цепи температурной компенсации, содержащую терморезисторы и изменяющую коэффициент преобразования в зависимости от температуры. Путем подбора номиналов терморезисторов обеспечивается температурная стабильность коэффициента преобразования измерительного тракта, состоящего из датчиков и электроники.

Сигнал с выхода электроники датчиков поступает на вход блока цифровой регистрации данных, где происходит его преобразование в цифровую форму. Собранные данные хранятся на локальном диске блока и используются для последующей обработки и интерпретации данных.

Предлагаемая полезная модель может найти широкое применение при проведении сейсморазведочных работ, поскольку обеспечивает снижение стоимости работ и позволяет повысить качество работ в сложных геологических условиях.

Источники информации:

1. Ампилов Ю.П. Сейсмическая интерпретация: опыт и проблемы. 2004, М., Геоинформ-марк, 278 с.

2. Федотов С. Основные тенденции развития телеметрических сейсмических систем в России и за рубежом. Нефтесервис. Февраль, 2008.

3. Heath R.G., Trends in land seismic instrumentation. The Leading Edge, July 2008, Vol.27, no.7, p.872-877.

4. Heath R.G., Land Seismic: the move towards the mega-channel. First Break, February 2008, vol.26, p.53-58

5. Рыжов А.В.: патент Рос. Федерация 2084004, кл. G01V 1/16, 2000 г.

6. Алавердов В.В., Гориш А.В., Мокров Е.А., Папко А.А. Проектирование низкочастотных акселерометров с нормируемыми динамическими характеристиками. - М.: Моск. Академия рынка труда и информационных технологий, 2001. 75 с.

7. Борисов П.А. Сейсмодатчик СД 4 // Информационно-измерительная техника: Межвузовский сборник научных трудов. - Вып. 28. - Пенза: 2003. - С.65-70.

8. http://www.inovageo.com/images/stories/resources/VectorSeis-Brochure.pdf

9. http://www.inovageo.com/images/stories/resources/Vector-fidelity.pdf

10. http://www.inovageo.com/images/stories/resources/Vector-filtering.pdf

11. Robert G Walmsley, Lennie К Kiyama, Don M Milligan, Rod L Alley, David L Erickson, Peter G Hartwell1. Micro-G Silicon Accelerometer Using Surface Electrodes IEEE SENSORS 2009 Conference, 971-974.

12. В.Homeijeri, D.Lazaroff1, D.Milligan1, R.Alley1, J.Wu1, M.Szepesi1, HEWLETT PACKARD'S SEISMIC GRADE MEMS ACCELEROMETER MEMS 2011, Cancun, MEXICO, January 23-27, 2011 585-588.

13. В.М.Агафонов, Е.В.Егоров, Д.Л.Зайцев. «Молекулярно-электронные измерители линейных ускорений. Предварительные результаты исследований»// Гироскопия и навигация. 2010. №1. С.72-80.

14. Абрамович И.А, Дараган С.К, Козлов В.А, Харламов А.В Разработка сейсмодатчиков на новых технологических принципах (молекулярная электроника). Сейсмические приборы, Вып.31. Москва: ОИФЗ РАН, 1999 г.

15. 428 XL, Sercel [2009], http://www.sercel.com/land/systems/428XL.php

16. Scorpion. Full-wave cable based land recording, ION [2009], http://www.iongeo.com/Land_lmaging/Recording_Systems/Scorpion/

17. UniQ. Land Seismic Reinvented, рекламный проспект компании WesternGeco, 2009

18. Flexible, robust land seismic system launched, JPT Online [2009],

http://www.spe.org/jpt/2008/ll/flexible-robust-land-seismic-system-launched/

19. S*Land Data Acquisition System, Seismic Instruments, Inc. [2009], http://www.seismicinstruments.com/products.html

20. Телеметрическая сейсморегистрирующая система «Прогресс-Т3», СКБ СП [2009], http://www.skbsp.ru

21. Телеметрическая сейсморегистрирующая система «Прогресс-Т155», СКБ СП [2009], http://www.skbsp.ru

22. Smith, J.F., How a new cable-less land seismic survey acquisition system was born. First Break, v.24, February 2006

23. UNITE, Sercel [2009], http://www.sercel.com/Products/land/svstems/unite.php

24. The Ultimate Portable Seismic Recording System, Vibtech [2006], http://www.vibtech.co.uk/minit features/html

25. FIREFLY. Full Wave Cableless Land Recording, ION [2009], http://www.iongeo.com/land Imaging/Recording systems/FireFlv /

26. SIGMA, i-SEIS Г20091. http://www.i-seis.com/corporate.pdf

27. wirelessSEISMIC, Wireless Seismic, Inc. [2009], http://www.wirelessseismic.com/

28. ULTRA, AscendGeo, LLC., [2006], http://www.ascendgeo.com/products home.html

29. Geospace Seismic Recorder (GSR), OYO GEOSPACE [2009], http://www.oyogeospace.com/gsr.htm

30. Сагайдачная О.М. и др. Автономные регистраторы РОСА-Адля высокоточных сейсмических наблюдений. Приборы и системы разведочной геофизики, №2(16)6 2006, стр.40-43

31. Боганик Г.Н., Гурвич И.И., Сейсморазведка. Учебник для ВУЗов. Тверь. Идательство АИС, 2006. 744 с.

32. The Next Era in Seismic Technology. ION [2009]. - URL:

http://www.iongeo.com/content/reseased/Seismic.pdf

33. Многоволновое изображение. Шаг к исчерпывающему отображению среды.

34. ION [2009].URL: http://www.iongeo.com/Russian/content/released/Seismic/pdf

35. Advance in shear wave technology, 2001, The Leading Edge vol.20, №10

36. Сыдыков К.Ж., Цимбалюк Ю.А. Инновационные технологии в современной сейсморазведке. Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири. Материалы международной академической конференции, 2009, стр.32-37.

37. Молекулярно-электронный датчик угловых движений. Заявка №2011106908. Принято решение о выдаче патента.

38. Молекулярно-электронный преобразователь углового ускорения. Патент РФ №2404436, от 14.10.2009.

39. Международный патент W02012/037292 Method to improve spatial sampling of vertical

motion of seismic wavefield on the free surface of the Earth by utilizing horizontal rotational motion and vertical motion sensor. 22/03/2012.

40. Международный патент W02012/129277 Method to separate compressional and share waves during seismic monitoring by utilizing linear and rotational multi-component sensors in arrays of shallow monitoring wells. 22/03/2012.

41. Патент США US 2010/0274489. Methods and systems for borehole seismic. 28/10/2010.

42. Международный патент W02012/015520 Seismic acquisition method for mode separation. 02/02/2012.

43. Патент США US 0212/0113748A1 Method to improve spatial sampling of vertical motion of seismic wavefields on the water bottom by utilizing horizontal rotational motion and vertical motion sensors. 10/05/2012/

44. Патент США US 2012/0250460A1 Noise attenuation using rotational data. 04/10/2012

45. Патент США US 0212/0113748A1 Method to improve spatial sampling of vertical motion of seismic wavefields on the water bottom by utilizing horizontal rotational motion and vertical motion sensors. 10/05/2012/

46. Патент США US 2012/0250460A1 Noise attenuation using rotational data. 04/10/2012

47. http://www.r-sensors.ru/l_products/baykal-7hr_ru.pdf

Claims

1. Сейсморазведочный комплекс, содержащий от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных широкополосных сейсмодатчиков линейных движений; от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных широкополосных сейсмодатчиков угловых движений; от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных датчика линейных движений и градиента давления; цифровой блок регистрации и сбора данных, отличающийся тем, что все датчики содержат в качестве рабочей среды жидкость и молекулярно-электронный чувствительный элемент, преобразующий движение жидкости в электрический сигнал.

2. Сейсморазведочный комплекс по п.1, отличающийся тем, что сейсмодатчик линейных движений датчик представляет собой изготовленный из химически устойчивого материала герметичный корпус, заполненный электролитом и содержащий сквозной канал с электродным элементом, преобразующим движение жидкости в электрический сигнал, завершающийся по своим концам упругими возвращающими элементами (мембранами), причем указанный датчик размещен в герметичном внешнем корпусе, предотвращающем прямой контакт мембран со средой, в которой распространяется сейсмический сигнал.

3. Сейсморазведочный комплекс по п.1, отличающийся тем, что сейсмодатчик угловых движений представляет собой изготовленный из химически устойчивого материала герметичный корпус, заполненный электролитом и содержащий замкнутый канал с электродным элементом, преобразующим движение жидкости в электрический сигнал.

4. Сейсморазведочный комплекс по п.1, отличающийся тем, что датчик измерения линейных движений и градиента давления представляет собой изготовленный из химически устойчивого материала герметичный корпус, заполненный электролитом и содержащий сквозной канал с электродным элементом, преобразующим движение жидкости в электрический сигнал, завершающийся по своим концам упругими возвращающими элементами (мембранами), причем указанный датчик выполнен таким образом, что при размещении его во внешней среде обеспечивается прямой механический контакт мембран с окружающей средой.