6.2. Особенности сейсмостанции «Прогресс-96»

Сейсмостанция «Прогресс-96», разработанная Саратовским СКБ сейсмического приборостоения в 1987 году, концептуально отличается от сейсмостанций ряда «Прогресс-1». Она получила новый двухканальный ПАК (для четных и нечётных каналов раздельно), что позволило регистрировать сигналы 96 каналов при шаге дискретизации t = 1, 2 и 4 мс и 48-и каналов при dt = 0.5 мс. Шаг дискретизации в 1 и 0.5 мс расширили частотный диапазон регистрируемых сигналов (до250 и 500 Гц, соответственно), что позволяло использовать сейсмостанцию в высокоразрешающей сейсморазведке (ВРС).

Коммутатор входов позволял вести регистрацию сигналов на двух линиях наблюдения одновременно.

Неотъемлемой составной частью станции стал цифровой накопитель сейсмических сигналов (НЦС). Помимо вертикального накопления слабых воздействий он выполнял функции буферной памяти большой ёмкости. В сочетании с новым устройством – коммутатором данных(КД) – он позволял гибко организовывать потоки цифровой информации.

Сейсмостанция «Прогресс-96» впервые в отечественном приборостроении была оснащена внутренней системой диагностики параметров тракта записи, включавшей в себя высокоточный генератор низкочастотных сигналов (ГНЧ), диагностический процессор (ДП) и упомянутый выше КД.

Процесс диагностирования занимал весьма малое время, его результаты могли быть оперативно выведены в табличном виде на экран видеоконтрольных устройств или зарегистрированы на магнитную ленту с целью регулярного метрологичесого контроля состояния станции. Видеоконтрольные устройства позволяли также визуализировать регистрируемую сейсмическую информацию.

Сейсмостанция «Прогресс-96В» комплектовалась коррелятором и могла работать с вибрационными источниками сейсмических колебаний.

Особенности сейсмостанции «Прогресс-96М»

Характеристики тракта записи сейсмостанции «Прогресс-96» и в настоящее время близки к мировым стандартам и широко использовалась разведочными геоф изическими организациями (было выпущено около 150 станций). В конце 90-х годов прошлого столетия стал ощутимым её основной недостаток – морально устаревшая элементная база, следствием этого был неоправданно большой объём оборудования и энергрпотребления. В 1996году в СКБ СП была разработана компьютеризированная сейсмическая станция «Прогресс-Л» и на её базе была выполнена модернизация станции «Прогресс-96», которая получила название «Прогресс-96М». Неизменной в ней сохранилась аналоговая часть тракта записи вместе с ПАК (что по объёму оборудования составляет менее 1/3 от первоначального), функции остальных устройств взял на себя персональный компьютер с включённым в его состав мощным специализированным процессором. Программное обеспечение заимствовано со станции «Прогресс-Л», которая будет рассмотрена ниже. По своим возможностям модернизированная станция близка к последней.

6.3. Сейсмостанция с линейным разделением каналов «Прогресс-л»

Сейсмостанция «Прогресс-Л» предназначена для проведения полевых сейсморазведочных наблюдений с использованием взрывных и невзрывных (импульсных и вибрационных) источников упругих колебаний. Число каналов – переменное (от 128 до 512) определяется потребностями исполнителя работ и формируется при заказе конкретной станции Изготовителю.

В процессе наблюдений могут выполняться:

• вертикальное накопление слабых воздействий;

• корреляционное преобразование вибротрасс;

• предварительная обработка сигналов;

• цифровая регистрация сейсмической записи на внешний носитель;

• визуализация сейсмической записи на экране монитора и твёрдом носителе.

Кроме того, в сейсмостанции реализованы:

• контроль основных параметров тракта записи;

• контроль уровня шумов на профиле ;

• контроль системы наблюдения.

Блок-схема сейсмостанции «Прогресс-Л»

Назначение узлов и блоков станции.

Входная панель служит для подключения многожильных кабелей («сейсми­ческих кос»), соединяющих расставленные на профиле группы сейсмоприёмников со входами СрК. Рассчитана на подключение 2N групп, где N – число СрК конкретной станции.

Коммутатор входов служит для перемещения рабочей расстановки сейсмоприёмников по профилю в соответствии со схемой наблюдения по методике многократных перекрытий. Алгоритм перемещения основан на возможности подключения входа i-того СрК к i-той или к i+N группам сейсмоприёмников и возможности изменения порядка выборки СрК при формировании сейсмограммы. Суть алгоритма легко уяснить из следующего примера:

Пусть число каналов сейсмостанции N = 128, на профиле установлено 256 групп сейсмоприемников, подключённых ко входам станции. Пусть шаг смещения рабочей расстановки сейсмоприёмников x_ПВ = 2 x_ПП (рабочая расстановка после каждого наблюдения смещается на 2 канала)

Порядковый номер рабочей расстановки	Номера сейсморегистрирующих каналов станции
	1	2	3	4	5	…..	127	128
	Номера пунктов приема в расстановке
1	1	2	3	4	5	…..	127	128
2	129	130	3	4	5	…..	127	128
3	129	130	131	132	5	…..	127	128
× × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × ×
63	129	130	131	132	133	…..	127	128
64	129	130	131	132	133	…..	255	256

Из приведённой таблицы видно, что сейсмограммы с последовательно возрастающими от трассы к трассе номерами пунктов приёма формируются путём циклической выборки СрК для первой сейсмограммы - начиная с 1-го по 128, для второй – начиная с 3-го по 2-ой, для третьей - начиная с 5-го по 4-ый и т.д. (циклический опрос СрК может быть организован с помощью кольцевого сдвигателя).

Предварительные усилители (ПУ), аналоговый фильтр (ФНЧ) служат для усиления сейсмических сигналов, поступающих от сейсмоприёмника и антиэлайсинговой фильтрации аналоговых сигналов перед их оцифровкой.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП). В сейсмостанции «Прогресс-Л» используются 4-х канальные АЦП (по одному на 4 канала). Фактически изначально формируется по-трассовая сейсмограмма, что исключает необходимость в мультиплексоре. В сейсмостанции «Прогресс-Л» отсутствует также блок МАРУ, поскольку в АЦП используется алгоритм так называемого «дельта-сигма» преобразования (-модуляторы) с разрядность с мантиссы в 22 разряда при шаге дискретизации t = 0.5 мс и 24 разряда при dt = 1, 2 и 4 мс. Это обеспечивает эффективный динамический диапазон, равный 100 и 130 дБ, соответственно. (Недостатком МАРУ являлось то, что при интерференции двух сигналов существенно отличающихся по интенсивности коэффициент усиления определялся по самому сильному сигналу, а слабый сигнал мог оказаться за пределами разрядной сетки сейсмического слова).

Контроллер блока аналогового (КБА) – процессор, осуществляющий программное управление устройствами блока и передачу информации в спец процессор сейсмостанции.

Спецпроцессор. Размещается в системном блоке управляющего компьютера сейсмостанции. В качестве центрального процессора сигналов в нём используется микросхема ADSP-2106x с быстродействием 64 Мфлоп/с (Мфлоп/с – единица измерения быстродействия вычислительных систем, 1 Мфлоп/с – 1 000 000 операций с плавающей запятой в секунду), разрядностью слова – 32 бита и внутренней памятью 256 Кбайт.

Обмен информацией с аналоговым блоком (блоками) осуществляется через схему интерфейса, обмен информацией с управляющим компьютером – по стандартной шине компьютера.

В процессе регистрации сигналов (в реальном времени!) спецпроцессор выполняет:

• обслуживание интерфейса аналогового блока (блоков) с управляющим компьютером – передача данных ведётся по-кадрам с интервалом следо­вания кадров dt = 0.5 мс;

• подавление частоты преобразования 2 кГц (низкочастотная цифровая фильтрация с полосой пропускания до 526 Гц);

• определение смещения нуля в каждом СрК;

• определение коэффициента автокалибровки для каждого СрК;

• выполнение опций «Коррекция нуля», «Автокалибровка» в каждом СрК, (если эти опции включены);

• выполнение фильтрации сигналов (ФНЧ, ФВЧ, режекторной) в каждом СрК (операторы рекурсивных фильтров рассчитываются в управляющем ком­пьютере и загружаются в спецпроцессор);

• вертикальное накопление сигналов в каждом СрК;

• корреляционное преобразование вибросейсмических сигналов (оптимальная согласованная фильтрация).

В процессе визуализации зарегистрированных сейсмограмм (из памяти спецпроцессора сразу после регистрации или из внешней памяти управляющего компьютера) выполняются:

• регулировка усиления, ФВЧ,ФНЧ и режекторная фильтрация визуализируемых сигналов;

• построение растра изображения сейсмограммы для монитора управляю­щего компьютера или термоплоттера.

Управляющий персональный компьютер осуществляет:

• интерфейс сейсмостанции с оператором;

• управление совместной работой узлов и блоков сейсмостанции во всех режимах её работы;

• регистрацию сейсмограмм на внешние носители информации, совмести­мые с персональным компьютером;

• визуализацию сейсмической, текстовой, графической информации на мо­ниторе компьютера или на твёрдом носителе (термочувствительной бумаге).

Помимо вышеперечисленных узлов и блоков для управления работой источников сейсмических колебаний сейсмостанция должна иметь:

• при работе с импульсными источниками – систему синхронизации возбуждения, осуществляющую помехозащищенный телеметрический запуск источников по команде, автоматически вырабатываемой сейсмостанцией;

• при работе с вибрационными источниками – генератор управляющего сигнала (свип-сигнал), используемый для управления излучаемым сигналом, и устройство контроля за работой вибраторов;

• радиостанцию для передачи сигналов управления источниками и связи с рабочими на профиле.

Для питания сейсмостанции используется переменный ток напряжением 220 В и частотой 50 Гц, вырабатываемый автономным генератором, возможно использование аккумуляторов, подключаемых к стандартному источнику бесперебойного питания вместо штатной аккумуляторной батареи.

Управляющая программа сейсмостанции «Прогресс-Л»

Управление сейсмостанцией осуществляется IBM-совместимым персо­нальным компьютером с помощью пакета программ, расположенного в од­ной директории. Там же располагаются и служебные файлы, создаваемые в процессе работы. Запуск пакета в работу осуществляется обращением к уп­равляющей программе с именем SYS_ST.ехе. При запуске программа осуществляет проверку наличия в памяти машины всех необходимых файлов (если какие-либо файлы отсутствуют – выдаётся сообщение на дисплей компьютера).

Открывается рабочее окно управляющей программы, в верхней строке которого расположено меню высшего уровня, содержащее три пункта:

Работа

Параметры

Диагностирование

Диалог с оператором построен по принципу многоуровенного меню – вы­бор одного из пунктов раскрывает либо меню более низкого уровня, либо открывает диалоговое окно, либо выполняется конкретная команда. Выход из программы осуществляется либо выбором пункта меню «Работа» , а в открывшемся окне – команды «Выход», либо с помощью клавишной комбина­ции [Alt + X].

«Работа»

Регистрация	Открывается рабочее окно, где в графической форме изображена расстановка сейсмоприёмников(выделены активные и пассивные каналы), местоположение сейсмостанции и пункта возбуждения, имеются виртуальные кнопки управления режимами работы сейсмостанции в процессе подготовки и регистрации сейсмограмм.
Воспроизведение	Открывается окно задания параметров воспроизведения сейсмограмм, , имеются виртуальные кнопки управления режимом воспроизведения.
Микросейсмо­каротаж	Открывается окно задания параметров регистрации в режиме сейсмокаротажа (на одну сейсмограмму последовательно записываются группы сейсмотрасс, формирующиеся в процессе отработки исследуемой скважины от стоянки к стоянке).
Рапорт	Открывается окно, позволяющее сформировать в электронной форме рапорт оператора, записатьего на внешний носитель и вывести на печать.
Выход	Прекращает работу управляющей программы.

При выборе данного пункта главного меню открывается меню управления рабочими режимами сейсмостанции:

«Параметры»

При выборе этого пункта главного меню открывается подменю управления параметрами сейсмостанции:

Конфигурация сейсмосистемы	Номер сейсмосистемы	Задаётся изготовителем, записывается в управляющую программу и автоматически заносится в этикетки сейсмограмм при регистрации.
	Канальность сейсмосистемы	Задаётся число регистрируемых каналов.
	Запись на …	Задаётся имя жесткого диска дл записи сейсмограмм
Редактор параметров	Методика работы	Все параметры регистрирующей системы сведены в группы, представленные в колонке слева. При выборе какой-либо из групп параметров открывается диалоговое окно, в котором задаются значения параметров. Все параметры сейсмосистемы (сейсмостанция + расстановка сейсмоприёмников + система возбуждения) могут быть запомнены в файле конфигурации сейсмосистемы и восстановлены путём обращения в упра­вляющей программе к соответствующему файлу конфигурации. Поэтому при начале работ на какой-либо новой площади зада­ние всех параметров не требуется – доста­точно найти файл конфигурации с близкими параметрами и отредактировать те значения, которые необходимо изменить. В пакете программ сейсмостанции имеется файл с параметрами стандартной конфигурации, который может быть взят за основу.
	Конфигурация расстановки
	Методика наблюдений
	Параметры регистрации
	Канал записи
	Методика воспроизведения
	Канал воспроизведения
	Диагностирование сейсмогруппы
	Диагностирование канала записи
	Тестовый сигнал
	Заголовок диска
	Редактор шума
Текущее положение	Открывается диалоговое окно, описывающее текущее положение сейсмосистемы: № сейсмограммы, пикет блока возбуждения, № возбуждения в блоке, пикет сейсмосистемы, параметры источника колебаний.

«Диагностирование»

Система диагностики сейсмостанции включает в себя:

• программно реализованный генератор тестовых воздействий, форми­рующий сигналов сигналы с точно известными характеристиками, которые могут быть поданы на вход сейсморегистрирующих каналов (СрК);

• программу отработки сигналов тестовых воздействий, получаемых на выходе сейсморегистрирующих каналов (диагностический процессор).

Генератор тестовых воздействий может формировать низкочастотные синусоидальные сигналы с постоянной амплитудой или с амплитудой, затуха­ющей по экспоненциальному закону, а также импульсные сигналы. Частоты сигналов могут изменяться в диапазоне от1 до 1000 Гц с шагом в 1 Гц

Диагностический процессор по характеристикам входных и выходных сигналов позволяет определять следующие параметры СрК:

• амплитудную неидентичность СрК (в меню обозначается как АНИ);

• фазовую неидентиичность СрК (ФНИ);

• коэффициент нелинейных искажений в СрК (КНИ)4

• смещение нулевого значения сигнала в СрК (См0);

• уровень собственных шумов СрК (ШУМ);

• взаимные влияния СрК в сейсмостанции (ВВ);

• уровень подавления высокочастотных синфазных помех (ПСС).

Выбор в главном меню пункта «Диагностирование» вызывает подменю управления режимами диагностирования.

Сквозной тест сейсмосистемы	Запускает процесс регистрации сейсмограммы с выбранными рабочими параметрами сейсмосистемы. На вход подаётся сигнал от генератора тестовых сиг­налов. Используется для проверки работоспособности сейсмостанции в рабочем режиме.
Одиночный тест канала	Позволяет тестировать СрК по одному из вышепе­речисленных параметров. Используется при проверке настройке аппаратуры сейсмостанции
Пакетный тест канала	Позволяет задать список тестируемых параметров. Тестирование выполняется последовательно параметр за параметром в порядке их задания. Результаты тестирования фиксируются на внешний носитель информации. Используется при периодических про­верках сейсмостанции, перечень проверяемых параметров и периодичность проверок определяются Регламентом проведения сейсморазведочных работ в конкретном геофизическом предприятии.
Функциональный тест сейсмосистемы	Используется при настройке аппаратуры.