Построение модели реального свип-сигнала, осложненного гармониками, в задаче расширения спектра сейсмической записи

Возбуждение колебаний в вибрационной сейсморазведке сопровождается появлением гармоник, т.е. волн с кратными относительно основных частотами. Традиционно их относили к помехам и пытались подавить. Однако со временем стало понятно, что гармоники могут быть использованы для расширения спектрального состава сигнала. Соответствующая методика представляет собой двухэтапную процедуру, на первом шаге которой реализуется прогнозирование поля помех. На втором шаге это поле адаптивно вычитается из коррелограммы. Придать алгоритму желаемое свойство статистической устойчивости в ситуации наличия интенсивных случайных помех можно в случае, если фильтры адаптации обладают определенными качествами.

В статье на примере реального сигнала толкающего усилия (в англоязычной литературе ground force) изучены характерные особенности фильтров адаптации и показано, что они обладают требуемыми свойствами, что позволяет использовать их при решении задачи расширения спектра сейсмической записи за счет привлечения гармоник.

Цель. Целью работы является изучение структуры операторов адаптации и их эффективной длительности, а также развитие алгоритма расширения спектра вибросейсмического сигнала за счет привлечения гармоник.

Материалы и методы. В процессе исследования использовался сигнал реального толкающего усилия, записанный при проведении сейсмического эксперимента, а также виброграммы, полученные на двух различных участках. Методы изучения сигнала и виброграмм подразумевают использование различных приемов цифровой фильтрации. Также применяется метод оптимальной рекурсивной фильтрации, позволяющий отделять волновое поле, связанное с основным свип-сигналом, от волновых полей, связанных с гармониками.

Результаты. Результатом работы является сделанный вывод о малой эффективной длительности фильтров адаптации, что позволяет использовать их при решении задачи расширения спектра сейсмической записи.

Заключение. Разделение сейсмической записи, связанной со свип-сигналом основного тона, и записей, связанных с гармониками, оказывается возможным благодаря тому, что фильтры адаптации имеют простую форму и малую эффективную длительность. После разделения волновых полей появляется возможность использования гармоник для расширения спектра сигнала, что позволяет повысить разрешенность записи, а также увеличить детальность последующих глубинных построений.

1. Денисов М.С., Шнеерсон М.Б. Использование гармоник для расширения спектрального состава волн в вибрационной сейсморазведке. Часть 2 // Технологии сейсморазведки. — 2017. — № 3. — С. 36–54.

2. Денисов М.С., Шнеерсон М.Б. О природе гармоник в вибросейсмическом методе разведки и возможности их использования для расширения спектра сигнала // Геофизика. — 2018. — № 3. — С. 24–27.

3. Денисов М.С., Егоров А.А., Шнеерсон М.Б. Опробование алгоритма оптимизационной рекурсивной фильтрации для подавления гармоник на модельных и полевых коррелограммах // Геофизические технологии. — 2019. — № 2. — С. 54–66.

4. Denisov M.S., Egorov A.A., Kurin E.A., Shneerson M.B. Vibroseis harmonic noise elimination based on optimized recursive fi ltering // 81st EAGE Conference and Exhibition. Extended Abstracts. — 2019. Pp. 1–5.

5. Denisov M.S., Egorov A.A., Shneerson M.B. Optimization-based recursive fi ltering for separation of signal from harmonics in vibroseis // Geophysical Prospecting. — 2021. — Vol. 69. — № 4. — P. 779–798.

6. Wei Z. A new generation low frequency seismic vibrator // 85th SEG Ann. Mtg., Expanded Abstracts. — 2015. — P. 211–215.

7. Zhukov A., Korotkov I., Nekrasov I., Galikeev T., Sidenko E. Real-time adaptive broadband seismic acquisition // 78th EAGE Conference and Exhibition, Expanded Abstracts. 2016. Pp. 1–5.

8. Ведерников Г.В., Максимов Л.А., Жарков А.В. Исследование кратных гармоник вибросигналов // Геофизика. — 2001. — Спецвыпуск к 30–летию «Сибнефтегеофизики». — С. 33–38.

9. Денисов М.С., Егоров А.А. Построение модели вибросейсмического сигнала, осложненного гармониками // Геофизические технологии. — 2019. — № 1. — С. 72–83.

10. Денисов М.С., Егоров А.А. Оптимизационная рекурсивная фильтрация как способ подавления гармоник в методе вибросейс // Геофизические технологии. — 2019. — № 2. — С. 23–53.

11. Денисов М.С., Зыков А.А. Совершенствование алгоритма адаптивного разделения вибросейсмического сигнала и его гармоник с учетом наличия аддитивных помех повышенной интенсивности // Геофизические технологии. — 2022. — № 1. — С. 49–75.

12. Рапопорт М.Б. Вычислительная техника в полевой геофизике. М.: Недра, 1993. — 352 с.

13. Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1990. — 584 с.

14. Робинсон Е., Трейтел С. Цифровая обработки сигналов в геофизике / В кн. Применение цифровой обработки сигналов. Под ред. Э. Оппенгейма. М.: Мир, 1980. — С. 486–544.

15. Джиган В.И. Быстрый многоканальный RLS-алгоритм с регуляризацией и стабилизацией // Электроника (Известия вузов). — 2004. — № 1. — С. 83–90.

16. Ягудин И.Р., Гафаров Р.М., Сираев И.А., Ахтямов Р.А. Влияние нелинейных искажений на качество полевых данных в вибрационной сейсморазведке // Геофизика. — 2022. — № 4. — С. 58–63.

17. Rozemond H.J. Slip-sweep acquisition // 66th SEG Ann. Mtg., Expanded Abstracts. — 1996. — P. 64–67.

18. Жуков А.П., Шнеерсон М.Б. Адаптивные и нелинейные методы вибрационной сейсморазведки. М.: Недра, 2000. — 100 с.

19. Никитин А.А. Статистические методы выделения геофизических аномалий. М.: Недра, 1979. — 280 с.