Módszertani fejlesztés. Szeizmikus mérés és feldolgozás

Témavezető: Dr. Scholtz Péter
E-mail: scholtz.peter@mfgi.hu
Cím: 1145. Budapest, Columbusz u. 17-23.
Telefon: (+36-1-)2524999/176
 

A 2006-2009 között futó ASAP, EU finanszírozású projekt, illetve a 2010-es szeizmikus módszertani téma keretében végzett kutatás eredményeire támaszkodva folytattuk a reflexiós mérési módszerek és az adatfeldolgozási eljárások fejlesztését. A cél a nagy produktivitású és/vagy magas minőségi követelményeket kielégítő adatgyűjtési és feldolgozási eljárások kidolgozása. A kutatott részterületek: szeizmikus szimultán rezgéskeltés és jelszétválasztás; vibrátor okozta rezonancia-hatás csökkentése. A vibrátorjelek tulajdonságai alapvetően meghatározzák a használható mérési módszereket. A szimultán rezgéskeltés és az adatfeldolgozás során a jelszétválasztás időben nem korreláló jelek, vagy időben szétválasztott jelek alkalmazását igényli. Hasonlóan fontos a jelalak is, melyet elméletileg a vibrojel autokorrelációja jellemez, vagy az esetlegesen ismert forrásjellel történő determinisztikus dekonvolúcióval áll elő. A pszeudo-random jelek érdekes alkalmazási területe lehet ez a mérési eljárás csoport, mert a gerjesztő jel megfelelő megválasztásával jó jelszeparáció biztosítható. További előny a rezgésérzékeny épületek közelében történő rezgéskeltés, hiszen kisebb rezgésterhelést váltanak ki. 

A pszeudo-random jelek előállításához a szimulált hűtés (Simulated Annealing) globális optimalizációs eljárást használjuk. Az eljárás viszonylag gyors konvergenciát biztosít, viszont egy-egy ciklus során több Fourier transzformáción alapuló eljárást is alkalmazni kell (autokorreláció, szűrés, stb.), így fontos a gyors algoritmusok használata, illetve az alkalmazott eljárások számának csökkentése. Egy gyakorlatban is használt 16 sec hosszú vibrojel előállítása akár 24 órás futási időt is felemészthet egy normál PC-n való futtatás során. Az optimalizációs célok függvényében sikerült az eddig alkalmazott Matlab kódok javítását elvégezni (pl. autokorreláció, kersztkorreláció gyorsítása néhány ellenőrzési funkció kiiktatásával, stb.). Néhány esetben akár feleződő futási időt sikerült elérni.

A szimulált hűtés módszer a költségfüggvény minimalizációját végzi. Az optimalizációs célok megfogalmazását függvény formában kell megadni. Eddig a következő célokat fogalmaztuk meg és konvertáltuk át költségfügvénnyé:

  • minimális/maximális keresztkorreláció bizonyos frekvenciatartományban,
  • minimális autokorrelációs mellékmaximumok,
  • maximális autokorrelációs főmaximum.

Ezeket a költségfüggvényeket teszteltem is és számos vibrojelet állítottam elő, analizáltam viselkedésüket és igazoltam, hogy az elvárt tulajdonságokkal rendelkeznek.

A vizsgálatok azt sugallják, hogy például lehetséges olyan vibrojel pár előállítása, melynek tagjai bizonyos időkapuban és bizonyos frekvencia intervallumban jól korrelálnak, azon kívül pedig nem. Ennek a lehetőségnek ott van jelentősége, ahol több vibrátor, vagy vibrátor csoport egyidejűleg működik, de az általuk keltett szeizmikus hullámok reflexióit külön akarjuk választani a felbontás növelése érdekében. Ezt célszerűen csak a nagyobb frekvenciákon szükséges megtenni, a kisebb frekvenciák úgyse olyan nagy felbontóképességűek.

Az autokorrelációs mellékmaximumok csökkentése is lehetséges, akár 2 nagyságrenddel is, annak ellenére, hogy az autokorrelációs főmaximum értéke még növekszik is a hagyományos véletlen szám generátor által létrehozott vibrojelhez képest. Itt még további munka szükséges.

1. ábra. Keresztkorrelációs függvények a két számított vibrojel között. Pirossal a nagyfrekvenciás, feketével a kisfrekvenciás tartomány látható.
 
Egy koppenhágai konferencián a KAUST egyetem képviselőivel megbeszélést folytattam a szeizmikus módszerfejlesztési témakör eredményeivel való részvételünkről „CO2 elhelyezés monitorozásának pályázatában”, korábban sikertelen lett, de most újabb beadást tervezünk. A munka folyamatban van, amennyiben lesz felhívás, mi szerepelünk a konzorciumban.