数字地震检波器设计
山东大学
硕士学位论文
数字地震检波器设计
姓名：祁见忠
申请学位级别：硕士
专业：控制理论与控制工程指导教师：曹立军
20110522
地震勘探在海洋石油勘探中的基本原理
地震勘探在海洋石油勘探中的基本原理
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本科生课外研学任务书及成绩评定表 题目＿_地震勘探在海洋石油勘探中的基本原理学生姓名＿___ 黄邦毅_________＿＿__＿__ 指导教师＿＿＿_ 严家斌___＿_＿＿＿__＿_ 学院_＿＿_ 地信院_＿＿_____________ 专业班级_＿＿地科0９0１__________＿____
地震勘探在海洋石油勘探中的基本原理 一、引言 国内外的勘探实践表明,没有物探技术的进步，就没有更多圈闭的发现,就没有钻探成功率的提高,也就更不会有油田和储产量的快速增长。宏观看，物探的作用在勘探阶段是客观的目标评价,在开发阶段是精细的油藏描述。因此，油气勘探开发离不开地震技术和地震技术的进步与发展。如果说勘探技术是石油工业的第一生产力，那么物探技术就是获得油气储量的第一直接生产力。 纵观近些年的勘探技术的具体运用，最常见的莫过于地震勘探，所谓地震勘探就是通过人工方法激发地震波,研究地震波在地层中传播的情形,以查明地下的地质构造,为寻找油气田或其它勘探目的服务的一种物探方法! 21世纪是海洋的世纪,海洋蕴藏着很多宝贵的资源，随着生产技术的日趋进步，世界各国(包括中国在内)目前都在积极寻求开发海洋资源，在海洋的勘探开发中离不开物探，而且运用最广泛也最有效的是地震勘探。 二、海洋地震勘探 在茫茫大海里寻找石油最有效的技术方法是地球物理方法,其中主要是地震勘探方法。近几十年来,随着电子计算机的广泛应用,海洋地震勘探的数据采集和装备得到了极大的改进，数据处理技术和解释方法也得到迅速的发展。在油气勘探中,利用地震资料不仅能确定地下的构造形态、断裂分布，而且能了解地层岩性、储层厚度、储层参数甚至能直接指示地下油气的存在。在油气开发中，地震资料同测井、岩芯资料以及其它地下地质资料相结合能对油藏进行描述和监测。地震技术远远超出了石油勘探领域，已向石油开发和生产领域渗透。 用于寻找海上石油的地震反射法，和陆地的地震反射法相比,在方法基本原理、资料处理和解释方法等方面基本上是一样的。其中， 测量原理 在这类方法中，地震波在介质中传播的物理模型如图1所示。从震源O激发出的弹性波投射到反射界面上产生反射波,其条件是:入射角α等于反射角β。能
五种地震检波器
五种地震检波器 地震检波器是一种将机械振动转换为电信号的地震勘探专用振动传感器，是槽波地震勘探仪器中接收地震信号的个器件，它的性能会影响地震勘探结果。煤矿井下地震信号的信噪比较低、波形场复杂、地震勘探条件复杂，因此研制针对于槽波地震勘探的检波器非常重要。 实际勘探中应用为广泛的地震检波器为动圈式地震检波器。随着技术和方法的不断创新，检波器类型越来越丰富。我国开展了许多针对地震检波器的应用研究和试验工作，研究了三分量MEMS地震检波器、光学地震检波器、压电式地震检波器、电化学地震检波器等新型检波器。 1、动圈式地震检波器 根据资料显示，大部分槽波勘探都是使用动圈式地震检波器，它属于速度型地震检波器。在使用动圈式地震检波器进行槽波地震探测时，经常检测到一种频率为400Hz的形似自激振荡或感应干扰的现象。经研究发现，它是由于两分量速度检波器中检波器芯体的高频谐振引起，术语称之为检波器二次谐振。速度检波器的二次谐振属于机械谐振范畴，二次谐振现象在各种型号的动圈式地震检波器产品上都存在。对于精度要求较高的槽波地震勘探而言，这种高频谐振就变得十分有害而不容忽视。对于检波器的二次谐振现象，可以改用加速度检波器芯体，这样可以从根本上解决这个问题。 2、光学地震检波器 光学地震检波器主要是利用光波敏感元件的特性研制的，根据传感机理的不同可以分为强度调制型、光纤光栅型、马赫–曾德尔干涉型、迈克尔逊干涉型、萨格纳克干涉型、法布里珀罗干涉型、光纤激光型以及光栅型等，各种类型的光纤地震检波器研究取得了不少实验室及实际应用成果。光学检波器具有灵敏度高、安全可靠、频带宽、动态范围大、适应性强等优点。光学检波器有较强的抗电磁干扰能力，是未来地震检波器有可能采用的主要技术之一。但光学检波器制作工艺难度大、成本高，目前广泛应用于井下槽波地震勘探尚有难度。 3、电化学地震检波器 电化学地震检波器是利用电化学原理，将振动信号转换为电信号的检波器。
地震勘探检波器原理和特性及问题分析.
地震勘探检波器原理和特性及问题分析2010-07-19 在地震勘探工作中,由于对检波器的原理和性能了解和认识得不够,致使在检波器的选择和使用上存在着一些不当之处,不清楚检波器的.参数与响应特性之间的关系,以及这些参数对地震信号的影响,在检波器使用和对比时往往针对性不强.为此,从检波器的振动力学原理入手,分析了位移、速度和加速度3种类型检波器的频率响应特性,并阐述了检波器不同的机电转换原理;在此基础上,深入分析了检波器的特性参数对地震信号的影响以及地震勘探对检波器性能和参数的要求.根据地震勘探中地震波冲击振动信号的特点,认为具有频率范围宽、动态范围大、失真度小、灵敏度高、检波器允差小等特点的检波器才能满足地震勘探的需要.同时,对目前检波器使用中的一些做法进行了探讨,尤其是检波器对比试验中存在的问题.综合分析认为,只有掌握了检波器的原理、性能和参数,才能正确地选择和使用检波器. 作者：吕公河 Lv Gonghe 作者单位：中国石油化工集团公司胜利石油管理局地球物理物探开发公司,山东东营,257100 刊名：石油物探 ISTIC PKU 英文刊名：GEOPHYSICAL PROSPECTING FOR PETROLEUM 年，卷(期)： 2009 48(6) 分类号：P631.4 关键词：地震检波器检波器性能特性参数振动系统机电转换原理频率响应特性seismic geophone geophone performance characteristic parameters vibration system electro-mechanical transform principle frequency response characteristics
地震采集数字检波器与模拟检波器差异分析
地震采集数字检波器与模拟检波器差异分析 发表时间：2008-12-16T16:04:18.780Z 来源：《中小企业管理与科技》供稿作者：石影君刘绍新樊立新 [导读] 摘要：地震勘探中，新型数字检波器具有频宽、动态范围大特点。与模拟检波器对比，剖面信噪比和层间信息均好于模拟检波器，而全频和扫描记录上数字检波器信噪比略低；主要由于数字检波器采用单只接收，环境噪音的压制不好限制了动态范围的发挥。关键词：数字检波器模拟检波器地震采集方法 摘要：地震勘探中，新型数字检波器具有频宽、动态范围大特点。与模拟检波器对比，剖面信噪比和层间信息均好于模拟检波器，而全频和扫描记录上数字检波器信噪比略低；主要由于数字检波器采用单只接收，环境噪音的压制不好限制了动态范围的发挥。 关键词：数字检波器模拟检波器地震采集方法 目前地震采集应用的模拟检波器性能滞后于地震仪的发展，动态范围相差很大，检波器动态范围一般60dB，仪器可达到120dB以上。二者动态范围不匹配严重制约着地震资料品质的提升。近年来，新型数字检波器开发成功，提供了较大动态范围记录工具，随着应用方法的探索必将得到广泛应用。 1、数字检波器与常规检波器参数对比数字检波器是利用MEMS技术的加速度传感器；与此对应的称为常规或模拟检波器。 模拟检波器性能指标主要指标有自然频率、阻尼系数、灵敏度、谐波失真、假频等；参数有直流电阻、阻抗、噪声、漏电、极性；其它物理参数还有悬体质量、线圈最大位移、允许倾斜角度等。检波器幅频响应是高通的。数字检波器陡度比动圈式增加了6dB，其高频补偿作用优于动圈式检波器。 检波器自然频率有10、14、28、40、60和100Hz等;灵敏度一般在0.3-0.6v/cm/s；谐波失真一般为0.2%或0.1％，而超级检波器失真系数达0.02%；假频对有效频带有效波产生影响时使地震信号产生畸变。目前检波器假频已从150Hz扩展到250-350Hz左右。谐波失真影响接收动态范围。检波器谐波失真(0.2%)远大于仪器谐波失真(0.0003％)。一般以检波器谐波失真为主要标准。 数字检波器与常规检波器相比有如下特点: （1）频带宽度：频率响应上数字检波器从高到低几乎是一直线，是线性的。高频端可达到500HZ以上，在500-800HZ之间也可以得到满意的响应，只是指标略有降低，而常规检波器只有350HZ以内，超过350HZ产生寄生震荡，不能记录比较真实的地震信号。 在低频端，数字检波器在3HZ以上都有较好的响应，而常规检波器在自然频率以下，以每倍频程12dB进行压制。按此标准数字检波器的低频端有更好的响应。 （2）相位特性:数字检波器基本上为一直线，相位延迟很小，常规检波器都会有相位延迟，而且随着频率的增大而增加，这对于高频成份记录不利。 （3）动态范围:界定主要依据谐波畸变大小。通常是指记录信号变化能力。数字检波器总的动态范围为90dB，而常规检波器畸变指标一般为0.2%（54dB)。 数字检波器的上述指标均优于模拟检波器。 2、数字检波器与常规检波器参数实测参数对比 (1)谐波畸变:模拟检波器畸变理论值为54dB左右，数字检波器为90dB。理论动态范围以外的数据不再准确，不能反映真实情况，可以认为可记录总的动态范围是由仪器决定的。 模拟检波器的畸变一般小于0.1%，动态范围一般60-74dB之间。从这一数字看出，模拟检波器大部分应该高于理论动态范围。但比数字检波器动态范围低。 (2)总动态范围:为考察检波器总动态范围，采用样点值计算方法，选取记录中最大值和最小值进行比较。两种检波器最大值、最小值基本接近，与仪器给定参数接近。说明总动态范围更多受仪器制约。 (3)瞬时态范围:瞬时动态范围指同一样点记录最大信号和最小信号的比值。数字检波器对弱信号反应能力比常规略强。 通过上述分析可以得到如下结论:数字检波器在参数特性方面优于模拟检波器，实测结果支持这一结论，这些参数更多体现在对震动更加真实地记录上。动态范围与畸变有关，较大的动态范围对于提高高频弱小信号能量是非常重要的。 3、数字检波器与常规检波器单炮资料对比 （1）单炮资料分析:分析环境噪音情况，数字检波器干扰明显强，但数字检波器对保护高频信息有利。全频记录上，各层层次都较好，前者干扰相对较强。BP（70，140）Hz扫描常规检波器较好，T2层能量强，连续性好，数字检波器T2层能量较弱，连续性较差。BP（50 100）Hz、BP（60 120）Hz和BP（80 160）Hz扫描结果相近。还可以看出数字检波器抗50Hz干扰能力强。 扫描记录上，模拟检波器组合略好，有效波信噪比高。考察数字检波器好坏不仅要考虑更高的频率段，而要考虑施工方法进一步更新，同时进行单炮和剖面处理综合分析，处理过程中注意保护高频成份。 （2）频谱分析:随机干扰分析：模拟检波器的频谱50Hz干扰较强，数字表现出明显的抗50Hz干扰能力。面波分析：面波频谱对比主频基本一致。目的层（T1）频谱:在BP（90 180）Hz频带内数字检波器单只接收比模拟检波器串组（9只）主要目的层上信噪比弱，低大约 10Hz,但从频谱分析看，在高频段与主频段能级差大约40dB，在高于100Hz频带内，高频信息能量大于环境噪音0-20dB。 频谱分析结论：从整道频谱看数字检波器较好。各层主频基本相近。频带宽度：数字检波器宽。在低频段：0-10Hz之间相近；从10Hz到主频段，数字检波器相对能量好于模拟检波器。在高频段：高频能量数字比模拟高。综合分析，数字检波器总的频带宽度较模拟检波器宽。 通过单炮分析，全频记录模拟检波器信噪比较高，层次清晰，数字检波器层次虽较清晰，但干扰比较强。扫描记录：模拟检波器相对较好。数字检波器记录虽然频率高，但扫描记录信噪比较低。频率分析：数字频带宽。抗50Hz干扰：常规检波器没有此能力。 基于以上分析，从信噪比看模拟检波器特性好于数字检波器；频率分析方面数字检波器好于模拟检波器。单炮记录分析由于存在组合的影响使得在压制干扰方面二者产生不同。因此单炮扫描分析存在着信噪比问题，而不是纯粹频率问题。分析数字和模拟检波器不能只看单炮，而应该结合剖面一起分析。 4、数字检波器与常规检波器剖面对比分析 剖面对比分析：深层信噪比由低向高排列顺序为：模拟检波器组合，数字检波器，模拟检波器团放。中浅层信噪比（T2以上）由低向高顺
地震检波器与其发展趋势
地震检波器及其发展趋势 一、概念 地震检波器（Seismometer）是用于地质勘探和工程测量的专用传感器，是一种将地面振动转变为电信号的传感器，或者说是将机械能转化为电能的能量转换装置，核心作用是采集地震数据。 二、分类 常规地震检波器有磁电、涡流、压电、压阻式; 新型的有：MEMS（微电子机械系统）式得数字检波器、FBG检波器。 后者与常规的相比具有高频响应好、动态围宽、抗电磁干扰，灵敏度高的特点，因此是未来检波器发展的主流。 三、特性参数 阻尼；失真度；灵敏度；自然频率；线圈电阻；带宽。 考虑到地震信号具有：动态围大，频率围宽，速度变化快，背景噪音多等特点。因此就要求地震检波器具有：分辨视角广，频率响应好，线性度高，抗干扰能力强等属性。 四、常规检波器 1.磁电检波器：目前陆上地震勘探普遍使用电动式检波器。
（1）原理：电磁感应原理 利用上、下两个线圈绕制在铝制线圈架上，组成一个惯性体，由弹簧片悬挂在永久磁铁产生的磁场中，永久磁铁与检波器外壳固定在一起。当检波器外壳随地面震动时，引起线圈相对于永久磁铁运动，两线圈产生感应电动势，随着检波器外壳振动的大小变化，感应电动势也随之变化，速度越大，感应电势也大，检波器震动时，在检波器的输出端输出相应的电信号，传输给地震仪器。 （2）两个线圈的接法应满足：在绕制线圈时，一个线圈正绕另一线圈反绕，并把上线圈的终端与下线圈的起端联在一起（反向连接），把上下线圈的另外两个端头做为输出端。当线圈相对磁钢运动时，由于两线圈的磁场方向相反，所以连接的两线圈的感应电势是同向相加的。对于外界磁场干扰，反向连接的两线圈的感应电势是反向抵消的，这样就提高了抗干扰能力。 （3）优缺点：永磁体由于受温度、地磁影响大、易氧化且磁场不稳定，地震检波器的灵敏度低、稳定性及重复性差。现场工作量大，自然频率选择较多、需要大量的检波器组合，排列复杂，强度大。实际的探测工作中,地质勘探人员需要携带大量的测量器材,特别是布设探测器阵列时,沉重的电缆和众多的
第二章 地震检波器
1 第二章 地震检波器 地震检波器是把传输到地面或水中的地震波转换成电信号的机电转换装置，它是野外地震数据采集的关键部件。 第一节 电动式地震检波器 工作原理：当地震波到达地面引起机械振动时，线圈对磁铁作相对运动而切割磁力线，根据电磁感应原理，线圈中产生感生电动势，且感生电动势的大小与线圈和磁铁的相对运动速度成正比。 图2-2 检波器内各部分的运动关系 图2-2 检波器内各部分的运动关系 图2-1（a ）电动式检波器基本结构 图2-1（b ）电动式检波器外形
2 一、运动方程的建立 运动方程反应的是检波器线圈运动与地面运动的关系。 规定： z ——地面产生的向上位移 y ——线圈框架（惯性体）的向上位移 x ——线圈相对磁铁的向下位移（x ＜0） ，并且： y z x =+ 1．弹簧克服惯性体重力后的拉力K F K F k x =- （2-1） 2． 线圈受到的电磁阻尼力 根据法拉第电磁感应定律，线圈两端输出的电动势为 dt dx s dt dx dx d n dt d n e ?=?==φφ dx d n s φ =称为机电转换系数，也叫空载灵敏度。线圈中的感应电流为：c o e e i R R R = =+ 式中c R 是线圈内阻，o R 是线圈负载电阻。感应电流受到的电磁力L F ： dt dx R s R e s i dx d n F L ?-=?-=?-=2φ （2-2） 3． 铝制线圈框架受到的电磁阻尼力 当圆筒形铝制线圈框架在磁场中运动时，线圈框架内将产生涡电流。涡电流产生涡旋磁场，此涡旋磁场与永久磁场相互作用的结果也是阻止线圈框架的运
地震检波器及其发展趋势
地震检波器及其发展趋势
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地震检波器及其发展趋势 一、概念 地震检波器(Seｉsmometｅｒ）是用于地质勘探和工程测量的专用传感器,是一种将地面振动转变为电信号的传感器,或者说是将机械能转化为电能的能量转换装置,核心作用是采集地震数据。 二、分类 常规地震检波器有磁电、涡流、压电、压阻式； 新型的有:MEＭＳ（微电子机械系统）式得数字检波器、FBG检波器。 后者与常规的相比具有高频响应好、动态范围宽、抗电磁干扰，灵敏度高的特点，因此是未来检波器发展的主流。 三、特性参数 阻尼;失真度;灵敏度；自然频率；线圈电阻；带宽。 考虑到地震信号具有:动态范围大,频率范围宽，速度变化快,背景噪音多等特点。因此就要求地震检波器具有：分辨视角广，频率响应好,线性度高,抗干扰能力强等属性。? 四、常规检波器 1．磁电检波器：目前陆上地震勘探普遍使用电动式检波器。 （1）原理:电磁感应原理 利用上、下两个线圈绕制在铝制线圈架上，组成一个惯性体,由弹簧片悬挂在永久磁铁产生的磁场中,永久磁铁与检波器外壳固定在一起。当检 波器外壳随地面震动时，引起线圈相对于永久磁铁运动,两线圈产生感应 电动势，随着检波器外壳振动的大小变化,感应电动势也随之变化,速度越 大,感应电势也大，检波器震动时,在检波器的输出端输出相应的电信号，传输给地震仪器。
（2）两个线圈的接法应满足：在绕制线圈时,一个线圈正绕另一线圈反绕，并把上线圈的终端与下线圈的起端联在一起(反向连接）,把上下线圈的另外两个端头做为输出端。当线圈相对磁钢运动时,由于两线圈的磁场方向相反，所以连接的两线圈的感应电势是同向相加的。对于外界磁场干扰,反向连接的两线圈的感应电势是反向抵消的,这样就提高了抗干扰能力。 (3）优缺点：永磁体由于受温度、地磁影响大、易氧化且磁场不稳定,地震检波器的灵敏度低、稳定性及重复性差。现场工作量大，自然频率选择较多、需要大量的检波器组合，排列复杂，强度大。实际的探测工作中,地质勘探人员需要携带大量的测量器材，特别是布设探测器阵列时,沉重的电缆和众多的探测器令人不堪负荷。而探测地点又常在深山大林之中，工作量大，同时,检波器电缆易受外界电磁场的干扰,影响数据的可靠性。 2.涡流检波器 （1）原理:涡流检波器内部结构与普通电动式检波器不同,是一种加速度检波器,当地震反射波到达地面时，检波器外壳被机械振动所驱动，活动铜环相对永久磁铁便产生相对运动,在活动铜环内产生涡流，涡流又产生次生的涡旋磁场,它使固定的线圈产生感生电动势和电流。 (2)优缺点：活动的惯性体与输出端没有电连接，可以大大提高检波器的可靠性,并且感应电动势随频率的增加按６dB／ocｔ斜率上升，这种特性可以部分补偿地震信号因大地吸收衰减而造成的高频损失,有利于高频信号。涡流检波器虽然能提升高频信号,但它的灵敏度与常规检波器的灵敏度相比较太低,且成本较高，在实际工作中不常使用。 ３.压电式检波器?