数字检波器在溱潼凹陷中的应用

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【摘 要】数字检波器与模拟检波器相比具有频带宽、动态范围大、灵敏度高、抗电磁干扰能力强等优点。数字检波器突破了模拟检波器的工作原理，它充分运用了现代高新技术和新型材料，使地震检波器的性能得到极大提高，应用领域得到全面拓展。在溱潼凹陷利用数字检波器，有效提高了分辨率及主频对提取层间弱小反射信号、为储层描述寻找岩性油气藏提供了较高质量的原始资料，较好地完成了地质任务

【关键词】地震勘探；数字检波器；溱潼凹陷

前言

作为地震数据接收环节的第一道门槛， 地震检波器一直是获取高质量地震数据的关键， 为此人们不断地追求性能更加完善的地震检波器。目前勘探市场应用的检波器种类繁多， 就地震检波器输出信号的特征而言， 可分为模拟地震检波器和数字检波器，数字检波器是高分辨率地震勘探的首选检波器。

1 工作原理差异分析

地震检波器是将振动信号转换为电信号的一种传感装置， 其核心作用就是采集地震数据。地震信号具有动态范围大、频率范围宽、速度变化快， 背景噪声强等特点， 因此地震检波器必须具有分辨视角广、频率响应好、线性度高和抗干扰能力强等属性。这也是人们一直追求地震检波器低失真、频率响应范围宽、灵敏度高和噪声小等的内在原因。目前勘探市场上应用的检波器多种多样， 从输出信号特征来分有2 类， 即模拟检波器和数字检波器。

1.1 模拟检波器（动圈式）

模拟检波器是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。当检波器锥体随地面震动时，引起线圈相对于永久磁铁运动，两线圈产生感应电动势，感应电动势的大小随检波器外壳振动而变化，震动幅度越大，感应电动势越大，反之亦然。随后在输出端输出相应的电信号传给记录仪器。模拟检波器自然频率的大小，主要取决于弹簧片的材料强度，强度越大，频率越高。

模拟地震检波器主要存在以下几方面的问题：瞬时动态范围与地震信号不匹配，频率响应范围小，体积和重量仍是施工困难因素，自然频率和组合方式过多，抗电磁感应能力差等，现阶段模拟检波器的失真度指标能达到万分之一就是极限。

1.2 数字检波器（DSU1）

工作原理与模拟检波器完全不同， 428单分量数字检波器采集的信号本身就是数字信号，不需要模数转换。它是基于微电子机械系统（MEMS）技术，采用电容式，工作中通过检测两边电容量的变化调整加电的大小，使质量体平衡，而加电的大小则反映了振动的大小，直接以电信号平衡重力变化原理来感应地震波信号，其质量悬挂系统采用在单晶片上通过MEMS加工形成微米级弹性膜。

从数字检波器与模拟检波器在结构和工作原理上看数字检波器具有很多的特性和优点：

（1）数字检波器的结构采用的是采集站和检波器集成一体的方式，与常规的模拟检波器相比，它故障率低、体积小、质量轻、携带方便。在野外生产中不但可以节约人力更重要的是可以加快施工进度。

（2）在资料采集方面，数字检波器的传感器直接输出的是24位一个点的数字信号，确保记录仪器采集到高保真、高分辨率的资料。

（3）由于数字检波器没有模数转换过程，所以它采集的资料无串音和高压线产生的电磁干扰。

近几年， 数字检波器投放市场， 并应用于多种勘探领域， 如常规地震和多波多分量以及VSP 采集等。与模拟检波器相比， 数字检波器有动态范围大、失真度小、频率响应宽、等效输入噪声小和最大输入信号强等优点， 利于弱小信号的接收，更适用于高分辨率采集。

2 性能指标对比分析

（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，频率响应范围在0～800 Hz，在高频端500-800HZ之间也可以得到满意的响应，振幅畸变不超过±1%如（图1），时间畸变不超过±20vs。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， MEMS的谐振频率远远高于地震波频带（1 kHz），这个性能使其记录10 Hz以下的频率成分不衰减。

（2）相位特性：数字检波器在0～800 Hz范围内的相位响应是基本相同的基本上为一直线如（图2），相位延迟很小。而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：通常是指记录信号变化能力与畸变有关。数字检波器总的动态范围为90dB，而常规检波器一般为70dB。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。所以说数字检波器更适宜记录强噪音背景下的弱信号。

结论：数字检波器的上述指标均优于模拟检波器。

3 在溱潼地区的应用情况

为了进一步了解第二代单分量数字检波器的特性以及和模拟检波器的区别，我们在苏北做了两种检波器的对比试验。

3.1 数字检波器与常规检波器单炮资料对比

从环境噪音分析来看，常规检波器要好于数字检波器。因为常规检波器把采集的模拟信号转换为数字信号时，采集的记录要滤除噪声，因此，曲线较为漂亮。但这种地震技术有致命的缺点。一是野外组合采集数据保真度难以保障；二是在模拟信号转换为数字信号的过程中会丢失有效信息，造成一定的信号失真。虽然数字检波器干扰明显大，但数字检波器对保护高频信息有利。本次数字检波器单炮信噪比低，两种检波器都获得了不同深度的有效反射波组，面貌上来看数字检波高频成份丰富。从整个单炮频谱来看数字检波器采集的数据高频成分能量强，频带宽。

3.2 数字检波器与常规检波器剖面对比分析

数字检波器在断裂附近和层间信息等方面具有明显优势，具有分辨率高，频带宽，高频有效反射丰富，振幅保真性好等优点，虽然从单炮看数字检波器资料信噪比不如模拟检波器，这是噪音影响。

在单炮记录上不能清晰观察到的特征，在叠加剖面上数字检波器不论从信噪比还是构造细节描述都好于模拟检波器，数字检波器对构造细节描述稍好于模拟检波器，数字检波器断点更清晰，信噪比相对常规检波器低。

4 结论

（1）通过以上实际资料的分析认为， 数字检波器动态范围大， 频率响应宽， 失真度小，具有较强的信号接收能力， 尤其是接收弱小信号的能力，从接收的原始资料来看，数字检波器高频成分明显比模拟检波器丰富。

（2）模拟地震检波器最难突破的技术指标是失真度， 其关键原因就在于电磁感应式检波器的原理结构。另外模拟检波器动态范围小， 频率响应窄，拾取弱小信号的能力差， 使高分辨率勘探受到采集方面的限制。从获取的剖面效果来看，数字检波器对层间弱反射的接收效果要优于模拟检波器，这与数字检波器的瞬时动态范围大有关。因此从勘探目的层埋深来考虑，数字检波器对中浅目的层勘探具有更为明显的优势。

（3）检波器类型的选择应考虑勘探的地质目标和对资料分辨率的要求。一般来讲用于岩性和小幅度构造的勘探， 对资料的分辨率和振幅的保真度要求较高， 应选用动态范围大， 拾取弱小信号能力强的数字检波器。

（4）数字检波器采集时基本为单点接收即不组合， 适用于高密度高覆盖次数勘探。由于数字检波器在野外不组合，消除了由于地形的变化，或者由于近地表速度的变化所造成的具有几毫秒的地震信号的畸变和地震属性的失真。因此数字检波器适用于资料信噪比较高、随机和伴生干扰小的地区。数字检波器采用单点单道设计，故而体积小、质量轻、便于携带，所以在野外施工中，大大的节约了生产成本。

2.4 反应温度的影响

可以看出，95℃与85℃相比，虽然前者的反应周期可缩短1.5h，但产品会穿孔塌泡，比较适宜的温度为90℃。温度曲线图如下所示：

通过对EPS生产关键工艺技术的初步研究，可得到以下结论：在聚合浸渍阶段，温度的控制至关重要，尤其是在低温造粒阶段。零点计时后2.0至3.5小时为低温造粒重点监控阶段。采用处理过的纯水作为分散介质，对于产品的机械性能、热性能、介电性能以及珠粒的形状产生有益的影响。水油比控制在一定的范围内，反应温度为90℃，适量的引发剂用量对于EPS树脂分子量的控制产生有益影响。

参考文献：

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