石磊軍 鮑五堂 邱兆泰 賈建川

河北省煤田地質(zhì)局物測(cè)地質(zhì)隊(duì)

24D－A新型檢波器在地震勘探中的應(yīng)用

石磊軍 鮑五堂 邱兆泰 賈建川

河北省煤田地質(zhì)局物測(cè)地質(zhì)隊(duì)

石磊軍，男，1962年生，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事機(jī)電技術(shù)和管理工作。

隨著我國(guó)地震勘探技術(shù)的發(fā)展，地震勘探對(duì)野外數(shù)據(jù)采集的信息量和精度要求越來(lái)越高。野外資料采集是整個(gè)勘探過(guò)程的前沿，檢波器性能是取得原始資料的關(guān)鍵所在。研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的新型高輸出寬頻帶、大動(dòng)態(tài)、失真度小、低噪聲、高頻檢波器，能有效提高地震波的信噪比、分辨率和有效信號(hào)的采集。本文通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)和野外生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)證明了24D－A新型寬頻帶大動(dòng)態(tài)高頻地震檢波器的優(yōu)勢(shì)。

隨著我國(guó)地震勘探技術(shù)的發(fā)展，地震勘探不斷從淺地層走向深地層，從構(gòu)造地質(zhì)走向巖性地質(zhì)，從厚層變?yōu)楸樱瑥年懙剞D(zhuǎn)向海洋，從沉積盒地走向復(fù)雜山地。無(wú)論是老油田還是新探區(qū)，地震勘探難度大大增加，若要獲得油氣新發(fā)現(xiàn)不僅力度大。還要增加新裝備、加速新技術(shù)、新方法的投入，才是有效的加速勘探力度的有力保障．也是我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

目前，從我國(guó)地震勘探行業(yè)現(xiàn)狀來(lái)看，地震勘探難度越來(lái)越大高精度現(xiàn)代化地震儀器所配套的模擬地震檢波器技術(shù)性能也要求越來(lái)越高。地震檢波器是地震數(shù)據(jù)采集的第一關(guān)，檢波器高性能顯得尤為重要。

指標(biāo)對(duì)比

地震勘探是項(xiàng)系統(tǒng)工程，從震源激發(fā)，地震檢波器性能、地下地質(zhì)條件、大型地震儀性能、資料采集、處理解釋方法等，這項(xiàng)整體工程各個(gè)環(huán)節(jié)也不能忽視。野外資料采集是整個(gè)勘探過(guò)程的前沿尤為重要，是取得原始資料的關(guān)鍵所在。檢波器與大地藕合的頻率響應(yīng)好否，當(dāng)然也與震源激發(fā)有關(guān)，但在激發(fā)條件確定后其決定著資料的優(yōu)劣，若資料不佳后期工作再努力也無(wú)濟(jì)于事。沒(méi)有記錄到信息，在處理過(guò)程中不會(huì)無(wú)中生有，可見(jiàn)檢波器性能如此重要。

24D－A模擬地震檢波器，以吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品，技術(shù)指標(biāo)及性能完全滿足現(xiàn)代教字化大型儀器的采集要求，又經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，適合我國(guó)國(guó)情的高性能檢波器。24D－A新型檢波器具有高輸出寬頻帶、大動(dòng)態(tài)、失真度小、低噪聲、高頻的性能，提高地震波的信噪比、分辨率和有效信號(hào)的采集，解決了常規(guī)模擬檢波器動(dòng)態(tài)范圍小，諧波失真大，頻帶不寬的野外采集瓶頸問(wèn)題?？蓮V泛應(yīng)用于石油、天然氣等地震勘探，更好地應(yīng)用于煤田探測(cè)、工程地震、工業(yè)巖測(cè)等領(lǐng)域。

目前地震勘探由于難度加大，要求地震檢波器有如下性能技術(shù)指標(biāo)。

（1）檢波器應(yīng)有寬頻帶特性

24D－A新型地震檢波器，本身頻帶寬度可以從5～1000Hz．它由于結(jié)構(gòu)阻尼高達(dá)1.5，對(duì)固有頻率已沒(méi)有實(shí)際意義，而形成通頻阻尼。這樣就具有對(duì)低頻面波有所抑制，而對(duì)高頻有所提升的幅頻響應(yīng)特性。

（2）檢波器應(yīng)有諧波畸變要小（失真度）的特征

大型儀器與通用檢波器失真度相差3－4數(shù)量級(jí)，通用檢波器失真度目前嚴(yán)重的制約著大型地震儀器高精度性能的正常發(fā)揮。實(shí)際上也是對(duì)高性能地震儀器的高代價(jià)的浪費(fèi)！從量上分折通用檢波器失真度量級(jí)0.1%看，折合到通用檢波器動(dòng)態(tài)范圍也只有60dB左右；而大型儀器動(dòng)態(tài)范圍高到120～140dB左右。這樣，野外采集時(shí)，因檢波器動(dòng)態(tài)范圍不大造成入口信號(hào)門(mén)檻很低，極大的浪費(fèi)了大型動(dòng)態(tài)儀器的優(yōu)勢(shì)。所以說(shuō)，改善檢波器的技術(shù)性能比發(fā)展采集站的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍更實(shí)用、更有效。目前推出24D－A新型地震檢波器的失真度已達(dá)到0.008～0.03%，到目前為止，在國(guó)內(nèi)外模擬檢波器行列中失真度名列榜首。

（3）地震檢波器應(yīng)有動(dòng)態(tài)范圍大的優(yōu)勢(shì)

推出的24D－A新型檢波器具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，它的動(dòng)態(tài)范圍：70dB（10Hz）、80dB（40Hz）82dB（80Hz）。并隨著頻帶拓寬而上升相對(duì)的可以緩和大型儀器120～140dB大動(dòng)態(tài)的要求。24D－A檢波器實(shí)際結(jié)構(gòu)采用集裝串，實(shí)行每道1個(gè)集裝殼，每道只挖 1個(gè)坑埋置，這樣不盡節(jié)省了人力、物力、還可節(jié)約的工期。

（4）地震檢波器應(yīng)具有低噪聲性能

對(duì)于高性能的地震檢波器來(lái)說(shuō)，它首先要具有低的噪聲，有了低噪聲的技木性能才能有高信噪比、才能有較大的動(dòng)態(tài)范圍、才能有較小的失真度。對(duì)深層高頻信號(hào)有可能紀(jì)錄到，還要看信噪比，還要看深度如何，否則也不一定能記錄。不論哪種類型檢波器降低本身噪聲是根本。但從地震勘探的高保真度來(lái)說(shuō)，由震源激發(fā)的脈沖振動(dòng)應(yīng)由檢波器不失真地接收，要能實(shí)現(xiàn)其結(jié)果，首先要有足夠大的阻尼，慣性體，瞬時(shí)起動(dòng)，瞬時(shí)回零。能有理想阻尼，才能有低噪聲，高信噪比，高保真的采集資料。

24D－A新型檢波器它的阻尼是結(jié)構(gòu)性阻尼遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.7，高達(dá)D≥1.5不須并電阻。這樣的破常規(guī)阻尼對(duì)本身的固有頻率來(lái)說(shuō)已沒(méi)有實(shí)際意義了，從5～1000HZ通頻帶阻尼，對(duì)低頻而言有所抵制，對(duì)高頻而言，提升擴(kuò)展，對(duì)一個(gè)動(dòng)圈模擬檢波器高端響應(yīng)到1000HZ不衰，確實(shí)難能可貴，這完全歸結(jié)于大阻尼，它使檢波器噪聲降低將近－10dB（比20DX），動(dòng)態(tài)范圍：70dB（10Hz）、80dB（40Hz）82dB（80Hz），隨頻率升高而上升擴(kuò)大。

野外實(shí)驗(yàn)對(duì)比

2006年11月份在山東某煤田24D－A檢波器與20DX對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從得到的實(shí)際紀(jì)錄顯示（如圖1），圖中兩張記錄都有3組單炮，其左側(cè)是20DX12只串聯(lián)單炮記錄，中間和右側(cè)是24D－A10只兩串并聯(lián)和24D－A5只單串的單炮記錄?？梢钥闯觯?4D－A檢波器比20DX檢波器所獲得的資料剖面清晰，信噪比高，同相軸明顯。

2007年5月份，某油田的施工隊(duì)在貴州省凱里山區(qū)作對(duì)比實(shí)驗(yàn)：20DX10Hz共10串（6串2并），24D－A檢波器，10串（5串2并），10串（5支1串）。資料處理中分別對(duì)24D－A檢波器與20DX檢波器作了不同時(shí)深頻譜分析（圖2）。圖中，上面從左到右是24D－A檢波器1000ms、1500ms和2500ms處的頻譜分析，下面從左到右是20DX檢波器1500ms、2000ms和3000ms處的頻譜分析。24D－A檢波器從淺到深，帶寬衰減不大，主頻變化不大，而20DX檢波器從淺到深，主頻明顯降低，帶寬衰減得特別快。從圖中的主頻極其頻帶分析，可以得到結(jié)論：24D－A檢波器比20DX在深層主頻和頻寬都具有很大的優(yōu)勢(shì)。

24D－A檢波器是我們自主研發(fā)，改進(jìn)創(chuàng)新的一種新型檢波器，當(dāng)然它不如數(shù)字檢波器的高指標(biāo)，但它的換能結(jié)構(gòu)對(duì)深層信號(hào)接收要比20DX檢波器具有明顯的優(yōu)勢(shì)，這是不爭(zhēng)的事實(shí)。而數(shù)字檢波器在接收深層信號(hào)是否更具有優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)還不得而知。只從它的電容換能功能來(lái)說(shuō)，淺、中層報(bào)可能較理想，但深層還有特實(shí)測(cè)資料。

圖1　20DX單炮與24D－A單炮對(duì)比

圖2　24D－A檢波器與20DX檢波器不同時(shí)深頻譜分析

結(jié)語(yǔ)

24D－A型號(hào)檢波器優(yōu)于一般檢波器。具有動(dòng)態(tài)范圍大、壓低抬高的寬頻帶特性；失真度低，波形畸變小，線形相位，保真度高；本身噪聲小，信噪比高，易于突出深層有效波；抗橫向諧振頻率強(qiáng)，能有效壓制面波；大阻尼回零，瞬態(tài)響應(yīng)快，提高采集率。同時(shí)該檢波器輸出信號(hào)穩(wěn)定，可靠、一致性好。

24D－A型號(hào)檢波器比數(shù)字檢波器成本低，雖然數(shù)字檢波器在很多性能方面比24D－A檢波器好，但數(shù)字檢波器在接收深層信號(hào)是否更具有優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)還不得而知。而且24D－A型號(hào)檢波器基本應(yīng)有了數(shù)字檢波器的優(yōu)點(diǎn)，如主頻和頻寬優(yōu)勢(shì)，動(dòng)態(tài)范圍大，保真度高等，甚至可以每道只挖1個(gè)坑埋置，節(jié)省人力、物力、可以節(jié)約工期，利于野外數(shù)據(jù)采集。