光纤布拉格光栅地震检波器的研究与应用

光纤布拉格光栅地震检波技术是一门较新的地震检波技术.实验表明,用光纤Bragg光栅做成的检波器不仅频带宽、稳定性好,而且灵敏度高,是一种较理想的地震勘探仪器.文章主要介绍了光纤布拉格光栅地震检波器的传感原理、理论计算及其工作原理,为光纤Bragg光栅地震检波器的研究以及实际应用提供了依据.     

速度型与加速度型检波器的信噪比比较

在石油勘探中,动圈式速度型检波器以及MEMS加速度型检波器是当前野外采集施工中应用最为广泛的两类检波器.两类检波器采集数据的信噪比存在差异,往往前者较后者稍高.作者在分析了两种典型检波器工作原理、野外采集阶段有效信号与噪声的比较特征以及不同信噪比计算方法的基础上,模拟、分析了两种典型检波器数据信噪比存在较大差异的表现以及原因.认为地震数据用加速度表征后,时域的视觉信噪比降低了,但是数据所代表机械振动中信号与噪声的物理能量对比并没有随着表征量纲的差异而改变;也就是说,数据背后的“物理信噪比”并没有改变-无论采用何种量纲进行表征.加速度表征地震数据的视觉信噪比降低是由于地震信号的低频端较高频端具有更高的“物理信噪比”导致的.速度、加速度两种类型检波器的信噪比比较应该在同一个域内进行.     

检波器-大地耦合响应对地震数据的影响

检波器-大地耦合响应是地震检波系统中非常重要的一个环节.包含反射波等在内的地面振动必须经由检波器的机电转换,才能成为地震仪可以识别的电信号,然后进入数据记录系统.但是,严格地来讲,经过检波器机电转换之前的信号—如果刨除检波器自身滤波响应影响的话—是"检波器外壳的振动",不是"地表的振动";而我们希望接收到的是后者,不是前者,二者之间的差异就是"检波器-大地耦合响应".作者通过一项专利技术(测耦检波器),实现了野外施工中单点检波器耦合响应参数的规模测量与记录,并通过试验展示了挖坑埋置以及检波器外形、尺寸、质量等检波器性能参数因素对耦合响应乃至地震数据的影响.     

检波器-大地耦合系统特性的振动力学解释、模态参数识别及其对地震资料的影响与消除

检波器-大地耦合系统处于地震数据采集的最前端,是地震采集中的基本问题.“耦合是指两个系统之间的相互作用.检波器和大地的耦舍是影响能量转换的重要因素之一,取决于两者之间接触的牢固程度,以及检波器的重量和接触面积等;该耦合系统中存在着自然谐振并有滤波效应”(R.E.Sheriff).多年来,对耦舍响应的研究主要集中在理论研究以及检波器耦合效果对比两个方面,并以感性描述、现象罗列居多.笔者在研究过程中设计了检波器-大地耦舍响应的测定方法,并实际测量了检波器-大地耦合响应.结果表明,检波器-大地耦合响应可以用“单自由度有阻尼的自由振动系统”来描述,涉及到“固有频率”以及“阻尼比”两个参数,并可用参数扫描法对其振动模态进行参数识别.当检波器埋置效果差时,耦合响应使得地震子波相位增加,分辨率降低;高频成分增加,信噪比降低(主要在高频端).根据测得的耦合响应对检波器接收到的数据进行“耦合反褶积”,将地震数据“还原为”地表下数十厘米处的介质振动,从而消除耦合响应,可以增强地震信号的“保真度”,提高信噪比与分辨率.由于地表介质的多变性,每一个检波器对应的耦合响应均不同,同一检波器组合中多个检波器的耦合响应存在一定差异;其中只要有一个检波器埋置差,其整体的耦合效果就会显著变差;因为耦合响应对地震数据的影响非常深刻并难以忽略,所以合成地震记录时也应该考虑耦合响应的影响.     

地震检波器的横向灵敏度特性

地震检波器受到地面横向运动激励时的输入输出关系定义为检波器的横向灵敏度特性.本文对检波器线圈受到横向激励时产生的轴向振动进行了分析.可以看到,当悬挂线圈的弹簧片悬丝发生动力失稳时,检波器的横向灵敏度突然增大;在线圈横向振幅很小的情况下,失稳频率接近悬丝的横向固有频率.利用谱分析技术可以准确地从检波器噪声中检测出检波器的横向灵敏度和失稳频率,即检波器假频.     

光纤布拉格光栅地震检波器的实验研究

光纤布拉格光栅(FBG)是一种新型的传感元件,具有分辨率高、精度高、抗电磁干扰能力强、频带宽等优点.本文以光纤布拉格光栅为敏感元件,设计并制作了一种地震检波器,建立了地震检波器的力学模型,并推导出地震检波器固有频率和灵敏度的理论公式.理论分析了影响地震检波器动态特性的因素,并进行实验对该FBG地震检波器的性能进行研究,实验结果表明:该FBG地震检波器在5～55Hz的振动频率范围内,具有良好的线性响应,而且输出稳定、灵敏度高,适用于地震勘探.     

灰岩裸露区检波器三自由度耦合系统理论的研究

中国南方海相碳酸盐岩沉积盆地的分布幅员辽阔,地下油气等资源极为丰富,但是由于大面积坚硬灰岩的出露,给检波器完好耦合带来了很大困难,从而降低了地震采集资料的品质,严重制约了该地区未来的油气勘探.目前野外检波器耦合试验缺乏较为合适的理论指导,带有较大的盲目性.为此,本文考虑到检波器与灰岩耦合时增加了耦合介质（石膏、泥饼等）的实际情况,提出了检波器-灰岩三自由度耦合系统的理论,研究了耦合介质、尾锥和阻尼等耦合因素对检波器-灰岩耦合系统传输函数的影响规律.发现检波器-灰岩耦合系统是具有三个谐振频率的谐振系统,通过增加耦合介质的弹性模量、减小耦合介质的底面积和高度、选用介质密度较小的尾锥、减小尾锥的高度、增加尾锥的底面积等,可以提高耦合谐振频率.通过适当增加耦合系统的阻尼,可以减小耦合系统的窄频带“带通滤波”的影响.最后,通过振动台实验初步验证了检波器-灰岩三自由度耦合系统理论模型.     

三分量数字检波器在ZY油田应用效果分析

在水平分量的炮集记录中,数字三分量检波器直达波的椭圆率明显呈现出线性偏振的形态,并具有较高的分辨率,而模拟三分量检波器直达波的线性偏振不清晰,抗干扰能力差.在频谱分析和能量曲线分析的对比中,数字检波器的性能也高于模拟检波器.在PP波弱波阻抗界面的沙河组沙三12段,PS波表现出强反射界面,而且构造幅度比PP波剖面明显.在PS波剖面上,剖面深处两边的构造联系清晰可见,而在PP波剖面上很难解释剖面两边构造之间的关系,表明PS波资料对深层界面的成像能力有时不比PP波能力差,多分量资料在构造勘探上具有互补性.在沙四层底钻遇气层的马62井和马11井的测线CDP位置上,PP波和PS波的振幅比剖面上表现出低振幅比异常区,与钻井结果吻合.用多分量衰减系数或衰减比剖面,能够识别砂岩含气/水产生所产生的高频衰减异常.多分量地震属性及其比值剖面是储层含气异常指示的有效参数.     

低频检波器频谱补偿算法建模及仿真

采用数值仿真的方法建立了动圈式检波器的仿真模型,推导检波器传递函数,通过对实际动圈式检波器频率特性的测试,验证了动圈式检波器数值仿真模型的正确性,分析动圈检波器频率响应特性,分别对动圈式检波器的自然频率、灵敏度、阻尼比进行仿真,对不同自然频率、灵敏度、阻尼比对检波器输出频率特性的影响进行了分析,使用二阶二次型反馈补偿方法,设计检波器低频补偿结构,结果表明:数值仿真模型与实际检波器的频率响应一致,补偿结构使检波器自然频率由2 Hz降低至0.2 Hz.     

海陆两栖地区地震勘探新型检波器的研制及应用效果

本文分析了海陆两栖地带地震勘探中同时使 用的速度检波器和加速度检波器存在的差异及其对 地震信号的影响;在此基础上,设计研制出了陆用 压电检波器,并对其性能特点进行了分析;通过试 验资料分析,消除了海陆两种不同机理的检波器资 料的相位差的问题,陆用压电检波器和水中压电检 波器记录信号的频带和能量达到一致,提高了地震 资料的分辨率;实现了海陆地区可以同时采用相同 机理的检波器进行地震信号的接收,解决了滩海地 区速度检波器和加速度检波器长期混用的问题。     

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Information for authors

正SCIENCE CHINA Earth Sciences,an academic journal cosponsored by the Chinese Academy of Sciences and the National Natural Science Foundation of China,and published by Science China Press and Springer,is committed to publishing high-quality,original results in both basic and applied research.     

INTERNATIONAL RESEARCH AND TRAINING CENTER ON EROSION AND SEDIMENTATION(IRTCES)

正Director:Shangfu Kuang,China Vice-directors:Chunhong Hu,China Duihu Ning,China Guangquan Liu,China The International Research and Training Center on Erosion and Sedimentation(IRTCES)was jointly set up by the Government of China and UNESCO on July 21,1984.It aims at the promotion of international exchange of knowledge and cooperation in the studies of erosion and     

Calendar of events

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Dynamic process-response model of river channel development

Feedback mechanisms, which operate upstream through drawdown and backwater effects and downstream through sediment discharge are responsible for channel evolution. By combining these mechanisms with channel processes it euables a dynamic process-response model to be developed to simulate the initial evolution of straight gravel-bed channels. When erosion commences on a land surface, sediment entrained in the headwater reach by hydraulic action is selectively transported, deposited and reworked. This produces a damped oscillation between degradation and aggradation as the channel and valley respond to spatial and temporal variations in sediment calibre and hydraulic conditions. The initial cut and fill phases are responsible for valley incision and floodplain development while secondary and subsequent activity can produce river terraces. Eventually sediment entrainment in the headwaters declines as slopes are reduced. Subsequent channel evolution is relatively insignificant because it is dependent on local weathering activity producing material that can be transported on declining slopes. Therefore landforms produced during the initial phase of development, when local weathering was non-limiting, dominate the landscape.