地震勘探中速度信号转化为加速度信号的分析及应用

目前,广泛应用在地震勘探中的检波器类型主要是速度型检波器和加速度型检波器,分别接收振动的速度信息和加速度信息,不同类型的检波器接收的地震资料具有不同的响应特征.在滩浅海地震勘探中,不同的地表区域使用不同类型的检波器接收,滩上使用速度检波器接收、海中使用加速度检波器和速度检波器组成的"双检"检波器接收,所以存在着两类检波器资料的拼接、融合处理问题.本文在理论上通过速度检波器和加速度检波器机电转化原理不同,跟踪不同物理量说明了两种信号之间的关系,并通过理论分析、实际的地震数据资料分析和证明了速度信号通过微分计算转化为加速度信号的可行性和正确性,并进行了相应的对比和验证.在滩浅海以及浅海地震勘探中应用加速度检波器和速度检波器联合采集后,应用这种转换方法进行资料的拼接处理和融合处理,得到的地震剖面质量得到了很好的提升.     

地震勘探中加速度信号转化为速度信号的分析及应用

陆上地震勘探中多采用速度型检波器接收,随着单点高密度地震勘探的开展,加速度型检波器也被日趋广泛的应用.这两种检波器接收的地震信号具有不同的响应特征,在地震勘探中经常会遇到这样的情况:两个相邻区块分别应用速度型检波器和加速度型检波器接收,需要将这两个区块的地震资料进行连片处理,两类检波器接收资料如何处理拼接?本文在理论上分析了加速度检波器测量的加速度信号和速度检波器测量的速度信号之间的数学关系;并通过数值数据模拟分析、实际的地震数据资料分析证明了加速度信号通过积分计算以及去除积分误差后转化为速度信号的可行性和正确性,并进行了相应的对比和验证.在不同类型检波器接收地震资料的拼接处理过程中应用这种转换方法进行资料处理,得到一致性很好的地震剖面.     

速度、加速度检波器在超深层地震勘探中应用效果分析——以川南赤水地区为例

川南地区重要产气层之一的震旦系灯影组埋深约9000 m,以往多期地震勘探未能取得高品质资料,原因之一就是灯影组反射信息频率较低,而常规检波器(六串两并20DX-10 Hz速度型检波器)在低频段衰减严重,未能完整接收到地震反射信息.为得到深层高品质的资料,在川南赤水地区开展了不同类型检波器试验研究工作,首先研究了3种检波器(20 DX-10 Hz速度型检波器、自然频率5 Hz速度型检波器、单点陆用压电加速度检波器)的幅频特征,分析了不同检波器对低频信号接收能力的差异;对比测试了3种检波器对主频为25 Hz的雷克子波的波形、频率响应;结合实际地震资料,分析了加速度型检波器的实际地震资料在加速度域和速度域的频率特征;最后将加速度检波器地震资料转换至速度域,与其他两种速度型检波器地震资料对比分析得到以下认识:(1)加速度检波器具有宽频带特性,对提高分辨率较为有利,适用于勘探目的层相对较浅地区的高分辨率勘探.(2)加速度检波器地震资料在加速度域、速度域两种不同域的资料差别较大,前者积分转换虽然提高了低频段响应但频带变窄,不利于提高分辨率,生产中使用原始域数据更为合适.(3)野外实际资料表明,低频速度型检波器在保持常规20DX-10 Hz的勘探效果的基础上提高了低频段的响应,与加速度检波器转域后的低频效果接近,频带比加速度检波器转域后要宽,更加适合超深层地震勘探.     

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.     

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。     

速度检波器与压电检波器相位差异分析及应用

浅海勘探中"双检"检波器(速度检波器和压电检波器)接收已经得到广泛的应用,在资料处理过程中需要将两种检波器的资料进行合并,两种检波器的相位差异问题是合并处理的关键点之一.但是,一直以来对速度检波器和压电检波器之间是否存在相位差众说纷纭,对相位差的处理方法也各不相同.为了证明两种检波器相位差异的存在,本文通过速度检波器和压电检波器的试验进行了论证:在理论上通过不同检波器机电转换原理而跟踪不同的物理量(加速度、速度)分析了两种检波器的相位差异;通过试验所得地震单炮纪录的初至及波形对比、振动真值曲线对比、拟合振动方程对比证明了两种检波器相位差的存在、相位的差值以及两种检波器产生相位差异的原因,厘清了两种检波器在相位上的关系.用实际资料对比了"双检"合并处理过程中不同相位消除方法的区别:消除相位差合并处理能够提高资料的品质,消除相位差的方法中将"双检"资料转化到速度域内进行合并处理效果最好,可使资料品质得到较大的提高.     

模拟与数字检波器记录精度对比及其对信噪比的影响

动圈式模拟检波器与MEMS数字检波器是当前地震勘探野外采集中非常具有代表性的两种检波器,前者的典型代表是20DX,是无源检波器;后者的典型代表是法国Sercel公司生产的DSU系列,是有源检波器.在经由地震仪采集地震信号的时候,20DX产生的模拟电信号由A/D转换器完成模数转换,由地震仪记录到磁带上;DSU系列则借助检波器自身的ASIC芯片完成模数转换.由于以上转换过程以及其他参与信号采集的元器件不同,二者的动态范围是有差异的.同时,因为20DX检波器是速度检波器,DSU系列是加速度检波器,所以容易使得人们在判定其由A/D转换器记录位数以及本底噪声定义的瞬时动态范围对数据信噪比的影响时产生混淆.基于模拟数据以及实际试验资料,验证了DSU系列加速度检波器在记录地震数据时,并没有信噪比方面的优势.     

地震加速度信号分析与应用（英文）

在地震勘探中使用的检波器类型较多,但其感应振动产生的信号类型通常只有三种:位移、速度和加速度信号。对这三种信号产生的机理、物性特征、岩石物理意义等认识与理解皆不够透彻,因而难以对不同类型检波器做出客观的科学评价,影响了检波器各自优势的充分发挥,本文从弹簧阻尼振动理论入手研究了地震信号产生的机理,分析了地震信号的物理特征、信号与介质的物性关系以及它们的信噪比、分辨率和频谱等特征。实验室测试、野外试验与应用表明:加速度信号反映了介质的弹性特征和物性变化规律,信号强度与物性变化呈正相关,而且加速度信号具有畸变小,保真度高,高频强,频带宽的良好属性,因而,对于复杂介质的高精度地震勘探更适宜利用加速度信号。此外,根据加速度信号与物性参数关系,纵波加速度信号反映杨氏弹性模量、剪切模量和密度变化的灵敏度比一般速度信号要高,但随着密度和剪切模量值的增大灵敏度降低;对于横波来说,加速度信号反映剪切模量和密度变化的灵敏度也比一般速度信号高。     

海底地震仪的信号传递效果和噪声水平

单球式海底地震仪（以下简称OBS）由于其成本低、操作简便的优点在天然地震研究、人工地震探测中获得了广泛应用.本文首先分析多型进口和国产OBS在台湾海峡西部采集的地震数据,发现同一台OBS上的垂直向速度检波器（Z分量）的信噪比常显著低于压力检波器（H分量）,由于这两种检波器记录的都是海底的垂向振动信号,推测速度检波器的低信噪比更多的与仪器特性有关.然后从信号传递和噪声水平两方面分析影响速度检波器信噪比的因素：为检测速度检波器与OBS壳体的耦合效果,对某型宽频带OBS和陆上地震仪进行了同址同步观测试验,发现OBS的整机灵敏度有较大的差异;为分析速度检波器的水底噪声特征,以H分量记录作为基准,对比分析了同一台仪器不同站位的Z分量噪声水平,发现速度检波器在浅海区受到较大的次生干扰.本文指出OBS的内部耦合和水流次生干扰是至今尚未引起大家重视而又严重影响资料品质和多波探测成效的两个关键问题,这一研究结果对于改进OBS结构设计和制造工艺,以及OBS数据多分量处理方法研究有重要的参考意义.     

滩浅海两栖地区油气地震勘探激发接收技术研究

针对海陆两栖地区地震勘探激发、接收中存在的问题,通过改造炸药震源的装药结构和起爆方式,研制出了一种新型激发震源,提高了激发信号的品质,减小了与气枪震源之闻的信号差异;在接收技术上,研制了新型压电检波器以代替常规的沼泽机电检波器,提高了接收地震信号的频率,实现了水陆相同感应机理的检波器同时接收地震信号,消除了两种不同检波器造成的信号差异;通过对两种新技术的试验分析,认为明显提高了地震资料的分辨率和信噪比,促进了海陆两栖地区地震勘探技术的发展．     

ON THE MINIMIZATION OF THE DISTORTION CAUSED BY THE GEOPHONE-GROUND COUPLING *

It is well known that the application of the “bright spot’ technique has been more successful in marine prospecting than in land prospecting. This is due partly to the problem of distortion of the seismic signal caused by the geophone-ground coupling, especially when carrying out high resolution, shallow seismic surveys in swampy terrain. The effect of geophone-ground coupling on the response of a single geophone to the incident compressional waves has been treated by several authors. However, they have always neglected the influence of mutual interaction between an array of geophones on the response of each geophone forming the array. We show that mutual interaction, which results from the re-radiation of the incident compressional waves by the geophones forming the array, can have considerable effect on the response of each geophone. The effect of the geophone-ground coupling on the response of a seismic channel is considered in the absence and presence of mutual interaction between a group of geophones for the case when the shear wave velocity of the soil varies by a factor of three.     

基于Hi-net速度记录计算地震反应谱

强震仪和测震仪均能记录地面运动,强震仪输出的加速度记录主要用于分析结构地震反应,测震仪输出的速度记录常用于确定地震信息.由于这2种记录均描述地面运动,且覆盖结构地震反应分析所需频带范围,速度记录能否用于计算结构地震反应引起了人们的关注.为分析开源Hi-net速度记录用于计算结构地震反应时的精度,作者选取同台记录的加速度...     

陆上高分辨率地震勘探检波器性能及应用效果分析(英文)

地震检波器的性能是高分辨率地震数据采集中的一个重要因素,对资料的品质影响很大。为此,作者在不同类型地区对目前在高分辨率地震勘探中常用的动圈式检波器、涡流检波器和数字检波器的性能进行了对比试验。通过野外工作的实际,总结了动圈式检波器、涡流检波器和数字检波器在不同表层地质条件地区的应用效果,提出了适合该类地区高分辨率地震检波器的性能指标,指出合理选择检波器类型和检波器的联接方式,能提高地震资料的信噪比和分辨率。     

Application of a New Qeneration of Geophonesto Improve Seismic Acquisitionin Onshore-offshore Transition Areas

In this paper, we review the differences between velocity geophones （VG） and acceleration geophones （AG） and their effect on seismic signals acquired in onshore-offshore transition areas. We present a new generation of Land Piezoelectric Geophone （LPG） and analyze its performance. Our field experiments demonstrate that our new LPG can be used to substitute for VGs in order to eliminate phase, frequency and energy differences between different geophone systems commonlv used in transition areas.     

数字地震仪的发展历史及展望

地震仪经历了光点，模拟和数字的变化，数字地震仪本身由16位发展到24位，其附属设备（电缆，检波器）也是到了不同程度的发展。近年来，I／O等公司利用MEMS技术研制了新型地震检波器，这一新的发展对于地震采集尤其是多分量采集带来重要影响。     

Surface and downhole shear wave seismic methods for thick soil site investigations

Shear wave velocity–depth information is required for predicting the ground motion response to earthquakes in areas where significant soil cover exists over firm bedrock. Rather than estimating this critical parameter, it can be reliably measured using a suite of surface (non-invasive) and downhole (invasive) seismic methods. Shear wave velocities from surface measurements can be obtained using SH refraction techniques. Array lengths as large as 1000 m and depth of penetration to 250 m have been achieved in some areas. High resolution shear wave reflection techniques utilizing the common midpoint method can delineate the overburden-bedrock surface as well as reflecting boundaries within the overburden. Reflection data can also be used to obtain direct estimates of fundamental site periods from shear wave reflections without the requirement of measuring average shear wave velocity and total thickness of unconsolidated overburden above the bedrock surface. Accurate measurements of vertical shear wave velocities can be obtained using a seismic cone penetrometer in soft sediments, or with a well-locked geophone array in a borehole. Examples from thick soil sites in Canada demonstrate the type of shear wave velocity information that can be obtained with these geophysical techniques, and show how these data can be used to provide a first look at predicted ground motion response for thick soil sites.     

Bedload transport measurements with impact plate geophones: comparison of sensor calibration in different gravel‐bed streams

Indirect bedload transport measurements have been made with the Swiss plate geophone system in five gravel‐bed mountain streams. These geophone sensors record the motion of bedload particles transported over a steel plate mounted flush with the channel bed. To calibrate the geophone system, direct bedload transport measurements were undertaken simultaneously. At the Erlenbach in Switzerland, a moving‐basket sampler was used. At the Fischbach and Ruetz streams in Austria, a Helley–Smith type bedload sampler provided the calibration measurements. A Bunte‐type bedload trap was used at the Rofenache stream in Austria. At the Nahal Eshtemoa in Israel, Reid‐type slot bedload samplers were used. To characterize the response of the geophone signal to bedload particles impacting on the plate, geophone summary values were calculated from the raw signal and stored at one second intervals. The number of impulses, i.e. the number of peaks above a pre‐defined threshold value of the geophone output signal, correlated well with field measured gravel transport loads and was found to be a robust parameter. The relations of impulses to gravel transport loads were generally near‐linear, but the steepness of the calibration relations differed from site to site. By comparing the calibration measurements from the different field sites and utilizing insights gained during preliminary flume experiments, it has been possible to identify the main factors that are responsible for site specific differences in the calibration coefficient. The analysis of these calibration measurements indicates that the geophone signal also contains some information about the grain size distribution of bedload. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

The plurality effect of topographical irregularities on site seismic response

Topography can have significant effects on seismic ground response during an earthquake because topographic irregularities cause considerable differences between the seismic waves emitted by the source and the waves reaching the ground surface. When a seismic motion happens in a topographically irregular area, seismic waves are trapped and reflected between the topographic features. Therefore, the interaction between topographies can amplify seismic ground response. In order to reveal how interaction between topographies influences seismic response, several numerical finite element studies have been performed by using the ABAQUS program. The results show that topographic features a greater distance between the seismic source and the site would cause greater seismic motion amplification and is perceptible for the hills far away from the source and the ridges. Also, site acceleration response is impacted by surrounding topography further than site velocity and displacement response.     

固体液体分界面处P波和S波波场的分离

在地震勘探中,Ｐ波和Ｓ波入射到一固体液体分界面处时,在该分界处的水平检波器和垂直检波器将接受到相位的响应垂直的响应。垂直检波器的响应与在自由界面处的垂直检波器 响应大概相同,而水平检波器对Ｐ波的响应相对于对Ｓ波的 来说要强。