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.     

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.     

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.     

井地联合近地表Q因子层析反演（英文）

Q因子估算是近地表吸收补偿提高地震记录分辨率最为重要的基础工作之一。我们采用了一种新的井地联合地震数据采集方式减小检波器耦合对Q因子估算的影响。在以激发井为中心的圆周上,按照井下检波器的设计深度,布置多口深度不同的接收井,将检波器直接安置在每口井的井底,以消除常规井间观测方式造成的检波器与井壁耦合对Q因子估算的影响。在此基础上,我们提出了一种不受激发影响的Q因子层析反演方法,利用模型数据就该方法的稳定性和可靠性进行了测试分析。使用两个不同的地震频带对大港油田实际近地表观测数据进行了吸收反演,反演结果表明,近地表的吸收系数远大于地下地层的吸收系数,近地表吸收补偿对于提高地震资料分辨率具有重要的现实意义。另外,两个频带反演得到了不同的Q因子,这在一定程度上支持了Q因子对频率依赖性的认识。     

微地震信号传播特性分析

本文基于层状介质模型比较了地面激发深部接收信号与深部激发地表接收信号的差异,研究表明地震信号从高速层或者低速层入射时,当入射角不同时都会存在透射系数绝对值大于1的情况;法向入射时,上方入射和下方入射的透射波的振幅传递系数的绝对值不相等;相对于浅层炮点的情况,炮点位于深层时接收到的VSP记录信号更强记录更清晰;微地震事件井中和地表监测的信噪比依赖于许多因素,如几何扩散、衰减效应、噪声水平、信号频率、接收器数目、近地表放大效应以及阻抗对比效应等,本文只考虑井中检波器阵列与微地震震源之间距离的影响,随着距离的增大地面阵列的叠加信号信噪比相对于VSP记录会有明显的提高;阻抗差异和自由表面边界情况会导致入射P波的强度增强,这种效果能够补偿表面增加的噪声造成的影响,使得我们可以在地表通过相对较少的检波器监测微地震信号.     

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.     

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.     

利用最小平方基准面延拓压制自由表面多次波II: 海洋拖缆观测数据

压制自由表面多次波一直是海洋拖缆地震数据处理中非常关键的环节.浅水等复杂条件下的多次波压制给现有方法构成了严峻的挑战.本文姊妹篇基于卷积型互易定理建立了地下基准面上的虚拟观测信号与实际观测地震数据之间的转化方程,进而借助约束优化反演理论提出最小平方基准面延拓(LSR)方法,用于消除海底观测地震数据中的表面多次波.本文遵循相同的原理,分别针对双检波器同时记录声压场和质点垂直速度信号、单检波器仅记录声压场信号两种拖缆采集方式,探讨基于LSR的表面多次波压制方法及其影响因素.理论模型合成数据实验展示了方法特点与有效性,南黄海浅水拖缆双检地震数据处理结果表明方法具有良好的应用前景.

     

从一个野外试验看不同检波器的差异——以DSU3与20dx为例

数字检波器是近年来发展起来的一种新型检波装置.为了对比数字检波器与普通模拟检波器的差别,我们选择数字检波器DSU3与模拟检波器20 dx进行了一个针对性的野外试验.从试验结果上来看,二者主要存在四个方面的差异.通过分析差异的原因,我们认为模拟检波经过多年的应用,从理论认识到实践操作都非常成熟,但是存在容易受到电磁干扰、信号串音、漏电等现象;同时,即使经过‘类检波器反褶积’后,模拟检波器仍然难以补偿数据的‘极低频’部分;模拟检波器的灵敏度有待于进一步提高,以便降低电噪声在全部信号中所占的比例,提高信噪比;数字检波器确实在电学指标方面取得了一些进步,尤其在灵敏度、线性畸变、线性频带范围、适量保真度等方面;但是,数字检波器在耦合效应,一致性、稳定性或者抗干扰能力均存在一些问题.同时,在石油勘探中‘强噪音’以及‘多次覆盖’的双重背景下,受当前处理能力的限制,检波器电学性能方面的‘极高指标’,并不能保证地震数据的‘极高质量’.我们的研究表明:使检波器更小、更轻、更好耦合的努力与电学指标的改进具有同等重要的意义;具有良好的电学性能,更好的耦合参数,稳定性好,耐用,价格合理的检波器是我们追求的目标.     

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．     

余震震源机制变化的原因

大震以后,跟随着一系列的余震,其震源机制有的和主震一致,有的则大不一样,这表现在P波初动的反向,反应了震源应力场的变化。 余震震源机制变化的原因,既不是岩块的错动过头,也不是液体流出的下陷,而是发生大震的滑动岩块对其前后邻接岩块产生的转换应力场所引起的剪切破裂。     

余震震源机制变化的原因

大震以后,跟随着一系列的余震,其震源机制有的和主震一致,有的则大不一样,这表现在P波初动的反向,反应了震源应力场的变化。 余震震源机制变化的原因,既不是岩块的错动过头,也不是液体流出的下陷,而是发生大震的滑动岩块对其前后邻接岩块产生的转换应力场所引起的剪切破裂。     

前进中的青海省工程地震研究院

青海省工程地震研究院是青海省地震局下属具有独立法人资格的全民所有制科技开发企业,是地震工程、岩土工程和环境地质领域从事科研、生产、人才培养的经济实体,具有建设工程地震安全性评价、桩基检测甲级资质,岩土工程勘察、咨询乙级资质,地质灾害危险性评估丙级资质。经过十余年的发展,从队伍建设、能力建设作业绩等方面,都取得了长足的进步。     

建筑物基础隔震技术的进展

介绍了建筑物基础隔震技术的原理。基础隔震技术是通过设置在结构物底部与基础顶面之间的隔震消能装置,来增加结构的变形能力和滞变阻尼。目前结构基础隔震体系按隔震机理不同划分类型,主要有橡胶垫隔震体系、滑动摩擦隔震体系、复合基础隔震体系等类型。总结了基础隔震技术应用和理论研究的发展,指出隔震技术的未来发展趋势。     

徕远广场结构设计地震波的确定

选择合适的人造地震动时程是高层建筑采用时程分析法计算地震作用的基础。介绍了徕远广场结构设计地震波的确定方法及过程。鉴于各条地震波输入进行时程分析的结果的离散性,提出可以采用场地土层反应分析得到的地表加速度时程及按照《高层技术规程》设计规准谱拟合人造波作为结构设计地震波。     

山东临沂地区波速比大幅度变化的原因

一、引言许多地震工作者对地震波速的大量研究工作,已证实了在大地震发生之前,孕震区内及其周围地区,可能会出现地震波速度或波速比的下降异常。例如海域、松潘、新丰江、宁蒗等地震,震前都出现过波速比的异常变化。     

西南天山柯坪塔格前缘断裂带东段晚第四纪活动特征

柯坪塔格前缘断裂东段是柯坪推覆构造系前缘的一条活动断裂,野外调查获得了其晚第四纪错断洪积扇、冲沟阶地面的证据,实测了变形地貌面上的断层陡坎,分析了断层的形变量,通过采样测年估算了断层的缩短速率。由7个观测点的断层陡坎剖面测量,计算了观测点处断层的水平缩短速率,结果表明,断裂弧顶部位的五道班、三间房以西及其大山口道班附近,断层错断了Ⅰ级和Ⅱ级洪积扇(阶地)。断层在这些地点最新活动强烈,水平缩短平均速率全新世以来为0·35~0·44mm/a,更新世晚期末以来为0·16~0·30mm/a,而在非弧顶部位的巴楚磷矿、三岔口以北及大山口北断层只错断了更新世晚期Ⅲ级洪积扇,且水平缩短速率较小,断层水平缩短平均速率更新世晚期以来为0·05~0·07mm/a     

蒙脱石的脱水作用对断层摩擦本构行为的影响

利用高温双轴摩擦装置，研究了含蒙脱石的断层带在不同温度下摩擦滑动的速度依赖性，以期了解脱水作用对摩擦行为的影响。结果表明，断层带摩擦强度随温度而升高，而速度依赖性较为复杂，以１．４ｕ／ｓ为界，室温和１００℃时，低滑动速率下表现为微弱的速度弱化，高滑动速率下则表现为速度强化；２００℃时均为速度强化；３００℃时高滑动速率下仍为速度强化，但低滑动速率下转变为速度弱化；４００℃以上，均为明显的速度弱化。摩擦行为的变化与脱水过程及相应的断层物质变形方式的变化密切相关     

晋中南地区地壳结构的初步研究

本文是对陕西长安、山西代县和太谷等地工业爆破的资料采用时间项法研究晋中南地壳结构的初步成果。文中首先结合长安爆破观测资料的总结,对时间项方法作一介绍。为使用太谷等缺乏起爆时刻的爆破资料,对时间项方法作了一些改进,使对于那些未有起爆时刻的爆破资料亦能用于确定时间项。使用上述爆破和各台记录的初动到时获得了晋中南地区的界面速度为7.95±0.04公里/秒,求得了41个点的时间项,取莫霍面以上介质的平均速度v₀=6.4公里/秒反演求得了各点的莫霍界面深度,并对所得的结果结合晋中南地区的地震活动性及部分地震震源机制结果进行了初步的分析和讨论。     

降雨对深井水位动态的影响

本文根据我国地震地下水动态观测网中降雨对深井水位动态影响状况的普查与在北京、福建汤坑与黑龙江尚志等三个典型地区的现场观测试验的结果,讨论了降雨对深井水位年动态影响的类型、特征与模型及其影响因素、机理等,并依此探讨了我国震例中与降雨有关的三种异常的判据与信度问题。