论文部分内容阅读
【摘要】在地震采集过程中，检波器耦合效果的好坏直接影响着采集效果，特别是在复杂地表区，如水泥、柏油路面、冰面、苇塘区、矿渣区等地方，检波器的埋置效果往往不尽如人意；在冬季收放检波器的过程中，由于采用的工具不合理，往往对检波器造成较大的损坏。本文主要介绍了通过对复杂地表区检波器埋置配套工艺的改进，改善了检波器的耦合效果，减小了对检波器的损坏，提高了地震勘探的采集质量。
【关键词】地震采集 复杂地表区 检波器耦合 配套工具
对于地表条件十分复杂，城市、大型村镇、水面养殖等障碍区的分布密度较高的情况下，在以往的地震采集中，由于埋置在复杂地表区检波点的个数较少，施工中常常采用空道的方法进行生产，检波器埋置的耦合效果往往不为人们所重视。随着经济的发展，城市化、工业化建设的日新月异，地震勘探所面临的复杂地表区越来越多，经过复杂地表区的检波点个数也越来越多，据统计在地震采集设计中，有3～10%左右的检波点位于复杂地表区，采用传统空道的方法显然行不通。但复杂地表区检波器埋置的效果，一直是地震采集中的一个难点。本文主要在复杂地表区检波器的埋置积累了一定的施工经验基础上，对于复杂地表区检波器埋置配套工艺进行探讨，取得了较好的勘探效果。
1 检波器工作原理
检波器主要是由外壳、圆柱行磁钢、环行弹簧片和线圈等组成。磁钢被垂直的固定在外壳中央，线圈通过上下两个弹簧片与外壳做软连接，使它置于磁钢和外壳之间环行磁通间隙间，能够上下移动。当地震波传到地表观测点时，检波器外壳连同磁钢随之发生震动，线圈则由于惯性而滞后于磁钢，形成二者之间的相对运动。在这样的运动中，线圈切割磁力线产生感应电动势，输出与震动周期相对应的电流信号，通过专门的仪器可将这些信号放大并记录下来，从而实现了将地面振动信号转化为电振动的机电转换，拾取到了地震波。这类检波器输出的信号电压和其振动的位移速度有关，因此称为速度检波器。这类检波器的特点是：它的输出电压反映检波器外壳的位移随时间的变化率即速度，其性能指标包括固有频率，灵敏度，线圈自流电阻，阻尼，谐波畸变和寄生共振。从实际上考虑还有耐用性，大小和形状。一般来说，对于检波器的大小和形状，用户没有多少选择的余地。通常选用灵敏度高（阻尼约为0.6）、谐波畸变小、寄生共振频率在记录频率之外，并且耐用性好的检波器。对不同型号的检波器的寄生噪声做对比，发现固有频率为100Hz的检波器不但可以消除低噪声，而且可将频带展宽到650Hz左右。 检波器输出的电信号的极性和幅值与地面震动的方向和速度有关，而且只有与检波器线圈的轴线方向一致的机械振动才会产生较大的输出电压。因此，当地震波沿着与线圈轴垂直方向传来时，检波器是不灵敏的。所以，在井下施工时，必须把检波器垂直介质表面插入到介质内部。使线圈正好垂直介质的表面。 除了速度检波器，还有加
速度检波器，它是利用晶体压电效应特性制成的晶体检波器。这类检波器的固有频率高（可达1000Hz），可用来测量物体振动的加速度。
2 检波器埋置中存在的主要问题
2.1 放置检波器
地震检波器是用来拾取地面震动的装置。是将机械震动转换成点信号的机电能量转换装置。将一纽检波器以串联或并联方式连接在一起.成为检波器串。为了尽可能获取高频有效信号但又避免高频干扰，首先就得从检波嚣埋置出发进行控制，在统一的埋置要求下进行作业时针对不同地表应该采取符合实际的组合埋置。
为了使检波器与大地之间有较好的耦合.经过物探人员多年总结，检波器埋置时要做到平、稳、正、直、紧，均匀放开，小线平铺地面不能太紧，以减少环境干扰。
平：要求同一道的所有检波器（同一道中无论几串检波器）尽量安置在同一水平面上，即检波器之问不能高差太大，一般情况下，检波器之间的高差要小于lm。
稳：检波器的尾锥要拧紧。然后把检波器插入较实的土中.要求检波器稳定不晃动，使检波器与地面具有良好的耦台。
正：是指检波器安放位置要准，要求组合检波器的每组中心应对准桩号。
直：要求检波器要垂直地面安置，不能倾斜。
紧：要求检波器与地面成为一个整体，即与地面插紧，井尽可能用土压实。
在满足以上5点要求时，野外平坦地表条件检波器串的摆放与埋置的组合基距20m，组内距4m。
在不同的地表区施工，放置检波器时存在的问题也不尽相同。
（1）水泥、柏油路面地区
以往采集采用空道的方法较多，但在连续点位较多的地方，则采用纸箱内装满沙土，在沙土中埋置检波器，再把纸箱放置到检波点位置。显然，检波器在沙土中、纸箱与地面的耦合效果不好。
（2）冰面、苇塘地区
大多数采用铁钎子打眼放置检波器，但在打眼过程中，冰面易于爆裂，再放置检波器，检波器倾斜严重；尾锥与冰面之间即使放置时不倾斜，但到中午时分，由于受太阳照射，检波器尾锥冰面融化，检波器出现倒伏现象。
（3）矿渣、沙石地面地区
目前放置检波器的主要方法是采用铁钎子打眼来埋置检波器。但施工中使用人工打眼施工效率低，在打眼的过程中，打的眼往往不垂直，造成检波器埋置时倾斜，且耦合的效果也较差，埋置的质量不能得到保证。
（4） 施工过程
为了保证耦合的效果，施工人员在施工的过程中往往直接大力敲击检波器，长期如此施工，势必造成检波器磁钢的损坏。
2.2 收检波器
目前在收检波器方面还没有使用专用的工具，大多使用铁锹、镐头等工具收检波器。但由于天气寒冷，检波器与大地冬为一体，特别是雨雪天气后，更为严重。在使用铁锹起检波器的过程中，检波器的外壳破损、小线折断、尾锥弯曲的现象较多，使用镐头时甚至破坏到检波器的磁钢。
因此，急需一种检波器埋置的配套工艺和工具，保证检波器的耦合效果，提高施工效率，保证检波器使用的完好率。 2.3 高压线下检波器埋置问题
高压线电压值往往决定了50 Hz感应的强弱，其中，对于100 kV高压线以上的电压值来说，则影响的干扰性较大；而对于220 V的电线干扰情况来说，则影响的干扰性较小。在处理中加50 Hz滤波的情况下，对于较小的220 V的电线干扰来说，则往往就可以在此过程中进行相关的处理，就可以解决掉；而对于较强的高压线来说，即100 kV高压线以上的电压值，则在50 Hz滤波后，相关的比较强的部分并没有被压制掉，甚至有效波已经被抑制掉。通过相关的频谱分析，检波器50 Hz感应单道频谱幅度在在高压线下的情况为120dB，同时分析在在相关的麦田中的105 dB-110 dB则是检波器单道频谱幅度，而麦田单道的能量远远小于50 Hz感应。目前来说，还没有比较好的解决方法对于50 Hz的问题，往往是采用相关的测线偏移1/10个道距的基础上，然后再进行检波器埋置工作，这样或是减少串数，或是尽量使得高压线的距离拉开，还要在同时进行相关的深挖坑等操作。50 Hz感应会在上述措施后能够有所减弱，但是要想在根本上解决问题还存在一定难度，采用VectorSeis数字检波器往往是解决50 Hz干扰问题的最为有效的方法，这样就不收到诸如高压线或地下电缆的干扰，其他的外界电磁信号也不容易干扰到使其受到影响。相关采用的PRO处理技术对于检波点的摆放是没具体要求的，这就说明可以任意摆放检波点，完全没有直线摆放限制，这样对于灵活设计野外施工方案具有极大的便利性和可行性。
2.4 坑后的检波器埋置问题
不同的地区对于检波器埋置挖坑深度的要求也是不一样的，比如，在新疆沙漠地区，考虑诸多相关因素，应该使得埋置挖坑深度在30～40cm左右；而对于玉门附近相关地区来说，为了使得检波器与地表耦合好，检波器埋置应该考虑到挖破风化壳的设置；而江苏等地区则需要挖坑20 cm就可以基本满足条件。另外，我们还对于相关的检波器挖坑和不挖坑作了对比分析研究，实验条件是挖坑埋置检波器，其中的有效波频段内为3 Hz～60 Hz，而振幅值115 dB左右，而对于相邻道不挖坑的振幅值来说，大约测的为l ldB左右，对于不挖坑的检波器来说，与挖坑检波器相比大约差5 dB。所以，可以从相关的单炮上的单道的这种差异性分析得出，检波器挖坑后会具有较好的使用效果。
3 工艺、工具的改进
经过多年的探索，对于不同地表类型的检波器埋置的工艺和工具进行了改进，效果较好。
3.1 水泥、柏油路面地区
在水泥、柏油路面等类似地区，使用木箱子法埋置检波器。即将检波器固定在木箱子中，卸掉检波器的尾锥。为保证检波器耦合效果，在放置木箱子前，先在检波点位置放置一层沙子，并用水浇湿，再把木箱子移到湿沙子上面，箱上压上沙袋固定好。利用天气较冷的有利条件，把检波器冻结在地面上，这样检波器耦合的效果能够到达检波器地面正常埋置的效果。从地表正常埋置检波器与木箱子法埋置检波器的记录看，两者无差别。
3.2 冰面、苇塘地区
在冰面、苇塘等地区，采用专用的便携式检波器打眼机打眼的方法放置检波器。
由于采用机械动力，使用时打眼的速度较快，并且可将检波器底座完全插入地面；在冰面上施工，冰面不易炸裂，可将检波器底座插到冰里面，检波器无倒伏现象。由于冰面及苇塘区取土困难，为防止风力的干扰，在检波器上用特制的沙袋压上，保证了检波器的埋置效果。
3.3 矿渣、沙石地面地区
在矿渣、沙石地面等地区，也是采用检波器打眼机打眼的方法放置检波器，但由于该地表较硬，因此采用特制的钻头进行打眼，打眼后用专用的检波器埋置锤钉紧，再用土把检波器及耳线埋置好。
3.4 收检波器
为了保证在收检波器的过程中，减小对检波器的损坏程度，在施工中抛弃了铁锹和镐头，使用专用的起检波器工具。在使用的过程中，对准检波器转动工具，检波器就起出来了，对检波器外壳、尾锥及耳线等毫无损伤。
4 应用效果
在探区的城市三维地震采集中，由于大部分的检波点位于复杂地表区，在施工中采用上述的方法进行了检波器的埋置，采集的效果较好，很好的完成了城区地震采集工作，达到了预期的效果。虽然最终的剖面效果与诸多因素有关，但检波器埋置工艺的改进起到了一定的作用。从城区的叠前时间偏移剖面可见，城区中采集效果与城外采集效果没有大的差别。
5 结束语
据我们统计计算，使用改进后的检波器埋置方式，劳动强度明显降低，埋置检波器的速度比以往能够提高10%左右；通过使用专用的收检波器工具，检波器的损坏率降低了40%左右。改进后检波器收放工艺可在东部寒冷地区推广使用。
参考文献
[1] 刘胜，李世琼，杨继友. 三分量检波器的矢量保真分析及质量控制方法探讨[J]. 物探装备，2010，20（6）
[2] 尚永生，侯福斗，郭善力，等. 一种利用阻抗值检查检波器倾斜度的方法[J].物探装备，2012，22（4）
[3] 李淑清，李维斌. 基于DSP与FPGA的光栅地震检波器的信号处理[J]. 国外电子测量技术，2009，28（10）
[4] 董世学，张春雨. 地震检波器的性能与精确地震勘探[J]. 石油物探，2000，39（2）.
[5] 逄焕东，张兴民，姜福兴. 微地震监测中传感器的埋置误差校正[J]. 有色金属（矿山部分），2004，56（3）
[6] 段承州，冷世华，段书富. 地震检波器埋置探讨[J]. 石油仪器，2007，21（6）
【关键词】地震采集 复杂地表区 检波器耦合 配套工具
对于地表条件十分复杂，城市、大型村镇、水面养殖等障碍区的分布密度较高的情况下，在以往的地震采集中，由于埋置在复杂地表区检波点的个数较少，施工中常常采用空道的方法进行生产，检波器埋置的耦合效果往往不为人们所重视。随着经济的发展，城市化、工业化建设的日新月异，地震勘探所面临的复杂地表区越来越多，经过复杂地表区的检波点个数也越来越多，据统计在地震采集设计中，有3～10%左右的检波点位于复杂地表区，采用传统空道的方法显然行不通。但复杂地表区检波器埋置的效果，一直是地震采集中的一个难点。本文主要在复杂地表区检波器的埋置积累了一定的施工经验基础上，对于复杂地表区检波器埋置配套工艺进行探讨，取得了较好的勘探效果。
1 检波器工作原理
检波器主要是由外壳、圆柱行磁钢、环行弹簧片和线圈等组成。磁钢被垂直的固定在外壳中央，线圈通过上下两个弹簧片与外壳做软连接，使它置于磁钢和外壳之间环行磁通间隙间，能够上下移动。当地震波传到地表观测点时，检波器外壳连同磁钢随之发生震动，线圈则由于惯性而滞后于磁钢，形成二者之间的相对运动。在这样的运动中，线圈切割磁力线产生感应电动势，输出与震动周期相对应的电流信号，通过专门的仪器可将这些信号放大并记录下来，从而实现了将地面振动信号转化为电振动的机电转换，拾取到了地震波。这类检波器输出的信号电压和其振动的位移速度有关，因此称为速度检波器。这类检波器的特点是：它的输出电压反映检波器外壳的位移随时间的变化率即速度，其性能指标包括固有频率，灵敏度，线圈自流电阻，阻尼，谐波畸变和寄生共振。从实际上考虑还有耐用性，大小和形状。一般来说，对于检波器的大小和形状，用户没有多少选择的余地。通常选用灵敏度高（阻尼约为0.6）、谐波畸变小、寄生共振频率在记录频率之外，并且耐用性好的检波器。对不同型号的检波器的寄生噪声做对比，发现固有频率为100Hz的检波器不但可以消除低噪声，而且可将频带展宽到650Hz左右。 检波器输出的电信号的极性和幅值与地面震动的方向和速度有关，而且只有与检波器线圈的轴线方向一致的机械振动才会产生较大的输出电压。因此，当地震波沿着与线圈轴垂直方向传来时，检波器是不灵敏的。所以，在井下施工时，必须把检波器垂直介质表面插入到介质内部。使线圈正好垂直介质的表面。 除了速度检波器，还有加
速度检波器，它是利用晶体压电效应特性制成的晶体检波器。这类检波器的固有频率高（可达1000Hz），可用来测量物体振动的加速度。
2 检波器埋置中存在的主要问题
2.1 放置检波器
地震检波器是用来拾取地面震动的装置。是将机械震动转换成点信号的机电能量转换装置。将一纽检波器以串联或并联方式连接在一起.成为检波器串。为了尽可能获取高频有效信号但又避免高频干扰，首先就得从检波嚣埋置出发进行控制，在统一的埋置要求下进行作业时针对不同地表应该采取符合实际的组合埋置。
为了使检波器与大地之间有较好的耦合.经过物探人员多年总结，检波器埋置时要做到平、稳、正、直、紧，均匀放开，小线平铺地面不能太紧，以减少环境干扰。
平：要求同一道的所有检波器（同一道中无论几串检波器）尽量安置在同一水平面上，即检波器之问不能高差太大，一般情况下，检波器之间的高差要小于lm。
稳：检波器的尾锥要拧紧。然后把检波器插入较实的土中.要求检波器稳定不晃动，使检波器与地面具有良好的耦台。
正：是指检波器安放位置要准，要求组合检波器的每组中心应对准桩号。
直：要求检波器要垂直地面安置，不能倾斜。
紧：要求检波器与地面成为一个整体，即与地面插紧，井尽可能用土压实。
在满足以上5点要求时，野外平坦地表条件检波器串的摆放与埋置的组合基距20m，组内距4m。
在不同的地表区施工，放置检波器时存在的问题也不尽相同。
（1）水泥、柏油路面地区
以往采集采用空道的方法较多，但在连续点位较多的地方，则采用纸箱内装满沙土，在沙土中埋置检波器，再把纸箱放置到检波点位置。显然，检波器在沙土中、纸箱与地面的耦合效果不好。
（2）冰面、苇塘地区
大多数采用铁钎子打眼放置检波器，但在打眼过程中，冰面易于爆裂，再放置检波器，检波器倾斜严重；尾锥与冰面之间即使放置时不倾斜，但到中午时分，由于受太阳照射，检波器尾锥冰面融化，检波器出现倒伏现象。
（3）矿渣、沙石地面地区
目前放置检波器的主要方法是采用铁钎子打眼来埋置检波器。但施工中使用人工打眼施工效率低，在打眼的过程中，打的眼往往不垂直，造成检波器埋置时倾斜，且耦合的效果也较差，埋置的质量不能得到保证。
（4） 施工过程
为了保证耦合的效果，施工人员在施工的过程中往往直接大力敲击检波器，长期如此施工，势必造成检波器磁钢的损坏。
2.2 收检波器
目前在收检波器方面还没有使用专用的工具，大多使用铁锹、镐头等工具收检波器。但由于天气寒冷，检波器与大地冬为一体，特别是雨雪天气后，更为严重。在使用铁锹起检波器的过程中，检波器的外壳破损、小线折断、尾锥弯曲的现象较多，使用镐头时甚至破坏到检波器的磁钢。
因此，急需一种检波器埋置的配套工艺和工具，保证检波器的耦合效果，提高施工效率，保证检波器使用的完好率。 2.3 高压线下检波器埋置问题
高压线电压值往往决定了50 Hz感应的强弱，其中，对于100 kV高压线以上的电压值来说，则影响的干扰性较大；而对于220 V的电线干扰情况来说，则影响的干扰性较小。在处理中加50 Hz滤波的情况下，对于较小的220 V的电线干扰来说，则往往就可以在此过程中进行相关的处理，就可以解决掉；而对于较强的高压线来说，即100 kV高压线以上的电压值，则在50 Hz滤波后，相关的比较强的部分并没有被压制掉，甚至有效波已经被抑制掉。通过相关的频谱分析，检波器50 Hz感应单道频谱幅度在在高压线下的情况为120dB，同时分析在在相关的麦田中的105 dB-110 dB则是检波器单道频谱幅度，而麦田单道的能量远远小于50 Hz感应。目前来说，还没有比较好的解决方法对于50 Hz的问题，往往是采用相关的测线偏移1/10个道距的基础上，然后再进行检波器埋置工作，这样或是减少串数，或是尽量使得高压线的距离拉开，还要在同时进行相关的深挖坑等操作。50 Hz感应会在上述措施后能够有所减弱，但是要想在根本上解决问题还存在一定难度，采用VectorSeis数字检波器往往是解决50 Hz干扰问题的最为有效的方法，这样就不收到诸如高压线或地下电缆的干扰，其他的外界电磁信号也不容易干扰到使其受到影响。相关采用的PRO处理技术对于检波点的摆放是没具体要求的，这就说明可以任意摆放检波点，完全没有直线摆放限制，这样对于灵活设计野外施工方案具有极大的便利性和可行性。
2.4 坑后的检波器埋置问题
不同的地区对于检波器埋置挖坑深度的要求也是不一样的，比如，在新疆沙漠地区，考虑诸多相关因素，应该使得埋置挖坑深度在30～40cm左右；而对于玉门附近相关地区来说，为了使得检波器与地表耦合好，检波器埋置应该考虑到挖破风化壳的设置；而江苏等地区则需要挖坑20 cm就可以基本满足条件。另外，我们还对于相关的检波器挖坑和不挖坑作了对比分析研究，实验条件是挖坑埋置检波器，其中的有效波频段内为3 Hz～60 Hz，而振幅值115 dB左右，而对于相邻道不挖坑的振幅值来说，大约测的为l ldB左右，对于不挖坑的检波器来说，与挖坑检波器相比大约差5 dB。所以，可以从相关的单炮上的单道的这种差异性分析得出，检波器挖坑后会具有较好的使用效果。
3 工艺、工具的改进
经过多年的探索，对于不同地表类型的检波器埋置的工艺和工具进行了改进，效果较好。
3.1 水泥、柏油路面地区
在水泥、柏油路面等类似地区，使用木箱子法埋置检波器。即将检波器固定在木箱子中，卸掉检波器的尾锥。为保证检波器耦合效果，在放置木箱子前，先在检波点位置放置一层沙子，并用水浇湿，再把木箱子移到湿沙子上面，箱上压上沙袋固定好。利用天气较冷的有利条件，把检波器冻结在地面上，这样检波器耦合的效果能够到达检波器地面正常埋置的效果。从地表正常埋置检波器与木箱子法埋置检波器的记录看，两者无差别。
3.2 冰面、苇塘地区
在冰面、苇塘等地区，采用专用的便携式检波器打眼机打眼的方法放置检波器。
由于采用机械动力，使用时打眼的速度较快，并且可将检波器底座完全插入地面；在冰面上施工，冰面不易炸裂，可将检波器底座插到冰里面，检波器无倒伏现象。由于冰面及苇塘区取土困难，为防止风力的干扰，在检波器上用特制的沙袋压上，保证了检波器的埋置效果。
3.3 矿渣、沙石地面地区
在矿渣、沙石地面等地区，也是采用检波器打眼机打眼的方法放置检波器，但由于该地表较硬，因此采用特制的钻头进行打眼，打眼后用专用的检波器埋置锤钉紧，再用土把检波器及耳线埋置好。
3.4 收检波器
为了保证在收检波器的过程中，减小对检波器的损坏程度，在施工中抛弃了铁锹和镐头，使用专用的起检波器工具。在使用的过程中，对准检波器转动工具，检波器就起出来了，对检波器外壳、尾锥及耳线等毫无损伤。
4 应用效果
在探区的城市三维地震采集中，由于大部分的检波点位于复杂地表区，在施工中采用上述的方法进行了检波器的埋置，采集的效果较好，很好的完成了城区地震采集工作，达到了预期的效果。虽然最终的剖面效果与诸多因素有关，但检波器埋置工艺的改进起到了一定的作用。从城区的叠前时间偏移剖面可见，城区中采集效果与城外采集效果没有大的差别。
5 结束语
据我们统计计算，使用改进后的检波器埋置方式，劳动强度明显降低，埋置检波器的速度比以往能够提高10%左右；通过使用专用的收检波器工具，检波器的损坏率降低了40%左右。改进后检波器收放工艺可在东部寒冷地区推广使用。
参考文献
[1] 刘胜，李世琼，杨继友. 三分量检波器的矢量保真分析及质量控制方法探讨[J]. 物探装备，2010，20（6）
[2] 尚永生，侯福斗，郭善力，等. 一种利用阻抗值检查检波器倾斜度的方法[J].物探装备，2012，22（4）
[3] 李淑清，李维斌. 基于DSP与FPGA的光栅地震检波器的信号处理[J]. 国外电子测量技术，2009，28（10）
[4] 董世学，张春雨. 地震检波器的性能与精确地震勘探[J]. 石油物探，2000，39（2）.
[5] 逄焕东，张兴民，姜福兴. 微地震监测中传感器的埋置误差校正[J]. 有色金属（矿山部分），2004，56（3）
[6] 段承州，冷世华，段书富. 地震检波器埋置探讨[J]. 石油仪器，2007，21（6）