行業(yè)應(yīng)用
首頁(yè) > 行業(yè)應(yīng)用 地震勘探是根據(jù)地質(zhì)學(xué)和物理學(xué)的原理,利用電子學(xué)和信息學(xué)等方法,采用人工方式引起地殼振動(dòng),再用儀器記錄爆炸后地面上各點(diǎn)的震動(dòng)情況,間接推斷數(shù)百至數(shù)千米以下的地下地質(zhì)構(gòu)造,進(jìn)而尋找可能的含油氣圈閉。由于技術(shù)手段的限制,目前地震勘探尚無(wú)法直接測(cè)量震源激發(fā)所產(chǎn)生的大地的真實(shí)振動(dòng),只能在地面放置具有將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)能力的檢波裝置,間接測(cè)量大地振動(dòng),從中讀取地震波攜帶的地質(zhì)信息。地震檢波器就是能將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種檢波裝置,其作用是以盡量小的失真產(chǎn)生地面振動(dòng)單分量或者多分量電模擬,完整地反映地震波的動(dòng)力學(xué)特征。但是,上述“間接測(cè)量”的方式會(huì)產(chǎn)生以下兩種誤差:①“大地振動(dòng)”與“檢波器外殼振動(dòng)”之間的誤差(耦合效應(yīng));② “檢波器外殼振動(dòng)”與“地震數(shù)據(jù)”之間的誤差(機(jī)電效應(yīng))。與此同時(shí),由于油氣藏埋深和大地吸收、衰減等因素造成地震勘探中有效反射波頻率降低,環(huán)境噪聲、次生噪聲、電噪聲等干擾因素造成地震資料的信噪比低(在山地、沙漠等復(fù)雜地表地區(qū),有效反射信號(hào)較環(huán)境噪聲的動(dòng)態(tài)范圍多小于70 dB[ 。]);所以,地震檢波器的設(shè)計(jì)與制造必須在充分考慮以上各種因素影響的基礎(chǔ)上,“最大限度地”減小耦合效應(yīng)帶來(lái)的“耦合噪聲”以及機(jī)電效應(yīng)帶來(lái)的“電噪聲”,“盡量忠實(shí)地”記錄大地振動(dòng)。動(dòng)圈式模擬檢波器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種地震檢波器。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外也相繼研發(fā)了多種新型檢波器,其中取得較大進(jìn)展的是以MEMS技術(shù)為核心的數(shù)字檢波器,主要有VectorSeis系列和DSU系列。VectorSeis系列是美國(guó)I/0公司1999年前后推出的三分量數(shù)字檢波器;DSU系列是法國(guó)Sercel公司2003年推出的全數(shù)字地震數(shù)據(jù)
采集系統(tǒng),分為DSU1和DSU3兩種。迄今為止,數(shù)字檢波器的試驗(yàn)與生產(chǎn)已經(jīng)取得了很多有意義的經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論,但同時(shí)也帶來(lái)了一些令人疑惑的問(wèn)題,其中比較突出的是,檢波器性能指標(biāo)的進(jìn)步似乎并沒(méi)有帶來(lái)顯著的地球物理效果。我們以MEMS數(shù)字檢波器DSU3和普通動(dòng)圈式模擬檢波器20dx為例,系統(tǒng)地對(duì)比分析兩類地震檢波器的各項(xiàng)性能指標(biāo),在此基礎(chǔ)上明確了由檢波器性能指標(biāo)差異而導(dǎo)致的地球物理效果(數(shù)據(jù)表現(xiàn))差異,厘清了地震檢波器性能指標(biāo)與實(shí)際地球物理效果之間的關(guān)系。
1 兩類地震檢波器的性能指標(biāo)對(duì)比
總結(jié)了DSU3數(shù)字檢波器和20dx模擬檢波器的性能指標(biāo)差異,如表1所示。從性能指標(biāo)對(duì)比結(jié)果看,DSU3具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是這種比較存在兩個(gè)問(wèn)題:①部分指標(biāo)沒(méi)有
進(jìn)行比較,比如耦合能力;②部分較高的指標(biāo)參數(shù)沒(méi)有在“從地面震動(dòng)到記錄數(shù)據(jù)的映射”中得以體現(xiàn),比如0~800 Hz的“頻率際的有效反射波頻率低(低于150~200 Hz)而難以發(fā)揮作用,即檢波器的“高指標(biāo)”沒(méi)有轉(zhuǎn)換為地震數(shù)據(jù)的“高質(zhì)量”。我們認(rèn)為,判斷一種檢波器是否滿足石油地震勘探的地球物理要求,還需要進(jìn)行更為系統(tǒng)性的對(duì)
比分析,找出“性能指標(biāo)差異”與“地球物理效果(數(shù)據(jù)表現(xiàn))差異”之間的關(guān)聯(lián)性。
2 兩類檢波器的地球物理效果差異分析以模擬檢波器20dx與數(shù)字檢波器DSU3為代表的兩類檢波器的主要性能指標(biāo)不同,由此產(chǎn)生的地球物理效果(數(shù)據(jù)表現(xiàn))差異包括以下8個(gè)方面。
2.1 跟蹤物理量
20dx動(dòng)圈式檢波器為速度型檢波器,輸出的是模擬電信號(hào),模擬電信號(hào)經(jīng)數(shù)字化以后與檢波器外殼振動(dòng)速度在一定頻帶范圍內(nèi)具有線性關(guān)系;DSU3數(shù)字檢波器為加速度型檢波器,輸出的是數(shù)字信號(hào),并與檢波器振動(dòng)加速度在一定頻帶內(nèi)具有線性關(guān)系。
因?yàn)楦櫟奈锢砹坎煌?位移,速度,加速度),所以用不同類型檢波器得到的地震數(shù)據(jù)具有不同的數(shù)據(jù)特征(圖1);加速度振幅譜與速度振幅譜存在線性關(guān)系(以一2rrfv),所以加速度振幅譜的高頻成分更為豐富,在監(jiān)視記錄上表現(xiàn)為加速度檢波器接收到的數(shù)據(jù)頻率更高(圖2)。因此,直接將跟蹤不同物理量的兩種檢波器(20dx,DSU3)產(chǎn)生的地震記錄或者剖面進(jìn)行對(duì)比,并由此斷定DSU3的高頻更加豐富是不合理的。對(duì)于同一個(gè)振動(dòng)而言,位移、速度、加速度的波形、振幅、主頻均不同,主頻依
次提高(圖1),但是這種主頻的“提升”反映的是同一個(gè)振動(dòng)的不同表現(xiàn)形式,并沒(méi)有本質(zhì)的不同。如果要將20dx與DSU3的記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的話,應(yīng)該將兩種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一個(gè)域(速度域或者加速度域)中。
聲的強(qiáng)度高。在信噪比比較低的地區(qū),矢量保真度指標(biāo)提高的優(yōu)勢(shì)被噪聲的影響所淹沒(méi)。綜上所述,以20dx與DSU3為代表的兩類檢波器的性能指標(biāo)及實(shí)際地球物理效果(數(shù)據(jù)表現(xiàn))差異如表3所示。綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為,采集階段的信噪比、處理階段的壓噪能力以及地質(zhì)條件的復(fù)雜程度是決定檢波器優(yōu)良的性能指標(biāo)能否轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量地球物理數(shù)據(jù)的關(guān)鍵要素。
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