本發(fā)明涉及油田開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種檢波器動態(tài)性能綜合測試與評價方法。

背景技術(shù)：

地震檢波器是一種將地面運動轉(zhuǎn)換為電信號的裝置，在石油地震勘探工作中主要用來接收人工激發(fā)的地震波，性能優(yōu)良的檢波器對提高地震勘探精度非常關(guān)鍵，這也是為什么目前地震勘探領(lǐng)域研發(fā)了種類繁多的檢波器的原因。所以，對檢波器進行測試和評價，并根據(jù)地震勘探需求優(yōu)選合適的檢波器是一項很重要的工作。

目前常用的檢波器測試方法有兩種：一種是直接測試法，在振動臺上測試檢波器的性能，此法需要振動臺和參考傳感器系統(tǒng)在所測頻率范圍內(nèi)有良好的幅值和相位特性，測試系統(tǒng)通常比較笨重，造價高，不適宜現(xiàn)場使用；另一種是間接測試法，有直流激勵法和相位橢圓法，這些方法是利用檢波器的互易性質(zhì)，采用電信號(直流或簡諧)激勵，由時間域信號進行測定和計算，對于小阻尼、低固有頻率檢波器，此法使用效果較好，但不適合于大阻尼及較高固有頻率檢波器。

通常檢波器的評價依據(jù)是檢波器的技術(shù)指標和使用壽命，技術(shù)指標包括自然頻率、幅頻特性、電阻、阻尼、靈敏度、失真度、假頻、動態(tài)范圍等，這些都是一些靜態(tài)指標，并且或者是由檢波器廠商提供，或者是采用廣泛使用的便攜式檢波器測試儀測得。評價方式主要通過技術(shù)指標對比、正弦波形對比和野外試驗對比的方式進行，以肉眼定性評價為主。這種檢波器評價方法是在傳統(tǒng)的動圈式檢波器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，對比這種同類型的檢波器比較有效。但是，在目前檢波器工作機理不同、信號的類型不同的情況下，再同這種評價方法難以對檢波器進行正確評價。特別是對 加速度型與速度型，mems型、陸用壓電型、光纖型與動圈型的檢波器對比時，難以準確判斷檢波器的優(yōu)劣，也造成對不同類型檢波器的評價和認識不統(tǒng)一。比如，有的專家認為dsu3數(shù)字檢波器性能良好，頻帶寬，資料分辨率高；有的專家則認為dsu3檢波器是加速度型檢波器，將接收到的加速度資料轉(zhuǎn)到速度域處理并沒有優(yōu)勢，單個dsu3檢波器還有信噪比低的缺點。

目前的檢波器測試與評價方法存在的問題：

(1)依據(jù)的技術(shù)指標比較單一，以靜態(tài)指標為主，靜態(tài)指標是在某一頻率點測得的，某一頻率點測得的數(shù)據(jù)并不能完全代表地震波整個頻帶內(nèi)的性能，所以，靜態(tài)指標具有一定的偏差。

(2)難以進行能可靠對比保真度、信噪比、分辨率、有效動態(tài)范圍的信號測試。因為這需要進行弱信號測試、沖信號測試、本底噪聲測試和實際地震信號測試，這需要在實驗室內(nèi)隔振臺上用精度較高的振動臺進行測試，對環(huán)境噪聲要求非常高，一般環(huán)境下無法完成。

由于以上原因，常規(guī)檢波器測試與評價方法無法對現(xiàn)在的各種類型檢波器進行評價，因此，也難以根據(jù)不同地震勘探需求進行檢波器的優(yōu)選。為此我們發(fā)明了一種新的檢波器動態(tài)性能綜合測試與評價方法，解決了以上技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種解決對不同機理、不同類型檢波器進行測試和評價的問題，從而為地震勘探資料采集優(yōu)選出最優(yōu)檢波器的檢波器動態(tài)性能綜合測試與評價方法。

本發(fā)明的目的可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：檢波器動態(tài)性能綜合測試與評價方法，該檢波器動態(tài)性能綜合測試與評價方法包括：步驟1，進行接收線性測試和本底噪聲測試；步驟2，進行脈沖信號測試和弱信號接收能力測試；步驟3，進行抗干擾能力測試和實際地震信號接收能力測試；步驟4，進行野外試驗，通過實際地震試驗對比驗證檢波器的接收性能；步驟5，進行檢波器綜合性能評價。

本發(fā)明的目的還可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：

在步驟1中，在實驗室低頻臺和高頻臺兩個振動臺上分別進行接收線性測試，低頻臺用來測試2-100hz信號，高頻臺用來測試100-2000hz信號，測試時將不同待測檢波器呈圓形固定到振動臺上，以減小檢波器的振動條件不一致造成的誤差，向振動臺輸入恒幅加速度正弦信號，檢波器與振動臺一起振動并產(chǎn)生振動電信號，電信號傳到數(shù)字地震儀記錄下檢波器的電信號，在檢波器可測頻帶內(nèi)取足夠多的離散頻率點，進行加速度恒幅正弦波測試，保證測試信號振幅恒定不變，根據(jù)不同頻率點正弦波最大振幅值計算得出相應(yīng)頻率點的檢波器靈敏度，然后將不同頻率點的靈敏度值繪制成一條曲線，形成檢波器幅頻特性曲線，根據(jù)靈敏度計算結(jié)果進而統(tǒng)計分析檢波器接收線性波動差，對比檢波器的穩(wěn)定性。

在步驟1中，在實驗室低頻臺和高頻臺兩個振動臺上分別進行接收線性測試，低頻臺用來測試2-100hz信號，高頻臺用來測試100-2000hz信號，測試時將不同待測檢波器呈圓形固定到振動臺上，以減小檢波器的振動條件不一致造成的誤差，向振動臺輸入恒幅加速度正弦信號，檢波器與振動臺一起振動并產(chǎn)生振動電信號，電信號傳到數(shù)字地震儀記錄下檢波器的電信號，在檢波器測試頻帶內(nèi)進行正弦波加速度恒幅連續(xù)掃頻測試，頻率可由低向高掃，也可以由高頻向低頻掃，波形振幅是隨頻率增加或減小連續(xù)變化的，根據(jù)測試擬合曲線就可以求出檢波器的靈敏度，從而繪制出檢波器幅頻特性曲線，對比檢波器線性特征，根據(jù)靈敏度計算結(jié)果進而統(tǒng)計分析檢波器接收線性波動差，對比檢波器的穩(wěn)定性。

在步驟1中，進行本底噪聲測試時，首先，將檢波器集中固定在能有效衰減外界地面干擾的實驗室隔振臺上，檢波器間距5cm；其次，將檢波器連接到數(shù)字地震儀；然后，選擇外界干擾較小的時間錄制干擾記錄，在外界干擾可以忽略的情況下測試檢波器內(nèi)部的噪聲水平，從而對比檢波器提高信噪比的能力。

在步驟2中，進行脈沖信號測試時，第一，將檢波器呈圓形固定在大振動臺上，并連接到數(shù)字地震儀器；第二，向振動臺輸入脈沖測試信號，檢波器與振動臺一起振動產(chǎn)生電脈沖信號，電信號傳到地震儀記錄下來； 第三，改變脈沖信號寬度和幅度重復(fù)測試，對數(shù)據(jù)進行分析，對比檢波器接收脈沖信號的保真度，信號分辨能力大小，信噪比的大小，結(jié)合本底噪聲計算得到檢波器的動態(tài)范圍指標。

在步驟2中，進行弱信號接收能力測試時，分為低頻弱信號測試和高頻弱信號測試；在低頻臺上測試低頻弱信號，首先，將不同待測檢波器呈圓形固定到振動臺上，并連接到數(shù)字地震儀器；其次，向振動臺輸入恒幅加速度低頻正弦弱信號，檢波器與振動臺一起振動并產(chǎn)生振動電信號，電信號傳到數(shù)字地震儀記錄下檢波器的電信號；第三，降低測試信號的幅度重復(fù)進行以上步驟，不斷進行重復(fù)測試，直到所有檢波器的信號都發(fā)生嚴重畸變?yōu)橹?；在大振動臺上測試高頻弱信號，第一，將檢波器呈圓形固定在大振動臺上，并連接到數(shù)字地震儀器；第二，做地震波高頻段正弦波加速度恒幅掃頻測試，頻率由低向高掃，記錄下檢波器信號；第三，降低測試信號的幅度重復(fù)進行以上步驟，不斷進行重復(fù)測試，直到所有檢波器的信號都發(fā)生嚴重畸變?yōu)橹梗淮隧棞y試對比檢波器接收無畸變?nèi)跣盘柕哪芰?，同時，該測試資料還可以用來分析不同類型檢波器的有效動態(tài)范圍。

在步驟3中，進行抗干擾能力測試時，將檢波器呈一字形固定在實驗室隔振臺上，并將檢波器連接到數(shù)字地震儀，然后，將50hz交流電線放置在與檢波器等距離的檢波器一側(cè)，選擇外界干擾較小的時間錄制干擾記錄，在外界干擾可以忽略的情況下測試檢波器抗50hz交流電干擾的能力。

在步驟3中，進行實際地震信號接收能力測試時，第一，將檢波器呈圓形固定在大振動臺上，并連接到數(shù)字地震儀器；第二，將抽取的實際地震信號輸入振動臺，檢波器與振動臺一起振動產(chǎn)生電信號，電信號傳到地震儀記錄下來。

在步驟4中，通過實際地震試驗對比驗證檢波器的接收性能，與實驗室測試結(jié)果相互印證，如發(fā)現(xiàn)相互矛盾的結(jié)果，則重新進行對比分析和測試。

在步驟5中，通過檢波器測試分析和對比試驗，得到檢波器的幅頻特性、接收線性波動差、脈沖測試、本底噪聲、抗50hz干擾能力、弱信號檢測能力測試、實際地震信號測試、頻譜分析、信噪比對比和分辨率對比這 10項對比動態(tài)指標，應(yīng)用這些指標對對檢波器進行綜合評價。

本發(fā)明中的檢波器動態(tài)性能綜合測試與評價方法，屬于石油地震勘探檢波器性能綜合評價分析方法,主要通過實驗室測試、正演模擬與野外試驗，對各種類型檢波器進行綜合評價，為不同的地震勘探需求、不同的地質(zhì)目標和不同的地表條件優(yōu)選野外采集檢波器提供依據(jù)。根據(jù)實驗室的檢波器測試與野外試驗記錄，對不同機理不同類型檢波器接收地震波的保真度、接收線性、分辨率、抗干擾能力、信噪比、動態(tài)范圍、本底噪聲等在同一平臺上進行對比分析的一種綜合評價方法，這種方法以動態(tài)的正弦波、脈沖波、實際地震波為信號源對檢波器進行測試，更加貼近實際，經(jīng)過多個工區(qū)的應(yīng)用，檢波器評價方法準確，類型優(yōu)選合理，符合實際生產(chǎn)。該方法有效對比出了不同類型檢波器接收地震波信號的差異，表現(xiàn)在地震波的保真度、信噪比、分辨率、頻帶寬度、子波形態(tài)、速度譜等方面重要指標上，這種方法密切結(jié)合實際資料，效果更加明顯，是根據(jù)地震勘探需求優(yōu)選檢波器的有效方法。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的檢波器動態(tài)性能綜合測試與評價方法的一具體實施例的流程圖；

圖2為本發(fā)明的一具體實施例中本底噪聲測試振幅譜對比的示意圖；

圖3為本發(fā)明的一具體實施例中脈沖測試對比的示意圖；

圖4為本發(fā)明的一具體實施例中弱信號測試對比的示意圖；

圖5為本發(fā)明的一具體實施例中盤河開發(fā)三維地震新老單炮原始解編對比的示意圖；

圖6為本發(fā)明的一具體實施例中盤河開發(fā)三維地震新老剖面對比的示意圖；

圖7為本發(fā)明的一具體實施例中肖莊北三維地震新老單炮原始解編對比的示意圖；

圖8為本發(fā)明的一具體實施例中肖莊北三維地震新老剖面對比的示意圖；

圖9為本發(fā)明的一具體實施例中肖莊北三維地震新資料時間切片效果的示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合附圖所示，作詳細說明如下。

如圖1所示，圖1為本發(fā)明的檢波器動態(tài)性能綜合測試與評價方法的流程圖。

在步驟101，進行接收線性測試：需要在實驗室低頻臺和高頻臺兩個振動臺上分別進行，低頻臺用來測試2-100hz信號，高頻臺用來測試100-2000hz信號，測試時將不同待測檢波器呈“圓形”固定到振動臺上，以減小檢波器的振動條件不一致造成的誤差，向振動臺輸入恒幅加速度正弦信號，檢波器與振動臺一起振動并產(chǎn)生振動電信號，電信號傳到數(shù)字地震儀記錄下檢波器的電信號。

測試方法有兩種：方法一，在檢波器可測頻帶內(nèi)取足夠多的離散頻率點，進行加速度恒幅正弦波測試，保證測試信號振幅恒定不變很重要，根據(jù)不同頻率點正弦波最大振幅值計算得出相應(yīng)頻率點的檢波器靈敏度，然后將不同頻率點的靈敏度值繪制成一條曲線，形成檢波器幅頻特性曲線；方法二，在檢波器測試頻帶內(nèi)進行正弦波加速度恒幅連續(xù)掃頻測試，頻率可由低向高掃，也可以由高頻向低頻掃，波形振幅是隨頻率增加或減小連續(xù)變化的，根據(jù)測試擬合曲線就可以求出檢波器的靈敏度，從而繪制出檢波器幅頻特性曲線，對比檢波器線性特征。

根據(jù)靈敏度計算結(jié)果進而可以統(tǒng)計分析檢波器接收線性波動差，對比檢波器的穩(wěn)定性。應(yīng)用接收線性測試的正弦測試結(jié)果還可以配合步驟103一起對比檢波器接收信號的保真度。

在步驟102，進行本底噪聲測試：首先，將檢波器集中固定在能有效衰減外界地面干擾的實驗室隔振臺上，檢波器間距5cm；其次，將檢波器連接到數(shù)字地震儀；然后，選擇外界干擾較小的時間(一般選擇在深夜)錄制干擾記錄。測試目的就是在外界干擾可以忽略的情況下測試檢波器內(nèi)部的噪聲水平，從而對比檢波器提高信噪比的能力。一般通過分 析噪聲振幅、頻譜來對比，不過需要結(jié)合步驟103進行，因為檢波器靈敏度不同，脈沖信號也會不同，本項測試還可以分析有源檢波器電噪聲的大小。

圖2是本底噪聲測試記錄的頻譜圖，dsu3檢波器噪聲較強，高靈敏度10r和5r檢波器噪聲比20dx強11db，恰好是靈敏度的倍數(shù)，可知，靈敏度沒有改變信噪比。

在步驟103，進行脈沖信號測試：第一，將檢波器呈“圓形”固定在大振動臺上，并連接到數(shù)字地震儀器；第二，向振動臺輸入脈沖測試信號，檢波器與振動臺一起振動產(chǎn)生電脈沖信號，電信號傳到地震儀記錄下來；第三，改變脈沖信號寬度和幅度重復(fù)測試。

對數(shù)據(jù)進行分析，可以對比檢波器接收脈沖信號的保真度，信號分辨能力大小，信噪比的大小，結(jié)合步驟102測得的本底噪聲還可以計算得到檢波器的動態(tài)范圍等指標。

圖3是脈沖信號測試記錄，可以看出不同類型檢波器接收脈沖信號的差異，dsu3和bk-z檢波器脈沖信號的保真度和分辨率較高，高頻檢波器對信號的拉伸小于低頻檢波器，10r、5r、20dx檢波器差別不明顯。

在步驟104，進行弱信號接收能力測試：分為低頻弱信號測試和高頻弱信號測試。(1)在低頻臺上測試低頻弱信號，首先，將不同待測檢波器呈“圓形”固定到振動臺上，并連接到數(shù)字地震儀器；其次，向振動臺輸入恒幅加速度低頻正弦弱信號，檢波器與振動臺一起振動并產(chǎn)生振動電信號，電信號傳到數(shù)字地震儀記錄下檢波器的電信號；第三，降低測試信號的幅度重復(fù)進行以上步驟，不斷進行重復(fù)測試，直到所有檢波器的信號都發(fā)生嚴重畸變?yōu)橹埂?2)在大振動臺上測試高頻弱信號，第一，將檢波器呈“圓形”固定在大振動臺上，并連接到數(shù)字地震儀器；第二，做地震波高頻段正弦波加速度恒幅掃頻測試，頻率由低向高掃，記錄下檢波器信號；第三，降低測試信號的幅度重復(fù)進行以上步驟，不斷進行重復(fù)測試，直到所有檢波器的信號都發(fā)生嚴重畸變?yōu)橹埂４隧棞y試可以對比檢波器接收無畸變?nèi)跣盘柕哪芰?，同時，利用測試資料還可以分析對比不同類型檢波器的有效動態(tài)范圍。

圖4是弱信號測試記錄，對比可以看出，dsu3檢波器接收的弱信號幾乎沒有畸變，只是在基波上附加了一個高頻干擾信號，弱信號接收能力好于其他檢波器，10r、5r和60hz高頻檢波器波形畸變最嚴重。

在步驟105，進行抗干擾能力測試：將檢波器呈“一字形”固定在實驗室隔振臺上，并將檢波器連接到數(shù)字地震儀，然后，將50hz交流電線放置在與檢波器等距離的檢波器一側(cè)，選擇外界干擾較小的時間錄制干擾記錄。在外界干擾可以忽略的情況下測試檢波器抗50hz交流電干擾的能力。

在步驟106，進行實際地震信號接收能力測試：第一，將檢波器呈“圓形”固定在大振動臺上，并連接到數(shù)字地震儀器；第二，將抽取的實際地震信號輸入振動臺，檢波器與振動臺一起振動產(chǎn)生電信號，電信號傳到地震儀記錄下來。通過步驟101-106，完成了實驗室測試。

在步驟107，進行野外試驗：通過實際地震試驗對比驗證檢波器的接收性能，與實驗室測試結(jié)果相互印證，如發(fā)現(xiàn)相互矛盾的結(jié)果，則重新進行對比分析和測試。

在步驟108，進行檢波器綜合性能評價。通過檢波器測試分析和對比試驗，可以得到檢波器的10項對比動態(tài)指標，應(yīng)用這些指標對對檢波器進行綜合評價。表1為一具體實施實例，對7種常用檢波器類型進行了綜合性能評價。

表1檢波器綜合性能評價表

總起來看，低頻高靈敏度檢波器接收低頻信號能力強，較適用于深層勘探；20dx、超級檢波器先行特征較好，信號信噪比較高，適用于提高信噪比地區(qū)；dsu3檢波器信號保真度、分辨率高，適用于提高分辨率地區(qū)。

以下為應(yīng)用本發(fā)明的兩個具體實施例：

1、盤河開發(fā)三維地震的應(yīng)用

盤河開發(fā)地震主要是提高地震資料分辨率，老的地震資料在臨邑斷裂的“金三角地區(qū)”內(nèi)部構(gòu)造模糊，使地質(zhì)人員確定鉆井增加了風(fēng)險。本次采集選擇了12個超級檢波器小組合接收，168次覆蓋次數(shù)選擇超級檢波器配合12個小組合，減弱了對了地震波的畸變，降低了地震波的平均效應(yīng)和對高頻信號的壓制，達到了預(yù)期目標。

圖5是在盤河地區(qū)應(yīng)用檢波器評價技術(shù)，其中，上圖為盤河新單炮，下圖為盤河老單炮，優(yōu)選出超級檢波器12個小組和接收得到的地震記錄， 新單炮比老單炮在信噪比和分辨率上都有了提高。

圖6是應(yīng)用超級檢波器接收得到的地震剖面，在構(gòu)造主體部位新剖面比老剖面分辨率上有了明顯改善。

2、肖莊北三維地震的應(yīng)用

肖莊北三維地震資料信噪比較低，地震勘探以提高信噪比為主，選擇36個20dx檢波器大組合接收，160次覆蓋次數(shù)選擇20dx檢波器配合36個大組合，有效壓制了各種類型干擾波，提高了地震資料信噪比，達到了地質(zhì)要求目標。

圖7是在肖莊北地區(qū)應(yīng)用檢波器評價技術(shù)，優(yōu)選出20dx檢波器36個大組和接收得到的地震記錄，新單炮比老單炮在信噪比有了明顯提高。

圖8是在肖莊北地區(qū)應(yīng)用檢波器評價技術(shù)，優(yōu)選出20dx檢波器36個大組和接收得到的地震剖面，新剖面信噪比提高幅度明顯，地質(zhì)構(gòu)造及其內(nèi)幕更加清晰，獲得了良好效果。

圖9是從三維地震數(shù)據(jù)體中獲得的時間切片，從時間切片看，資料信噪比、分辨率較高，地質(zhì)構(gòu)造清晰，淺層河道、目的層構(gòu)造變化趨勢明顯。