時間：2024-02-02 15:05:13
序論：在您撰寫地震勘探原理時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
【關鍵詞】 超精度地震傳感器 MEMS技術原理 DSU1工作特性
1 誕生數字檢波器的地震儀器背景
以往人們在討論地震儀器時，注意力往往多集中在探討對已產生的地震信號如何進行記錄和處理，而對于地震信號是如何產生和接收的，則言之甚少，這并不是因為這個問題不重要，而是因為在這個問題上，長期以來還沒有找到令人滿意的解決方法。事實證明，如果不摒棄現有的機電轉換模式，地震傳感器的精度指標永遠也不會有實質性的突破。
自從上世紀三十年代，世界上出現第一臺地震儀，近百來的發展，直到最近幾年才開始實踐應用數字檢波器，地震勘探的實踐表明，只有當人們不但掌握了-∑模數轉換技術，而且掌握了神奇的固體薄膜技術，全新的超精度地震傳感器才會應運而生。
法國SECEL公司研發的DSU采集鏈是基于MEMS技術的數字檢波器采集鏈。SECEL公司的數字檢波器產品之一垂直單分量數字檢波器DSU1，于2010年前后在中國地震勘探市場上批量投入勘探應用。DSU1具有寬頻線性響應、低畸變特點，是高分辨率地震勘探的理想采集設備。下面將從數字檢波器的工作原理、與傳統檢波器的特性比較、實際生產應用等幾個方面，進一步詳細分析介紹這新一代地震勘探設備——數字檢波器DSU。
2 數字檢波器的基本工作原理與DSU單元的電路構成
應當指出，只有當地震儀器從集中車載發展到野外分布階段以后，把數字檢波器固化在采集站內部的想法才可能成為現實。因為在地震儀器集中車載階段，所有的具有采集站功能的電路板都是安裝在儀器車內的，而檢波器則始終需要擺放、接插在地面。所以，從最早的模擬記錄儀，到早期的15位的數字記錄儀，再到基于-∑技術的24位遙測地震儀，這每一個技術進步，對于數字檢波器的誕生都不可或缺。
講數字檢波器，首先要弄清楚地震儀器中的一個最基本的單元——地震數據采集站，也稱為野外數字化單元，它的主要作用是把地震波激勵轉化成數字化信號以后，經信號處理器DSP輸出到電源站LAUL或交叉站LAUX進行處理，然后送到車載儀器系統的中心站。
那么，數字檢波器功能具體如何實現呢？就是在DSU數字檢波器采集站中，內置一個基于MEMS技術的加速度感應頭，將此加速度感應頭與地震數據采集站最核心的部件也即基于-∑技術的24位轉換器結合在一起，實現將地震波激勵直接轉換成數字流的過程?；?∑技術的24位轉換器，其采樣頻率可達256kHz，256kHz的1bit數據位流經過濾波和抽取，最終輸出24位4kHz子樣數據。
為了便于從整體上理解數字檢波器在地震數據采集中所發揮的作用，在這里需簡單介紹一下常規地震數據采集站的基本功能：
（1）接收來自主LAU的命令；
（2）重復大線上的數據包；
（3）數字化地震數據；
（4）采樣傳輸到從LAU；
（5）對儀器和野外測試產生模擬信號；
（6）在EEPROM中存儲數據采集站自身的地址；
（7）通過LED閃爍代碼告知數據采集站工作的狀態。
地震數據采集站常規電路構成與主要功能模塊如圖1所示：
從上圖可見，基于MEMS技術的DSU地震數據采集站的電路構成中，仍然離不開POWER SUPPLY（電源支持）、FDU-INT（信號整形）、FDU COM（管理數據采集站與電源站與交叉站之間的通信）、SIG DEL（-∑24位模數轉換）、EEPROM（存儲單元）這五大功能模塊。
而體現全新的數字檢波器功能的，就是下面將要講到的數字化超精度地震傳感器。數字檢波器在電路構成上，它是由一個加速度感應頭（MEMS）和電壓信號的產生與數字化電路（ASIC）一起組成。其工作原理概括地說，就是當地震波激勵引起MEMS內的慣性質量體發生位移后，ASIC內有一個力的反饋電路通過感應電極間電容量變化，由放大器輸出一個電壓信號，并反饋到兩電極之間，力圖產生一個恢復力，最終使電容器再回到原來的平衡位置。從理論上講，放大器輸出的這個電壓信號，就可以被用來描述來自地面的地震波的激勵。之后，這個電壓信號被檢測電路檢出，送給采集站內的24位-∑模數轉換器，最終輸出一個24位的串行數字流。至此，地震波的完全數字化拾取終于變成現實。
傳統的地震傳感器是直接利用運動線圈兩端產生的感應電動勢作為地震響應信號，而對于數字檢波器的工作原理，深入來說，其實它是一個加速度感應頭，完全是一個可變電容器，因其小而一般稱之為微機電系統（MicroElectroMechanical System），英文縮寫為MEMS。如同一般可變電容器，MEMS有一組固定的和一組可動的電容極板。固定極板與框架結合在一起，可動極板則與一個慣性質量體結合在一起，而慣性質量體又通過上下兩個彈簧與框架相連接。此外就是兩個電極。當地震信號驅動慣性質量體對彈簧作拉伸或壓縮運動時，使得兩組極板之間的間隙改變，從而引起兩電極之間電容改變。如何能夠進一步把這個電容量的變化轉換成電壓信號，這就是實現數字檢波器全數字化拾取的最終目所在。
為了把MEMS兩極間電容量的變化轉化成電壓信號，在電路設計上，是把MEMS的兩極接入一個力反饋電路的反饋回路里，做成一個模塊。力反饋電路實質是一個模擬放大器，當慣性質量體的軸向垂直朝下（指向地心）且靜止不動時，令放大器的輸出為一個常量。當受到地震波的激勵時，慣性質量體在其靜止位置附近做上下運動，同時兩電極間電容量隨之變化。這時放大器輸出一個電壓信號，并反饋到兩電極之間，力圖產生一個恢復力使電容器再回到平衡位置。同時，這個電壓信號被檢測電路檢出，并送24位-∑A/D轉換器，最后輸出一個24位的串行數字流。這就是數字檢波器的完整工作過程。
整個MEMS器件的有效芯體不過幾個毫米的大小，可謂精巧別致至極。此外的混合集成電路ASIC，兼有電容到電壓的精確變換以及24位-∑A/D的功能。在制造工藝上，MEMS與ASIC各有其單獨的封裝外殼。
3 單分量數字檢波器DSU1與模擬檢波器的特性比較
由于工作原理的不同，在單分量數字檢波器與傳統模擬檢波器的特性比較中，除了最基本的區別，數字檢波器是基于MEMS技術的加速度計，模擬檢波器是基于線圈&磁鐵的速度計以外，其它特性區別主要體現在以下幾個方面（如表1）：
4 數字檢波器DSU1應用結論
通過多個地震勘探項目的實際實用，單分量數字檢波器DSU1的易用性、高效率、頻帶寬等這些最明顯的特點，已得到了大家一致的認可。除此之外，隨著應用的深入，業內普遍更加清楚地認識到了采用數字檢波器的單檢波器采集方式，與以往組合方式的模擬檢波器相比較，帶來了地震數據采集方面更深刻的變化。具體說，可得出以下四個方面的結論：
（1）DSU1是基于MEMS技術的加速度域檢波器，單個檢波器接收地震數據，對低頻數據沒有衰減同時也保證了高頻成份的信噪比，由于DSU1消除了因組合靜校正對高頻成份造成的損害，因此相對于模擬檢波器來說它具有更寬的頻帶范圍。
（2）DSU1空間采樣密度高，可得到比模擬檢波器更為準確的靜校正。
（3）盡管DSU1炮集記錄噪音較強，但是由于很好的空間采樣消除了假頻的存在，使去噪效果更好。
（4）DSU1較高的空間采樣密度使得地震數據的覆蓋次數提高，這就很好的補償了由于單個檢波器接收造成的信噪比較低的問題，使最終的偏移結果具有更好的連續性、信噪比及分辨率。
參考文獻：
關鍵詞：多分量技術 勘探原理 實際應用前景展望
一、多分量地震勘探技術概述
40年前，地球物理學家開始對多波地震勘探進行研究，特別是在學者證實了裂隙誘導各向異性的特征和橫波分裂的存在后，地震波的各向異性就成為了學術界研究的方向和熱點，同國外相比我國的地震各向異性的研究起步較晚，在進入到改革開放后才逐步發展起來。具體到多分量地震勘探技術來講，近10多年來，主要集中在以下領域的研究拓展：
1、多分量地震勘探原理
多分量地震波的勘探原理是利用地震產生的橫縱波對勘測的區域進行回波信息采集。大量的多波技術研究仍然是針對轉換波采集，激發采用常規縱波震源，接收采用多分量數字檢波器，以獲得縱(P)波和轉換(P-S)波。地震波在巖層中以球面形式傳播，當遇到巖層物性界面的時候就會一部分反射，一部分發生折射進入前方的介質。反射和折射回來的信號被高靈敏度的多分量數字檢波器采集并傳送至中央處理器，此時就可以根據地震波在不同介質中的傳播特性差異來進行分析，并利用綜合解釋系統來反演地下地質結構。
針對煤田勘探來講，由橫波速度比縱波速度慢可看出，對于厚度較小的同一巖層，橫波從某一巖層頂傳播到其巖層底所需的時間比縱波長。由于煤層厚度一般不大，因此，根據橫波來分辨煤層的能力要比縱波強。理論與試驗表明，綜合應用縱波和橫波資料可獲得更準確的反映構造和巖性的參數，
2、多分量的數據采集
多波多分量地震研究首先要解決的是信息采集技術，其采集的重點是對轉換波測量。目前，在三分量野外數據采集設備的研究和發展方面，已經取得了突破，多道遙測數字地震儀和多分量數字檢波器相繼問世。為了解決陸上靜態校正問題，研究出多波微測井等技術。3D/3C地震觀測普遍采用的是寬帶方位塊狀檢測系統，如今已經出現了針對轉換波勘探的商業用軟件。此外，針對海洋地震的三維四分量海底電纜也已經得到了廣泛的應用。
3、多分量的數據處理
采集完成后就需要對多分量數據進行處理，通常資料處理包括了：整個波場的處理，如對波場進行分離；P波的時間、深度域的分析處理；P-SV波的時間、深度域的分析處理。轉換波處理與P波處理十分相似，但也存在著不同，因為轉換波的射線路徑是不對稱分布的，所以不能用P波處理技術完全分析。另外，橫波的靜校正量要大于縱波，這就會對VP/VS和近地表方位的各向異性分析產生影響；因為波場存在耦合，所以不能對橫縱波進行絕對的分離，從而影響處理的效果。
二、多分量地震勘測技術的應用實驗
以某地區的多分量二維地震勘查區為例。
1、數據的采集
為了勘測該區域的地質構造及煤層賦存情況，對該區域進行了常規二維地震勘探后又在預選區域進行了多分量地震數據采集技術應用實驗。區域內的地表主要為田地、林地；激發巖層性質為黃沙、黃膠泥、泥灰砂等。按照多分量地震勘探的方法和技術要求進行多條二維地震測線數據采集。
在實驗開始前首先進行了施工方案的前期論證，根據實驗區域的縱波資料和測井資料設計地質模型，進行多分量地震數據的正演工作，然后根據縱波、轉換波產生機理差異，進行縱波和橫波聯合觀測系統的設計。在參考目的層深度的前提下，利用理論計算形成縱橫波的反射系數與排列長度的曲線關系，從而設計出相應的最大排列長度。根據不同層面上確定的最佳數據接收窗口，可以知道縱波炮檢范圍在0-3000m，轉換波炮檢的距離為400-4500m，在此基礎上設計了若干觀測系統和施工參數，并進行了現場試驗，以此甄選出最佳的觀測系統。
如圖1所示，其中一條D01測線接收的三分量地震記錄。從能量分析上看，Z分量所形成的能量最強，X分量次之，Y分量能量為最小。從X分量上看，標示出的T06、T1、T2、T4層轉換波最為明顯，資料的質量也較高。
圖1：D01測線三分量地震原始記錄
2、多分量地震勘探生成的資料的處理和解釋思路
對多分量地震資料的處理和解釋的基本流程：1）制作合成的地震波資料記錄，因為縱波在垂直方向射入不能產生轉換波，所以主要根據橫波測井資料制作不同的炮檢距的記錄，然后進行動態校對處理，最后利用疊加得到轉換波的合成資料。處理情況如圖2。
圖2：轉換波地震記錄
2）波形識別與層位的對比，在合成地震記錄的標定基礎上，確定縱波和轉換波所控制的層位。和常規的縱波地震資料相比，多分量地震資料首先應當對波形進行識別然后再對多波層位進行標定。主要采用的技術措施就是利用多波的極化特征、速度傳播規律、頻譜特性、振幅差異、炮檢距離等相關特性對采集到的波形進行識別和分析。層位對比是縱橫波資料聯合解釋及對巖層性質參數提取的關鍵問題。
3）對時間進行壓縮，根據控制層位置將轉換波壓縮到與縱波相一致的時間尺度，通過壓縮時間的對比，可以獲得相應的縱波和橫波之間明顯的對應關系。
4）對所屬的剖面屬性進行計算，即對縱波、橫波振幅比剖面或者泊松比等屬性剖面進行計算。從圖3中可以看出D01測線部分多分量時深剖面圖。
圖3：經時間壓縮后的D01測線多分量剖面
從剖面上看，轉換波剖面與縱波剖面相比，所反映的地下地質結構變化不大，但轉換波剖面對目的層中的巖溶管道裂隙及一些微小構造異常等反應的較清楚。根據縱波速度與巖層構造中的孔隙度、孔隙中的流體性質有關，縱波在含氣、流體層中傳播，速度有所降低，導致成像不好，能量減弱，而橫波在通過含氣、流體層時，速度基本不受影響，因而轉換波能量基本保持不變。通過縱橫波剖面相互對比，并參考已知地層資料揭示的內容，證實在該段目的層中存在著裂隙發育和微小斷層。
三、與單一縱波地震勘探相比多分量地震勘探應用中的優勢和難點
多分量地震數據的采集和分析都是為了更好的對數據進行利用，以此達到準確勘測的目的，在解譯和利用方面除了常規的層位解譯外，主要的資料應用優勢還包括以下幾點：1）轉換波對成像的質量起到了優化作用，轉換波在穿過儲氣層、鹽丘等介質時，成像有特有的優勢效果。橫波基本不會受到充氣沉積巖的散射和衰減的干擾；2）用縱橫波的振幅差異分析巖層的類型和含油氣情況；3）流體描述，因為橫波不受孔隙中流體性質的影響，可以識別孔隙中是否含有流體；4）采用橫波分裂進行裂縫和各向異性的分析，當橫波通過各向異性介質的時候，會出現分裂，形成快橫波和慢橫波，其偏振性、時差以及振幅差異等有益于對裂隙進行定性和定量的分析和評估； 5）橫波聯合對地震數據資料進行反演，以此消除單一波形對地震反演的欠缺，即利用橫波信息在一定的程度上緩解只用縱波推演的多解性。
除了上述的應用優勢以外，目前來說，多波地震勘探也存在著不少難題：(1)相位對比比較困難；(2)層位追蹤對比存在誤差；(3)“同分辨率濾波”法很難將縱、橫波剖面中的相位完全對應。此外，多波地震勘探本身還存在著許多技術難點，如橫波剖面的信噪比較低，處理時存在橫波的靜校正、共轉換點的確定、VVO以及縱、橫波分離等尚待研究解決的問題。
四、結論和應用前景展望
多波地震勘探解決了很多常規單一縱波勘探難于解決的地質問題，在小斷層識別、儲氣下地層解釋、縱橫波剖面聯合解釋油氣層方面和某些薄煤層地區有著自己獨特的優勢，而且在實際應用中，對比證明其對泥巖、礫巖、砂巖等都有較好的辨識能力，完全可以為勘探結論提供必要的參考。
特別是近10年來，隨著多分量地震勘探技術在理論和儀器上的發展，多波勘探方法正在成為一種新興的、具有廣闊應用前景的勘探技術。在煤田勘探中引入多波地震勘探，將會實現從找構造為主，發展為地層地震和巖性地震，達到構造精細勘探和巖性預測，解決煤礦綜合機械化開采所要求查明的地質問題，開辟地震勘探在煤層氣、勘探、煤炭地下氣化和礦井巖溶水防治等應用的新領域。
參考文獻：
[1]胡朝勇,朱明,修中標.多波多分量地震勘探的現狀與發展趨勢[J].科技信息, 2009,(26) .
[2]季玉新,魏修成,陳天勝.關于多波多分量地震資料極性問題的討論[J].石油物探, 2010,(01) .
[3]劉軍迎,雍學善,高建虎,楊午陽.多波多分量地震波場數值模擬及分析[J].石油物探, 2007,(05) .
[摘要] 研究中針對地震波傳播理論教學中公式多而繁雜、內容抽象等特點，提出了將數值模擬方法引入到“地震勘探原理”課程教學中來，將地震勘探的理論教學與數值模擬技術緊密結合在一起。通過采用數值模擬，可將一些抽象的地震波動力學和運動學傳播理論進行直觀、形象、動態的展示，激發學生的學習興趣，調動學生的求知欲望，從而收到事半功倍的教學效果。
[
關鍵詞] 地震勘探；課程教學；數值模擬；地震波；傳播理論；教學效果
[中圖分類號] G424 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-893X(2014)05?0054?03
[收稿日期] 2014-07-04；[修回日期] 2014-09-27
[基金項目] 湖南省普通高等學校教學改革研究項目(200910)；國家自然科學基金41004047；41274123)
[作者簡介] 張大洲(1979-)，男，甘肅榆中人，博士，中南大學地球科學與信息物理學院講師，主要研究方向：地震波正反演.
地震勘探課程在應用地球物理學中是一門非常重要的課程。對于地震勘探課程的學習，一般可分為地震勘探原理和地震資料數據處理與解釋兩部分。地震勘探原理這門課程主要是學習地震勘探的基本理論、基本原理、野外數據采集工作方法等，為學習后續課程-地震資料處理與解釋打下基礎。地震勘探原理課程教學大綱要求學生必須掌握地震波動力學和運動學的基本概念、基本原理與分析方法，但是有關地震波動力學和運動學方面的內容公式較多，推導較繁，而且比較抽象，因此學生在學習的過程中普遍反映不容易理解，學習效果差。因此，如何提高地震勘探原理課程的學習效果是任課教師必須認真思考的問題[1]。本文針對“地震勘探原理”課程公式多、內容抽象等特點，結合我校應用地球物理的專業特色，探討了在該課程課堂教學中使用數值模擬的方法來提高學生的學習興趣，收到了較好的教學效果[2-4]。
一、地震波場數值模擬簡介
地震波模擬是根據給定地下介質的結構模型和相應物理參數來模擬地震波的傳播過程，從而研究地震波在地下介質中的傳播規律。由于模擬過程中可直觀、形象、動態地顯示地震波動力學和運動學傳播特征，非常容易調動學生的學習興趣和求知欲望，可以收到事半功倍的教學效果。一般來說，地震波模擬可分為物理模擬和數值模擬兩種方法。物理模擬是在實驗室內將野外的地質構造和地質體按照一定的比例制作成物理模型，然后利用超聲波或激光超聲波等方法對野外地震勘探方法進行模擬；數值模擬就是利用有限差分、有限元等數值方法求解波動方程，從而獲得已知模型的地震波傳播。采用物理模擬方法存在費用高、選材困難等缺點，并且不適合于課堂理論教學；而數值模擬只需要一臺較高計算速度的計算機就可全部解決問題，既簡單方便，成本又低，且非常適合于課堂理論教學。
地震波場數值模擬方法主要有幾何射線法和波動方程法。幾何射線法也稱為射線追蹤法，其主要理論基礎是，在高頻近似條件下，地震波的主能量沿射線軌跡傳播，即根據地震波的傳播規律確定地震波在實際地層中傳播的射線途徑，并運用惠更斯原理和費馬原理來重建射線路徑，利用程函方程等計算射線的旅行時間。射線法的主要優點是概念明確、顯示直觀、運算方便、適應性強，缺點是旅行時的計算在一定程度上是近似的，特別是對復雜構造進行三維射線追蹤時繁瑣且誤差較大。波動方程數值模擬方法是以彈性（粘彈性）理論及牛頓力學為基礎的，求解雙典型偏微分方程-波動方程為手段的一種數值模擬方法。這種方法不僅能保持地震波的運動學特征，而且還能保持地震波的動力學特征。根據地震波場數值模擬所采用的這兩種不同方法的特點，我們在地震勘探原理課程講授過程中采用波動方程彈性波數值模擬方法，這種方法的模擬結果可以使學生更好地了解地震波在傳播過程中的運動學和動力學特征。目前用于波動方程數值模擬的方法主要有限差分法、有限元法、虛譜法等，在這些方法中有限差分法在計算精度、計算效率上都占有較大的優勢，因此我們在數值模擬時采用了有限差分模擬方法[5]。
二、應用實例
地震波數值模擬在地震勘探原理課程教學中的應用比較廣泛，在大部分的知識點講解中都可采用數值模擬來對一些方法原理進行動態演示。在本文中主要通過兩個知識點的應用來說明數值模擬方法在地震勘探原理課程教學中的效果。
（一）地震波的傳播及界面處的反射、折射、透射和波形轉換
在講解地震波場的基本知識一節中，主要講解地震波的傳播特點，其中一些名詞如波前、波后、球面波、平面波等，學生理解起來比較抽象，一些概念只能靠死記硬背。在講解地震縱、橫波的傳播特點時，對于波在界面處發生的反射、透射、折射以及波形轉換等，由于學生對波場的概念沒有直觀的認識，所以老師講解起來也非常抽象和費力。在這種情況下，我們將數值模擬技術引入到課堂教學中，通過開發地震波場實時模擬軟件，只需設置好模型和參數，軟件將以動畫的形式動態展示波場傳播的全過程。
下面以兩層介質為例進行說明：模型大小為600m×300m，網格大小為，時間采樣間隔為。模型上層縱波波速為3 000m/s，橫波波速為1 732m/s，密度為1.8g/cm3；下層縱波波速為4 000m/s，橫波波速為2 300m/s，密度為2.0g/cm3 。圖1 為兩層介質模型波場傳播快照（t=20～100ms），從圖中可見，當t=20ms 時縱波和橫波以震源為中心向下傳播，此時由于傳播時間較短，P 波（縱波）和S 波（橫波）在圖上還不能完全分清楚。當t=40ms 時，從圖中可以看出，由于P 波波速較快傳播在前，S 波在后，P、S 波都是以震源為圓心的同心半圓。根據波場快照很容易讓學生理解波前和波后的概念。當t=40ms 時，從圖1(d)中可以看出，P 波到達界面后發生反射和透射，同時產生轉換S 波。當t=80ms 時，從圖1(g)中可以看出，此時S 波到達分界面后也發生反射和透射，同時產生轉換P 波。在圖1(h)中對于不同類型的地震波做了相應的標識，從圖中可以看出對于兩層介質中彈性波傳播時波場也比較復雜，有直達P 和S波、透射P 和S 波、反射P 和S 波、PS 轉換波和SP 轉換波。由于上述波場較為復雜，在學生認識波場特征時容易混淆，鑒于這種情況，我們對于數值模擬技術做了相應的改進，在模擬過程中對P 波和S 波進行了分離，圖2 為兩層模型t=90ms 時分離后的P 波和S 波波場快照，從圖2 中可以看出分離后的波場快照波場更加清晰，學生在認識波場傳播特性時也會更加容易理解和掌握。
（二）瑞雷波傳播特性
瑞雷波方法是近年來發展較為迅速的一種工程地球物理方法，在講解瑞雷波傳播特點時主要是通過其傳播速度、能量衰減和頻散特點等三個方面展開的。由于瑞雷波屬于面波，與縱、橫波所屬的體波相比其傳播特點有較大的差別。在瑞雷波傳播特性這一節課程的講解過程中，我們就充分運用了數值模擬方法[6]。圖3 為均勻半空間模型下利用數值模擬方法獲得的t=260ms 時瑞雷波波場傳播快照，其中模型參數為：縱波速度Vp=1000ms，橫波速度Vs=577m/s，密度ρ =2.0g/cm3。從圖3 中可以看出，瑞雷波沿地表傳播，其傳播速度和橫波波速比較接近。從波場傳播快照中計算可得瑞雷波的傳播速度為Vr≈ 531m/s，而模型中已知的橫波速度為Vs=577m/s，瑞雷波速度和橫波速度兩者相比為0.92倍。由于所給模型為泊松體，從理論上分析可知，瑞雷波傳播速度和橫波傳播速度比值為0.92，這樣通過數值模擬，就很容易將瑞雷波和橫波的關系講解清楚，學生理解起來非常方便。
而對于瑞雷波傳播深度的知識點，從理論分析可知，瑞雷波的傳播深度為一個波長且波的能量呈指數衰減。對于瑞雷波的這個性質，由于和體波傳播特性差別較大，學生們理解起來存在一定的困難。我們通過數值模擬，從波場傳播快照上就可以對這個問題給予清楚說明。從圖3 的快照中可以測量出瑞雷波在模型空間中的傳播深度約為50m，在50m 以下基本上看不到瑞雷波的存在，通過計算模擬時瑞雷波傳播的最大波長為44.2m，這充分說明瑞雷波的傳播深度為一個波長。為了說明瑞雷波能量呈指數衰減的問題，我們從波場快照上提取了一道瑞雷波數據并進行指數擬合，得到該模型瑞雷波的能量衰減公式為：，其擬合曲線如圖4 所示。從圖中可見，在深度為44.2m 處能量衰減到原來的0.8%，在22.1m（即半個主波長）處能量衰減到原來的7.9%。因此，對于瑞雷波用于工程地質勘察中，通常取二分之一波長為其有效勘探深度，就可以得到較合理的解釋了。
參考文獻：
[1] 孫建國.淺論地球物理專業本科階段的創新能力培養[J].中國大學教育，2011(10)：29-31.
[2] 張娟霞，郭獻章，周秀艷.數值試驗在材料力學課程教學中的應用[J].高等建筑教育，2009，18(3)：128-130.
[3] 劉鵬程.采取多種教學措施提高“油藏數值模擬”課程的教學效果[J].中國地質教育，2010(3)：114-116.
[4] 黃成玉，劉德國.《電磁場與電磁波》課程教學的改革與創新[J].創新與創業教育，2012，3(2)：90-93.
[5] 馬在田，曹景忠，王家林，等.計算地球物理學概論[M].上海：同濟大學出版社，1997：1-10.
關鍵詞：地震勘探檢波器；原理；特性；問題
在地震勘探工作中，檢波器主要的作用為接收地震信號，屬于對地震信號進行接收的前段環節，投入應用能夠以直接的方式感知大地質點振動。但是，從實際工作來看，倘若不能了解地震勘探檢波器的原理和特性，那么在使用過程中將會出現一些問題，從而影響地震勘探效果[1]?；诘卣鹂碧焦ぷ鞯男侍嵘嵌瓤紤]，本文便有必要對地震勘探檢波器原理和特性及有關問題進行分析。
1.地震勘探檢波器原理及特性分析
1.1地震勘探檢波器原理
對于地震勘探檢波器來說，屬于一種振動傳感器，其工作原理和振動傳感器相同，為一個單自由度的振動系統。以感應振動信號的物理量差異，可細分為三類傳感器，即：位移傳感器、速度傳感器以及加速度傳感器。但是，不論哪一類型的振動傳感器，均對當中的一個物理量感應，切主要以輸出的電信號和哪個物理量成正相關為準則[2]。此外，從地震檢波器的機電轉換來看，其主要作用為把振動系統感應的振動信號等比例地轉換成電信號。根據轉換原理角度來看，涵蓋的檢波器較多，如：電磁感應檢波器、電容檢波器以及壓電檢波器等。
1.2地震勘探檢波器特性
從地震勘探檢波器的特性來看，主要有兩類：其一為動態特性；其二為靜態特性。兩方面的特性對檢波器的品質有非常重要的影響。對于動態特性參數來說，涵蓋了固有頻率、阻尼系數、頻率響應范圍以及頻率特性等等。對于靜態特性參數來說，涵蓋了有線性度、靈敏度、分辨率以及穩定性等。
檢波器動態特性，指的是檢波器對隨著時間改變輸出量的響應特性，其由傳感器自身決定，同時和被測量的改變方式也存在相關性。深入分析，動態特性是由檢波器的振動方程與力學特性決定的，經解振動方程能夠獲取系統的頻率響應函數，進一步將幅頻響應與相頻響應函數求解出來，而決定響應特性的參數主要包括檢波器的自然平率以及阻尼比。
2.地震勘探檢波器相關問題及排除方法分析
在上述分析過程中，對地震勘探檢波器原理及特性有了初步了解。但在實際應用過程中，地震勘探檢波器還涉及相關問題。為了地震勘探檢波器的應用價值得到有效提高，有必要對其問題及排除方法進行分析。
2.1常規檢波器問題
基于地震勘探過程中，將20DX作為代表的檢波器統稱為常規檢波器，其自然頻率通常為10Hz。此類檢波器雖然能夠在常規地震勘探中發揮作用，但是也存在一些較為明顯的問題，主要包括：（1）指標參數允差偏大，檢波器一致性差，進而使地震資料的分辨能力下降。為此，處于高精度地震勘探過程中，需使用性能參數允差較小的檢波器。從現狀來看，允差在±2.5%的檢波器已投入市場，但成本費用相對增多。（2）存在較大的失真度，會對動態范圍造成影響，進一步發生信號畸變。為此，需將常規檢波器的失真度控制在合理范圍內，使其動態范圍滿足勘探要求，進一步避免地震信號畸變的發生。（3）假頻低，會對頻帶范圍造成影響，進而使橫向干擾產生較大的影響。因此，有必要控制假頻，消除造成的橫向干擾，進而使勘探效果增強。
2.2自然頻率問題
對于自然頻率來說，屬于地震勘探中一大關鍵的檢波器參數，如果檢波器的自然頻率偏高，將會使地震信號的頻寬降低，這是一大問題。倘若無特殊的抑制低頻干擾，或者無增強某高頻段信號，可使用頻帶比較寬的檢波器?？偠灾?，對于檢波器來說，具備比較寬的頻帶范圍為宜。
2.3Ρ仁匝槲侍
檢波器對比試驗主要問題包括：其一，試驗目的不夠明確，在選取檢波器過程中，存在一些個人方面的因素，當檢波器人對檢波器不夠熟悉的情況下，試驗便會出現問題。其二，試驗內容不夠具體；其三，試驗資料分析針對性不夠強。針對上述問題，需明確檢波器對比試驗的目的，同時明確試驗內容，采取合理、科學的分析方法，進一步提升檢波器試驗的效果。
3.結語
通過本文的探究，認識到地震勘探檢波器在地震探勘過程中的應用價值較高。為了正確使用地震勘探檢波器，需了解地震勘探檢波器的原理及特性，進一步對其實際應用問題進行分析，并采取有針對性的解決方法。相信在正確使用地震勘探檢波器，并結合地震資料采集成果分析的條件下，地震勘探工作的效率及質量將能夠得到有效提高，進一步為地震勘探的發展奠定基礎。
參考文獻：
[1]程建遠，王盼，吳海，江浩.地震勘探儀的發展歷程與趨勢[J].煤炭科學技術，2013，01：30-35.
一、地震波場數值模擬簡介
地震波模擬是根據給定地下介質的結構模型和相應物理參數來模擬地震波的傳播過程，從而研究地震波在地下介質中的傳播規律。由于模擬過程中可直觀、形象、動態地顯示地震波動力學和運動學傳播特征，非常容易調動學生的學習興趣和求知欲望，可以收到事半功倍的教學效果。一般來說，地震波模擬可分為物理模擬和數值模擬兩種方法。物理模擬是在實驗室內將野外的地質構造和地質體按照一定的比例制作成物理模型，然后利用超聲波或激光超聲波等方法對野外地震勘探方法進行模擬；數值模擬就是利用有限差分、有限元等數值方法求解波動方程，從而獲得已知模型的地震波傳播。采用物理模擬方法存在費用高、選材困難等缺點，并且不適合于課堂理論教學；而數值模擬只需要一臺較高計算速度的計算機就可全部解決問題，既簡單方便，成本又低，且非常適合于課堂理論教學。
地震波場數值模擬方法主要有幾何射線法和波動方程法。幾何射線法也稱為射線追蹤法，其主要理論基礎是，在高頻近似條件下，地震波的主能量沿射線軌跡傳播，即根據地震波的傳播規律確定地震波在實際地層中傳播的射線途徑，并運用惠更斯原理和費馬原理來重建射線路徑，利用程函方程等計算射線的旅行時間。射線法的主要優點是概念明確、顯示直觀、運算方便、適應性強，缺點是旅行時的計算在一定程度上是近似的，特別是對復雜構造進行三維射線追蹤時繁瑣且誤差較大。波動方程數值模擬方法是以彈性（粘彈性）理論及牛頓力學為基礎的，求解雙典型偏微分方程-波動方程為手段的一種數值模擬方法。這種方法不僅能保持地震波的運動學特征，而且還能保持地震波的動力學特征。根據地震波場數值模擬所采用的這兩種不同方法的特點，我們在地震勘探原理課程講授過程中采用波動方程彈性波數值模擬方法，這種方法的模擬結果可以使學生更好地了解地震波在傳播過程中的運動學和動力學特征。目前用于波動方程數值模擬的方法主要有限差分法、有限元法、虛譜法等，在這些方法中有限差分法在計算精度、計算效率上都占有較大的優勢，因此我們在數值模擬時采用了有限差分模擬方法[5]。
二、應用實例
地震波數值模擬在地震勘探原理課程教學中的應用比較廣泛，在大部分的知識點講解中都可采用數值模擬來對一些方法原理進行動態演示。在本文中主要通過兩個知識點的應用來說明數值模擬方法在地震勘探原理課程教學中的效果。
（一）地震波的傳播及界面處的反射、折射、透射和波形轉換
在講解地震波場的基本知識一節中，主要講解地震波的傳播特點，其中一些名詞如波前、波后、球面波、平面波等，學生理解起來比較抽象，一些概念只能靠死記硬背。在講解地震縱、橫波的傳播特點時，對于波在界面處發生的反射、透射、折射以及波形轉換等，由于學生對波場的概念沒有直觀的認識，所以老師講解起來也非常抽象和費力。在這種情況下，我們將數值模擬技術引入到課堂教學中，通過開發地震波場實時模擬軟件，只需設置好模型和參數，軟件將以動畫的形式動態展示波場傳播的全過程。
下面以兩層介質為例進行說明：模型大小為600m×300m，網格大小為 ，時間采樣間隔為 。模型上層縱波波速為3 000m/s，橫波波速為1 732m/s，密度為1.8g/cm3；下層縱波波速為4 000m/s，橫波波速為2 300m/s，密度為2.0g/cm3。圖1為兩層介質模型波場傳播快照（t=20～100ms），從圖中可見，當t=20ms時縱波和橫波以震源為中心向下傳播，此時由于傳播時間較短，P波（縱波）和S波（橫波）在圖上還不能完全分清楚。當t=40ms時，從圖中可以看出，由于P波波速較快傳播在前，S波在后，P、S波都是以震源為圓心的同心半圓。根據波場快照很容易讓學生理解波前和波后的概念。當t=40ms時，從圖1（d）中可以看出，P波到達界面后發生反射和透射，同時產生轉換S波。當t=80ms時，從圖1（g）中可以看出，此時S波到達分界面后也發生反射和透射，同時產生轉換P波。在圖1（h）中對于不同類型的地震波做了相應的標識，從圖中可以看出對于兩層介質中彈性波傳播時波場也比較復雜，有直達P和S波、透射P和S波、反射P和S波、PS轉換波和SP轉換波。由于上述波場較為復雜，在學生認識波場特征時容易混淆，鑒于這種情況，我們對于數值模擬技術做了相應的改進，在模擬過程中對P波和S波進行了分離，圖2為兩層模型t=90ms時分離后的P波和S波波場快照，從圖2中可以看出分離后的波場快照波場更加清晰，學生在認識波場傳播特性時也會更加容易理解和掌握。
（二）瑞雷波傳播特性
瑞雷波方法是近年來發展較為迅速的一種工程地球物理方法，在講解瑞雷波傳播特點時主要是通過其傳播速度、能量衰減和頻散特點等三個方面展開的。由于瑞雷波屬于面波，與縱、橫波所屬的體波相比其傳播特點有較大的差別。在瑞雷波傳播特性這一節課程的講解過程中，我們就充分運用了數值模擬方法[6]。圖3為均勻半空間模型下利用數值模擬方法獲得的t=260ms時瑞雷波波場傳播快照，其中模型參數為：縱波速度 =1000ms，橫波速度 =577m/s，密度 =2.0g/cm3。從圖3中可以看出，瑞雷波沿地表傳播，其傳播速度和橫波波速比較接近。從波場傳播快照中計算可得瑞雷波的傳播速度為 531m/s，而模型中已知的橫波速度為 =577m/s，瑞雷波速度和橫波速度兩者相比為0.92倍。由于所給模型為泊松體， 從理論上分析可知，瑞雷波傳播速度和橫波傳播速度比值為0.92，這樣通過數值模擬，就很容易將瑞雷波和橫波的關系講解清楚，學生理解起來非常方便。
而對于瑞雷波傳播深度的知識點，從理論分析可知，瑞雷波的傳播深度為一個波長且波的能量呈指數衰減。對于瑞雷波的這個性質，由于和體波傳播特性差別較大，學生們理解起來存在一定的困難。我們通過數值模擬，從波場傳播快照上就可以對這個問題給予清楚說明。從圖3的快照中可以測量出瑞雷波在模型空間中的傳播深度約為50m，在50m以下基本上看不到瑞雷波的存在，通過計算模擬時瑞雷波傳播的最大波長為44.2m，這充分說明瑞雷波的傳播深度為一個波長。為了說明瑞雷波能量呈指數衰減的問題，我們從波場快照上提取了一道瑞雷波數據并進行指數擬合，得到該模型瑞雷波的能量衰減公式為： ，其擬合曲線如圖4所示。從圖中可見，在深度為44.2m處能量衰減到原來的0.8%，在22.1m（即半個主波長）處能量衰減到原來的7.9%。因此，對于瑞雷波用于工程地質勘察中，通常取二分之一波長為其有效勘探深度，就可以得到較合理的解釋了。
三、結論
通過以上兩個實例充分說明了數值模擬方法在地震勘探原理課程講解過程中的作用，對于學生掌握知識要點領確實有很大的幫助。通過數值模擬技術，可以將一些抽象的地震波動力學和運動學傳播理論進行直觀、形象、動態的展示，提高學生的學習興趣，使學生能夠較好地理解和扎實地掌握地震勘探的基本理論。
參考文獻：
[1] 孫建國.淺論地球物理專業本科階段的創新能力培養[J].中國大學教育，2011（10）：29-31.
[2] 張娟霞，郭獻章，周秀艷.數值試驗在材料力學課程教學中的應用[J].高等建筑教育，2009，18（3）：128-130.
[3] 劉鵬程.采取多種教學措施提高“油藏數值模擬”課程的教學效果[J].中國地質教育，2010（3）：114-116.
[4] 黃成玉，劉德國.《電磁場與電磁波》課程教學的改革與創新[J].創新與創業教育，2012，3（2）：90-93.
[關鍵詞]： 三維地震勘探 資料處理 應用
0. 引言
三維地震勘探技術在煤田上的應用經過近二十年的發展，在東部平原取得了顯著的地質效果，但隨著近幾年的開采，煤炭資源越來越少，而中西部地區的煤炭資源占全國煤炭資源總量的2/3，資源勘探的重點已轉向西部地區[1]。
由于西部地區第四系黃土層對地震波的吸收衰減比較強烈，且往往地形復雜，給地震勘探造成一定困難。隨著三維地震勘探技術在西部黃土塬區的應用，針對黃土塬區三維地震勘探處理技術的應用，對于提高勘探質量為煤礦安全生產提供保障有著深遠的影響。
1.項目概況
陜西某煤礦位于陜西省白水縣，由于原有勘探程度遠遠不能滿足采區設計和工作面劃分的要求。煤礦決定對采區進行三維地震勘探，以為下一步的巷道布置和安全生產提供保障。由于勘探區內黃土層較厚，不利于地震波的傳播，且黃土沖溝也發育，地表高差達200m，地形十分復雜；塬上及半坡密布大量的蘋果園，測量通視相當困難，這給地震的采集造成較大的影響。
2.數據采集
（1）黃土覆蓋區段。巨厚黃土對地震波的吸收衰減極為強烈；區內潛水面很深，低速帶調查結果表明，黃土層速度極低，其與基巖面可形成良好的波阻抗界面。因此塬上施工時該界面能產生折射、強反射及層間多次波，對目的層反射波形成嚴重干擾，該區域是本區激發條件較差的地區。
（2）坡積地段。坡積物成份復雜、堆積松散、成孔難、激發難，高差變化劇烈，是本區最難獲得資料地區。
（3）從原始資料上看，主要目的層反射波信噪比差異很大，勘探區南部邊緣及勘探區西北部資料相對較差。
總的來說，經過野外的努力，對黃土覆蓋區來說獲得了較好的效果，資料有較大一部分主要目的層的信噪比很高，為完成勘探任務奠定了基礎。
3.資料處理的主要技術措施
針對原始資料以上的特點，制定了本次資料處理的指導思想：在“三高”處理過程中，以保幅處理為重心，重點提高資料的信噪比。突出目的層，兼顧淺、中、深層。
（1）靜校正
靜校正是地震資料處理中的關鍵環節之一。由于地表高程及地表低（降）速帶厚度、速度存在橫向變化，使得由此產生的地震波旅行時差會對信號的疊加效果產生一定的不利影響，致使反射波同相軸信噪比下降、頻率降低。
結合本區實際情況，確定了野外靜校正，初至折射靜校正、自動剩余靜校正逐步細化的靜校正應用方法。在此補充說明的一點是在綠山初至折射靜校正的逐炮拾取階段，務求所拾取的初至折射波來自于在全區較能連續追蹤的同一層，以建立精確的近地表模型。
在準確求取了綠山所得靜校正量后，分離長波長分量及短波長分量，應用短波長分量，解決鄰道間的劇烈跳躍現象。在此基礎上多次求取剩余靜校正量。求自動剩余靜校正量時，應在全區找一個較好的標志層，使其達到效果理想而且保真。圖1是靜校正前后單炮對比。
（2）振幅處理
振幅處理包括：
a.補償地震波的地層吸收；
b.結合地層，選定速度進行球面擴散補償；
c.對地表一致性振幅分解，求出振幅補償因子，對地震數據進行消除由于激發、接收等因素引起的振幅能量差異進行一致性校正；
d.動態振幅均衡。
對振幅的上述處理，完全消除了由于地表劇烈變化，地層吸收等因素對振幅產生差異。使振幅變化真正反映地層物性參數的差異。
（3）干擾波消除
a.迭前濾波：15～25、140～160消除低頻及高頻干擾。
b.剔除壞道，不正常道，尖脈沖等。
c.初至干擾波及聲波的切除。
（4）地表一致性處理
在地表一致性振幅補償的基礎上，選用地表一致性預測反褶積。完成在炮域，接收點域、共偏移距域的地表一致性預測，同時壓縮子波，提高分辨率及信噪比。
（5）速度分析
由于靜校正部分地段信噪比極低的影響，使速度分析很難一次到位，針對本區采取如下措施。
a.先采用常速度疊加，拾取較好段的速度值作為初始速度。
b.在二次剩余靜校正之后做速度分析。
c.采用大道集進行速度分析。
d.在構造復雜處加密速度控制點。
（6）DMO疊加
針對本區的實際資料，采用DMO疊加，依據為：
a.水射和傾斜反射同相軸在DMO疊加過程中均能同時正確成像。
b.DMO技術改善了疊加速度對地層傾角的依賴，提高了速度分析精度，并為準確求取偏移成像速度場提供基礎條件。
c.DMO本身是一種多道運算的部分偏移過程，在此過程，隨機噪音得到了壓制，提高了資料信噪比。
（7）疊后去噪
采用多項式擬合衰減隨機噪聲，利用一次波減去法削除中、深層的多次波。圖2、圖3為去噪前后疊加剖面對比圖。
（8）偏移
采用15°有限差分法進行偏移，處理過程中對偏移速度進行充分試驗。依據實驗，對偏移速度采用時空變系數，使各地段達到最佳偏移效果。是圖4為偏移后的時間剖面。
（9）提高頻率
處理中對譜白化反譜積，反Q濾波、分頻處理，脈沖褶積，迭后子波反褶積等提頻方法加以綜合利用，反復試驗，在不過多損害信噪比的情況下盡量提高頻率。
（10）特殊處理
為了能更加準確地反映地下真實情況，突出小構造，采用了如下特殊處理方法：
a.地震道積分
b.遞推式波阻抗反演
c.三瞬處理
d.多道約束地層反演
4. 結論
針對黃土塬區復雜的地表地質條件，在野外采集完數據后，在三維地震勘探資料處理環節采用多項處理技術和流程，取得了較好的效果。
參考文獻：
[關鍵字]：三維地震 煤田 勘測
1.引言
中國煤礦采區地震勘探技術歷經將近 50 年的發展，出現了三次重大的技術飛躍，現已成為煤礦高效安全開采前構造勘探的首選技術，回顧煤礦采區地震勘探技術的發展歷程，預計三維多波地震勘探技術的發展成熟，有望成為煤礦采區地震勘探技術的第四次技術飛躍，這還有待于在現有三維地震勘探技術不斷發展完善的基礎上，以期早日得到實質性的突破。
2. 三維地震勘測的原理
2.1 三維地震勘測原理
三維地震采是用高密度的、各種形式的面積觀測系統，所以三維地震又叫面積勘探法。它是在二維地震勘測技術上發展而來的。與二維地震勘測相比，三維地震勘測獲得的信息量非常豐富，且地震剖面分辨率高。
2.1.1 面積測量系統反射波時距
根據物理地震學的原理，地震波從炮點激發后，將會以球面波的形式向下繼續傳播。根據惠更斯原理，波遇到反射界面后，可以把反射界面上每一點看做是一個新震源，每個質點都激發球面波向前傳播。對地面某個接收點 S 來說，它所接受的反射波，就是一系列來自反射界面的波的總和。
2.1.2 折曲測線觀測系統反射波時距
有的地區由于地表條件限制，為了完成地震勘探任務，往往把測線布置成折曲測
線、波狀測線及環行測線。這類測線的基礎是彎曲測線，時距方程為 ：
（2.1）
式中，V：介質速度；H：反射界面埋藏深度； ：地震波垂直反射時間；l：炮檢距。若已知激發點 和接收點S的平面坐標，則
（2.2）
（2.3）
其中， 表示激發點O的坐標， 表示接受點的坐標。可以看出，彎曲測線反射波時距曲線是一條與激發點和接收點的平面坐標有關的、復雜的空間曲線。但是，不管曲線多么復雜，只要能用數學公式模擬，就可通過解方程的方法把反射界面確定下來。
2.2 觀測系統設計原理
三維觀測系統主要有兩大類：線束狀觀測系統和面積觀測系統。
面積觀測系統：接收點以網格形式全區密集采樣分布，炮點是以較稀疏網格分布，或以相反的形式分布，它完全滿足 3D 對稱采樣的觀測系統，但缺點是費用太高，在實際生產中無法實現。線束型觀測系統：接收點以一定采樣間隔以一條或多條平行線的方式分布，激發點沿著炮線分布的觀測系統。
2.3 疊加原理
2.3.1 水平疊加剖面
在用多次覆蓋的方法采集得到的地震資料處理過程中，把共同反射點的許多道的記錄經動校正并疊加起來，以提高訊噪比，壓制干擾。用這種方法處理所得到的地震剖面叫水平疊加剖面。
水平疊加剖面是地震構造解釋的主要是時間剖面，同時又是地震地層解釋中應用最廣的資料。
2.3.2 傾斜界面偏移歸位的基本原理
首先，如圖1所示，自激自收得到的反射信息對應的反射點位置可能來自以 1/2Vt 為半徑，以自激自收點 O 為圓心的圓弧上的任一點。
根據上圖可知，如果只有一道自激自收記錄，而沒有其它的資料來配合，那么就無法確定反射點在地下的準確位置。事實上，可以用反向射線追蹤的方法來確定反射界面的位置。
3.總結
三維地震勘探是當今地震勘探的新領域和新技術，從設計、采集、處理到解釋，都需要認真地分析研究各個階段的主要矛盾，以科學、嚴謹的態度、務實的工作方法、保質保量地完成勘探地質任務才會取得好的地質效果。
參考文獻
[1]胡建強.市區內不規則三維地震勘探[J].勘探家，1999，3（1）：24～26.
