數(shù)字檢波器在山西陽泉地區(qū)三維地震勘探中的應(yīng)用

王念民

（黑龍江省煤田地質(zhì)物測(cè)隊(duì)，哈爾濱 150046）

1 引言

我國山西陽泉地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的煤炭資源，在煤礦開采過程中發(fā)現(xiàn)該地區(qū)陷落柱、斷層以及撓曲等構(gòu)造比較發(fā)育，給開采工作和生產(chǎn)安全帶了很大的影響，因此，在開采前提前進(jìn)行三維地震勘探，掌握更加詳盡、準(zhǔn)確的地質(zhì)資料對(duì)于安全生產(chǎn)工作具有重要的意義。

然而，隨著礦方對(duì)地震勘探精度要求的不斷提高，常規(guī)常規(guī)檢波器頻帶窄，動(dòng)態(tài)范圍小，靈敏度低，一致性差等固有缺陷越來越明顯，作為地震資料數(shù)據(jù)采集的一道重要工序，這種傳統(tǒng)檢波器得不到理想的原始信號(hào)，無法完全發(fā)揮408UL等先進(jìn)地震儀器的性能，直接影響地震數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量。因此，要想在本區(qū)獲得較好的地震資料，除做好觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選擇合理的激發(fā)參數(shù)，資料處理采取針對(duì)性措施以外，選用什么樣的檢波器對(duì)地震勘探的精度有著直接的影響。數(shù)字檢波器作為新型檢波器的代表，相比常規(guī)常規(guī)檢波器具有靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此使用數(shù)字檢波器接收有利于提高采集質(zhì)量，進(jìn)而提高解釋精度。

2 數(shù)字檢波器的特性及優(yōu)點(diǎn)

2.1 數(shù)字檢波器相較于常規(guī)檢波器在提高采集質(zhì)量方面具有的特性及優(yōu)點(diǎn)

數(shù)字檢波器是基于半導(dǎo)體材料的加速度型檢波器，或稱低噪聲傳感器。它是地震勘探儀器發(fā)展到第六代的產(chǎn)物。相較于傳統(tǒng)常規(guī)檢波器，新型數(shù)字檢波器具有頻寬、動(dòng)態(tài)范圍大特點(diǎn)。與常規(guī)檢波器對(duì)比，剖面信噪比和層間信息均好于常規(guī)檢波器。數(shù)字檢波器具有以下特性：

（1）對(duì)高頻的反射信息能量具有較強(qiáng)的提升作用。

（2）動(dòng)態(tài)范圍大，能夠提高采集精度。

（3）高性能、單點(diǎn)接收，數(shù)字輸出，儀器系統(tǒng)電路無噪聲，分辨率高。

（4）低畸變，系統(tǒng)保真能力高。

（5）線性振幅、線性頻率從0～800Hz響應(yīng)平坦，無增益變化及相位失真。

（6）系統(tǒng)無電磁、無串音干擾，抗干擾能力強(qiáng)，在復(fù)雜地區(qū)施工十分有利。

（7）感應(yīng)的是電力變化，不再有常規(guī)檢波器的機(jī)電結(jié)構(gòu)和電磁感應(yīng)機(jī)理。

（8）一致性好，對(duì)高密度空間采樣更為有利。

2.2 數(shù)字檢波器相較于常規(guī)檢波器在野外采集施工方面具有的優(yōu)點(diǎn)

（1）數(shù)字檢波器為單個(gè)檢波器，體積小、質(zhì)量輕、故障率低，便于排列鋪設(shè)，提高施工效率。

（2）不漏電，排查故障和建立排列容易。

（3）單個(gè)檢波器接收，避免了由于地形變化或近地表速度的變化導(dǎo)致的地震信號(hào)的畸變和地震屬性的失真。

3 數(shù)字檢波器在山西陽泉地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用

本地區(qū)地表分為巖石出露區(qū)和黃土覆蓋區(qū)，地表起伏劇烈，高差達(dá)200m以上。目的層埋深400m～700m。

3.1 生產(chǎn)前數(shù)字檢波器和常規(guī)檢波器的試驗(yàn)對(duì)比

在正式生產(chǎn)前，我們對(duì)數(shù)字檢波器和常規(guī)檢波器進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比，以確定哪種檢波器更適合本區(qū)。

3.1.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用二維段試驗(yàn)，使用428-XL 地震儀，儀器單線開動(dòng)128道，道距10m，炮距20m，32次覆蓋。

鋪設(shè)兩條檢波線，一條使用DSU1數(shù)字檢波器，另外一條使用60 Hz常規(guī)檢波器，放炮時(shí)兩條檢波線同時(shí)接收。檢波器的2 條測(cè)線布設(shè)形式如圖1 所示。

圖1 檢波器鋪設(shè)示意圖

3.1.2 試驗(yàn)結(jié)論

（1）單炮記錄信噪比分析

從圖2種可以看出，數(shù)字檢波器由于是全頻接收，因此高頻干擾嚴(yán)重，信噪比明顯低于常規(guī)檢波器。

圖2 常規(guī)檢波器（左）和數(shù)字檢波器（右）原始記錄對(duì)比

（2）抗電磁干擾能力分析

從圖3可以看出，常規(guī)檢波器50Hz電磁干擾嚴(yán)重，而數(shù)字檢波器則不受影響，由于本區(qū)高壓線分布較多，數(shù)字檢波器在抗電磁干擾方面明顯優(yōu)于常規(guī)檢波器。

圖3 常規(guī)檢波器（左）和數(shù)字檢波器（右）抗電磁干擾能力對(duì)比

（3）頻譜分析

從圖4單炮有效波區(qū)域頻譜分析可知，數(shù)字檢波器的頻譜比常規(guī)檢波器（60 Hz）寬，并且高頻和低頻都更寬，頻率范圍更廣。

圖4 單炮記錄頻譜分析（紅色為常規(guī)檢波器頻譜，藍(lán)色為數(shù)字檢波器頻譜）

（4）疊加剖面對(duì)比

兩種檢波器偏移剖面如圖5所示。從圖5和圖6中可以看出，數(shù)字檢波器主頻明顯高于常規(guī)檢波器剖面，頻帶也較寬。另外，從圖5中1處可看出，該處斷點(diǎn)數(shù)字檢波器剖面更加清晰；從2處可看出，數(shù)字檢波器分層能力更強(qiáng)，在該處，數(shù)字檢波器剖面相位很強(qiáng)，而常規(guī)檢波器則是很弱的一個(gè)相位；從3處可看出，在該處數(shù)字檢波器剖面反射波連續(xù)性明顯好于常規(guī)檢波器。

圖5 上為常規(guī)檢波器疊加剖面，下為數(shù)字檢波器疊加剖面

圖6 疊加剖面頻譜分析（黑色為常規(guī)檢波器頻譜，紅色為數(shù)字檢波器頻譜）

3.2 正式生產(chǎn)觀測(cè)系統(tǒng)

儀器使用428XL，本區(qū)采用的觀測(cè)系統(tǒng)類型為束狀8線5炮。接收道數(shù)：1280（8×160）；接收線數(shù)：8條；接收道距：10m；接收線距：100m；炮點(diǎn)距：100m；炮線距：20m；CDP網(wǎng)格：5m×10m；迭加次數(shù)：32次（8×4）。

3.3 數(shù)字檢波器的使用

（1）由檢波器對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可知，數(shù)字檢波器優(yōu)于模擬檢波器，因此本次野外生產(chǎn)采用數(shù)字檢波器接收，型號(hào)DSU1。

（2）常規(guī)檢波器的鋪設(shè)的基本要求是“平、穩(wěn)、正、直、緊”，數(shù)字檢波器要求同樣如此，由于數(shù)字檢波器是單個(gè)檢波器，因此更需要把檢波器埋置工作做好。

（3）在基巖出露區(qū)采用松散土壓實(shí)的方法鋪設(shè)檢波器，在黃土覆蓋區(qū)采用挖坑埋置檢波器，確保檢波器與大地耦合良好。

3.4 應(yīng)用效果分析

3.4.1 單炮記錄質(zhì)量

從圖7、圖8中可以看出，本區(qū)采用數(shù)字檢波器接收所取得的野外單炮數(shù)據(jù)，質(zhì)量要明顯好于以往常規(guī)檢波接收所獲得的數(shù)據(jù)。且數(shù)字檢波器接收頻帶較寬。另外，區(qū)內(nèi)高壓線等電磁干擾嚴(yán)重，由于數(shù)字檢波器具有抗電磁干擾能力，使得記錄未受電磁干擾影響。

圖7 常規(guī)檢波器和數(shù)字檢波器接收單炮記錄對(duì)比

圖8 常規(guī)檢波器和數(shù)字檢波器接收單炮記錄頻譜分析對(duì)比

3.4.2 時(shí)間剖面記錄質(zhì)量

從圖9、圖10中可以看出，數(shù)字檢波器采集的時(shí)間剖面比常規(guī)檢波器采集的時(shí)間剖面波組成分更豐富，頻率更高，頻帶更寬，連續(xù)性也更好另外，斷點(diǎn)也十分清晰。

圖9 常規(guī)檢波器接收時(shí)間剖面

圖10 數(shù)字檢波器接收時(shí)間剖面

3.4.3 成果驗(yàn)證情況

我們把本區(qū)解釋的三維地震成果和目前已知的地質(zhì)資料（通過鉆孔、地質(zhì)填圖獲得）進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果吻合率達(dá)到近80%，高于本區(qū)以往驗(yàn)證率。更準(zhǔn)確的驗(yàn)證率有待巷道揭露后進(jìn)行對(duì)比。

4 結(jié)束語

通過數(shù)字檢波器在山西陽泉地區(qū)的成功使用，可以得出以下結(jié)論：在山西陽泉地區(qū)使用用數(shù)字檢波器采集的資料品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)檢波器采集的資料品質(zhì)。

近年來，數(shù)字檢波器在地震勘探系統(tǒng)中已逐步使用，由于數(shù)字檢波器具有體積小、重量輕、集成化程度高、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，必將成為將來檢波器發(fā)展和使用的主旋律。