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摘要：三分量 地震勘探 作为一种有效的 地震勘探方 法，本文对 数字三分量检波器 与传统模 拟检波器的 实测参数进 行仔细 研究和对比， 分析数字三分量检波器 与模拟检 波器的 检波差异 及其 优缺点。
关键词：数字三分量检波器；MEMS；动态范围；信噪比
【分类号】：TF046.6
地震数据 采集是 地震勘探 工作的 重要环节， 采集资料 的好坏直 接影响 勘探 成果。地震 检波器 是把传输 到地面的 地震波转 换成电 信号的机电 转换装置， 是野外地震 数据采集的 关键部位。检 波器的类型 可简单分 为模拟检波器 和数字检波器 两类，模拟 检波器输 出模拟信号， 数字检波器输 出数字信号，目前大 规模应用 于地震勘探 的还是 模拟检波器。当今 陆上高分辨率 地震勘探已 经向多波多 分量、全数字化 采集發展。较 模拟检波器而 言，数字检波器 的瞬时动态范围 大，信号保 真好，分辨率 高，且地震转换 波中含有相 当丰富的地 下信息。所以，数字三分量检波器 是今后地震 勘探的 重要技术及 应用方向。
衡量 模拟检波器 性能指标 的主要技术 指标有 自然频率、 阻尼系数、 灵敏度、 谐波畸变、 假频等等； 相关的检波 器参数有 直流电阻、 检波器阻抗、 噪声、 漏电、 极性； 其它物理 参数还有 悬体质量、 线圈最大 位移、允许 倾斜角度等。 常规模 拟检波器的 谐波失真 一般为千 分之一 到千分之 二，模拟 超级检波器 的失真系 数则最小 能达万 分之几的 数量级， 检波器的谐 波失真主 要影响 系统接收 的动态范 围，由于常 规检波器 本身是非 线性系统， 所以其谐波 失真远大于 地震采集仪器 的谐波畸 变指标（0.0003%）；随 着灵敏度的 提高直流电阻 相应增加； 常规模拟检波器 的尾锥一般 在5-7厘米之 间，能保证 与地面的 良好耦合； 假频也是衡 量检波器质 量的一个重 要参数，假频 的产生能对 有效波产 生重要影响 ，致使地 震信号产 生严重的畸 变，虽然 常规检波器 的假频已从最 初的150Hz 左右扩展 到现在的 300Hz甚至 更高，但是 系统的去假 频滤波能力仍 然十分重要 。
谐波 畸变
模拟检波器 畸变的理论 值为60dB 左右， 数字三分量检波器 可达到100dB 。实际应用 中通常采用 检波器畸变 来定义 检波器的 动态范围， 但这并不 表示检波 器以外的 动态范围 无法反映， 事实上我们 可以认为， 可记录的 总的动态 范围是由 仪器和 检波器共同 决定的。
表1 检波器 畸变测试
编号 阻值 频率 V/m/s 畸变% 备注
1 267 28.08 87.9 0.04
2 267 28.11 88.8 0.07
3 267 28.05 89.7 0.08
4 267 28.18 89.9 0.1
5 133 28.06 88.5 0.05 并联
6 133 28.14 88.7 0.06 并联
7 137 28.04 88.1 0.04 并联
表1是检波器 畸变的实 测结果， 可以看到， 一般情况 下模拟检波 器的畸变 小于0.1%， 也就是其 动态范围 介于60-70dB 之间。可 以看出， 模拟检波器 实际动态 范围大部分 高于理论动 态范围， 但远低于 数字三分量检波器 的动态范围。 采用样点 值直接 计算的方 法考察检波器 的总动态 范围，选取 记录中的最 大值和最小值 进行比较。 记录中最大 值出现在初 至附近， 最小值出现 在接近记 录尾部。如 果计算 结果数字 三分量 检波器和 模拟检波器 最大值、 最小值都 基本接近， 且与仪器给 定参数接近， 这说明 总动态范围 更多地受 仪器制约； 如果计算 结果差异较大， 则说明检 波器制约 了系统 的总动态 范围。
瞬时动 态范围
瞬时动 态范围是 指同一个 样点内记录 的最大信号 和最小信号 的比值。 瞬时动态范 围的定义虽 然很明 确，但实际测 量却很困难 ，因为我们 无法在同一时刻 取得不同的 震动信息， 而进入仪器 的是所有信 息的综合， 不能单方面 显示瞬时 动态范围。
为了考察 检波器的 瞬时动态 范围，引入 相邻样点 值相比较 的方法。 采用这种 比值方法可 以比较准确 地描述采样 点的信号变 化情况。 假定采样 间隔为 1ms，相邻 样点比值 反映的是 2ms内的瞬时动 态范围， 还是具有一 定参考价值 的。从图1中 可以看到， 当采用模拟 组合接收时， 这个比值 明显要比数 字低，说明 模拟组合 对于高频信息 的反应能力 要比数字和 模拟团放的 都要弱； 数字三分量检波器 与模拟检波器 团放相比， 比值变化更快、 幅度略大， 说明数字 三分量检波器 对弱信号的 反应能力 要比模 拟检波器稍强。
相位
理论上 认为模拟 检波器的 相位差与自身 频率有关 ，在主频 附近有 九十度的 相位差，频率 增加则相位 差增大； 数字检波器 不论在什么 频段内都没 有相位误差 。
两种 检波器初 至信号 峰值对比 大概有2ms 的时差， 这是由于 两种检波器 的相位差不 同造成相同 信号峰值的 不同。数字 三分量检波器 的相位延迟 小要比 模拟检波器好， 因此对信号 的响应也好 于模拟检 波器。通过 实测比较 两种检波器 的谐波畸变、 瞬时动态 范围以及 相位差，验证 了数字三分量检波器 在参数特性 方面优于 模拟检波器， 更多的表示 在数字三分量检波器 对信号的 真实记录 方面。
结束语
虽然对 数字三分量检波器 的应用取 得了一定 认识， 但必须认 识到应 用数字三分量检波器 应该着眼 于信噪比和 分辨率的问 题，为此 需要对 模拟检波器 的组合方法 进行认真的 思考，避免 因为组合而 对最终资料 产生不利影 响；要重点考 虑施工方 法的进一 步更新，尝试 使用高采样 率，使得在 采集阶段能 采集到更 高频率的 地震波，同时 进行单炮和 剖面处理综 合分析。相 信随着地震 检波器的改 进，影响地 震勘探进一 步发展的因素 将会很大改 观，必将为 提升资料品 质和提高 勘探效益 提供坚实 的技术 保证。
参考文献
[1] 刘光林 等.地震检波器 的发展 方向.勘探地 球物理进展，2003，26（3）
[2] 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）：124-130
关键词：数字三分量检波器；MEMS；动态范围；信噪比
【分类号】：TF046.6
地震数据 采集是 地震勘探 工作的 重要环节， 采集资料 的好坏直 接影响 勘探 成果。地震 检波器 是把传输 到地面的 地震波转 换成电 信号的机电 转换装置， 是野外地震 数据采集的 关键部位。检 波器的类型 可简单分 为模拟检波器 和数字检波器 两类，模拟 检波器输 出模拟信号， 数字检波器输 出数字信号，目前大 规模应用 于地震勘探 的还是 模拟检波器。当今 陆上高分辨率 地震勘探已 经向多波多 分量、全数字化 采集發展。较 模拟检波器而 言，数字检波器 的瞬时动态范围 大，信号保 真好，分辨率 高，且地震转换 波中含有相 当丰富的地 下信息。所以，数字三分量检波器 是今后地震 勘探的 重要技术及 应用方向。
衡量 模拟检波器 性能指标 的主要技术 指标有 自然频率、 阻尼系数、 灵敏度、 谐波畸变、 假频等等； 相关的检波 器参数有 直流电阻、 检波器阻抗、 噪声、 漏电、 极性； 其它物理 参数还有 悬体质量、 线圈最大 位移、允许 倾斜角度等。 常规模 拟检波器的 谐波失真 一般为千 分之一 到千分之 二，模拟 超级检波器 的失真系 数则最小 能达万 分之几的 数量级， 检波器的谐 波失真主 要影响 系统接收 的动态范 围，由于常 规检波器 本身是非 线性系统， 所以其谐波 失真远大于 地震采集仪器 的谐波畸 变指标（0.0003%）；随 着灵敏度的 提高直流电阻 相应增加； 常规模拟检波器 的尾锥一般 在5-7厘米之 间，能保证 与地面的 良好耦合； 假频也是衡 量检波器质 量的一个重 要参数，假频 的产生能对 有效波产 生重要影响 ，致使地 震信号产 生严重的畸 变，虽然 常规检波器 的假频已从最 初的150Hz 左右扩展 到现在的 300Hz甚至 更高，但是 系统的去假 频滤波能力仍 然十分重要 。
谐波 畸变
模拟检波器 畸变的理论 值为60dB 左右， 数字三分量检波器 可达到100dB 。实际应用 中通常采用 检波器畸变 来定义 检波器的 动态范围， 但这并不 表示检波 器以外的 动态范围 无法反映， 事实上我们 可以认为， 可记录的 总的动态 范围是由 仪器和 检波器共同 决定的。
表1 检波器 畸变测试
编号 阻值 频率 V/m/s 畸变% 备注
1 267 28.08 87.9 0.04
2 267 28.11 88.8 0.07
3 267 28.05 89.7 0.08
4 267 28.18 89.9 0.1
5 133 28.06 88.5 0.05 并联
6 133 28.14 88.7 0.06 并联
7 137 28.04 88.1 0.04 并联
表1是检波器 畸变的实 测结果， 可以看到， 一般情况 下模拟检波 器的畸变 小于0.1%， 也就是其 动态范围 介于60-70dB 之间。可 以看出， 模拟检波器 实际动态 范围大部分 高于理论动 态范围， 但远低于 数字三分量检波器 的动态范围。 采用样点 值直接 计算的方 法考察检波器 的总动态 范围，选取 记录中的最 大值和最小值 进行比较。 记录中最大 值出现在初 至附近， 最小值出现 在接近记 录尾部。如 果计算 结果数字 三分量 检波器和 模拟检波器 最大值、 最小值都 基本接近， 且与仪器给 定参数接近， 这说明 总动态范围 更多地受 仪器制约； 如果计算 结果差异较大， 则说明检 波器制约 了系统 的总动态 范围。
瞬时动 态范围
瞬时动 态范围是 指同一个 样点内记录 的最大信号 和最小信号 的比值。 瞬时动态范 围的定义虽 然很明 确，但实际测 量却很困难 ，因为我们 无法在同一时刻 取得不同的 震动信息， 而进入仪器 的是所有信 息的综合， 不能单方面 显示瞬时 动态范围。
为了考察 检波器的 瞬时动态 范围，引入 相邻样点 值相比较 的方法。 采用这种 比值方法可 以比较准确 地描述采样 点的信号变 化情况。 假定采样 间隔为 1ms，相邻 样点比值 反映的是 2ms内的瞬时动 态范围， 还是具有一 定参考价值 的。从图1中 可以看到， 当采用模拟 组合接收时， 这个比值 明显要比数 字低，说明 模拟组合 对于高频信息 的反应能力 要比数字和 模拟团放的 都要弱； 数字三分量检波器 与模拟检波器 团放相比， 比值变化更快、 幅度略大， 说明数字 三分量检波器 对弱信号的 反应能力 要比模 拟检波器稍强。
相位
理论上 认为模拟 检波器的 相位差与自身 频率有关 ，在主频 附近有 九十度的 相位差，频率 增加则相位 差增大； 数字检波器 不论在什么 频段内都没 有相位误差 。
两种 检波器初 至信号 峰值对比 大概有2ms 的时差， 这是由于 两种检波器 的相位差不 同造成相同 信号峰值的 不同。数字 三分量检波器 的相位延迟 小要比 模拟检波器好， 因此对信号 的响应也好 于模拟检 波器。通过 实测比较 两种检波器 的谐波畸变、 瞬时动态 范围以及 相位差，验证 了数字三分量检波器 在参数特性 方面优于 模拟检波器， 更多的表示 在数字三分量检波器 对信号的 真实记录 方面。
结束语
虽然对 数字三分量检波器 的应用取 得了一定 认识， 但必须认 识到应 用数字三分量检波器 应该着眼 于信噪比和 分辨率的问 题，为此 需要对 模拟检波器 的组合方法 进行认真的 思考，避免 因为组合而 对最终资料 产生不利影 响；要重点考 虑施工方 法的进一 步更新，尝试 使用高采样 率，使得在 采集阶段能 采集到更 高频率的 地震波，同时 进行单炮和 剖面处理综 合分析。相 信随着地震 检波器的改 进，影响地 震勘探进一 步发展的因素 将会很大改 观，必将为 提升资料品 质和提高 勘探效益 提供坚实 的技术 保证。
参考文献
[1] 刘光林 等.地震检波器 的发展 方向.勘探地 球物理进展，2003，26（3）
[2] 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）：124-130