數字檢波器在山西陽泉地區三維地震勘探中的應用

王念民

（黑龍江省煤田地質物測隊，哈爾濱 150046）

1 引言

我國山西陽泉地區蘊藏著豐富的煤炭資源，在煤礦開采過程中發現該地區陷落柱、斷層以及撓曲等構造比較發育，給開采工作和生產安全帶了很大的影響，因此，在開采前提前進行三維地震勘探，掌握更加詳盡、準確的地質資料對于安全生產工作具有重要的意義。

然而，隨著礦方對地震勘探精度要求的不斷提高，常規常規檢波器頻帶窄，動態范圍小，靈敏度低，一致性差等固有缺陷越來越明顯，作為地震資料數據采集的一道重要工序，這種傳統檢波器得不到理想的原始信號，無法完全發揮408UL等先進地震儀器的性能，直接影響地震數據采集的質量。因此，要想在本區獲得較好的地震資料，除做好觀測系統設計、選擇合理的激發參數，資料處理采取針對性措施以外，選用什么樣的檢波器對地震勘探的精度有著直接的影響。數字檢波器作為新型檢波器的代表，相比常規常規檢波器具有靈敏度高，抗干擾能力強等優點，因此使用數字檢波器接收有利于提高采集質量，進而提高解釋精度。

2 數字檢波器的特性及優點

2.1 數字檢波器相較于常規檢波器在提高采集質量方面具有的特性及優點

數字檢波器是基于半導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展到第六代的產物。相較于傳統常規檢波器，新型數字檢波器具有頻寬、動態范圍大特點。與常規檢波器對比，剖面信噪比和層間信息均好于常規檢波器。數字檢波器具有以下特性：

（1）對高頻的反射信息能量具有較強的提升作用。

（2）動態范圍大，能夠提高采集精度。

（3）高性能、單點接收，數字輸出，儀器系統電路無噪聲，分辨率高。

（4）低畸變，系統保真能力高。

（5）線性振幅、線性頻率從0～800Hz響應平坦，無增益變化及相位失真。

（6）系統無電磁、無串音干擾，抗干擾能力強，在復雜地區施工十分有利。

（7）感應的是電力變化，不再有常規檢波器的機電結構和電磁感應機理。

（8）一致性好，對高密度空間采樣更為有利。

2.2 數字檢波器相較于常規檢波器在野外采集施工方面具有的優點

（1）數字檢波器為單個檢波器，體積小、質量輕、故障率低，便于排列鋪設，提高施工效率。

（2）不漏電，排查故障和建立排列容易。

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

3 數字檢波器在山西陽泉地區的實際應用

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

3.1 生產前數字檢波器和常規檢波器的試驗對比

在正式生產前，我們對數字檢波器和常規檢波器進行了試驗對比，以確定哪種檢波器更適合本區。

3.1.1 試驗方法

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

鋪設兩條檢波線，一條使用DSU1數字檢波器，另外一條使用60 Hz常規檢波器，放炮時兩條檢波線同時接收。檢波器的2 條測線布設形式如圖1 所示。

圖1 檢波器鋪設示意圖

3.1.2 試驗結論

（1）單炮記錄信噪比分析

從圖2種可以看出，數字檢波器由于是全頻接收，因此高頻干擾嚴重，信噪比明顯低于常規檢波器。

圖2 常規檢波器（左）和數字檢波器（右）原始記錄對比

（2）抗電磁干擾能力分析

從圖3可以看出，常規檢波器50Hz電磁干擾嚴重，而數字檢波器則不受影響，由于本區高壓線分布較多，數字檢波器在抗電磁干擾方面明顯優于常規檢波器。

圖3 常規檢波器（左）和數字檢波器（右）抗電磁干擾能力對比

（3）頻譜分析

從圖4單炮有效波區域頻譜分析可知，數字檢波器的頻譜比常規檢波器（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（紅色為常規檢波器頻譜，藍色為數字檢波器頻譜）

（4）疊加剖面對比

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，數字檢波器主頻明顯高于常規檢波器剖面，頻帶也較寬。另外，從圖5中1處可看出，該處斷點數字檢波器剖面更加清晰；從2處可看出，數字檢波器分層能力更強，在該處，數字檢波器剖面相位很強，而常規檢波器則是很弱的一個相位；從3處可看出，在該處數字檢波器剖面反射波連續性明顯好于常規檢波器。

圖5 上為常規檢波器疊加剖面，下為數字檢波器疊加剖面

圖6 疊加剖面頻譜分析（黑色為常規檢波器頻譜，紅色為數字檢波器頻譜）

3.2 正式生產觀測系統

儀器使用428XL，本區采用的觀測系統類型為束狀8線5炮。接收道數：1280（8×160）；接收線數：8條；接收道距：10m；接收線距：100m；炮點距：100m；炮線距：20m；CDP網格：5m×10m；迭加次數：32次（8×4）。

3.3 數字檢波器的使用

（1）由檢波器對比試驗結果可知，數字檢波器優于模擬檢波器，因此本次野外生產采用數字檢波器接收，型號DSU1。

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

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

3.4 應用效果分析

3.4.1 單炮記錄質量

從圖7、圖8中可以看出，本區采用數字檢波器接收所取得的野外單炮數據，質量要明顯好于以往常規檢波接收所獲得的數據。且數字檢波器接收頻帶較寬。另外，區內高壓線等電磁干擾嚴重，由于數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 常規檢波器和數字檢波器接收單炮記錄對比

圖8 常規檢波器和數字檢波器接收單炮記錄頻譜分析對比

3.4.2 時間剖面記錄質量

從圖9、圖10中可以看出，數字檢波器采集的時間剖面比常規檢波器采集的時間剖面波組成分更豐富，頻率更高，頻帶更寬，連續性也更好另外，斷點也十分清晰。

圖9 常規檢波器接收時間剖面

圖10 數字檢波器接收時間剖面

3.4.3 成果驗證情況

我們把本區解釋的三維地震成果和目前已知的地質資料（通過鉆孔、地質填圖獲得）進行了對比，結果吻合率達到近80%，高于本區以往驗證率。更準確的驗證率有待巷道揭露后進行對比。

4 結束語

通過數字檢波器在山西陽泉地區的成功使用，可以得出以下結論：在山西陽泉地區使用用數字檢波器采集的資料品質優于常規檢波器采集的資料品質。

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