（物理电子学专业论文）石油勘探中的惯性传感器研究.pdf

摘要 摘要 石油是战略资源，现代社会对石油的巨大需求推动着石油勘探的快速发展， 作为石油勘探主要手段的地震勘探也取得了长足的进步，主要表现为地震勘探 仪器的性能指标大幅度提升以及地震资料处理和解释过程中新方法新技术的不 断涌现。 地震检波器是地震勘探中用于接收和转换振动信号的传感器。作为地震勘 探仪器记录地震信号的第一步，地震检波器对地震资料的品质影响很大。随着地 震勘探技术的进一步发展，对地震检波器的精度要求也越来越高。地震检波器应 有理想的频率响应以及足够大的动态范围，否则电子学系统再精良，也无法得到 高质量地震记录数据。 目前陆上勘探使用的地震检波器通常包括动圈式检波器和新兴的m e m s 数 字检波器，这些检波器都属于惯性传感器的范畴。传统的动圈式检波器由于谐波 失真的限制，日益成为整个勘探系统的瓶颈，必须加以改进。而基于m e m s 技术 的数字检波器，是地震检波器在技术层面的重大进展。这种检波器可以提供良好 的线性度，除此之外，它还实现真正意义上的数字信号输出，且具有内在的、较 高的矢量精度和优良的低频信号响应特性，成为地震检波器发展的主流。针对 这样的趋势，本文的研究主要分成两个方面，一是传统动圈式检波器谐波失真 的原理分析以及改进方法，二是结合当前m e m s 技术以及工艺的进展。分析了使 用m e m s 技术实现地震检波器的各种方案，包括开环系统、模拟闭环系统以及数 字闭环系统，在对各种方案进行线性化分析的基础上，在仿真工具中进行建模和 仿真，最后给出了一个采用5 阶一调制的数字检波器的原型。第二个方向是本 文研究的重点。 物理原理是地震勘探的基础，地震检波器的设计也必须充分了解物理背景。 本文第二章首先介绍了地震勘探的基本原理，描述了地震波信号的基本特点，给 出了高分辨率地震勘探的定义，结合地震勘探仪的进展，给出高分辨率地震勘探 对地震检波器的具体要求，并针对当前传统的动圈式检波器的缺点提出了改进 的方向。 第三章从动圈式检波器的基本动力学原理出发，讨论了检波器各种参数的 意义以及选择、检波器组合的作用，并结合本人参加的地震采集系统研制项目描 述了动圈式检波器的在线测试。其中着重分析了检波器非线性来源，分析了磁场 非均匀性和弹簧系数非线性对检波器谐波失真的贡献，针对分析结果，讨论了增 大检波器阻尼对谐波失真的影响。在s 蹦u l i n k 中对分析结果进行了仿真验证。 第四章首先介绍了m e m s 技术的背景和原理，国外主流厂商研制的数字地震 i 摘要 检波器的工作原理和它们之间的异同，然后详细描述了m e m s 加速度计的原理和 模型( 包括动力学模型和电学模型) ，结合地震勘探对检波器的噪声要求，讨论 了传感部分参数的选择依据，给出了一组折中考虑的传感参数，在此基础上选择 合适的读出电路。理论分析了包含读出电路的开环系统的性质，并在p s p i c e 中 进行仿真和验证。 第五章给出了模拟闭环系统的理论分析和仿真，详细分析了p i d 控制器对模 拟闭环系统的影响，给出p i d 控制器中比例系数和微分系数的选择依据，线性分 析和行为仿真均表明模拟闭环系统中惯性体的位移大大减小。 模拟闭环系统由于反馈力的非线性而具有不稳定性，因此目前问世的地震 检波器均采用数字闭环反馈。第六章是本文的重点，主要讨论了基于一调制 的数字检波器的建模和仿真。首先给出了使用传感系统做二阶一调制的二阶 系统，通过理论分析和s i m u l i n k 中的模型仿真，说明其由于量化噪声的原因不 能达到地震勘探的要求，需要添加额外的电子学e 一调制才能达到地震勘探所 要求的动态范围。针对地震勘探对数字加速度计的噪声性能和线性度的具体要 求，给出了使用5 阶一调制的系统模型以及附加的电子学参数的限制条件。使 用s m i n i ( 对这些模型进行仿真，验证了理论分析的结果。 第七章总结了论文的主要思路：分析地震勘探队检波器的要求，分析和改进 传统的动圈式检波器，研究新兴的m e m s 检波器，给出了基于m e m s 技术的各种 方案，使用线性化理论分析各种方案，使用建模和仿真验证的手段进行验证，最 后并指出今后的工作方向。 关键词：地震勘探，检波器，建模，仿真 a b s t ra c t a b s t r a c t p e t r o l e u mi st h ei m p o r t a n ts t r a t e g i cr e s o u r c e t h ee n o r l t l o u sn e e do fp e t r o l e u mi n m o d e ml i f ep r o m o t et h eo i le x p l o r a t i o ni n d u s t r y , a sar e s u l t ，s e i s m i ce x p l o r a t i o n ，锄i m - p o r t a n tm e t h o do fo i le x p l o r a t i o n ，h a sa d v a n c e dal o ti np a s td e c a d e si nt w oa s p e c t s ：t h e p e r f o r m a n c eo ft h es e i s m i ci n s t r u m e n ti sg r e a t l yi m p r o v e da n dm a n yn e wm e t h o d sa n d n e wt e c h n o l o g yh a v e b e e ne m p l o y e di ns e i s m i cd a t ap r o c e s s i n ga n di n t e r p r e t i n g i ns e i s m i ce x p l o r a t i o n ，s e i s m i cs e n s o r sa r eu s e dt or e c e i v ea n dc o n v e r tt h ev i b r a t i o n s i g n a l s a st h ef r o n t e n do fas e i s m i ci n s t r u m e n t ，s e i s m i cs e n s o r sa f f e c t i n gt h eq u a l i t yo f s e i s m i cd a t ad i r e c t l y a ss e i s m i ce x p l o r a t i o na d v a n c e sf u r t h e r , m o r es t r i c tr e q u i r e m e n t s a r ei m p o s e do ns e i s m i cs e n s o r s s e i s m i cs e n s o r sa r er e q u i r e dt oh a v ei d e a lf r e q u e n c y r e s p o n s ea n da d e q u a t ed y n a m i cr a n g e ，o t h e r w i s eh i g hq u a l i t ys e i s m i cd a t ac a n tb eg u a r - a n t e e de v e ni ft h ep e r f o r m a n c eo fe l e c t r o n i cs y s t e mi se x c e l l e n t m e m sa c c e l e r o m e t e r sa n dm o v i n g - c o i lg e o p h o n e sa r ew i d e l yu s e di nm o d e ml a n d s e i s m i ce x p l o r a t i o n t h e s es e i s m i cs e n s o r sc a l lb ev i e w e da si n e r t i a ls e n s o r s m o v i n g c o i l g e o p h o n e sh a v er e s t r i c t e dt h ew h o l es y s t e mi n c r e a s i n g l yb e c a u s eo fi t sp o o rd i s t o r t i o n p e r f o r m a n c e m e m sa c c e l e r o m e t e r s ，o nt h eo t h e rh a n d ，n o to n l yp r o v i d ee x c e l l e n tl i n - e a r i t y , b u ta l s op r o v i d ed i r e c td i g i t a lo u t p u t ，i n h e r e n th j 。g hv e c t o rf i d e l i t y , e x c e l l e n tl o w f r e q u e n c yr e s p o n s e m e m sa c c e l e r o m e t e r sh a v eb e c o m et h em a i n s t r e a mo f t h es e i s m i c s e n s o r s a i ma tt h e s ed e v e l o p i n gt r e n d s ，t h i st h e s i ss t u d i e st w oa s p e c to fs e i s m i cs e n s o r s ， f i r s ti st h e o r e t i ca n a l y s i so ff a c t o r so fm o v i n g - c o i lg e o p h o n e s d i s t o r t i o na n dt h em e t h o d s t oi m p r o v ei t t h eo t h e ra s p e c tm a i n l yd e a lw i t hm e m sa c c e l e r o m e t e r s s e v e r a ls c h e m e s b a s e do nm e m st e c h n o l o g y , i n c l u d ea n a l o gc l o s el o o ps y s t e ma n dd i g i t a lc l o s el o o ps y s t e r n ，a r ep r o p o s e da n dd i s c u s s e di nd e t a i l l i n e a rm o d e la n a l y s i sa r ep e r f o r m e do i lt h e s e s c h e m e s ，m o d e l i n ga n ds i m u l a t i o na r ec a r r i e do u tt ov e r i f yt h ea n a l y s i sr e s u l t s a5 t h o r d e r 一ad i g i t a ls e n s o rm o d e li sp r o p o s e da tl a s t t h es e c o n da s p e c ti st h ee m p h a s i s o ft h i st h e s i s p h y s i c sp r i n c i p l ei st h et h e o r yb a s i so f s e i s m i ce x p l o r a t i o n ，i ti sn e c e s s a r yt oc a p t u r e f u l li m a g eo ft h ep h y s i c a lb a c k g r o u n df o rs e i s m i cs e n s o rd e s i g n i n g ，t h e r e f o r e ，c h a p t e r2 i nt h i st h e s i si n t r o d u c e st h eb a s i cp r i n c i p l e so fs e i s m i ce x p l o r a t i o nf i r s t b a s i cc h a r a c t e r so ft h es e i s m i cw a v ei sd i s c u s s e da n dd e f i n i t i o no fh i g hr e s o l u t i o ns e i s m i ce x p l o r a t i o n i sp r o v i d e da f t e r w a r d s ，t h ep r o g r e s so fs e i s m i ci n s t n m a e n ti sa l s oi n t r o d u c e d f i n a l l y , r e q u i r e m e n t si m p o s e do ns e i s m i cs e n s o rf o rh i g hr e s o l u t i o ns e i s m i ce x p l o r a t i o na r ec o n e l u d e da n dd i r e c t i o n sf o ri m p r o v i n gc u r r e n tm o v i n g c o i lg e o p h o n ea r ep r o p o s e d i i i c h a p t e r3b e g i n sw i t hd y n a m i c so ft h em o v i n g - c o i lg e o p h o n ea n dd i s c u s st h ef o l - l o w i n ga s p e c t s ：t h em e a n i n ga n ds e l e c t i o ng u i d eo fg e o p h o n e sp a r a m e t e r s ，t h ee f f e c t so f g e o p h o n eg r o u p i n g ，g e o p h o n e o n l i n et e s t i n ge m p l o y e di ns e i s m i cd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m w h i c hit o o kp a r ti nd e v e l o p i n g t h ee m p h a s i so ft h i sc h a p t e ri st h e o r e t i ca n a l y s i so f f a c t o r sc a u s i n gg e o p h o n ed i s t o r t i o na n d 也曲c o n t r i b u t i o n s t h eu s i n go fo v e r d a m p i n g g e o p h o n et or e d u c et h em a s sd e f l e c t i o ni sp r o p o s e da n dd i s c u s s e d a n a l y s i sr e s u l t sa r e v e r i f i e db ys i m u l a t i o ni ns i m 叫l i n k c h a p t e r4i n t r o d u c e sb a c k g r o u n da n dp r i n c i p l eo fm e m st e c h n o l o g yf i r s t ，t h eb a s i c p r i n c i p l ea n dd i f f e r e n c eo f t w om a i nk i n do fd i g i t a ls e n s o rp r o v i d e db yf o r e i g nc o m p a n y i sa l s oi n t r o d u c e d f u l l yd e s c r i p t i o no fp r i n c i p l e sa n dm o d e l s ( i n c l u d ed y n a m i cm o d e l a n de l e c t r o n i cm o d e l ) i sp r o v i d e dt h e n c r i t e r i o n sf o rs e l e c t i n gm e c h a n i c a lp a r a m e t e r s o fd i g i t a ls e n s o ra r ep r e s e n t e df o ra c c e p t a b l eb r o w n i a nn o i s ea n das e to fp a r a m e t e r si s p r o v i d e d , v a r i o u ss i g n a lp i c ko f fc i r c u i t sa r ed i s c u s s e da n dc o m p a r e d f i n a l l y , o p e nl o o p s y s t e me m p l o y e dp i c ko f fc i r c u i ti ss t u d i e d ，s i m u l a t i o na n dv e r i f i c a t i o ni np s p i c ei sc a l - f l e do u t i nc h a p t e r5 ，a n a l y s i sa n ds i m u l a t i o no fa n a l o gc l o s el o o ps y s t e mf o rs e i s m i cs e n - s o ra r ep r e s e n t e d ap i dc o n t r o l l e ri si n t r o d u c e di nt h el o o pa n dc r i t e r i o n sf o rs e l e c t i n g p r o p o r t i o ng a i na n dd i f f e r e n t i a lg a i na r ed e r i v e d b o t ha n a l y s i sa n db e h a v i o rs i m u l a t i o n s h o wt h ed e f l e c t i o no ft h ep r o o fm a s si sg r e a t l yr e d u c e d h o w e v e r a n a l o gc l o s el o o ps y s t e mi su n s t a b l eb e c a u s eo ft h en o n l i n e a r i t yb e t w e e n t h ef e e d b a c kf o r c ea n dd e f l e c t i o n ，t h a t sw h y d i g i t a lc l o s el o o ps y s t e mi sa d o p t e di np r a c t i c a lm e m ss e i s m i cs e n s o r s c h a p t e r6i st h ea ne m p h a s i so ft h i st h e s i sw h e r ed i g i t a l s e n s o rb a s e do n 一am o d u l a t i o ni sm o d e l e da n ds i m u l a t e d a2 t ho r d e r 一am o d u l a - t o ri m p l e m e n t e db yt h es e n s i n ge l e m e n ta r ed i s c u s s e di nd e t a i l s i m u l a t i o ni ns i m u l i n k s h o w s2 t ho r d e r 一am o d u l a t o rc a l l tm e a tt h er e q u i r e m e n to fs e i s m i ce x p l o r a t i o n ，a d d i - t i o n a le l e c t r o n i ci n t e g r a t o ri sr e q u i r e dt of o r mh i g ho r d e r 一am o d u l a t i o n i ti sr e v e a l e d t h a t5 t ho r d e r 一m o d u l a t i o ni sr e q u i r e dt os u p p r e s st h eq u a n t i z a t i o nn o i s et on e g l i g i b l e l e v e l t op o i n ta g a i n s tt h er e q u i r e m e n tt ot h d ( t o t a lh a r m o n i cd i s t o r t i o n ) ，t h ef o r m u l a s f o rt h dc a l c u l a t i o ni sd e r i v e d ，c o n s t r a i n t st oe l e c t r o n i c sp a r a m e t e r sf o rt h dt h a tl e s s t h a n 1 0 0 d bi sc a l c u l a t e db yt h e s ef o r m u l a s m o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no ft h ew h o l es y s t e ma r ec a r r i e do u t ，r e s u l t sa r ei n s p e c t e da n dv e r i f i e dw i t ht h e o r e t i c a la n a l y s i s c h a p t e r7s u m m a r i z e st h em a i ni d e a si nt h i st h e s i s ，w h i c hi sa n a l y z et h er e q u i r e m e n t i m p o s e d o ns e i s m i cs e n s o rb ys e i s m i c e x p l o r a t i o n ，a n a l y z ea n di m p r o v ep o p u l a rm o v i n g - c o i lg e o p h o n e s ，s t u d yt h em e m sa c c e l e r o m e t e r sa n dp r o p o s e ds e v e r a ls c h e m ef o rs e i s m i c s e n s o r s ，l i n e a r i z a t i o nm e t h o d sa r ee m p l o y e dt oa n a l y z et h e s es c h e m e sa n dm o d e l i n ga n d s i m u l a t i o na r eu s e dt ov e r i f yt h et h e o r e t i cr e s u l t s t h i sc h a p t e ra l s op o i n t e do u tt h ef u t u r e a b s t r a c t k e y w o r d s ：s e i s m i ce x p l o r a t i o n ，s e i s m i cs e n s o r s ，m o d e l i n g ，s i m u l a t i o n v 插图 插图 1 1 地震检波器的分类1 2 1 地震勘探示意图( a m e r i c a np e t r o l e u mi n s t i t u t e ) 7 2 2 第一菲涅尔带1 0 2 3 r i c k e r 子波特征图( 左为时间域，右为频率域) 1 4 2 4 分布式地震仪采集部分结构1 5 3 1 检波器结构示意图1 9 3 2 检波器动力学模型1 9 3 3 检波器负载电路2 l 3 4 检波器接并联电阻负载电路，2 l 3 5 频率响应图2 2 3 6 频率时延图2 2 3 7 检波器中磁场分布2 5 3 8 2 0 d x 检波器磁通密度分布图，。2 5 3 9 磁场非均匀性的线性分析 2 6 3 1 0 检波器非线性分析2 7 3 1 l 检波器输出频谱图2 7 3 1 2 检波器输出频谱图2 8 3 1 3 负电阻的运放实现2 9 3 1 4 检波器和负电阻的连接 2 9 3 1 5 检波器传递函数【2 1 1 3 0 3 1 6 检波器组合的连接电路和等效电路1 2 3 】，3 1 3 1 7 检波器测试示意图3 4 3 1 8 检波器阻尼振荡曲线 3 6 3 1 9 检波器直流电阻测试原理 3 7 3 2 0 检波器交流电阻测试原理3 7 3 2 l 检波器漏电阻测试原理 3 8 4 1 m e m s 加速度传感器结构图【3 5 】。4 2 4 2d s u 3 加速度计示意图4 3 4 3 电容变化示意图4 5 4 4 电容型电压分配器4 8 x l 插图 4 5 连续电压读出原理图4 8 4 6 采用同步检测消除放大器的噪声和漂移 4 9 4 7 同步检测消除放大器的噪声和漂移的原理 5 0 4 8 改进的连续电压读出电路图。 5 0 4 9 噪声分析模型。5 1 4 1 0 解调电路电路图 5 1 4 11 解调电路电路波形图，5 2 4 1 2 低通滤波器实现。5 2 4 1 3 双采样c d s 原理5 3 4 1 4 基于跨阻放大器的连续时间电流读出电路5 4 4 1 5 开环系统示意图5 4 4 1 6 开环系统的数学模型图 5 5 4 1 7 开环系统仿真电路图5 6 5 1 闭环系统示意图5 9 5 2 反馈力和位移的关系6 l 5 3 模拟闭环系统线性模型。 6 1 5 4 开环增益频率响应图6 2 5 5 闭环增益频率图6 2 5 6 模拟闭环系统相位频率图6 3 5 7 乜取不同值时的闭环增益图 6 3 5 8 取不同值时闭环系统相位频率关系图 6 3 5 9 取不同值时的闭环增益图 6 3 5 1 0 闭环系统的行为仿真，6 4 5 1 1p d 控制器电压输出6 4 5 1 2 闭环系统惯性体位移6 4 5 1 3 冲击响应结果6 5 5 。1 4 直流扫描结果6 5 6 1 常规转换器示意图6 8 6 2 常规转换器示意图6 9 6 3 一阶一示意图 7 0 6 4 噪声密度对比7 1 6 5 直流输入时一调制器的输出 7 2 6 6 一a 调制器死区仿真图7 2 6 7 积分器直流增益对调制器死区的影响 7 3 6 8 二阶一调制示意图7 4 x i i 插图 6 9 数字传感器示意图，。 7 6 6 1 0 二阶系统的原理图7 6 6 1 1 仿真使用的数字滤波器组 7 8 6 1 2 理想二阶系统完整s i m u l i n k 模型7 8 6 1 3 二阶系统极限环预测 8 0 6 1 4 二阶系统极限环的仿真 8 0 6 1 5 量化器输出比特流 8 1 6 1 6 初始状态惯性体位移8 l 6 1 7 稳定状态惯性体位移 8 1 6 1 8 信号获取部分输出 8 2 6 1 9 相位超前补偿器输出 8 2 6 2 0 二阶系统的死区。8 3 6 2 1 = 1 ，= l 时滤波器输出 8 3 6 2 2 k p = 1 ，= 1 0 时滤波器输出 8 3 6 2 3 二阶系统阶跃响应8 5 6 2 4 量化器输出频谱图( 4 m s 2 ) 8 5 6 2 5 最优k 。值8 6 6 2 6 量化器输入输出平均值关系图 8 6 6 2 7 滤波器输出波形图( 4 m s 2 ) 8 6 6 2 8 滤波器输出频谱图( 4 m s 2 ) 8 6 6 2 9 系统频谱图( 七，= 2x1 0 一，七p o = 1 1 0 8 ) 8 7 6 3 0 系统频谱图( 七，= 1 1 0 ，= 1 1 2 5x1 0 7 ) 8 7 6 3 l 采样率为2 5 6 k h z 时系统死区。 8 7 6 3 2 采样率为5 1 2 k h z 时系统死区 8 7 6 3 3 量化器输出频谱图( = 5 1 2 k h z ) 8 8 6 3 4 考虑加性噪声的二阶系统 8 9 6 3 5 系统输出频率谱图( = 1 2 8 k h z ) 8 9 6 3 6 系统输出频率谱图( 兀= 5 1 2 k h z ) 8 9 6 3 7 高阶数字检波器系统框图9 l 6 3 8 单环路高阶数字检波器模型 9 2 6 3 95 阶系统的斜坡信号响应 9 5 6 4 05 阶系统频谱图( 七，= 1 1 5 1 0 一，k p o = 8 3 2 1 0 7 ) 9 5 6 4 l 滤波器输出波形图 9 6 6 4 2 滤波器输出频率谱图。 9 6 6 4 3 最优k 。值 9 7 6 4 4 量化器输入输出平均值关系图 9 7 x i i l 插图 6 4 5 带加性噪声的高阶系统模型 9 7 6 4 6 带加性噪声的5 阶系统频谱图 9 8 x 中国科学技术大学学位论文原创性 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作 所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任 何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研 究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：签字日期： 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科 学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的 内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 口公开口保密( 年) 作者签名： 导师签名： 签字日期： 签字日期： 第1 章 绪论 第1 章绪论 r 动圈式检波器 波一黼二删勰 光栅检波器 图1 1 地震检波器的分类 地震勘探中传统的惯性传感器是基于电磁作用原理的动圈式检波器。动圈 式检波器的基本原理是利用上、下两个线圈绕制在铝制线圈架上，组成一个惯性 体，由弹簧片悬挂在永久磁铁产生的磁场中，永久磁铁与检波器外壳固定在一 起。当检波器外壳随地面振动时，线圈相对永久磁铁运动，两个线圈产生感生电 动势。人们对这种动圈式检波器的研究和使用已逾5 0 年，随着后端电子学系统飞 l 第l 章绪论 速发展，这种检波器器越来越成为整个地震数据采集系统的瓶颈。为此人们不断 的改进和完善这类电磁式的检波器，取得了一定的成果。 近些年来，利用m e m s 技术生产的加速度传感器，突破了传统检波器对地震勘 探技术发展的“瓶颈”式束缚。利用m e m s 技术生产的加速度地震检波器，是地震 检波器在技术层面的重大进展。这种检波器可以实现真正意义上的数字信号输 出，且具有内在的、较高的矢量精度和优良的低频信号响应特性，成为地震检波 器发展的主流。 1 2 地震检波器的发展状况 地震检波器性能的提高和类型的改进，与计算机技术发展，地震仪器的不断 更新，以及地震勘探新技术、新方法的不断涌现紧密相关。地震检波器的发展大 致经历了3 个阶段： 1 1 9 7 8 年以前，地震检波器以窄频带( 1 4 6 0 h z ) 、低灵敏度( 3 0 d b ) 为主，型号也 比较单一。 2 8 0 年代中期，地震仪器实现数字化，计算机数据处理也相继发展，更重要 的是三维地震、高分辨率地震、v s p 地震测井等技术的出现，扩大了地震勘 探领域( 山地、戈壁、沙漠、滩海及海上) ，地震检波器在性能及型号和品种 上发生了根本性的变化，一大批不同技术指标的高通动圈式检波器相继出 现，检波器的灵敏度、自然频率、失真系数、假频系数等技术指标都得到较 大改进，其性能及使用范围大大提高，井中检波器，海上压电检波器等相继 研制成功 3 8 0 年代中末期至现在，三维地震、高分辨率地震日益成熟，出现了四维地 震、多波多分量勘探、井问地震等新技术和新方法，与之相适应，检波器的 型号和品种也越来越丰富，如三分量检波器、四分量检波器、涡流检波器、 高性能压电检波器等。据初步统计，目前共1 2 个系列2 5 种型号的检波器应 用于地震勘探之中。 国内地震检波器的生产，到现在为止，已经有了五十多年的历史，大致也可 以分为三个阶段：五六十年代的仿制阶段，产品基本上仿制苏联和美国的检波 器；七十年代为自行研制阶段，开始研制地震检波器：八十年代后为引进阶段， 西安石油勘探总厂等先后引进了具有国际先进水平的地震检波器技术和装备。 9 0 年代以后，为了适应高分辨率勘探的要求，西安石油勘探仪器总厂和物探 局仪器总厂分别推出了一系列检波器，使得国内地震检波器能基本适应各种勘 探需要。 近年来，随着m e m s 技术的发展，利用m e m s 技术生产的数字地震检波器已 2 第1 章绪论 经出现。国外的两大主流地震仪器厂商i o n 公司和s e r c e l 公司分别在2 0 0 0 年前 后推出了全数字的地震检波器，目前已经进入野外实用阶段。这些数字检波器实 质上就是高分辨率的微加速度计，国内对微加速度计的研究尚处于起步阶段，针 对地震勘探的高分辨率微加速度计还没有成熟的产品面世。 1 3 论文研究意义和主要研究内容 1 3 1 研究意义 石油和天然气是有关国家安全的战略资源。目前，我国已经成为世界第二 大石油消费国，第三大石油进口国。近年来，我国石油消费量保持6 左右的增 幅，而自产原油产量只有不到2 的增幅。2 0 0 4 年，中国原油进口1 2 2 7 亿吨首次 突破l 亿吨大关，2 0 0 7 年进口原油已经逼近2 亿吨。预计至1 j 2 0 2 0 年，中国石油消 费量将达4 5 亿6 1 亿吨，国内可以供应的量却只有1 8 亿2 亿吨，缺口达2 5 亿 4 3 亿吨。面对飞速增长的石油需求，国内探明的石油资源却严重不足。据有关 资料表明：我国石油的储采比为1 4 ：1 ，远低于世界平均水平4 0 ：1 。我国石油、天 然气的资源潜力都很大，勘探程度却很低。随着我国油气资源开发和利用进程的 加快，东部深层隐蔽油气藏、西部复杂构造、海上崎岖海底等条件下的油气勘探 面临着关键技术的严重制约，勘探技术水平较低的状况已成为我国油气产业发 展的薄弱环节。 目前，世界上产油量多、储量规模最大、最丰富的含油区都是海相沉积地 层，海相地层沉积稳定，沉积相类型少，好生油岩和储层在盆地内分布广泛。而 中国绝大部分油气储集层均