CN105388515A - 一种检波器的质控方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检波器的质控方法及装置。其中，该方法包括：获取所述地震全向矢量检波器的指定参数；其中，所述指定参数至少包括：内道序号；基于所述地震全向矢量检波器上插接的八个检波器得到8道数据；结合所述指定参数，判断所述8道数据是否满足预设数据要求，如不符则调整所述地震全向矢量检波器。本发明为地球科学的探索研究奠定了全新的数据基础，保证了全矢量检波器采集到的参数及数据正确无误，高质量传输至后续处理、分析、应用环节。不仅提高信噪比、灵敏度、保真度，而且进一步的研究和应用将会有更多技术特点的发现，展现了一个全新的发明、发现、发展的技术领域。

Description

一种检波器的质控方法及装置

技术领域

本发明涉及地震勘探技术领域，尤其涉及一种检波器的质控方法及装置。

背景技术

根据波动理论，波动不只表示振动，还表示振动的传播。具体地：1、振动可分解为线振动、旋振动；2、波场散度驱动纵波，波场旋度驱动横波；3、线振动是散度和旋度的共同作用，既包含纵波，也包含横波；4、旋振动只与旋度有关；5、体旋度是完全旋度，面旋度是不完全旋度。因此，只能检测线振动的技术，不能干净分离纵横波。必须是能够检测体旋度或散度的技术，才有可能解出纯横波和纯纵波。

波动的空间运动属性，包含了丰富的信息，可以在波场分离、信噪比、保真度、成像精度、介质属性分析等方面起到重要作用。但是，现有采集技术却只能检测振幅、频率、相位等信息，基本没有检测波动空间运动属性的功能。

目前地震波的检测，是将波振动转换为电信号(电压、电流)或再进行数字转换来实现。将机械运动转换为电信号的方法，不外乎应用电磁检波器、电容检波器、压电检波器和光纤应变检波器。

电磁检波器和电容检波器是线振动型，有工作方向。理想方向滤波效应为cosθ，out(t)＝A(t)cosθ。A(t)和θ都是未知的，仅单个器件是求不出真振幅A(t)和夹角θ的。MEMS检波器基本属于电容型检波器，也遵循上述规律。

光纤应变检波器可归于线振动或压强型，单器件也不能确定振动方向。所以，单个电磁检波器、电容检波器和光纤应变检波器，都不能区分波场振动方向，更不具备检测波场散度旋度的功能。

压电检波器是压强型，输出与周围液态介质压强有关，无方向性，不能区分振动方向。液态环境中压强各向同性，等效于波场散度。但在陆上固态环境，即使将其置于液态容器中，也无法实现散度测量。

三分量检波器，以三矢量合成方法，可以求出波场振动方向θ和振幅A(t)。这也是称其为矢量检波器的原因，但只是测量点的线振动矢量，不能检测振动性质、旋度和散度。

综上所述，现有技术中的各类检波器不能实现地震波场全信息的检测，更无法实现地震波场全信息的质控。

针对现有技术不能实现地震波场的全信息质控的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种检波器的质控方法及装置，以至少解决现有技术不能实现地震波场的全信息质控的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种检波器的质控方法，应用于地震全向矢量检波器，其中，所述地震全向矢量检波器包括：八个检波器及支撑结构，所述支撑结构用于支撑所述八个检波器，使得每两个检波器的底面位于一正四面体的其中一个正三角形面上，位于同一正三角形面上的两个检波器的工作轴与该正三角形面的交点均位于该正三角形面的一个角的角平分线上并且相对于该正三角形面的中心对称；

所述方法包括：

获取所述地震全向矢量检波器的指定参数；其中，所述指定参数至少包括：内道序号；基于所述地震全向矢量检波器上的八个检波器得到8道数据；结合所述指定参数，判断所述8道数据是否满足预设数据要求，如不符则调整所述地震全向矢量检波器。

优选地，位于所述正四面体的每个正三角形面上的两个检波器中，靠近其所在的角平分线对应的角的检波器归为第一组，远离其所在的角平分线对应的角的检波器归为第二组；获取所述地震全向矢量检波器的指定参数，包括：获取所述第一组的四个检波器的内道序号分别为：1、2、3、4；所述第二组的四个检波器的内道序号分别为：5、6、7、8。

优选地，结合所述指定参数，判断所述8道数据是否满足预设数据要求，如不符则调整所述地震全向矢量检波器，包括以下步骤：

将所述8道数据叠加后，结合散度公式和旋度公式判断下述公式是否成立：如果不成立，则检查并调整所述地震全向矢量检波器的接线、开关、增益设置；

基于公式：判断下述公式是否成立： $\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}trace\left(i\right)-\frac{1}{4}\underset{i=5}{\overset{8}{\Σ}}trace\left(i\right)=2\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}trace\left(i\right)=-2\frac{1}{4}\underset{i=5}{\overset{8}{\Σ}}trace\left(i\right);$

如果成立，则确定所述8道数据满足所述预设数据要求，如果不成立，则检查并调整所述地震全向矢量检波器的序号分配或仪器通道开关连接；

其中：所述散度公式为： $\underset{v}{\∫\∫\∫}\mathrm{div}\mathrm{A\; dv}=\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}A\·d{\stackrel{\→}{l}}_i=\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{trace}\left(i\right);$ 所述旋度公式为：A为波场函数，l为检波器响应矢量，i为检波器的所述内道序号，为采集到的第i道内部道数据，div为散度，rot为旋度，v为体积，dv为体积微分，s为面积，ds为面积微分。

优选地，所述方法还包括：检测所述地震全向矢量检波器的放置位置，将所述放置位置调整至满足预设位置要求。

优选地，将所述放置位置调整至满足预设位置要求，包括：将所述地震全向矢量检波器的自北方向对准北极方向，所述地震全向矢量检波器中所述正四面体的其中一个正三角形面设置为水平朝上；其中，所述自北方向是：所述正四面体的水平朝上设置的正三角形面上的两个检波器所在角平分线的方向；或者，将所述地震全向矢量检波器的所述自北方向对准炮点方向。

根据本发明的另一个方面，提供了一种检波器的质控装置，应用于地震全向矢量检波器，其中，所述地震全向矢量检波器包括：八个检波器及支撑结构，所述支撑结构用于支撑所述八个检波器，使得每两个检波器的底面位于一正四面体的其中一个正三角形面上，位于同一正三角形面上的两个检波器的工作轴与该正三角形面的交点均位于该正三角形面的一个角的角平分线上并且相对于该正三角形面的中心对称；

所述装置包括：参数获取模块，用于获取所述地震全向矢量检波器的指定参数；其中，所述指定参数至少包括：内道序号；数据获取模块，用于基于所述地震全向矢量检波器上的八个检波器得到8道数据；检波器调整模块，用于结合所述指定参数，判断所述8道数据是否满足预设数据要求，如不符则调整所述地震全向矢量检波器。

优选地，位于所述正四面体支撑结构的每个正三角形面上的两个检波器中，靠近其所在的角平分线对应的角的检波器归为第一组，远离其所在的角平分线对应的角的检波器归为第二组；所述参数获取模块包括：内道序号获取单元，用于获取所述第一组的四个检波器的内道序号分别为：1、2、3、4；所述第二组的四个检波器的内道序号分别为：5、6、7、8。

优选地，所述检波器调整模块包括：

第一调整单元，用于将所述8道数据叠加后，结合散度公式和旋度公式判断下述公式是否成立：如果不成立，则检查并调整所述地震全向矢量检波器的接线、开关、增益设置；

第二调整单元，用于基于公式：判断下述公式是否成立： $\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}trace\left(i\right)-\frac{1}{4}\underset{i=5}{\overset{8}{\Σ}}trace\left(i\right)=2\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}trace\left(i\right)=-2\frac{1}{4}\underset{i=5}{\overset{8}{\Σ}}trace\left(i\right);$

如果成立，则确定所述8道数据满足所述预设数据要求，如果不成立，则检查并调整所述地震全向矢量检波器的序号分配或仪器通道开关连接；

其中：所述散度公式为：所述旋度公式为：A为波场函数，l为检波器响应矢量，i为检波器的内道序号，为采集到的第i道内部道数据，div为散度，rot为旋度，v为体积，dv为体积微分，s为面积，ds为面积微分。

优选地，所述装置还包括：位置调整模块，用于检查所述地震全向矢量检波器的放置位置，将所述放置位置调整至满足预设位置要求。

优选地，所述位置调整模块，还用于将所述地震全向矢量检波器的自北方向对准北极方向，所述地震全向矢量检波器中所述正四面体的其中一个正三角形面设置为水平朝上；或者，将所述地震全向矢量检波器的自北方向对准炮点方向；其中，所述自北方向是：所述正四面体的水平朝上设置的正三角形面上的两个检波器所在角平分线的方向。

本发明基于地震全向矢量检波器，可以检测或计算出地震波场的的振幅、频率、相位、波场的振动矢量、散度、旋度矢量等多种空间属性，针对地震全向矢量检波器的输出数据提供了一种检波器的质控方法及装置，有助于确保地震全向矢量检波器的最佳工作状态，获得最佳数据。不仅提高信噪比、灵敏度、保真度，而且进一步的研究和应用将会有更多技术特点的发现，展现了一个全新的发明、发现、发展的技术领域。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的第一种结构示意图；

图3是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的第二种结构示意图；

图4是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的第一种结构的工作矢量示意图；

图5是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的第二种结构的工作矢量示意图；

图6是根据本发明实施例的平行矢量示意图；

图7是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的空间矢量关系图；

图8是根据本发明实施例的全积分等效高斯散度结构示意图；

图9是根据本发明实施例的斯托克斯积分正反旋等效结构示意图；

图10是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器实测输出示意图；

图11是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的球形壳体外观示意图；

图12是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的外观示意图；

图13是根据本发明实施例的检波器的质控方法的流程图；

图14是根据本发明实施例的检波器的质控装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

针对现有技术不能实现地震波场的全信息质控的问题，本发明基于地震全向矢量检波器，可以检测或计算出地震波场的振幅、频率、相位、波场的振动矢量、散度、旋度矢量等多种空间属性。地震全向矢量检波器的输出数据比传统技术多了很多信息，因此，如果还沿用传统的质控方法，已不能满足要求。

本发明针对地震全向矢量检波器的特点，设计合适的现场处理技术和质量控制方法，为后续的全矢量地震勘探系列技术提供信息完整的高质量数据。下面首先对上述地震全向矢量检波器的结构进行介绍，再结合实施例对本发明针对地震全向矢量检波器的质控方案进行介绍。

实施例一

本发明提出的地震全向矢量检波器，其在空间结构上是各向均等平衡的，这是现有技术中检波器都不具备的结构优势，利用这个结构优势可实现地震波场全信息的准确检测。

图1是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的结构示意图，如图1所示，该地震全向矢量检波器包括：八个检波器及支撑结构，将八个检波器分成四组，两个检波器为一组，该支撑结构用于支撑上述八个检波器，使得每一组的两个检波器的底面位于一正四面体的其中一个正三角形面上，位于同一正三角形面上的两个检波器的工作轴与该正三角形面的交点均位于该正三角形面的一个角的角平分线上并且相对于该正三角形面的中心对称。

需要说明的是，上述工作轴为虚拟轴，用以说明位置关系。在实际应用中，检波器的工作轴并不一定位于检波器的正中央位置(即中心轴)。上述正四面体并非为实体结构，而是虚拟的空间结构，旨在描述八个检波器之间的位置关系。

本实施例根据场论的散度和旋度公式，设计特定的空间运动全矢量检测结构，以实现对地震波场的频率、振幅、相位、振动方向、尤其是波动力场的散度和旋度的全信息检测，形成全新的地震全向矢量检波器技术。

地震全向矢量检波器的支撑结构可以基于需求设计成任意形状，本发明对此不做限定，只要能保证空间矢量形态即可。优选地，可以设计为正四面体形状，正四面体支撑结构的尺寸一般大于上述虚拟的正四面体。优选地，正四面体支撑结构的每个面可以改变为任意曲面，从而满足不同需求。支撑结构的材料不局限于固态，支撑结构的刚度与测量结果相关，因此可基于需求选择不同材料。

在本实施例中，正四面体的每个正三角形面上有两个检波器，这两个检波器在正三角形面的摆放位置，需要符合特定要求，才能保证地震全向矢量检波器的正常工作。对于每个正三角形面上两个检波器的位置，至少有两种摆放方式，下面分别进行介绍。

1)图2是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的第一种结构示意图，图2以支撑结构为正四面体形状为例进行介绍，如图2所示，设正四面体的其中一个正三角形面为主三角形面100，主三角形面100其中一个角定义为正四面体的第一顶角a，主三角形面100上的两个检波器的工作轴与主三角形面100的交点均位于第一顶角a的角平分线上；

第一顶角a对应的底边所在的正四面体的另一面定义为正四面体的第一侧面101，该底边的中点在主三角形面100逆时针方向滑动，遇到的第一侧面101上的角定义为第二顶角b，第一侧面101上的两个检波器的工作轴与第一侧面101的交点均位于第二顶角b的角平分线上；

需要说明的是，上述逆时针方向是在主三角形面100水平朝上放置时，人面对第一侧面101时的逆时针方向，下述的逆时针方向及顺时针方向均采用此方式。

第二顶角b对应的底边所在的正四面体的另一面定义为正四面体的第二侧面102，该底边的中点在第一侧面101顺时针方向滑动，遇到的第二侧面102上的角定义为第三顶角c，第二侧面102上的两个检波器的工作轴与第二侧面102的交点均位于第三顶角c的角平分线上；

第三顶角c对应的底边所在的正四面体的另一面定义为正四面体的第三侧面103，该底边的中点在第二侧面102逆时针方向滑动，遇到的第三侧面103上的角定义为第四顶角d，第三侧面103上的两个检波器的工作轴与第三侧面103的交点均位于第四顶角d的角平分线上。

2)图3是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的第二种结构示意图，图3以支撑结构为正四面体形状为例进行介绍，如图3所示，上述第一顶角a、上述第二顶角b、上述第三顶角c及上述第四顶角d分别对应正四面体的第一顶点A、第二顶点B、第三顶点C及第四顶点D。

主三角形面100上的两个检波器的工作轴与主三角形面100的交点均位于第一顶角a的角平分线上；

第一侧面101上的两个检波器的工作轴与第一侧面101的交点均位于第三顶点C在第一侧面101上的角的角平分线上；

第二侧面102上的两个检波器的工作轴与第二侧面102的交点均位于第四顶点D在第二侧面102上的角的角平分线上；

第三侧面103上的两个检波器的工作轴与第三侧面103的交点均位于第二顶点B在第三侧面103上的角的角平分线上。

对于上述两种摆放方式，还可以采取下述方法实现：

1)在正四面体的四个正三角形面上，分别设置连接一个角、面几何中心和对边棱(即对应的底边)中点的唯一的一条直线。正四面体的一个面朝上设置(即上述主三角形面)，体几何中心与此面的几何中心的连线竖直向上定义为地震全向矢量检波器的竖直轴(也可以称为主轴)，也是第一线矢量轴，朝上设置的面上设置的上述直线的方向，定义为地震全向矢量检波器的自北方向(也可以称为第一方向)。沿与自北方向垂直相交的棱(即底边)逆时针滑动遇到的第一侧面上的角，指向对棱中点的方向定义为第二方向，沿与第二方向垂直相交的棱顺时针滑动遇到的第二侧面上的角，指向对棱中点的方向定义为第三方向，沿与第三方向垂直相交的棱逆时针滑动遇到的第三侧面上的角，指向对棱中点的方向定义为第四方向。

沿上述四个方向的方向线上，在每个正三角面的中心向角和棱分别移动a(其中，0<a<λ/4，λ是波长)各安装一个工作方向垂直于正三角面的高灵敏度宽频带全倾角检波器。

2)在上述朝上设置的面上，沿与上述自北方向垂直相交的棱顺时针滑动遇到的角，指向对棱中点的方向定义为第五方向，沿与第五方向垂直相交的棱逆时针滑动遇到的角，指向对棱中点的方向定义为第六方向，沿与第六方向垂直相交的棱顺时针滑动遇到的角，指向对棱中点的方向定义为第七方向。

沿上述四个方向的方向线上，在每个正三角面的中心向角和棱分别移动a(其中，0<a<λ/4，λ是波长)各安装一个工作方向垂直于正三角面的高灵敏度宽频带全倾角检波器。

本实施例中的检波器至少可以是圆柱电磁型检波器，需满足：各个圆柱电磁型检波器的底面与正四面体的体几何中心的距离为各个检波器互不接触的最小值；还可以是扁片电容型检波器。当然，也可以是其他类型的检波器，只要能够在地震全向矢量检波器中正常工作即可，本发明对此不做限制。

图4是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的第一种结构的工作矢量示意图，图5是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的第二种结构的工作矢量示意图，图4和图5中的每个面上的箭头表示工作矢量，与主三角形面100垂直的中心轴设置为主轴200，主三角形面100上第一顶角a的角平分线的方向设置为自北方向。

图6是根据本发明实施例的平行矢量示意图，如图6所示，在光滑连续波场中，间距远小于波长的两个平行矢量与波场的点乘之和除以2，等于中间位置的矢量与波场的点乘。

图7是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的空间矢量关系图，如图7所示，图中的各个箭头即表示每个面上的工作矢量。图7中的圆表示地震全向矢量检波器的八个空间矢量所围成的内切圆球。

图8是根据本发明实施例的全积分等效高斯散度结构示意图，图9是根据本发明实施例的斯托克斯积分正反旋等效结构示意图，结合图8和图9所示的矢量关系可知：

根据散度高斯定理：可得本发明实施例的地震全向矢量检波器的散度公式：

根据旋度斯托克斯公式：可得本实施例的正旋度公式：以及，反旋度公式：

其中，A为波场函数，l为检波器响应矢量，i为检波器的内道序号，为采集到的第i道内部道数据，在上述全积分等效高斯散度结构上：为第一组，i＝1-4，为第二组，i＝5-8。div为散度，rot为旋度，V为体积，dv为体积微分，S为面积，dS为面积微分，m为正m面体的个数；n_i为第i面法线上的检波器响应矢量。根据三角和差化积公式，在本特定结构上，

需要说明的是，本发明提供的地震全向矢量检波器是基于虚拟正四面体的四根轴(即正四面体的体中心与四个正三角面的中心连线构成的立体星型轴)形成的四均分立体空间平衡结构。各个检波器的底面距体中心距离d，d为单元器件互不接触的最小值，在正四面体的每个正三角形面上分别与轴平行安装两个高灵敏度宽频带全倾角检波器，其振幅响应与自身工作轴和波场法线间夹角θ的关系为out(t)＝A(t)cosθ，其中，A(t)为检波器在θ＝0时对波场的响应。

在地震全向矢量检波器中，每个正三角形面上靠近角的检波器为第一组，靠近棱(即对边)的检波器为第二组B组，第一组或第二组的检波器在空间中构成符合斯托克斯旋度公式的封闭环路。第一组输出为正旋度，第二组输出为负旋度。

位于同一正三角形面上的两个检波器的算术和，在a小于λ/4的情况下，等效于位于每个正三角面的中心处的检波器，形成四个指向正四面体的体中心的测量矢量，与高斯散度公式的要求完全吻合。

本实施例完美地将斯托克斯旋度结构和高斯散度结构结合于一体，形成了旋散结合的全矢量地震测量空间结构。

地震全向矢量检波器中包括八个检波器，第一组和第二组的检波器共计8道数据输出。图10是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器实测输出示意图，如图10所示，四个上述第一电路的输出结果，对应于图10中所示的第一组旋量，四个上述第二电路的输出结果，对应于图10中所示的第二组旋量。第一组旋量与第二组旋量的和为0，第一组旋量与第二组旋量的差为双旋量。地震全向矢量检波器的矢量方向由1旋向2右手法则确定，总旋矢量方向可经矢量运算求出。振动线矢量可以由冗余矢量计算求出。等同于传统三分量检波器计算出的振动线矢量。应用旋度求解横波振动线矢量的方法，可以求出纯横波线矢量，从总振动线矢量中减去纯横波线矢量，可得纯纵波振动线矢量。

前面已经对地震全向矢量检波器的具体结构进行了详细描述，在实际使用过程中，为了方便放置，地震全向矢量检波器的支撑结构上连接一圆椎形尾椎，该圆椎形尾椎的轴线的延长线经过正四面体的一个顶点后，垂直穿过正四面体的其中一个面的中心。在正常使用过程中，该圆锥形尾椎竖直朝下插入地面，从而便于固定。

地震全向矢量检波器还可以设置球形壳体，分为上半球形壳体和下半球形壳体，八个检波器及支撑结构放置在球形壳体内部，下半球形壳体的底部设置尾椎孔，上述尾椎穿过下半球形壳体的尾椎孔。图11是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的球形壳体外观示意图，如图11所示，地震全向矢量检波器的球形壳体分为上半球形壳体20和下半球形壳体21，地震全向矢量检波器的支撑结构上连接的圆椎形尾椎30穿过下半球形壳体21的底部设置的尾椎孔31。通过该优选实施方式，可以保护检波器，稳固地震全向矢量检波器。

为了将地震全向矢量检波器的支撑结构及其上的八个检波器稳固放在球形壳体中，可以将支撑结构的形状设计为易于放入球形壳体的形状。图12是根据本发明实施例的地震全向矢量检波器的外观示意图，如图12所示，将正四面体形状的支撑结构的各个顶点削掉一块，以便于安置在球形壳体中，确保地震全向矢量检波器采集数据的准确性。

考虑到上半球形壳体和下半球形壳体的固定问题，本实施例提供了一种优选实施方式，即：上半球形壳体和下半球形壳体的边缘分别设置相互配合的突出部，上半球形壳体和下半球形壳体的突出部通过固定组件固定。例如，通过螺丝和螺丝孔的方式固定。从而保证地震全向矢量检波器在实际操作过程中的稳定性。

对于地震全向矢量检波器的信号输出线，可以在球形壳体上设置信号线孔，使检波器的信号输出线穿过该信号线孔，从而便于信号输出线输出到壳体外面，有效获取数据。

为了避免地震全向矢量检波器进水影响使用，可以在球形壳体的上半球形壳体和下半球形壳体之间的接合缝隙、尾椎孔和信号线孔，均密封防水，例如，可以选择硅胶或橡胶材料进行密封，从而提高地震全向矢量检波器的密封性。

本发明提供的地震全向矢量检波器可以适用于以下方面：陆上人工地震勘探、天然地震探测。本发明的应用前景如下：由于基于本发明的地震全向矢量检波器可检测到地震波的旋度，并可求出波场的振动方向及真振幅，可分解出纯净的纵横波，因此可以获得以往从未有过的丰富的地震波信息，为地球科学的探索研究奠定了全新的数据基础。

地震全向矢量检波器的散度和旋度特征，为刚性支撑结构的检波器放置于地表自由表面时的特征。当检波器放置于地下或是介质内部时，这些特征将由放置环境、检波器支撑结构材料及其与外界的接触关系而确定。可随具体应用目的的变化而设计。本发明不做详细说明。

前面对地震全向矢量检波器的结构和工作原理进行了详细介绍，下面介绍基于地震全向矢量检波器的质控方案。

实施例二

本实施例提供了一种检波器的质控方法，应用于上述地震全向矢量检波器，图13是根据本发明实施例的检波器的质控方法的流程图，如图13所示，该流程包括以下步骤(步骤S102-步骤S106)：

步骤S102，获取地震全向矢量检波器的指定参数；其中，该指定参数至少包括：内道序号；

步骤S104，基于地震全向矢量检波器上的八个检波器得到8道数据；

步骤S106，结合上述指定参数，判断8道数据是否满足预设数据要求，如不符则调整地震全向矢量检波器。

本实施例基于地震全向矢量检波器，提供了一种检波器的质控方法，有助于确保地震全向矢量检波器的最佳工作状态，从而可获得最佳输出数据，提高了信噪比、灵敏度和保真度。

在步骤S102中，为了便于获取地震全向矢量检波器的指定参数，将地震全向矢量检波器上的八个检波器进行分组，位于正四面体的每个正三角形面上的两个检波器中，靠近其所在的角平分线对应的角的检波器归为第一组，远离其所在的角平分线对应的角的检波器归为第二组。上述指定参数可以基于需求自行设定，例如可以是内道序号、方位角、倾角等，在此不做限制。如果指定参数是内道序号，则获取第一组的四个检波器的内道序号分别为：1、2、3、4；第二组的四个检波器的内道序号分别为：5、6、7、8。如果指定参数是方位角，则按照内道序号1、2、3、4、5、6、7、8的顺序，获取检波器的方位角依次为：0°、0°、120°、-120°、0°、0°、120°、-120°。如果指定参数是倾角，则按照内道序号1、2、3、4、5、6、7、8的顺序，获取检波器的倾角依次为：90°、-30°、-30°、-30°、90°、-30°、-30°、-30°。

其中，正四面体的水平朝上设置的正三角形面上的两个检波器所在角平分线的方向称为自北方向，正四面体的水平朝上设置的正三角形面所在的平面称为自水平面。方位角是自北方向与自然北极方向的夹角，倾角是自水平面与自然水平面的夹角。

基于上述优选实施方式，获取地震全向矢量检波器上的八个检波器的内道序号，与后续输出的8道数据一一对应，避免混乱。

在步骤S104中，结合上述指定参数，判断8道数据是否满足预设数据要求，如不符则调整地震全向矢量检波器，具体包括以下两个步骤：

第一步，将8道数据叠加后，结合散度公式和旋度公式判断下述公式是否成立：如果不成立，则检查并调整地震全向矢量检波器的接线、开关、增益设置；

第二步，基于公式：判断下述公式是否成立： $\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}trace\left(i\right)-\frac{1}{4}\underset{i=5}{\overset{8}{\&Sigma;}}trace\left(i\right)=2\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}trace\left(i\right)=-2\frac{1}{4}\underset{i=5}{\overset{8}{\&Sigma;}}trace\left(i\right);$ 如果成立，则确定上述8道数据满足上述预设数据要求，如果不成立，则检查并调整上述地震全向矢量检波器的序号分配或仪器通道开关连接；

其中：上述散度公式为： $\underset{v}{\&Integral;\&Integral;\&Integral;}\mathrm{div}\mathrm{A\; dv}=\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}A\&CenterDot;d{\stackrel{\&RightArrow;}{l}}_i=\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{trace}\left(i\right);$ 上述旋度公式为：A为波场函数，l为检波器响应矢量，dl为检波器单位矢量，i为检波器的上述内道序号，为采集到的第i道内部道数据，div为散度，rot为旋度，v为体积，dv为体积微分，s为面积，ds为面积微分。

上述优选实施方式根据地震全向矢量检波器输出的8道数据，调整地震全向矢量检波器的接线、开关、增益设置、序号分配或仪器通道开关连接，使得地震全向矢量检波器达到最佳工作状态。

在本实施例中，检波器的质控方法还包括以下优选实施方式：检测地震全向矢量检波器的放置位置，将放置位置调整至满足预设位置要求。该优选实施方式具体通过以下步骤实现：将地震全向矢量检波器的自北方向对准北极方向，地震全向矢量检波器中正四面体的其中一个正三角形面设置为水平朝上；或者，将地震全向矢量检波器的自北方向对准炮点方向。

基于此，将地震全向矢量检波器的放置位置调整至最佳位置，使得地震全向矢量检波器达到最佳工作状态。

需要说明的是，由于地震全向矢量检波器的输出数据比传统技术多了很多信息，因此，传统的数据记录方法和格式已不能满足要求，本实施例针对地震全向矢量检波器的输出数据，还设计制定了合适的记录方法和格式，实现新的地震全信息的原始数据以及经现场简单处理后的数据的纪录和存储，以利于后续的全矢量地震数据的传输、分析、处理、应用和研究。下面对地震全向矢量检波器记录方法和格式进行介绍：

1)内道序号排序方法。根据地震全向矢量检波器的方向序号定义和结构特征排序，将地震全向矢量检波器上的八个检波器进行分组，位于正四面体的每个正三角形面上的两个检波器中，靠近其所在的角平分线对应的角的检波器归为第一组，内道序号依方向序号排为：1、2、3、4；远离其所在的角平分线对应的角的检波器归为第二组，内道序号依方向序号排为：5、6、7、8。仪器连接和大小线设计必须遵循此规定。

2)定义自北极方向和自水平面。地震全向矢量检波器的正四面体的水平朝上设置的正三角形面上的两个检波器所在角平分线的方向定义为自北方向，正四面体的水平朝上设置的正三角形面所在的平面定义为自水平面。

3)数据记录方法。野外采集仍以时间采样方式得到时序数据，以地震全向矢量检波器的内道序号连接地震仪器通道，得到的道序数据就是每个检波器的8道数据。所有的内道序号都以8道为基数分离地震全向矢量检波器。内道序号不依8道为基数的，必须在电子班报或SPS文件上注明。

4)规定原始道道头格式。新格式的道序号chan号须在原基础上改造，并加入方位角和倾角记入道头。

道序号chan的改造：以第3条按真实检波器连接分选为道序后，在地震仪上将原始记录中的通道号(chan)去掉未接入的通道重新赋予道号。取出chan号减1除以8取整加1重排序再乘以100，再加上检波器内道序号构成。输出SEGY格式时，道头格式为32位定点，chan为第4字，字节号13-16，班报及SPS也按此记录。读取时反之。

方位角是自北方向与自然北极方向的夹角，原SEGY格式46-2字，即183-184字节未用。定义为方位角。倾角是自水平面与自然水平面的夹角，由两个角度确定：1、自北极与水平面的夹角；2、自东极与水平面的夹角。原SEGY格式50-2字，即199-200字节未用，定为倾角。

5)现场计算的输出道。现场简单计算出的散度和旋度，可将标量值输出记录为另外的新SEGY文件供后续处理。以道头字57字，即225-228字节道标识码定义其数据性质。

上述介绍的地震全向矢量检波器的记录方法和格式的制定，使得地震全向矢量检波器得以正常工作，采集到的数据及数据属性能够正确无误传输至后续处理、分析、应用环节。

实施例三

基于同一发明构思，本实施例中提供了一种检波器的质控装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于检波器的质控装置解决问题的原理与检波器的质控方法相似，因此检波器的质控装置的实施可以参见检波器的质控方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图14是根据本发明实施例的检波器的质控装置的结构示意图，该装置应用于地震全向矢量检波器，前面已经对地震全向矢量检波器的结构进行了介绍，在此不再赘述。如图14所示，该装置包括：参数获取模块12、数据获取模块14、检波器调整模块16。下面对各个模块进行介绍。

参数获取模块12，用于获取地震全向矢量检波器的指定参数；其中，该指定参数至少包括：内道序号；

数据获取模块14，连接至参数获取模块12，用于基于地震全向矢量检波器上的八个检波器得到8道数据；

检波器调整模块16，连接至数据获取模块14，用于结合上述指定参数，判断8道数据是否满足预设数据要求，如不符则调整地震全向矢量检波器。

在本实施例中，为了便于获取地震全向矢量检波器的指定参数，将地震全向矢量检波器上的八个检波器进行分组，位于正四面体的每个正三角形面上的两个检波器中，靠近其所在的角平分线对应的角的检波器归为第一组，远离其所在的角平分线对应的角的检波器归为第二组。

上述指定参数可以基于需求自行设定，例如可以是内道序号、方位角、倾角等，在此不做限制。如果指定参数是内道序号，则上述参数获取模块12包括：内道序号获取单元，用于获取第一组的四个检波器的内道序号分别为：1、2、3、4；第二组的四个检波器的内道序号分别为：5、6、7、8。基于上述优选实施方式，获取地震全向矢量检波器上的八个检波器的内道序号，与后续输出的8道数据一一对应，避免混乱。

在本实施例中，为了解释说明如何基于8道数据调整地震全向矢量检波器，本实施例提供了一种优选实施方式，即上述检波器调整模块16包括：

第一调整单元，用于将上述8道数据叠加后，结合散度公式和旋度公式判断下述公式是否成立：如果不成立，则检查并调整上述地震全向矢量检波器的接线、开关、增益设置；

第二调整单元，用于基于公式：判断下述公式是否成立： $\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}trace\left(i\right)-\frac{1}{4}\underset{i=5}{\overset{8}{\&Sigma;}}trace\left(i\right)=2\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}trace\left(i\right)=-2\frac{1}{4}\underset{i=5}{\overset{8}{\&Sigma;}}trace\left(i\right);$ 如果成立，则确定上述8道数据满足上述预设数据要求，如果不成立，则检查并调整上述地震全向矢量检波器的序号分配或仪器通道开关连接；

其中：上述散度公式为：上述旋度公式为：A为波场函数，l为检波器响应矢量，i为检波器的内道序号，为采集到的第i道内部道数据，div为散度，rot为旋度，v为体积，dv为体积微分，s为面积，ds为面积微分。

上述优选实施方式根据地震全向矢量检波器输出的8道数据，调整地震全向矢量检波器的接线、开关、增益设置、序号分配或仪器通道开关连接，使得地震全向矢量检波器达到最佳工作状态。

本实施例还包括以下优选实施方式：上述装置还包括位置调整模块，用于检查地震全向矢量检波器的放置位置，将上述放置位置调整至满足预设位置要求。

上述位置调整模块，具体用于将地震全向矢量检波器的自北方向对准北极方向，地震全向矢量检波器中正四面体的其中一个正三角形面设置为水平朝上；或者，将地震全向矢量检波器的自北方向对准炮点方向；其中，正四面体的水平朝上设置的正三角形面上的两个检波器所在角平分线的方向称为自北方向，正四面体的水平朝上设置的正三角形面所在的平面称为自水平面。基于此，将地震全向矢量检波器的放置位置调整至最佳位置，使得地震全向矢量检波器达到最佳工作状态。

实施例四

本实施例对检波器的质控方案进一步进行介绍。质控方案主要包括两部分，一是观测系统准确性，二是数据质量控制。下面分别对这两部分进行介绍。

一、观测系统准确性

1)除了传统技术所规定的炮道号、炮检排列方式、位置、废炮道、位移标注等重要参数外，质控方案中增加了检波器内道序号、方位角、倾角三项重要参数。内道序号是全向矢量技术的核心，必须保证准确无误。

2)质控方案中包括内道序号、方位角、倾角的定义、记录方法及格式，前面已经介绍，在此不再赘述。

3)在质控方案中，将检波器外壳的自北极箭头对准北极方向并保持尾椎垂直。二维测线和试验线也可将自北极对准炮点方向。

二、数据质量控制

1)在器件基质远硬于环境或放置于地表情况下，将地震全向矢量检波器的8道数据叠加，结果与各道幅值相比应该接近零。不符合此规律则检查地震全向矢量检波器的相关接线、开关、增益设置。

2)在器件基质远硬于环境或放置于地表情况下，将地震全向矢量检波器的8道数据叠加，叠加结果对比应该满足：振幅相同，极性相反。如果不满足，则说明检波器内序号分配或仪器通道开关连接有误，检查相关设备。

3)在器件基质远硬于环境或放置于地表情况下，将地震全向矢量检波器的第一组和第二组的数据分别叠加，结果都接近零，说明激发信噪比较高。

散度求取与记录：对于1)中所做的8道数据叠加，检查无误可作为散度输出。于标准SEGY道头字第57字，即225-228字节定义道标识码，其数据性质：2为散度。

旋度求取与记录：满足以上所有条件，则每个检波器第一组4道的和，减去第二组4道的和，检查无误可作为旋度输出。于标准SEGY道头字第57字，即225-228字节定义道标识码，其数据性质：1为旋度。

从以上的描述中可知，本发明适用于陆上人工地震勘探、天然地震探测等领域。本发明基于地震全向矢量检波器，可以检测或计算出地震波场的的振幅、频率、相位、波场的振动矢量、散度、旋度矢量等多种空间属性，针对地震全向矢量检波器的输出数据提供了一种检波器的质控方法及装置，有助于确保地震全向矢量检波器的最佳工作状态，保证全矢量检波器采集到的参数及数据正确无误，高质量传输至后续处理、分析、应用环节。不仅提高信噪比、灵敏度、保真度，而且进一步的研究和应用将会有更多技术特点的发现，展现了一个全新的发明、发现、发展的技术领域。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种检波器的质控方法，应用于地震全向矢量检波器，其特征在于，所述地震全向矢量检波器包括：八个检波器及支撑结构，所述支撑结构用于支撑所述八个检波器，使得每两个检波器的底面位于一正四面体的其中一个正三角形面上，位于同一正三角形面上的两个检波器的工作轴与该正三角形面的交点均位于该正三角形面的一个角的角平分线上并且相对于该正三角形面的中心对称；

所述方法包括：

获取所述地震全向矢量检波器的指定参数；其中，所述指定参数至少包括：内道序号；

基于所述地震全向矢量检波器上的八个检波器得到8道数据；

结合所述指定参数，判断所述8道数据是否满足预设数据要求，如不符则调整所述地震全向矢量检波器。

2.根据权利要求1所述的检波器的质控方法，其特征在于，位于所述正四面体的每个正三角形面上的两个检波器中，靠近其所在的角平分线对应的角的检波器归为第一组，远离其所在的角平分线对应的角的检波器归为第二组；

获取所述地震全向矢量检波器的指定参数，包括：

获取所述第一组的四个检波器的内道序号分别为：1、2、3、4；所述第二组的四个检波器的内道序号分别为：5、6、7、8。

3.根据权利要求2所述的检波器的质控方法，其特征在于，结合所述指定参数，判断所述8道数据是否满足预设数据要求，如不符则调整所述地震全向矢量检波器，包括以下步骤：

将所述8道数据叠加后，结合散度公式和旋度公式判断下述公式是否成立：如果不成立，则检查并调整所述地震全向矢量检波器的接线、开关、增益设置；

基于公式：判断下述公式是否成立： $\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}trace\left(i\right)-\frac{1}{4}\underset{i=5}{\overset{8}{\&Sigma;}}trace\left(i\right)=2\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}trace\left(i\right)=-2\frac{1}{4}\underset{i=5}{\overset{8}{\&Sigma;}}trace\left(i\right);$

如果成立，则确定所述8道数据满足所述预设数据要求，如果不成立，则检查并调整所述地震全向矢量检波器的序号分配或仪器通道开关连接；

其中：所述散度公式为：所述旋度公式为：A为波场函数，l为检波器响应矢量，i为检波器的所述内道序号，为采集到的第i道内部道数据，div为散度，rot为旋度，v为体积，dv为体积微分，s为面积，ds为面积微分。

4.根据权利要求1所述的检波器的质控方法，其特征在于，所述方法还包括：

检测所述地震全向矢量检波器的放置位置，将所述放置位置调整至满足预设位置要求。

5.根据权利要求4所述的检波器的质控方法，其特征在于，将所述放置位置调整至满足预设位置要求，包括：

将所述地震全向矢量检波器的自北方向对准北极方向，所述地震全向矢量检波器中所述正四面体的其中一个正三角形面设置为水平朝上；其中，所述自北方向是：所述正四面体的水平朝上设置的正三角形面上的两个检波器所在角平分线的方向；或者，将所述地震全向矢量检波器的所述自北方向对准炮点方向。

6.一种检波器的质控装置，应用于地震全向矢量检波器，其特征在于，所述地震全向矢量检波器包括：八个检波器及支撑结构，所述支撑结构用于支撑所述八个检波器，使得每两个检波器的底面位于一正四面体的其中一个正三角形面上，位于同一正三角形面上的两个检波器的工作轴与该正三角形面的交点均位于该正三角形面的一个角的角平分线上并且相对于该正三角形面的中心对称；

所述装置包括：

参数获取模块，用于获取所述地震全向矢量检波器的指定参数；其中，所述指定参数至少包括：内道序号；

数据获取模块，用于基于所述地震全向矢量检波器上的八个检波器得到8道数据；

检波器调整模块，用于结合所述指定参数，判断所述8道数据是否满足预设数据要求，如不符则调整所述地震全向矢量检波器。

7.根据权利要求6所述的检波器的质控装置，其特征在于，位于所述正四面体支撑结构的每个正三角形面上的两个检波器中，靠近其所在的角平分线对应的角的检波器归为第一组，远离其所在的角平分线对应的角的检波器归为第二组；

所述参数获取模块包括：

内道序号获取单元，用于获取所述第一组的四个检波器的内道序号分别为：1、2、3、4；所述第二组的四个检波器的内道序号分别为：5、6、7、8。

8.根据权利要求6所述的检波器的质控装置，其特征在于，所述检波器调整模块包括：

第一调整单元，用于将所述8道数据叠加后，结合散度公式和旋度公式判断下述公式是否成立：如果不成立，则检查并调整所述地震全向矢量检波器的接线、开关、增益设置；

第二调整单元，用于基于公式：判断下述公式是否成立： $\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}trace\left(i\right)-\frac{1}{4}\underset{i=5}{\overset{8}{\&Sigma;}}trace\left(i\right)=2\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}trace\left(i\right)=-2\frac{1}{4}\underset{i=5}{\overset{8}{\&Sigma;}}trace\left(i\right);$

如果成立，则确定所述8道数据满足所述预设数据要求，如果不成立，则检查并调整所述地震全向矢量检波器的序号分配或仪器通道开关连接；

其中：所述散度公式为：所述旋度公式为：A为波场函数，l为检波器响应矢量，i为检波器的内道序号，为采集到的第i道内部道数据，div为散度，rot为旋度，v为体积，dv为体积微分，s为面积，ds为面积微分。

9.根据权利要求6所述的检波器的质控装置，其特征在于，所述装置还包括：

位置调整模块，用于检查所述地震全向矢量检波器的放置位置，将所述放置位置调整至满足预设位置要求。

10.根据权利要求9所述的检波器的质控装置，其特征在于，

所述位置调整模块，还用于将所述地震全向矢量检波器的自北方向对准北极方向，所述地震全向矢量检波器中所述正四面体的其中一个正三角形面设置为水平朝上；或者，将所述地震全向矢量检波器的自北方向对准炮点方向；其中，所述自北方向是：所述正四面体的水平朝上设置的正三角形面上的两个检波器所在角平分线的方向。