CN107153224B - 检波器动态性能综合测试与评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检波器动态性能综合测试与评价方法，该检波器动态性能综合测试与评价方法包括：步骤1，进行接收线性测试和本底噪声测试；步骤2，进行脉冲信号测试和弱信号接收能力测试；步骤3，进行抗干扰能力测试和实际地震信号接收能力测试；步骤4，进行野外试验，通过实际地震试验对比验证检波器的接收性能；步骤5，进行检波器综合性能评价。该检波器动态性能综合测试与评价方法密切结合实际资料，效果更加明显，是根据地震勘探需求优选检波器的有效方法。

Description

检波器动态性能综合测试与评价方法

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种检波器动态性能综合测试与评价方法。

背景技术

地震检波器是一种将地面运动转换为电信号的装置，在石油地震勘探工作中主要用来接收人工激发的地震波，性能优良的检波器对提高地震勘探精度非常关键，这也是为什么目前地震勘探领域研发了种类繁多的检波器的原因。所以，对检波器进行测试和评价，并根据地震勘探需求优选合适的检波器是一项很重要的工作。

目前常用的检波器测试方法有两种：一种是直接测试法，在振动台上测试检波器的性能，此法需要振动台和参考传感器系统在所测频率范围内有良好的幅值和相位特性，测试系统通常比较笨重，造价高，不适宜现场使用；另一种是间接测试法，有直流激励法和相位椭圆法，这些方法是利用检波器的互易性质，采用电信号(直流或简谐)激励，由时间域信号进行测定和计算，对于小阻尼、低固有频率检波器，此法使用效果较好，但不适合于大阻尼及较高固有频率检波器。

通常检波器的评价依据是检波器的技术指标和使用寿命，技术指标包括自然频率、幅频特性、电阻、阻尼、灵敏度、失真度、假频、动态范围等，这些都是一些静态指标，并且或者是由检波器厂商提供，或者是采用广泛使用的便携式检波器测试仪测得。评价方式主要通过技术指标对比、正弦波形对比和野外试验对比的方式进行，以肉眼定性评价为主。这种检波器评价方法是在传统的动圈式检波器的基础上发展起来的，对比这种同类型的检波器比较有效。但是，在目前检波器工作机理不同、信号的类型不同的情况下，再同这种评价方法难以对检波器进行正确评价。特别是对加速度型与速度型，MEMS型、陆用压电型、光纤型与动圈型的检波器对比时，难以准确判断检波器的优劣，也造成对不同类型检波器的评价和认识不统一。比如，有的专家认为DSU3数字检波器性能良好，频带宽，资料分辨率高；有的专家则认为DSU3检波器是加速度型检波器，将接收到的加速度资料转到速度域处理并没有优势，单个DSU3检波器还有信噪比低的缺点。

目前的检波器测试与评价方法存在的问题：

(1)依据的技术指标比较单一，以静态指标为主，静态指标是在某一频率点测得的，某一频率点测得的数据并不能完全代表地震波整个频带内的性能，所以，静态指标具有一定的偏差。

(2)难以进行能可靠对比保真度、信噪比、分辨率、有效动态范围的信号测试。因为这需要进行弱信号测试、冲信号测试、本底噪声测试和实际地震信号测试，这需要在实验室内隔振台上用精度较高的振动台进行测试，对环境噪声要求非常高，一般环境下无法完成。

由于以上原因，常规检波器测试与评价方法无法对现在的各种类型检波器进行评价，因此，也难以根据不同地震勘探需求进行检波器的优选。为此我们发明了一种新的检波器动态性能综合测试与评价方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决对不同机理、不同类型检波器进行测试和评价的问题，从而为地震勘探资料采集优选出最优检波器的检波器动态性能综合测试与评价方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：检波器动态性能综合测试与评价方法，该检波器动态性能综合测试与评价方法包括：步骤1，进行接收线性测试和本底噪声测试；步骤2，进行脉冲信号测试和弱信号接收能力测试；步骤3，进行抗干扰能力测试和实际地震信号接收能力测试；步骤4，进行野外试验，通过实际地震试验对比验证检波器的接收性能；步骤5，进行检波器综合性能评价。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，在实验室低频台和高频台两个振动台上分别进行接收线性测试，低频台用来测试2-100Hz信号，高频台用来测试100-2000Hz信号，测试时将不同待测检波器呈圆形固定到振动台上，以减小检波器的振动条件不一致造成的误差，向振动台输入恒幅加速度正弦信号，检波器与振动台一起振动并产生振动电信号，电信号传到数字地震仪记录下检波器的电信号，在检波器可测频带内取足够多的离散频率点，进行加速度恒幅正弦波测试，保证测试信号振幅恒定不变，根据不同频率点正弦波最大振幅值计算得出相应频率点的检波器灵敏度，然后将不同频率点的灵敏度值绘制成一条曲线，形成检波器幅频特性曲线，根据灵敏度计算结果进而统计分析检波器接收线性波动差，对比检波器的稳定性。

在步骤1中，在实验室低频台和高频台两个振动台上分别进行接收线性测试，低频台用来测试2-100Hz信号，高频台用来测试100-2000Hz信号，测试时将不同待测检波器呈圆形固定到振动台上，以减小检波器的振动条件不一致造成的误差，向振动台输入恒幅加速度正弦信号，检波器与振动台一起振动并产生振动电信号，电信号传到数字地震仪记录下检波器的电信号，在检波器测试频带内进行正弦波加速度恒幅连续扫频测试，频率可由低向高扫，也可以由高频向低频扫，波形振幅是随频率增加或减小连续变化的，根据测试拟合曲线就可以求出检波器的灵敏度，从而绘制出检波器幅频特性曲线，对比检波器线性特征，根据灵敏度计算结果进而统计分析检波器接收线性波动差，对比检波器的稳定性。

在步骤1中，进行本底噪声测试时，首先，将检波器集中固定在能有效衰减外界地面干扰的实验室隔振台上，检波器间距5cm；其次，将检波器连接到数字地震仪；然后，选择外界干扰较小的时间录制干扰记录，在外界干扰可以忽略的情况下测试检波器内部的噪声水平，从而对比检波器提高信噪比的能力。

在步骤2中，进行脉冲信号测试时，第一，将检波器呈圆形固定在大振动台上，并连接到数字地震仪器；第二，向振动台输入脉冲测试信号，检波器与振动台一起振动产生电脉冲信号，电信号传到地震仪记录下来；第三，改变脉冲信号宽度和幅度重复测试，对数据进行分析，对比检波器接收脉冲信号的保真度，信号分辨能力大小，信噪比的大小，结合本底噪声计算得到检波器的动态范围指标。

在步骤2中，进行弱信号接收能力测试时，分为低频弱信号测试和高频弱信号测试；在低频台上测试低频弱信号，首先，将不同待测检波器呈圆形固定到振动台上，并连接到数字地震仪器；其次，向振动台输入恒幅加速度低频正弦弱信号，检波器与振动台一起振动并产生振动电信号，电信号传到数字地震仪记录下检波器的电信号；第三，降低测试信号的幅度重复进行以上步骤，不断进行重复测试，直到所有检波器的信号都发生严重畸变为止；在大振动台上测试高频弱信号，第一，将检波器呈圆形固定在大振动台上，并连接到数字地震仪器；第二，做地震波高频段正弦波加速度恒幅扫频测试，频率由低向高扫，记录下检波器信号；第三，降低测试信号的幅度重复进行以上步骤，不断进行重复测试，直到所有检波器的信号都发生严重畸变为止；此项测试对比检波器接收无畸变弱信号的能力，同时，该测试资料还可以用来分析不同类型检波器的有效动态范围。

在步骤3中，进行抗干扰能力测试时，将检波器呈一字形固定在实验室隔振台上，并将检波器连接到数字地震仪，然后，将50Hz交流电线放置在与检波器等距离的检波器一侧，选择外界干扰较小的时间录制干扰记录，在外界干扰可以忽略的情况下测试检波器抗50Hz交流电干扰的能力。

在步骤3中，进行实际地震信号接收能力测试时，第一，将检波器呈圆形固定在大振动台上，并连接到数字地震仪器；第二，将抽取的实际地震信号输入振动台，检波器与振动台一起振动产生电信号，电信号传到地震仪记录下来。

在步骤4中，通过实际地震试验对比验证检波器的接收性能，与实验室测试结果相互印证，如发现相互矛盾的结果，则重新进行对比分析和测试。

在步骤5中，通过检波器测试分析和对比试验，得到检波器的幅频特性、接收线性波动差、脉冲测试、本底噪声、抗50Hz干扰能力、弱信号检测能力测试、实际地震信号测试、频谱分析、信噪比对比和分辨率对比这10项对比动态指标，应用这些指标对对检波器进行综合评价。

本发明中的检波器动态性能综合测试与评价方法，属于石油地震勘探检波器性能综合评价分析方法,主要通过实验室测试、正演模拟与野外试验，对各种类型检波器进行综合评价，为不同的地震勘探需求、不同的地质目标和不同的地表条件优选野外采集检波器提供依据。根据实验室的检波器测试与野外试验记录，对不同机理不同类型检波器接收地震波的保真度、接收线性、分辨率、抗干扰能力、信噪比、动态范围、本底噪声等在同一平台上进行对比分析的一种综合评价方法，这种方法以动态的正弦波、脉冲波、实际地震波为信号源对检波器进行测试，更加贴近实际，经过多个工区的应用，检波器评价方法准确，类型优选合理，符合实际生产。该方法有效对比出了不同类型检波器接收地震波信号的差异，表现在地震波的保真度、信噪比、分辨率、频带宽度、子波形态、速度谱等方面重要指标上，这种方法密切结合实际资料，效果更加明显，是根据地震勘探需求优选检波器的有效方法。

附图说明

图1为本发明的检波器动态性能综合测试与评价方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中本底噪声测试振幅谱对比的示意图；

图3为本发明的一具体实施例中脉冲测试对比的示意图；

图4为本发明的一具体实施例中弱信号测试对比的示意图；

图5为本发明的一具体实施例中盘河开发三维地震新老单炮原始解编对比的示意图；

图6为本发明的一具体实施例中盘河开发三维地震新老剖面对比的示意图；

图7为本发明的一具体实施例中肖庄北三维地震新老单炮原始解编对比的示意图；

图8为本发明的一具体实施例中肖庄北三维地震新老剖面对比的示意图；

图9为本发明的一具体实施例中肖庄北三维地震新资料时间切片效果的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的检波器动态性能综合测试与评价方法的流程图。

在步骤101，进行接收线性测试：需要在实验室低频台和高频台两个振动台上分别进行，低频台用来测试2-100Hz信号，高频台用来测试100-2000Hz信号，测试时将不同待测检波器呈“圆形”固定到振动台上，以减小检波器的振动条件不一致造成的误差，向振动台输入恒幅加速度正弦信号，检波器与振动台一起振动并产生振动电信号，电信号传到数字地震仪记录下检波器的电信号。

测试方法有两种：方法一，在检波器可测频带内取足够多的离散频率点，进行加速度恒幅正弦波测试，保证测试信号振幅恒定不变很重要，根据不同频率点正弦波最大振幅值计算得出相应频率点的检波器灵敏度，然后将不同频率点的灵敏度值绘制成一条曲线，形成检波器幅频特性曲线；方法二，在检波器测试频带内进行正弦波加速度恒幅连续扫频测试，频率可由低向高扫，也可以由高频向低频扫，波形振幅是随频率增加或减小连续变化的，根据测试拟合曲线就可以求出检波器的灵敏度，从而绘制出检波器幅频特性曲线，对比检波器线性特征。

根据灵敏度计算结果进而可以统计分析检波器接收线性波动差，对比检波器的稳定性。应用接收线性测试的正弦测试结果还可以配合步骤103一起对比检波器接收信号的保真度。

在步骤102，进行本底噪声测试：首先，将检波器集中固定在能有效衰减外界地面干扰的实验室隔振台上，检波器间距5cm；其次，将检波器连接到数字地震仪；然后，选择外界干扰较小的时间(一般选择在深夜)录制干扰记录。测试目的就是在外界干扰可以忽略的情况下测试检波器内部的噪声水平，从而对比检波器提高信噪比的能力。一般通过分析噪声振幅、频谱来对比，不过需要结合步骤103进行，因为检波器灵敏度不同，脉冲信号也会不同，本项测试还可以分析有源检波器电噪声的大小。

图2是本底噪声测试记录的频谱图，DSU3检波器噪声较强，高灵敏度10R和5R检波器噪声比20DX强11dB，恰好是灵敏度的倍数，可知，灵敏度没有改变信噪比。

在步骤103，进行脉冲信号测试：第一，将检波器呈“圆形”固定在大振动台上，并连接到数字地震仪器；第二，向振动台输入脉冲测试信号，检波器与振动台一起振动产生电脉冲信号，电信号传到地震仪记录下来；第三，改变脉冲信号宽度和幅度重复测试。

对数据进行分析，可以对比检波器接收脉冲信号的保真度，信号分辨能力大小，信噪比的大小，结合步骤102测得的本底噪声还可以计算得到检波器的动态范围等指标。

图3是脉冲信号测试记录，可以看出不同类型检波器接收脉冲信号的差异，DSU3和BK-Z检波器脉冲信号的保真度和分辨率较高，高频检波器对信号的拉伸小于低频检波器，10R、5R、20DX检波器差别不明显。

在步骤104，进行弱信号接收能力测试：分为低频弱信号测试和高频弱信号测试。(1)在低频台上测试低频弱信号，首先，将不同待测检波器呈“圆形”固定到振动台上，并连接到数字地震仪器；其次，向振动台输入恒幅加速度低频正弦弱信号，检波器与振动台一起振动并产生振动电信号，电信号传到数字地震仪记录下检波器的电信号；第三，降低测试信号的幅度重复进行以上步骤，不断进行重复测试，直到所有检波器的信号都发生严重畸变为止。(2)在大振动台上测试高频弱信号，第一，将检波器呈“圆形”固定在大振动台上，并连接到数字地震仪器；第二，做地震波高频段正弦波加速度恒幅扫频测试，频率由低向高扫，记录下检波器信号；第三，降低测试信号的幅度重复进行以上步骤，不断进行重复测试，直到所有检波器的信号都发生严重畸变为止。此项测试可以对比检波器接收无畸变弱信号的能力，同时，利用测试资料还可以分析对比不同类型检波器的有效动态范围。

图4是弱信号测试记录，对比可以看出，DSU3检波器接收的弱信号几乎没有畸变，只是在基波上附加了一个高频干扰信号，弱信号接收能力好于其他检波器，10R、5R和60Hz高频检波器波形畸变最严重。

在步骤105，进行抗干扰能力测试：将检波器呈“一字形”固定在实验室隔振台上，并将检波器连接到数字地震仪，然后，将50Hz交流电线放置在与检波器等距离的检波器一侧，选择外界干扰较小的时间录制干扰记录。在外界干扰可以忽略的情况下测试检波器抗50Hz交流电干扰的能力。

在步骤106，进行实际地震信号接收能力测试：第一，将检波器呈“圆形”固定在大振动台上，并连接到数字地震仪器；第二，将抽取的实际地震信号输入振动台，检波器与振动台一起振动产生电信号，电信号传到地震仪记录下来。通过步骤101-106，完成了实验室测试。

在步骤107，进行野外试验：通过实际地震试验对比验证检波器的接收性能，与实验室测试结果相互印证，如发现相互矛盾的结果，则重新进行对比分析和测试。

在步骤108，进行检波器综合性能评价。通过检波器测试分析和对比试验，可以得到检波器的10项对比动态指标，应用这些指标对对检波器进行综合评价。表1为一具体实施实例，对7种常用检波器类型进行了综合性能评价。

表1检波器综合性能评价表

总起来看，低频高灵敏度检波器接收低频信号能力强，较适用于深层勘探；20DX、超级检波器先行特征较好，信号信噪比较高，适用于提高信噪比地区；DSU3检波器信号保真度、分辨率高，适用于提高分辨率地区。

以下为应用本发明的两个具体实施例：

1、盘河开发三维地震的应用

盘河开发地震主要是提高地震资料分辨率，老的地震资料在临邑断裂的“金三角地区”内部构造模糊，使地质人员确定钻井增加了风险。本次采集选择了12个超级检波器小组合接收，168次覆盖次数选择超级检波器配合12个小组合，减弱了对了地震波的畸变，降低了地震波的平均效应和对高频信号的压制，达到了预期目标。

图5是在盘河地区应用检波器评价技术，其中，上图为盘河新单炮，下图为盘河老单炮，优选出超级检波器12个小组和接收得到的地震记录，新单炮比老单炮在信噪比和分辨率上都有了提高。

图6是应用超级检波器接收得到的地震剖面，在构造主体部位新剖面比老剖面分辨率上有了明显改善。

2、肖庄北三维地震的应用

肖庄北三维地震资料信噪比较低，地震勘探以提高信噪比为主，选择36个20DX检波器大组合接收，160次覆盖次数选择20DX检波器配合36个大组合，有效压制了各种类型干扰波，提高了地震资料信噪比，达到了地质要求目标。

图7是在肖庄北地区应用检波器评价技术，优选出20DX检波器36个大组和接收得到的地震记录，新单炮比老单炮在信噪比有了明显提高。

图8是在肖庄北地区应用检波器评价技术，优选出20DX检波器36个大组和接收得到的地震剖面，新剖面信噪比提高幅度明显，地质构造及其内幕更加清晰，获得了良好效果。

图9是从三维地震数据体中获得的时间切片，从时间切片看，资料信噪比、分辨率较高，地质构造清晰，浅层河道、目的层构造变化趋势明显。

Claims (10)

1.检波器动态性能综合测试与评价方法，其特征在于，该检波器动态性能综合测试与评价方法包括：

步骤1，在实验室振动台上进行接收线性测试和本底噪声测试；

步骤2，在实验室振动台上进行脉冲信号测试和弱信号接收能力测试；

步骤3，在实验室进行抗干扰能力测试和实际地震信号接收能力测试；

步骤4，进行野外试验，通过实际地震试验对比验证检波器的接收性能；

步骤5，进行检波器综合性能评价。

2.根据权利要求1所述的检波器动态性能综合测试与评价方法，其特征在于，在步骤1中，在实验室低频台和高频台两个振动台上分别进行接收线性测试，低频台用来测试2-100Hz信号，高频台用来测试100-2000Hz信号，测试时将不同待测检波器呈圆形固定到振动台上，以减小检波器的振动条件不一致造成的误差，向振动台输入恒幅加速度正弦信号，检波器与振动台一起振动并产生振动电信号，电信号传到数字地震仪记录下检波器的电信号，在检波器可测频带内取足够多的离散频率点，进行加速度恒幅正弦波测试，保证测试信号振幅恒定不变，根据不同频率点正弦波最大振幅值计算得出相应频率点的检波器灵敏度，然后将不同频率点的灵敏度值绘制成一条曲线，形成检波器幅频特性曲线，根据灵敏度计算结果进而统计分析检波器接收线性波动差，对比检波器的稳定性。

3.根据权利要求1所述的检波器动态性能综合测试与评价方法，其特征在于，在步骤1中，在实验室低频台和高频台两个振动台上分别进行接收线性测试，低频台用来测试2-100Hz信号，高频台用来测试100-2000Hz信号，测试时将不同待测检波器呈圆形固定到振动台上，以减小检波器的振动条件不一致造成的误差，向振动台输入恒幅加速度正弦信号，检波器与振动台一起振动并产生振动电信号，电信号传到数字地震仪记录下检波器的电信号，在检波器测试频带内进行正弦波加速度恒幅连续扫频测试，频率可由低向高扫，也可以由高频向低频扫，波形振幅是随频率增加或减小连续变化的，根据测试拟合曲线就可以求出检波器的灵敏度，从而绘制出检波器幅频特性曲线，对比检波器线性特征，根据灵敏度计算结果进而统计分析检波器接收线性波动差，对比检波器的稳定性。

4.根据权利要求1所述的检波器动态性能综合测试与评价方法，其特征在于，在步骤1中，进行本底噪声测试时，首先，将检波器集中固定在能有效衰减外界地面干扰的实验室隔振台上，检波器间距5cm；其次，将检波器连接到数字地震仪；然后，选择外界干扰较小的时间录制干扰记录，在外界干扰可以忽略的情况下测试检波器内部的噪声水平，从而对比检波器提高信噪比的能力。

5.根据权利要求1所述的检波器动态性能综合测试与评价方法，其特征在于，在步骤2中，进行脉冲信号测试时，第一，将检波器呈圆形固定在振动台上，并连接到数字地震仪器；第二，向振动台输入脉冲测试信号，检波器与振动台一起振动产生电脉冲信号，电信号传到地震仪记录下来；第三，改变脉冲信号宽度和幅度重复测试，对数据进行分析，对比检波器接收脉冲信号的保真度，信号分辨能力大小，信噪比的大小，结合本底噪声计算得到检波器的动态范围指标。

6.根据权利要求1所述的检波器动态性能综合测试与评价方法，其特征在于，在步骤2中，进行弱信号接收能力测试时，分为低频弱信号测试和高频弱信号测试；在低频台上测试低频弱信号，首先，将不同待测检波器呈圆形固定到振动台上，并连接到数字地震仪器；其次，向振动台输入恒幅加速度低频正弦弱信号，检波器与振动台一起振动并产生振动电信号，电信号传到数字地震仪记录下检波器的电信号；第三，降低测试信号的幅度重复进行以上步骤，不断进行重复测试，直到所有检波器的信号都发生严重畸变为止；在振动台上测试高频弱信号，第一，将检波器呈圆形固定在振动台上，并连接到数字地震仪器；第二，做地震波高频段正弦波加速度恒幅扫频测试，频率由低向高扫，记录下检波器信号；第三，降低测试信号的幅度重复进行以上步骤，不断进行重复测试，直到所有检波器的信号都发生严重畸变为止；此项测试对比检波器接收无畸变弱信号的能力，同时，利用测试资料分析对比不同类型检波器的有效动态范围。

7.根据权利要求1所述的检波器动态性能综合测试与评价方法，其特征在于，在步骤3中，进行抗干扰能力测试时，将检波器呈一字形固定在实验室隔振台上，并将检波器连接到数字地震仪，然后，将50Hz交流电线放置在与检波器等距离的检波器一侧，选择外界干扰较小的时间录制干扰记录，在外界干扰可以忽略的情况下测试检波器抗50Hz交流电干扰的能力。

8.根据权利要求1所述的检波器动态性能综合测试与评价方法，其特征在于，在步骤3中，进行实际地震信号接收能力测试时，第一，将检波器呈圆形固定在振动台上，并连接到数字地震仪器；第二，将抽取的实际地震信号输入振动台，检波器与振动台一起振动产生电信号，电信号传到地震仪记录下来。

9.根据权利要求1所述的检波器动态性能综合测试与评价方法，其特征在于，在步骤4中，通过实际地震试验对比验证检波器的接收性能，与实验室测试结果相互印证，如发现相互矛盾的结果，则重新进行对比分析和测试。

10.根据权利要求1所述的检波器动态性能综合测试与评价方法，其特征在于，在步骤5中，通过检波器测试分析和对比试验，得到检波器的幅频特性、接收线性波动差、脉冲测试、本底噪声、抗50Hz干扰能力、弱信号检测能力测试、实际地震信号测试、频谱分析、信噪比对比和分辨率对比这10项对比动态指标，应用这些指标对检波器进行综合评价。