陸上石油地震勘探傳感器的研究.pdf

1、石油是現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的血液。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷高速增長(zhǎng)，石油在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中所占的比重越來(lái)越大，中國(guó)石油需求的缺口也越來(lái)越大，目前我國(guó)石油對(duì)外依存度超過(guò)50％，石油已經(jīng)威脅到了我國(guó)國(guó)家能源戰(zhàn)略安全。作為石油勘探主要手段之一，地震勘探的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，如高可靠性、高精度、高分辨率、大的勘探深度等，因此，已經(jīng)成為石油勘探中一種最為有效的勘探方法。
　　 地震傳感器是地震勘探儀器設(shè)備中數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵器件，它將地面的振動(dòng)信號(hào)從機(jī)械

2、量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，是地震信號(hào)記錄的第一步，對(duì)地震記錄數(shù)據(jù)的質(zhì)量影響很大。
　　 中國(guó)自己生產(chǎn)制造地震勘探儀器設(shè)備已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平，正像任何系統(tǒng)的最主要的性能取決于所用的傳感器一樣，石油地震勘探設(shè)備的關(guān)鍵性能也是主要由傳感器確定的。全世界大部分陸上石油勘探設(shè)備所使用的傳感器（在石油業(yè)界中慣稱(chēng)“檢波器”）是基于電磁原理的動(dòng)圈式傳感器。這種傳感器基本上習(xí)用近三十年來(lái)的工藝，在性能上沒(méi)有顯著的改善，已漸漸不能適應(yīng)地震勘探的高精

3、度，高分辨率等要求。然而，動(dòng)圈式傳感器在全世界的應(yīng)用已非常普及，在我國(guó)至少有百萬(wàn)道的存量，國(guó)內(nèi)還有許多生產(chǎn)廠家。是不是這種傳感器已經(jīng)過(guò)時(shí)了呢？是不是現(xiàn)有的所有數(shù)量龐大的動(dòng)圈式傳感器都必須廢棄呢？另外，是否可以改造動(dòng)圈式傳感器使之有更好的性能呢？
　　 現(xiàn)在陸上地震勘探設(shè)備使用的地震傳感器可以分為電磁式和MEMS兩大類(lèi)，其中，電磁式中常見(jiàn)的是動(dòng)圈式?；贛EMS技術(shù)的數(shù)字傳感器具有良好的線性度，低頻信號(hào)響應(yīng)等，并且可以實(shí)現(xiàn)完全的數(shù)

4、字信號(hào)輸出，是地震傳感器未來(lái)發(fā)展方向。但是其高昂的價(jià)格以及需要供電的特性，使得很難在短期內(nèi)普及。如果能夠在現(xiàn)有機(jī)械結(jié)構(gòu)不改變的基礎(chǔ)上，提高動(dòng)圈式傳感器性能，就能夠大大降低改進(jìn)的成本。
　　 因此，本文一般地探討了動(dòng)圈式傳感器和新式MEMS的分析方法，發(fā)現(xiàn)這兩種傳感器本質(zhì)上都可用同一個(gè)動(dòng)力學(xué)方程來(lái)表達(dá)，因?yàn)樗鼈兌际菓T性傳感器。從理論上講，改變某些參量就可以得到不同的性能。通過(guò)對(duì)它們動(dòng)力學(xué)的模型的分析和仿真，我們采用負(fù)電阻的方法，加

5、大電磁阻尼力，實(shí)現(xiàn)一種負(fù)反饋的動(dòng)圈式傳感器，使其頻寬變大，低頻性能改善。而這種負(fù)反饋只需在傳感器外部增加一些電子元件便可實(shí)現(xiàn)，原有的動(dòng)圈式傳感器完全不需作任何改變，而其成本又是相當(dāng)?shù)?。這就有可能達(dá)到我們?cè)谇懊嫣岬降哪繕?biāo)。另外還可以通過(guò)改動(dòng)傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)達(dá)到改變參量的目的，但是考慮到現(xiàn)有的傳統(tǒng)動(dòng)圈式傳感器的數(shù)量很龐大，這種方式的改進(jìn)難以實(shí)現(xiàn)。
　　 本論文共分為以下6章。
　　 第一章作為緒論，介紹了本博士論文課題選題方

6、向，論文研究的意義與目的。
　　 第二章介紹了陸地石油地震勘探的基本原理，并介紹了反射波法地震勘探以及多波多分量地震勘探的發(fā)展方向，并對(duì)地震勘探分辨率和地震子波做了詳細(xì)的描述，給出了地震勘探技術(shù)的發(fā)展對(duì)傳感器的要求。
　　 第三章介紹了傳統(tǒng)動(dòng)圈傳感器和基于MEMS技術(shù)的數(shù)字傳感器的結(jié)構(gòu)和基本工作原理，并在此基礎(chǔ)建立了它們的動(dòng)力學(xué)模型和電子學(xué)模型，并做了仿真和比較。
　　 第四章討論動(dòng)圈式檢波器的非線性來(lái)源，從理論

7、上推導(dǎo)了由于其磁場(chǎng)的非均勻性給傳感器諧波失真帶來(lái)的影響，并且討論了增大阻尼系數(shù)對(duì)傳感器諧波失真造成的影響，并且給出了以負(fù)電阻反饋的方式給檢波器增加阻尼的方法原理和方法，并給出了測(cè)量過(guò)阻尼檢波器參數(shù)的方法。
　　 第五章首先討論了負(fù)反饋過(guò)阻尼檢波器的反饋模型和傳遞函數(shù)，并分析了反饋對(duì)檢波器性能的影響，設(shè)計(jì)制作了一個(gè)負(fù)反饋過(guò)阻尼傳感器，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并且對(duì)結(jié)果分析。
　　 第六章是論文的總結(jié)和展望，對(duì)整篇論文進(jìn)