数字检波器在山西阳泉地区三维地震勘探中的应用

王念民

（黑龙江省煤田地质物测队，哈尔滨 150046）

1 引言

我国山西阳泉地区蕴藏着丰富的煤炭资源，在煤矿开采过程中发现该地区陷落柱、断层以及挠曲等构造比较发育，给开采工作和生产安全带了很大的影响，因此，在开采前提前进行三维地震勘探，掌握更加详尽、准确的地质资料对于安全生产工作具有重要的意义。

然而，随着矿方对地震勘探精度要求的不断提高，常规常规检波器频带窄，动态范围小，灵敏度低，一致性差等固有缺陷越来越明显，作为地震资料数据采集的一道重要工序，这种传统检波器得不到理想的原始信号，无法完全发挥408UL等先进地震仪器的性能，直接影响地震数据采集的质量。因此，要想在本区获得较好的地震资料，除做好观测系统设计、选择合理的激发参数，资料处理采取针对性措施以外，选用什么样的检波器对地震勘探的精度有着直接的影响。数字检波器作为新型检波器的代表，相比常规常规检波器具有灵敏度高，抗干扰能力强等优点，因此使用数字检波器接收有利于提高采集质量，进而提高解释精度。

2 数字检波器的特性及优点

2.1 数字检波器相较于常规检波器在提高采集质量方面具有的特性及优点

数字检波器是基于半导体材料的加速度型检波器，或称低噪声传感器。它是地震勘探仪器发展到第六代的产物。相较于传统常规检波器，新型数字检波器具有频宽、动态范围大特点。与常规检波器对比，剖面信噪比和层间信息均好于常规检波器。数字检波器具有以下特性：

（1）对高频的反射信息能量具有较强的提升作用。

（2）动态范围大，能够提高采集精度。

（3）高性能、单点接收，数字输出，仪器系统电路无噪声，分辨率高。

（4）低畸变，系统保真能力高。

（5）线性振幅、线性频率从0～800Hz响应平坦，无增益变化及相位失真。

（6）系统无电磁、无串音干扰，抗干扰能力强，在复杂地区施工十分有利。

（7）感应的是电力变化，不再有常规检波器的机电结构和电磁感应机理。

（8）一致性好，对高密度空间采样更为有利。

2.2 数字检波器相较于常规检波器在野外采集施工方面具有的优点

（1）数字检波器为单个检波器，体积小、质量轻、故障率低，便于排列铺设，提高施工效率。

（2）不漏电，排查故障和建立排列容易。

（3）单个检波器接收，避免了由于地形变化或近地表速度的变化导致的地震信号的畸变和地震属性的失真。

3 数字检波器在山西阳泉地区的实际应用

本地区地表分为岩石出露区和黄土覆盖区，地表起伏剧烈，高差达200m以上。目的层埋深400m～700m。

3.1 生产前数字检波器和常规检波器的试验对比

在正式生产前，我们对数字检波器和常规检波器进行了试验对比，以确定哪种检波器更适合本区。

3.1.1 试验方法

试验采用二维段试验，使用428-XL 地震仪，仪器单线开动128道，道距10m，炮距20m，32次覆盖。

铺设两条检波线，一条使用DSU1数字检波器，另外一条使用60 Hz常规检波器，放炮时两条检波线同时接收。检波器的2 条测线布设形式如图1 所示。

图1 检波器铺设示意图

3.1.2 试验结论

（1）单炮记录信噪比分析

从图2种可以看出，数字检波器由于是全频接收，因此高频干扰严重，信噪比明显低于常规检波器。

图2 常规检波器（左）和数字检波器（右）原始记录对比

（2）抗电磁干扰能力分析

从图3可以看出，常规检波器50Hz电磁干扰严重，而数字检波器则不受影响，由于本区高压线分布较多，数字检波器在抗电磁干扰方面明显优于常规检波器。

图3 常规检波器（左）和数字检波器（右）抗电磁干扰能力对比

（3）频谱分析

从图4单炮有效波区域频谱分析可知，数字检波器的频谱比常规检波器（60 Hz）宽，并且高频和低频都更宽，频率范围更广。

图4 单炮记录频谱分析（红色为常规检波器频谱，蓝色为数字检波器频谱）

（4）叠加剖面对比

两种检波器偏移剖面如图5所示。从图5和图6中可以看出，数字检波器主频明显高于常规检波器剖面，频带也较宽。另外，从图5中1处可看出，该处断点数字检波器剖面更加清晰；从2处可看出，数字检波器分层能力更强，在该处，数字检波器剖面相位很强，而常规检波器则是很弱的一个相位；从3处可看出，在该处数字检波器剖面反射波连续性明显好于常规检波器。

图5 上为常规检波器叠加剖面，下为数字检波器叠加剖面

图6 叠加剖面频谱分析（黑色为常规检波器频谱，红色为数字检波器频谱）

3.2 正式生产观测系统

仪器使用428XL，本区采用的观测系统类型为束状8线5炮。接收道数：1280（8×160）；接收线数：8条；接收道距：10m；接收线距：100m；炮点距：100m；炮线距：20m；CDP网格：5m×10m；迭加次数：32次（8×4）。

3.3 数字检波器的使用

（1）由检波器对比试验结果可知，数字检波器优于模拟检波器，因此本次野外生产采用数字检波器接收，型号DSU1。

（2）常规检波器的铺设的基本要求是“平、稳、正、直、紧”，数字检波器要求同样如此，由于数字检波器是单个检波器，因此更需要把检波器埋置工作做好。

（3）在基岩出露区采用松散土压实的方法铺设检波器，在黄土覆盖区采用挖坑埋置检波器，确保检波器与大地耦合良好。

3.4 应用效果分析

3.4.1 单炮记录质量

从图7、图8中可以看出，本区采用数字检波器接收所取得的野外单炮数据，质量要明显好于以往常规检波接收所获得的数据。且数字检波器接收频带较宽。另外，区内高压线等电磁干扰严重，由于数字检波器具有抗电磁干扰能力，使得记录未受电磁干扰影响。

图7 常规检波器和数字检波器接收单炮记录对比

图8 常规检波器和数字检波器接收单炮记录频谱分析对比

3.4.2 时间剖面记录质量

从图9、图10中可以看出，数字检波器采集的时间剖面比常规检波器采集的时间剖面波组成分更丰富，频率更高，频带更宽，连续性也更好另外，断点也十分清晰。

图9 常规检波器接收时间剖面

图10 数字检波器接收时间剖面

3.4.3 成果验证情况

我们把本区解释的三维地震成果和目前已知的地质资料（通过钻孔、地质填图获得）进行了对比，结果吻合率达到近80%，高于本区以往验证率。更准确的验证率有待巷道揭露后进行对比。

4 结束语

通过数字检波器在山西阳泉地区的成功使用，可以得出以下结论：在山西阳泉地区使用用数字检波器采集的资料品质优于常规检波器采集的资料品质。

近年来，数字检波器在地震勘探系统中已逐步使用，由于数字检波器具有体积小、重量轻、集成化程度高、抗干扰能力强、灵敏度高等优点，必将成为将来检波器发展和使用的主旋律。