[发明专利]一种地震全向矢量检波器

说明书

技术领域

本发明涉及检波器技术领域，尤其涉及一种地震全向矢量检波器。

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。

图1是相关技术中理想单检波器在纵波波场中的方向性响应示意图，图2是相关技术中理想单检波器在横波波场中的方向性响应示意图，用以说明检波器的工作方向性。如图1、图2所示，检波器的输出基于下述公式实现：out＝A·n＝a×bcosθ。其中，A表示波场函数，矢量；n表示检波器工作方向单位矢量；a表示波场A在振动方向的瞬时振幅；b表示检波器灵敏度；θ表示检波器的工作方向与检波器位置处波场振动方向的夹角；p为纵波下标；s为横波下标。

具体地，如图1所示，检波器在纵波波场中的输出基于下述公式实现：

out＝A_p·n＝a_p×bcosθ_p；其中，A_p表示纵波波场等时面；a_p表示波场A_p在检波器位置的的法线方向的瞬时位移量；b表示检波器灵敏度；θ_p表示检波器的工作方向与波场振动方向的夹角。

如图2所示，检波器在横波波场中的输出基于下述公式实现：

out＝A_s·n＝a_s×bcosθ_s；其中，A_s表示横波波场等时面；a_s表示波场A_s在检波器位置的振动矢量方向的瞬时位移量；b表示检波器灵敏度；θ_s表示检波器的工作方向与波场振动方向的夹角。

图1、图2以及上述公式中没有包含电磁电容检波器的其它性能，只是方向性的描述。上述公式只是用来说明单个检波器，满足多矢量空间结构的方向性要求。

传统技术中的地震波检测流程如下：

根据波动方程，介质质点在力场中的运动关系如下式(1)：