[发明专利]一种低失真全向地震检波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种地震检波器，尤其涉及一种用于复杂地况(诸如地下、海洋等难以正确埋置)勘探、地震测量和工程测量的内磁感应式全向地震检波器。

背景技术

随着地球物理勘探向深海、深部层系及复杂地况延伸，为解决埋置及复杂的耦合问题，行业内出现了规格、种类繁多的全向地震检波器。但随之而来的问题是现有的全向地震检波器无法提供更高的勘探分辨率，原本很有前景的全向技术在应用上受到了很大的限制：现有技术无法在全向地震检波器的失真上取得突破，其谐波失真都在≤0.6％～0.9％(17.8mm/s激励)范围，这就无法实现高精度勘探(一般来讲，失真度越低的检波器其分辨率越高，也就越有利于分辨淹没在低频强噪声中的弱小高频信号，也就是说有更大的动态范围)；另一方面，高分辨率勘探又有更广泛的市场需求，按照国内外同行业的技术和装备的发展趋势，以及海洋勘探的迫切要求，低失真全向地震检波器的需求是不可估量的。

由于弹性材料的固有特性和惯性体质量受地球引力等自然现象，使得弹性材料所承载的惯性体在全向角度范围内相对于磁系统的磁中心，除定义的对称位移工作角度(例如水平位置)外，均为非对称位移工作。这种自然现象，容易产生诸如频率、灵敏度指标的非对称允差和谐波失真增大(谐波失真是以一个输入频率会产生谐波为特征的一种非线性失真)。

一般来说，当自然频率超过18Hz时，地震检波器在全向角度采集和检测震源信号均可获得满意的数据；当自然频率低于18Hz，地震检波器能够在全向角度工作的自然频率在10Hz～18Hz之间，但随着自然频率的降低，全向角度的频率允差、灵敏度允差、谐波失真等指标将明显增大。过去几十年，人们主要对自然频率为13Hz～15Hz的全向地震检波器进行研究，但无论选择多大的自然频率，所追求的目标都是自然频率尽可能的小，指标允差尽可能的窄、谐波失真尽可能的低。

图1为现有技术的全向地震检波器的结构示意图，分为结构、磁路和电路三部分。分解如下：

1、结构：

(1)构件：①一个磁系统。沿轴向自下至上，下极靴123帽内嵌入磁体115的下端；磁体115上端嵌入上极靴113帽内；上极靴113上端面放有绝缘片108。②一个惯性体系统。沿轴向自下至上，下线架118绕有下线圈117；下线架118与上线架111粘结的中间部位绕有调重线圈116；上线架111绕有上线圈112；下线架118下端嵌有下弹簧片121和下卡环124；上线架111上端嵌有上弹簧片110和上卡环102。

(2)构成及原理：磁系统置于惯性体系统内，由下顶盖119、上顶盖101(下顶盖119和上顶盖101分别顶入下极靴123和上极靴113的盲孔内)和外壳125组成地震检波器。地震检波器内的惯性体系统由惯性体上的上弹簧片110和下弹簧片121一起携带惯性体，相对于磁系统上下相对移动，接收震动信号。

2、磁路：(1)组成：磁路由磁系统和外壳125，以及由磁系统与外壳125之间形成的环形气隙磁场组成。

(2)原理：惯性体上通过正、反绕制的上线圈112和下线圈117，由上弹簧片110和下弹簧片121一起携带，相对于磁系统在环形气隙磁场内上下移动，接收震动信号，切割磁力线，感应出以灵敏度和失真度为标量指标的电信号，由地震检波器的电路输出。

3、电路：接线柱104和接线柱105分别为地震检波器电信号输出的2个电极。电信号的电路回路是：接线柱104锡焊于上内接触簧片103；上内接触簧片103再与上极靴113、磁体115、下极靴123、下弹簧片121依序相继接触；下弹簧片121锡焊下线圈117的下出线端；下线圈117上出线端绝缘通过调重线圈116表面与上线圈112下出线端连通；上线圈112上出线端锡焊于上弹簧片110上；上弹簧片110通过绝缘片108与上极靴113绝缘隔离，并与上外接触簧片107接触；上外接触簧片107锡焊于接线柱105。

结合上述全向地震检波器的构成和原理，目前人们认为引起谐波失真的原因主要有两方面：一是由弹性材料产生的谐波失真，称之为弹性失真；二是由磁材料产生的谐波失真，称之为磁场失真。

一、对于弹性失真：