[发明专利]螺旋缠绕光纤的DAS六分量地震信号解耦与恢复方法

说明书

本发明提供了螺旋缠绕光纤的DAS六分量地震信号解耦与恢复方法，属于地球物理勘探技术领域，该螺旋缠绕光纤的DAS六分量地震信号解耦与恢复方法包括S1，将面向多分量振动信号的光纤螺旋缠绕在同一圆柱体上；S2，螺旋缠绕光纤采集地震数据；S3，确定多分量缠绕光纤信号与原始振动信号之间的坐标映射关系；S4，解耦恢复真实地震波振动信号；S5，真实地震波振动信号误差验证，根据螺旋缠绕光纤的振动敏感范围，利用螺旋缠绕光纤与振动信号之间的坐标映射关系，实现从螺旋缠绕光纤信号到光纤所在位置处真实地震波振动六分量信号的解耦恢复，从而获取更加合理可靠的六分量地震波信息，可促进DAS在精细油气地震勘探中的发展。

技术领域

本发明属于地球物理勘探技术领域，具体而言，涉及螺旋缠绕光纤的DAS六分量地震信号解耦与恢复方法。

背景技术

分布式声传感(Distributed Acoustic Sensing，DAS)是一种基于光纤瑞利背向散射的新型连续性、分布式、实时的光纤传感技术。DAS以光纤作为系统前端，通过反演不同时刻光纤内各个位置瑞利背向散射干涉信号的相对变化，来实时采集地震资料，相比传统检波器具有成本低、鲁棒性好、分辨率和采样率高的天然优势，近年来被广泛应用于油气地球物理勘探领域。

然而，DAS直接测量光纤中两点瑞利背向散射光的相位变化，该相位变化主要由光纤在轴向上的拉伸和压缩引起，因此，直光纤只能测量沿光纤轴向方向的信号分量，而无法探测其他方向的信号分量(即“单分量”问题)，难以满足精细油气地震勘探对多分量信息的需求。目前实现多分量DAS通常有两种方法，一是通过同时测量光纤中散射光的强度信息与偏振信息实现径向振动信号的探测(Wolifiski，1999)，二是改变光纤的物理形状，如螺旋状缠绕。螺旋缠绕光纤是将直光纤以特定角度缠绕在特定直径大小的圆柱体上，使得光纤对不同方向的振动都存在相对敏感的角度，从而有效扩大DAS探测地震波的范围。螺旋缠绕光纤采集得到的DAS信号不仅包含垂直方向振动信息，还包含了水平方向振动信息，即多分量地震波信息，然而光纤缠绕后获得的信号并不能直接代表光纤所在位置处的真实地震波振动信号。如何根据光纤缠绕方式来解耦出光纤所在位置处地震波振动引起的真实应变，对于实现多分量地震信息的恢复、促进DAS在精细油气地震勘探中的应用具有重要的指导意义。

发明内容

本发明实施例提供了螺旋缠绕光纤的DAS六分量地震信号解耦与恢复方法，其目的在于解决现有的光纤缠绕后获得的信号并不能直接代表光纤所在位置处的真实地震波振动信号的问题。

鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：

螺旋缠绕光纤的DAS六分量地震信号解耦与恢复方法，包括以下步骤：

S1，将面向多分量振动信号的光纤螺旋缠绕在同一圆柱体上；

S2，螺旋缠绕光纤采集地震数据；

S3，确定多分量缠绕光纤信号与原始振动信号之间的坐标映射关系；

S4，解耦恢复真实地震波振动信号；

S5，真实地震波振动信号误差验证。

作为本发明一种优选技术方案，所述步骤S1具体包括：

S11，将光纤螺旋缠绕轴的轴向方向定义为z轴方向，径向方向分别为x、y方向，按照右手定则来确定缠绕的正方向，定义光纤切线与O-xy平面的夹角为光纤螺旋角，其角度分别为α₁、α₂、α₃……α_N；

S12，N根光纤从同一个点出发按照上述相应的角度朝负方向沿轴向前进行均匀缠绕。

作为本发明中的一种优选技术方案，所述步骤S2具体包括：

S21，通过不同的功分器和耦合器将激光脉冲信号分为N路，分别同步注入到N根光纤中；