[发明专利]带宽增大的地震采集系统中的方法

说明书

本发明一般涉及地球物理数据采集系统中的方法，具体地说涉及一种具有使系统有效带宽增大的电路系统的地球物理领域的采集系统中的方法，更具体地说本发明涉及一种具有电路系统的地球物理采集系统，该电路系统可利用在探测地震的工作过程中的操作者的控制来构成，以增大地球组合体的有效带宽，地球组合体对地震信号及地球物理采集系统来说起有滤波器的作用，本发明给出了这样系统中的频谱形成方法和使用该系统的方法。

把现场工作中获取得地球物理数据永久地记录在尤其是磁带上的记录系统广为人知。出于公开本申请的目的，术语“地球物理数据”包括在探测器可以是地震仪器、地震检波器或其它类型的探测器的条件下的地质勘探环境中获取的数据，和在探测器可以是水听器等的情况下海洋勘探环境中获取的数据。在美国专利第3，819，864中公开了一种典型的数据现场记录系统。

存在有各种设计的地球物理采集系统（也称之为地震仪和现场采集系统），最简单的是固定系统，此时放大器的放大增益预定并且固定。这类先有技术系统具有预放大器级、模拟增益级、低截止滤波器、陷波滤波器和各通道的高截止抗混滤波器。多路变换器按顺序把数据通道转换到模数（A/D）转换器，该转换器输出一个与输入电压成比例的二进制信号。

这种地球物理探测系统的一个重要参数是其动态范围。动态范围定义为在可被处理和记录的最大输入信号（即其幅值刚好低于会引起系统某个元件饱和的幅值的信号）与可被系统适当处理和记录的最小信号（通常认为是信噪比为1的信号）这二个信号的dB之差。动态范围一般表达为最大与最小信号的比率，典型情况下用分贝或dB表达。

A/D转换器碎分信号的级数决定了系统的精度。若分成12位，则系统比分成8位时精度更高。A/D转换器用来接受某一最大电压。重要的是，在加到A/D转换器上的最大电压尽可能靠近（但不大于）所述某一最大电压之前，对地震信号（地球物理数据）进行放大。利用数字尽可能多的位增加了其意义。数字的意义与高于系统噪声电平记录的位数目有关。换句话说，为了充分利用地球物理采集系统，从“意义”的观点考虑，在A/D放大器增益达到尽可能高而又未使电子线路饱和之前，必须对信号进行放大。当加于A/D转换器上的最大电压对于转换器最大限度来说太大时，电子线路便变成饱和。

在达到任何具体增益时，数字系统可仅工作在限定的输入电压范围内，而既不使信号低于噪声电平又不至于引起饱和。最低可检测的电压大于最小意义位的门限电压或系统噪声电平。最大可检测电压是这样一个电平，处于该电平时，A/D转换器变成饱和，并输出其最大可能的数字数目。高于最高电平的信号在其模拟状态时或在转换成数字形式之后被截去。

供石油勘探特殊之用的系统用来根据输入信号自动地调节其增益，还用来记录达到的增益。有许多浮点系统，其中数目是以指数-对数尾数的科学方法来记录的。A/D转换器的输出是对数尾数，达到的增益是指数。二进位制增益系统是这些系统中的第一代系统;实例是Texas    Instruments生产的DFSⅢ，该系统增益范围在6dB的增量内（单个的位移位）。数字的数目记录为15位的字，增益用4位的指数记录。利用二进制增益系统，在增益增大之前需要有几个（从15-60）要移位的呼叫。单个呼叫需用来减小增益。

下一代增益放大器记录系统是瞬时浮点（IFP）系统。仅需用一个呼叫来以任何量增大增益。Texas    InstrumentS的DESⅣ和DESⅤ是这类仪器的实例。这些仪器的增益的增量是12dB（2位的移位），但可以有其它级的比率，如2∶1（6dB）和8∶1（18dB）等等。

当数字信号处理利用数字滤波器等得以完成时，从最大意义的观点考虑可被记录的信号其有效动态范围小于加在A/D转换器上的信号的实际动态范围。对于16位A/D转换器（15位的尾数，1位的符号），A/D转换器的有效动态范围和系统的数字处理码元在40至50dB之间。

当爆炸源产生一个地震信号进入地球时，该信号实际上是许多不同振荡信号或波的组合信号或总和，这些不同的振荡信号或波向地球内传播，并被反射或折射回地球物理采集系统的地震检波器。所产生信号的频谱取决于爆炸的当量及类型、爆炸的形状及其周围材料。在典型地震探测中，所产生频谱中的能量峰值在10-30Hz的范围内，典型值是15Hz。在高于峰值的频率处，能量每倍频程约减小6dB。压缩空气装置（“空气枪”）及质量碰撞装置的所产生的能谱的形状与爆炸源的形状相似。

可利用非线性扫描来控制振动源（如商标为Conoco，Inc.的地震振动器（Vibroseis））的谱。所得源的地震信号的高频能量能够增大。