基于分布式声场传感的地震勘探仪关键技术研究

发布时间：2021-10-27 05:21

　　地震勘探作为地球物理勘探中最重要的方法之一,被广泛运用于地质资源勘探、地质灾害预警等领域。现有的地震勘探仪器多采用机电式检波器进行传感,而机电式检波器属于点式传感器,油气勘探和天然地震监测中需将点式传感器构成阵列以保证所采集地震波分布的连续性,存在布设难度大,难以长期值守的问题,其探测容量和密度也受到成本限制。与点式传感器不同,分布式声场传感（Distributed Acoustic Sensing,DAS）技术中,光纤既是传感器又是传输媒介,利用光纤即可实现海量的传感器阵列,在勘探应用中仅需部署一根光缆或直接利用现有通信光缆,布设难度和成本都相对较低。此外,DAS探测容量大,在保证高级数、高密度采集的前提下,仍能实现数十公里的探测长度,在勘探目标日益深入和精细化的地震勘探领域具有重要的潜在应用价值。目前国外主要的DAS生产厂商均不向我国销售仪器,仅提供测试服务。而国内的DAS设备主要面向周界安防、结构健康监测等领域,与地震勘探的结合并不成熟,其频率响应范围等指标无法满足地震勘探需求,还存在集成度不高,配套的软件不成熟,对地震勘探数据的实时运算、展示能力不足等问题。针对以上问题,本文基... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

存在局部扰动的后向散射光幅度曲线

第二章分布式声场传感技术基本原理20受声场扰动处的RBS曲线会出现明显波动，如图2.10所示。直接将APD输出的RBS曲线做差分或短时方差，就可以定位扰动的位置，如图2.11所示。这就是鉴幅型信号解调方法的基本原理。图2.10存在局部扰动的后向散射光幅度曲线。图2.11存在局部扰动的后向散射光幅度差分结果。对于相干探测，在式（2.28）的基础上，只需要对Iout(t)进行包络检波即可得到RBS功率曲线，后续的过程则和直接探测一致。这里包络检波是将一段时间长度的高频信号的正峰值点连线，得到一条包络线，它将幅度信号从高频信号中解调出来，是反映高频信号幅度变化的曲线。包络检波的检波效果如图2.12（a）（b）所示，其结果与直接探测中由于APD带宽限制探测到的RBS功率信号相同。

第二章分布式声场传感技术基本原理21（a）（b）图2.12包络检波示意图：（a）未经包络检波的中频信号曲线；（b）包络检波后的曲线。鉴幅型解调方法不解调RBS信号相位，以其强度变化来反映相位变化，虽然相较于传统的传感手段，基于鉴幅型信号处理方法的DAS已经具有很高的灵敏度，但对于极其微弱的声场扰动，它的灵敏度仍然有待提高。此外，它的信号处理过程虽然相对简单，但光纤受到声场扰动时产生的应变与RBS信号的强度变化没有明确的关系，信号的局部幅度的变化无法线性地反映光纤长度的变化，对振动还原的保真度不好，如图2.13所示。因此它只能对声场进行定性的测量，无法对声场进行准确的还原，实际应用受到许多限制，难以满足地震勘探精确重构复杂地质构造的需求。


本文编号：3460955