地震检波器行业报告
一、行业背景
（一）地质勘探的方法
石油、天然气是当今世界最重要的能源，也是工业社会重要的化工原料，被誉为工业的血液。目前，油气资源的勘探方法主要有三类：
①地质法：观测、研究裸露在地面的地层、岩石，对地质资料进行分析综合； ②物探方法：利用物理仪器观测到的物理现象推断地下的地质构造特点，寻找可能的储油构造。主要有：重力勘探、磁法勘探，电法勘探，地震勘探；
③钻探法。
其中，地震勘探是其中发展历史最长，技术最成熟，相对其它的物探方法相比具有高精度、高分辨率及探测深度大的特点，是地下地质构造寻找油、气藏的最行之有效的一种勘探方法，目前几乎所有的井位都是用这种方法测定的。
（二）地震勘探的主要原理
地震勘探方法是以研究岩石的某种特性为基础，首先在所布置的测线上的某点，采用人工震源产生地震波。地震波以地壳土壤、岩石等为介质从地面向地表传播，并在不同地层中发生反射。其传播路径、振动方向和波形将随所通过介质的弹性性质及几何形状的不同而变化。这些反射地震波信息携带着丰富的地层信息返回地面就引起地表的振动，并被安置在地面的专用传感器接收处理。根据接收到的波的传播时间、速度等资料，可推断波的传播路径和介质的结构，而从波的振幅等参数可推断岩石的性质，从而反演地下地质构造、地质层的边界、形状以及地藏物质的属性——“地震剖面图”。通过在一个工区内布置多条测线，形成测线网，并在多条测线上进行这种观测之后，可得到地下地层起伏的完整概念，再综合其它物探方法和地质、钻井等各方面的资料，确定可能储存油气的地质构造和钻探的井位，从而达到勘探的目的。
（三）地震勘探所使用的主要仪器
地震勘探基本工作包括激发地震波、接收记录地震波和处理解释地震资料三个方面。激发地震波主要采用人工放炮的方法。
地震勘探是目前最常用石油勘探方法之一，它的基本原理是利用人工地震在地层中产生振动信号，根据设计要求在距离激发点不同的地方布置传感器（即地震检波器）接收振动信号，然后对接收到的振动信号进行处理、解释，根据信号的频率、振幅、速度等信息分析不同深度地层的属性、构造的形态等，从而初步判断是否有具备生油、储油条件，最后提供钻探的井位。
地震数据采集系统主要由传感器（又称检波器）和数字地震仪组成。检波器是一种将地面振动转变为电信号的传感器,或者说是将机械能转化为电能的能量转换装置。工作时埋置于地面，把地震波引起的地面震动转换成电讯号并通过电缆将电讯号送入地震仪；数字地震仪将接受到电讯号放大、经过模/数转换器转换成二进制数据、组织数据、存贮数据。
地震勘探仪中最重要的环节就是地震检波器。地震勘探仪通过地震检波器拾取地震波，因此，地震检波器直接影响着地震仪的分辨率、频带宽度等性能。
二、地震检波器介绍 （一）主要类别
目前物探行业所使用的地震检波器种类繁多，从工作原理上，可分为动圈式、压电式、数字式及光纤检波器；从能量转换机制上，可分为速度型和加速度型检波器；按用途，可分为陆用、沼泽、海洋和水下检波器。各种类型检波器工作原理如下：
●动圈式检波器
动圈式检波器的基本工作原理是基于电磁感应。利用上、下两个线圈绕制在铝制线圈架上，组成一个惯性体，由弹簧片悬挂在永久磁铁产生的磁场中，永久磁铁与检波器外壳固定在一起。当检波器外壳随地面震动时，引起线圈相对于永久磁铁运动，两线圈产生感应电动势，感应电动势的大小随检波器外壳振动变化，振动幅度越大，感应电动势也大，反之亦然。在输出端输出相应的电信号，传输给地震仪。
●压电式检波器
压电检波器是以某些物质的压电效应为基础的一种有源传感器。在外力作用
下，某些物质变形后其表面会产生电荷；当外力去掉后，又重新回到不带电状态。
野外使用时，检波器使用尾锥与大地耦合，当大地振动时，由于弹簧的刚度较大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性较小。因此质量块感受与检波器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力的作用。这样质量块就有一个正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片具有压电效应，因此在它的两个表面就产生了交变电荷（电压）。利用这种压电效应，检波器将地震波引起的压变效应转变为电信号，传输给地震仪。
●数字检波器
所谓数字检波器是相对于常规检波器的输出信号而定的，常规检波器输出的信号都是模拟信号，信号的数字化是在采集站里完成的，而数字检波器由于输出的是直接数字化的信号，因此称为数字检波器。由于现在应用的数字检波器都采用MEMS技术，因此也称为MEMS（MICROELECTRON MECHANIC SYSTEM）检波器。
数字检波器主要由传感器、ASIC（专用集成电路）电路和DSP（数字信号处理器）和其它辅助电路组成。传感器检测大地震动信号，ASIC电路实现对传感器的反馈控制，同时完成信号的模数转换，DSP完成数字滤波。其它辅助电路主要完成供电、提供测试信号、重力方向检测等功能。
●光栅检波器
光栅地震检波器利用光栅谐振子随大地震动产生莫尔条纹,并根据大地震动的上下方向不同对莫尔条纹进行分别计数,再转换为电能并以数字信号输出,是一种机-光-电耦合转换装置。
工作时将检波器与大地耦合，当地面振动时,固定于地面的检波器随之运动,检波器中的“弹簧—质量”系统与外壳产生相对运动,在光电器件的接收面上产生运动的光栅莫尔条纹,经光电转换、信号处理并计数后,将大地的震动信号以数字信号的形式输出。
（二）主要技术指标
尽管各类检波器工作原理不同，但有一些通用的技术指标，主要包括：
●工作频带
由于不同频率的反射波衰减速率不同，地面深层的高频反射波衰减要快于近地面浅层反射波，这就要求地震检波器的工作频带要尽可能宽，以接收不同形式的反射波。
●动态范围
地震反射波的接收是地震勘探最前端的工序，现有的地震仪的动态范围已达120～140dB，而目前最常用的动圈检波器动态范围仅为60dB左右，这大大降低了地震仪的使用效率。
●失真度
失真度(畸变)是输出信号谐波分量有效值总和与基波分量有效值之比的百分比, 失真度是衡量检波器性能的综合指标,它决定了检波器的瞬时动态范围。
●灵敏度
指检波器对地面振动响应的敏感程度。检波器灵敏度越高其对弱小信号的响应能力就越强,即有利于接收地震勘探中的弱小信号。
●容差
容差表示同种型号的个体检波器互相之间技术指标的相对差异，一般用百分比表示。虽然它不是检波器本身的技术参数，但在采用组合检波时直接影响地震数据的采集效果。
（三）各类检波器性能比较 1、动圈式检波器
动圈式检波器是目前行业中使用最广泛的地震检波器，经过多年的研究和发展，其性能得到了很大提高，稳定性也很好。但随着物探技术发展对数据采集质量的要求越来越高，因此动圈式检波器暴露的问题也越来越多，主要表现在以下几方面：
①失真度高
目前常规检波器的失真度为0.1%，最好的超级检波器的失真度为0.075%，远远低于地震仪的0.0003%，产生失真的主要原因在于弹簧、线路、阻尼等部件的非线性问题。
②一致性差
现在常规检波器的容差约在7.5%左右。随着地震采集技术的发展，地震道所使用的地震检波器的个数越来越多，如果检波器之间的一致性不强，不同检波器接收同一信号的结果就会有不同的输出，进行叠加就会产生失真，这将降低地震数据采集质量和保真度。
③抗电磁干扰能力不足
动圈式检波器是基于电磁感应原理而制成的，野外勘探时外界的电磁干扰问题难以解决，这也制约了其测量精度的提高。
2、压电式检波器
与常规动圈式检波器频响特性相比，压电加速度检波器的低频和高频响应特性好，失真度低，动态测量范围大，工作频带宽，野外的试验结果也证明了这点。这种检波器的不足之处有两点：
①由于是有源检波器，野外使用不方便；
②压电式检波器的核心部件-压电晶片的加工要求很高，国内在压电晶体方面加工工艺的原因，检波器的一致性不好，而且使用寿命较短。
由于以上两种原因，压电加速度检波器在陆地勘探中没有得到充分应用，但随着物探技术的发展，特别是单点采集技术的发展，以及国内压电晶体工艺的进步，压电检波器的应用将有较好的前景。
3、数字检波器
数字检波器与模拟检波器相比，有以下优点： ①谐波失真小，整个采集系统的动态范围增大。 ②抗电磁干扰能力强，在复杂地区施工十分有利。
③相位失真小，几乎是零相位的，因此接收到的信号没有相位失真，因此真实反应大地振动状态。这是常规模拟检波器所不能达到的，对高分辨率勘探和岩性勘探更为有利。
但数字检波器无环境噪音衰减，环境噪音大时不适用，测量时要求道距更短,需要道数多，替代大面积组合所有检波器价格仍然太高。