地面分布式光纤三分量地面地震数据采集系统及方法技术方案

本发明专利技术公开分布式光纤三分量地面地震数据采集系统及方法，应用于地球物理或地球物理勘探技术领域或地震勘探领域，针对现有的三分量检波器的布设成本高、施工时间过长、作业效率低的问题；本发明专利技术以正交方式埋设在浅地表下面的按照螺旋形绕制的铠装光缆，替代按照检波器测线设计的要求在每个检波点布设的价格昂贵的有线或无线三分量检波器，地面DAS调制解调仪器采集从螺旋形绕制的光纤里反射回来的瑞利散射光的相位数据进行调制解调处理，获得沿螺旋形绕制的铠装光缆分布的三分量地震数据；本发明专利技术的系统能实现快速高效低成本的采集沿铠装光缆的分布式三分量地面地震数据；并提供了针对所采集的分布式三分量地面地震数据的处理方法。

Ground distributed optical fiber three-component ground seismic data acquisition system and method

【技术实现步骤摘要】
地面分布式光纤三分量地面地震数据采集系统及方法
本专利技术属于应用地球物理、地球物理勘探
、地震勘探领域，特别涉及一种分布式光纤三分量地面地震数据采集技术。
技术介绍
地震波(SeismicWave)是由地震震源向四处传播的振动，指从震源产生向四周辐射的弹性波。按传播方式可分为纵波(P波)、横波(S波)(纵波和横波均属于体波)和面波(L波)三种类型。地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。地震波的传播速度都因传播介质不同而有差异，通常与岩石类型、围限压力、岩石结构以及其他地质因素有关。地震勘探是指人工激发所引起的弹性波利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。地震勘探是地球物理勘探中最重要、解决油气勘探问题最有效的一种方法。它是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。地震勘探则是利用人工的方法引起地壳振动(如雷管或炸药爆炸、重锤下落或敲击、可控震源振动)，再用精密仪器按一定的观测方式记录爆炸后地面上各接收点的振动信息，利用对原始记录信息经一系列加工处理后得到的成果资料推断地下地质构造的特点。在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态。在对地震勘探所获取的地震数据进行处理和解释的过程中，计算出各种地震波在地层中传播的速度和地下介质(地层或岩层)的弹性或粘弹性参数是必须和非常重要的步骤之一。如果不能准确的获取地下浅部地层的地震波速度和地下介质(地层或岩层)的弹性或粘弹性参数，则会非常不利于或者无法进行后续的地震数据的处理和解释。因此，准确的测量和计算地下地层的地震波速度和地下介质(地层或岩层)的弹性或粘弹性参数，是进行地震勘探数据处理解释的首要任务之一。地震波从本质上而言是弹性波，包括纵波和横波。因此，利用地震波了解地下介质状况的地震勘探应该是联合纵波和横波的多波勘探。尽管早在1828年左右泊松等人就已经从理论上证明了横波的存在，但由于种种原因，长期以来地震勘探一直只利用纵波进行。然而，对多波勘探的研究从未中断。近年来，随着人们认识水平的提高、勘探难度的加大和技术水平及装备的发展，多波地震勘探越来越受到重视，已经初步开始了实际应用。与三维勘探取代二维勘探一样，多波(多分量)勘探也将会逐渐取代单纯的纵波勘探。未来的地震勘探必将是多维多分量的勘探。应用纵横波资料进行综合解释可获得很多有用信息，那么，怎样进行纵横波联合地震勘探呢？最好的办法是做三分量地震勘探。怎样进行三分量地震勘探呢？以往常规地震勘探是接收垂直地面振动的纵波(用P表示)，仅得到一个方向的资料—纵波剖面。而横波(用S表示)不像纵波那样简单，它有两个分量，一个是沿测线方向振动向地下传播的分量，用SV表示；另一个是垂直测线方向振动向地下传播的分量，用SH表示。简单地说，就是同时接收纵波和两个横波分量的勘探叫三分量地震勘探，所得到的记录叫三分量记录。三分量地震勘探需要有专用设备。接收三个方向的波的接收装置称三分量检波器。为便于操作，通常将三个方向的检波器装在一个外壳内，称三分量检波器。其中，有一个是垂直方向的(接收P波)，两个是水平方向的(分别接收SV波和SH波)，且要求三个检波器的特性一致。三分量震源可以用垂直可控震源和水平可控震源分别激发，在不能使用可控震源的地区，常用炸药或重锤作为P波和SV波勘探的震源。综合应用地震纵波、横波(及转换波)所提供的与目的层相关的地质特征信息对寻找复杂的隐蔽性圈闭、构造有着十分重要的意义。目前油气勘探已转入到以复杂断块和隐蔽性油气藏为主的勘探阶段，应用三分量地震勘探技术，一是可以得到地下地层的横波信息，二是发挥三分量勘探技术优势，进行纵、横波联合勘探。申请号：201710519284.9、201410283668.1、201810499456.5、200710141556.2、201711453533.5、200810138351.3、201110436378.2、200820026051.1、201010134001.7、201611224463.1、201510673600.9、201420694552.2、201811088989.0、201280044880.1、201711066824.9、201511001188.2、201280061525.5等专利中均公开了采用检波器采集三分量地震数据；但是布设检波器存在布设成本高、施工时间过长、作业效率低的问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出一种分布式光纤三分量地面地震数据采集系统和方法，利用以正交方式埋设在浅地表下面的按照螺旋形绕制的铠装光缆以及地面上均匀或非均匀布设的震源信号，通过分布式声波光纤传感(DistributedAcousticSensing－DAS)调制解调系统快速高效低成本的采集沿铠装光缆的二维或三维分布式三分量地面地震数据。本专利技术采用的技术方案之一为：分布式光纤三分量地面地震数据采集系统，包括：人工震源、按照螺旋形绕制的铠装光缆以及DAS调制解调仪器；所述按照螺旋形绕制的铠装光缆以正交方式埋设在浅地表下面采集三分量地面地震数据；按照螺旋形绕制的铠装光缆与DAS调制解调仪器相连。所述按照螺旋形绕制的铠装光缆结构为：包括圆柱形结构，光纤按照一定角度螺旋形缠绕于圆柱形结构表面，在缠绕了光纤后的圆柱形结构外面套上保护套。所述光纤缠绕的角度范围为20度到70度。所述按照螺旋形绕制的铠装光缆沿二维检波点测线或三维检波点测网埋置在浅地表下面。所述保护套至少为一层，且最外层保护套为抗压抗拉伸的金属或复合材料铠装。所述人工震源为沿二维布设的人工震源线或沿三维布设的人工震源测网。所述人工震源的触发信号与启动DAS调制解调仪器的触发信号一致。本专利技术采用的技术方案之二为：基于上述的分布式光纤三分量地面地震数据采集系统的数据处理方法，包括：A1、沿二维检波点测线或三维检波点测网埋置在地表以下的按照螺旋形绕制的铠装光缆；A2、沿震源线上的预先设计震源点依次激发人工震源，并将激发人工震源的触发信号同步用有线或无线的方式发射到地面上连接按照螺旋形绕制的铠装光缆的DAS调制解调仪器的触发端口里；A3、触发DAS调制解调仪器在地面震源激发的同时开始同步采集三分量地面地震数据。所述步骤A3具体为：A31、DAS调制解调仪器采集从螺旋形绕制的光纤里反射回来的瑞利散射光信号；A32、通过对瑞利散射光信号的相位数据进行调制解调处理，获得沿螺旋形绕制的铠装光缆分布的三分量地震数据。步骤A32所述三分量地震数据获取过程为：根据按照螺旋形绕制的铠装光缆上任意一个检波点到每个震源点的距离，以及从该检波点检测到的从该震源点沿地下介质传播到该检波点的直达纵波走时、直达横波走时、面波走时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.分布式光纤三分量地面地震数据采集系统，其特征在于，包括：人工震源、按照螺旋形绕制的铠装光缆以及DAS调制解调仪器；所述螺旋形绕制的铠装光缆以正交方式埋设在浅地表下面采集三分量地面地震数据；螺旋形绕制的铠装光缆与DAS调制解调仪器相连。

【技术特征摘要】
1.分布式光纤三分量地面地震数据采集系统，其特征在于，包括：人工震源、按照螺旋形绕制的铠装光缆以及DAS调制解调仪器；所述螺旋形绕制的铠装光缆以正交方式埋设在浅地表下面采集三分量地面地震数据；螺旋形绕制的铠装光缆与DAS调制解调仪器相连。2.根据权利要求1所述的分布式光纤三分量地面地震数据采集系统，其特征在于，所述按照螺旋形绕制的铠装光缆结构为：包括圆柱形结构，光纤按照一定角度螺旋形缠绕于圆柱形结构表面，在缠绕了光纤后的圆柱形结构外面套上保护套。3.根据权利要求2所述的分布式光纤三分量地面地震数据采集系统，其特征在于，所述光纤缠绕角度范围为20度到70度。4.根据权利要求3所述的分布式光纤三分量地面地震数据采集系统，其特征在于，所述按照螺旋形绕制的铠装光缆沿二维检波点测线或三维检波点测网埋置在浅地表下面。5.根据权利要求2所述的分布式光纤三分量地面地震数据采集系统，其特征在于，所述保护套至少为一层，且最外层保护套为抗压抗拉伸的金属或复合材料铠装。6.根据权利要求1所述的分布式光纤三分量地面地震数据采集系统，其特征在于，所述人工震源为沿二维布设的人工震源线或沿三维布设的人工震源测网。7.根据权利要求1所述的分布式光纤三分量地面地震数据采集系统，其特征在于，所述人工震源的触发信号与启动DAS调制解调仪器的触发信号一致。8.基于权利要求1-6任一权利要求所述的分布式光纤三分量地面地震数...

【专利技术属性】
技术研发人员：余刚，陈沅忠，王熙明，饶云江，冉曾令，夏淑君，
申请(专利权)人：中油奥博成都科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51