一種地震全向矢量散度檢波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及檢波器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種地震全向矢量散度檢波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)波動(dòng)理論，波動(dòng)不只表示振動(dòng)，還表示振動(dòng)的傳播。具體地：1、振動(dòng)可分解為 線振動(dòng)、旋振動(dòng)；2、波場(chǎng)散度驅(qū)動(dòng)縱波，波場(chǎng)旋度驅(qū)動(dòng)橫波；3、線振動(dòng)是散度和旋度的共同 作用，既包含縱波，也包含橫波；4、旋振動(dòng)只與旋度有關(guān)；5、體旋度是完全旋度，面旋度是 不完全旋度。因此，只能檢測(cè)線振動(dòng)的技術(shù)，不能干凈分離縱橫波。必須是能夠檢測(cè)體旋度 或散度的技術(shù)，才有可能解出純橫波和純縱波。
[0003] 波動(dòng)的空間運(yùn)動(dòng)屬性，包含了豐富的信息，可以在波場(chǎng)分離、信噪比、保真度、成像 精度、介質(zhì)屬性分析等方面起到重要作用。但是，現(xiàn)有采集技術(shù)卻只能檢測(cè)振幅、頻率、相位 等信息，基本沒(méi)有檢測(cè)波動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)屬性的功能。
[0004]目前地震波的檢測(cè)，是將波振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓、電流）或再進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換來(lái) 實(shí)現(xiàn)。將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的方法，不外乎應(yīng)用電磁檢波器、電容檢波器、壓電檢波器 和光纖應(yīng)變檢波器。
[0005]電磁檢波器和電容檢波器是線振動(dòng)型，有工作方向。理想方向?yàn)V波效應(yīng)為cosΘ， out(t) =A(t)cos0。A(t)和Θ都是未知的，僅單個(gè)器件是求不出真振幅A(t)和夾角Θ 的。MEMS檢波器基本屬于電容型檢波器，也遵循上述規(guī)律。
[0006] 光纖應(yīng)變檢波器可歸于線振動(dòng)或壓強(qiáng)型，單器件也不能確定振動(dòng)方向。所以，單個(gè) 電磁檢波器、電容檢波器和光纖應(yīng)變檢波器，都不能區(qū)分波場(chǎng)振動(dòng)方向，更不具備檢測(cè)波場(chǎng) 散度旋度的功能。
[0007] 壓電檢波器是壓強(qiáng)型，輸出與周圍液態(tài)介質(zhì)壓強(qiáng)有關(guān)，無(wú)方向性，不能區(qū)分振動(dòng)方 向。液態(tài)環(huán)境中壓強(qiáng)各向同性，等效于波場(chǎng)散度。但在陸上固態(tài)環(huán)境，即使將其置于液態(tài)容 器中，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)散度測(cè)量。
[0008] 三分量檢波器，以三矢量合成方法，可以求出波場(chǎng)振動(dòng)方向Θ和振幅A(t)。這 也是稱其為矢量檢波器的原因，但只是測(cè)量點(diǎn)的線振動(dòng)矢量，不能檢測(cè)振動(dòng)性質(zhì)、旋度和散 度。
[0009] 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的各類檢波器不能實(shí)現(xiàn)地震波場(chǎng)全信息的檢測(cè)。
[0010] 圖1是相關(guān)技術(shù)中理想單檢波器在縱波波場(chǎng)中的方向性響應(yīng)示意圖，圖2是相關(guān) 技術(shù)中理想單檢波器在橫波波場(chǎng)中的方向性響應(yīng)示意圖，用以說(shuō)明檢波器的工作方向性。 如圖1、圖2所示，檢波器的輸出基于下述公式實(shí)現(xiàn)：out=A·n=aXbcosΘ。其中，A表 示波場(chǎng)函數(shù)，矢量；η表示檢波器工作方向單位矢量；a表示波場(chǎng)A在振動(dòng)方向的瞬時(shí)振幅； b表示檢波器靈敏度；Θ表示檢波器的工作方向與檢波器位置處波場(chǎng)振動(dòng)方向的夾角；p為 縱波下標(biāo)；s為橫波下標(biāo)。
[0011] 具體地，如圖1所示，檢波器在縱波波場(chǎng)中的輸出基于下述公式實(shí)現(xiàn)：
[0012]out=Αρ·η=apXbcosθp;其中，Ap表示縱波波場(chǎng)等時(shí)面；ap表示波場(chǎng)Ap在檢波 器位置的的法線方向的瞬時(shí)位移量；b表示檢波器靈敏度；θp表示檢波器的工作方向與波 場(chǎng)振動(dòng)方向的夾角。
[0013] 如圖2所示，檢波器在橫波波場(chǎng)中的輸出基于下述公式實(shí)現(xiàn)：
[0014] out=As·η=asXbcosΘs;其中，As表示橫波波場(chǎng)等時(shí)面；as表示波場(chǎng)As在檢波 器位置的振動(dòng)矢量方向的瞬時(shí)位移量；b表示檢波器靈敏度；Θs表示檢波器的工作方向與 波場(chǎng)振動(dòng)方向的夾角。
[0015] 圖1、圖2以及上述公式中沒(méi)有包含電磁電容檢波器的其它性能，只是方向性的描 述。上述公式只是用來(lái)說(shuō)明單個(gè)檢波器，滿足多矢量空間結(jié)構(gòu)的方向性要求。
[0016] 傳統(tǒng)技術(shù)中的地震波檢測(cè)流程如下：
[0017] 根據(jù)波動(dòng)方程，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)關(guān)系如下式（1):
[0018]
[0019] 其中，λ、μ是拉梅常數(shù)，p是密度，U是位移向量，t是時(shí)間。
[0020] ，是外力向量
[0021] V2是拉普拉斯算子，
[0022] Θ是體變系數(shù)，
[0023] 對(duì)公式⑴求散度，得到以下公式⑵：
[0024]
[0025] 其中，div是散度，Vp是縱波傳播速度。
[0026] 對(duì)公式⑴求旋度，得到以下公式⑶有：
[0027]
[0028] 其中，rot是旋度。w=rot(U)，Vs是橫波傳播速度。
[0029] 在傳統(tǒng)技術(shù)中，地震波的檢測(cè)只是采集到?(/，Λν「，，:)在豎直檢波器工作方向的投 影，根本就不是：〇 9之后就根據(jù)公式（2)演化各種方程解縱波；采集到在水平檢 波器工作方向的投影，之后就根據(jù)公式（3)演化各種方程解橫波。在這些誤差的基礎(chǔ)上進(jìn) 行聯(lián)合求解、聯(lián)合反演。因此，其誤差是顯而易見(jiàn)的。
[0030] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)地震波場(chǎng)不具備散度信息檢測(cè)或測(cè)量功能的問(wèn)題，目前尚未提 出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0031] 本發(fā)明提供了一種地震全向矢量散度檢波器，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)地震波場(chǎng) 不具備散度信息檢測(cè)或測(cè)量功能的問(wèn)題。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種地震全向矢量散度檢波器，其中包括：四個(gè)檢 波器及支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)用于支撐所述四個(gè)檢波器，使得所述四個(gè)檢波器的底面分 別位于一正四面體的其中一個(gè)正三角形面上，每個(gè)檢波器的工作軸與對(duì)應(yīng)的正三角形面的 交點(diǎn)位于該正三角形面的中心。
[0033] 優(yōu)選地，所述檢波器為圓柱電磁型檢波器，各個(gè)圓柱電磁型檢波器的底面與所述 正四面體的體幾何中心的距離為各個(gè)檢波器互不接觸的最小值。
[0034] 優(yōu)選地，所述檢波器為扁片電容型檢波器。
[0035] 優(yōu)選地，所述四個(gè)檢波器的四個(gè)空間矢量符合高斯散度公式。
[0036] 優(yōu)選地，所述檢波器的振幅響應(yīng)，與自身工作軸和波場(chǎng)法線間夾角Θ的關(guān)系為 out(t)=A(t)cosΘ，其中A(t)為所述檢波器在Θ= 〇時(shí)對(duì)波場(chǎng)的響應(yīng)。
[0037] 優(yōu)選地，所述支撐結(jié)構(gòu)上連接一圓椎形尾椎，所述圓椎形尾椎的軸線的延長(zhǎng)線經(jīng) 過(guò)所述正四面體的一個(gè)頂點(diǎn)后，垂直穿過(guò)所述正四面體的其中一個(gè)面的中心。
[0038] 優(yōu)選地，所述地震全向矢量散度檢波器還包括：球形殼體，分為上半球形殼體和下 半球形殼體，所述四個(gè)檢波器及所述支撐結(jié)構(gòu)放置在所述球形殼體內(nèi)部，所述下半球形殼 體的底部設(shè)置尾椎孔，所述尾椎穿過(guò)所述下半球形殼體的尾椎孔。
[0039] 優(yōu)選地，所述上半球形殼體和所述下半球形殼體的邊緣分別設(shè)置有相互配合的突 出部，所述上半球形殼體和所述下半球形殼體的突出部通過(guò)固定組件固定。
[0040] 優(yōu)選地，所述球形殼體上設(shè)置信號(hào)線孔，各個(gè)檢波器的信號(hào)輸出線穿過(guò)該信號(hào)線 孔。
[0041] 優(yōu)選地，所述球形殼體的上半球形殼體和下半球形殼體之間的接合縫隙、所述尾 椎孔和所述信號(hào)線孔，均以硅膠或橡膠材料密封防水。
[0042] 優(yōu)選地，所述支撐結(jié)構(gòu)為正四面體支撐結(jié)構(gòu)，所述正四面體支撐結(jié)構(gòu)的每個(gè)面為 任意曲面或平面。
[0043] 本發(fā)明根據(jù)場(chǎng)論的高斯散度公式，設(shè)計(jì)特定的空間運(yùn)動(dòng)矢量檢測(cè)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對(duì) 地震波場(chǎng)的頻率、振幅、相位、振動(dòng)方向、尤其是波動(dòng)力場(chǎng)的散度信息的檢測(cè)，形成全新的地 震全向矢量散度檢波器技術(shù)。
[0044] 以本發(fā)明的技術(shù)方案為基礎(chǔ)，可以達(dá)到以下目的：
[0045] 1、在傳統(tǒng)檢波器功能的基礎(chǔ)上，再增加測(cè)量地震波的散度、線矢量的功能；
[0046] 2、根據(jù)矢量運(yùn)算法則，冗余計(jì)算地震波振動(dòng)線矢量的精度優(yōu)于三分量檢波器；
[0047] 3、為全矢量散旋合體檢波器奠定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；
[0048] 4、具有傳統(tǒng)檢波器不具備的空間平衡優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0049] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中：
[0050] 圖1是相關(guān)技術(shù)中理想單檢波器在縱波波場(chǎng)中的方向性響應(yīng)示意圖；
[0051] 圖2是相關(guān)技術(shù)中理想單檢波器在橫波波場(chǎng)中的方向性響應(yīng)示意圖；
[0052] 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的地震全向矢量散度檢波器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的地震全向矢量散度檢波器的工作矢量示意圖；
[0054] 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的全積分等效高斯散度結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055] 圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的斯托克斯積分正反旋等效結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056] 圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的地震全向矢量散度檢波器實(shí)測(cè)輸出示意圖；
[0057] 圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的地震全向矢量散度檢波器的球形殼體外觀示意圖；
[0058] 圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的地震全向矢量散度檢波器的外觀示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒?發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0060] 本發(fā)明提出了一種地震全向矢量散度檢波器，其在空間結(jié)構(gòu)上是各向均等平衡 的，這是現(xiàn)有技術(shù)中檢波器都不具備的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，利用這個(gè)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)可實(shí)現(xiàn)地震波場(chǎng)散度 信息的準(zhǔn)確檢測(cè)。下面對(duì)地震全向矢量散度檢波器的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。
[0061] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種地震全向矢量散度檢波器，圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的 地震全向矢量散度檢波器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，該地震全向矢量散度檢波器包括：四 個(gè)檢波器及支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)用于支撐上述四個(gè)檢波器，使得四個(gè)檢波器的底面分別 位于一正四面體的其中一個(gè)正三角形面上，每個(gè)檢波器的工作軸與對(duì)應(yīng)的正三角形面的交 點(diǎn)位于該正三角形面的中心。
[0062] 需要說(shuō)明的是，上述工作軸為虛擬軸，用以說(shuō)明位置關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中，檢波器 的工作軸并不一定位于檢波器的正中央位置（即中心軸）。上述正四面體并非為實(shí)體結(jié)構(gòu)， 而是虛擬的空間結(jié)構(gòu)，旨在描述四個(gè)檢波器之間的位置關(guān)系。