一种地震全向矢量散度检波器的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及检波器技术领域，尤其涉及一种地震全向矢量散度检波器。
【背景技术】
[0002] 根据波动理论，波动不只表示振动，还表示振动的传播。具体地：1、振动可分解为 线振动、旋振动；2、波场散度驱动纵波，波场旋度驱动横波；3、线振动是散度和旋度的共同 作用，既包含纵波，也包含横波；4、旋振动只与旋度有关；5、体旋度是完全旋度，面旋度是 不完全旋度。因此，只能检测线振动的技术，不能干净分离纵横波。必须是能够检测体旋度 或散度的技术，才有可能解出纯横波和纯纵波。
[0003] 波动的空间运动属性，包含了丰富的信息，可以在波场分离、信噪比、保真度、成像 精度、介质属性分析等方面起到重要作用。但是，现有采集技术却只能检测振幅、频率、相位 等信息，基本没有检测波动空间运动属性的功能。
[0004]目前地震波的检测，是将波振动转换为电信号（电压、电流）或再进行数字转换来 实现。将机械运动转换为电信号的方法，不外乎应用电磁检波器、电容检波器、压电检波器 和光纤应变检波器。
[0005]电磁检波器和电容检波器是线振动型，有工作方向。理想方向滤波效应为cosΘ， out(t) =A(t)cos0。A(t)和Θ都是未知的，仅单个器件是求不出真振幅A(t)和夹角Θ 的。MEMS检波器基本属于电容型检波器，也遵循上述规律。
[0006] 光纤应变检波器可归于线振动或压强型，单器件也不能确定振动方向。所以，单个 电磁检波器、电容检波器和光纤应变检波器，都不能区分波场振动方向，更不具备检测波场 散度旋度的功能。
[0007] 压电检波器是压强型，输出与周围液态介质压强有关，无方向性，不能区分振动方 向。液态环境中压强各向同性，等效于波场散度。但在陆上固态环境，即使将其置于液态容 器中，也无法实现散度测量。
[0008] 三分量检波器，以三矢量合成方法，可以求出波场振动方向Θ和振幅A(t)。这 也是称其为矢量检波器的原因，但只是测量点的线振动矢量，不能检测振动性质、旋度和散 度。
[0009] 综上所述，现有技术中的各类检波器不能实现地震波场全信息的检测。
[0010] 图1是相关技术中理想单检波器在纵波波场中的方向性响应示意图，图2是相关 技术中理想单检波器在横波波场中的方向性响应示意图，用以说明检波器的工作方向性。 如图1、图2所示，检波器的输出基于下述公式实现：out=A·n=aXbcosΘ。其中，A表 示波场函数，矢量；η表示检波器工作方向单位矢量；a表示波场A在振动方向的瞬时振幅； b表示检波器灵敏度；Θ表示检波器的工作方向与检波器位置处波场振动方向的夹角；p为 纵波下标；s为横波下标。
[0011] 具体地，如图1所示，检波器在纵波波场中的输出基于下述公式实现：
[0012]out=Αρ·η=apXbcosθp;其中，Ap表示纵波波场等时面；ap表示波场Ap在检波 器位置的的法线方向的瞬时位移量；b表示检波器灵敏度；θp表示检波器的工作方向与波 场振动方向的夹角。
[0013] 如图2所示，检波器在横波波场中的输出基于下述公式实现：
[0014] out=As·η=asXbcosΘs;其中，As表示横波波场等时面；as表示波场As在检波 器位置的振动矢量方向的瞬时位移量；b表示检波器灵敏度；Θs表示检波器的工作方向与 波场振动方向的夹角。
[0015] 图1、图2以及上述公式中没有包含电磁电容检波器的其它性能，只是方向性的描 述。上述公式只是用来说明单个检波器，满足多矢量空间结构的方向性要求。
[0016] 传统技术中的地震波检测流程如下：
[0017] 根据波动方程，介质质点在力场中的运动关系如下式（1):
[0018]
[0019] 其中，λ、μ是拉梅常数，p是密度，U是位移向量，t是时间。
[0020] ，是外力向量
[0021] V2是拉普拉斯算子，
[0022] Θ是体变系数，
[0023] 对公式⑴求散度，得到以下公式⑵：
[0024]
[0025] 其中，div是散度，Vp是纵波传播速度。
[0026] 对公式⑴求旋度，得到以下公式⑶有：
[0027]
[0028] 其中，rot是旋度。w=rot(U)，Vs是横波传播速度。
[0029] 在传统技术中，地震波的检测只是采集到?(/，Λν「，，:)在竖直检波器工作方向的投 影，根本就不是：〇 9之后就根据公式（2)演化各种方程解纵波；采集到在水平检 波器工作方向的投影，之后就根据公式（3)演化各种方程解横波。在这些误差的基础上进 行联合求解、联合反演。因此，其误差是显而易见的。
[0030] 针对现有技术中对地震波场不具备散度信息检测或测量功能的问题，目前尚未提 出有效的解决方案。
【发明内容】
[0031] 本发明提供了一种地震全向矢量散度检波器，以至少解决现有技术中对地震波场 不具备散度信息检测或测量功能的问题。
[0032] 根据本发明的一个方面，提供了一种地震全向矢量散度检波器，其中包括：四个检 波器及支撑结构，所述支撑结构用于支撑所述四个检波器，使得所述四个检波器的底面分 别位于一正四面体的其中一个正三角形面上，每个检波器的工作轴与对应的正三角形面的 交点位于该正三角形面的中心。
[0033] 优选地，所述检波器为圆柱电磁型检波器，各个圆柱电磁型检波器的底面与所述 正四面体的体几何中心的距离为各个检波器互不接触的最小值。
[0034] 优选地，所述检波器为扁片电容型检波器。
[0035] 优选地，所述四个检波器的四个空间矢量符合高斯散度公式。
[0036] 优选地，所述检波器的振幅响应，与自身工作轴和波场法线间夹角Θ的关系为 out(t)=A(t)cosΘ，其中A(t)为所述检波器在Θ= 〇时对波场的响应。
[0037] 优选地，所述支撑结构上连接一圆椎形尾椎，所述圆椎形尾椎的轴线的延长线经 过所述正四面体的一个顶点后，垂直穿过所述正四面体的其中一个面的中心。
[0038] 优选地，所述地震全向矢量散度检波器还包括：球形壳体，分为上半球形壳体和下 半球形壳体，所述四个检波器及所述支撑结构放置在所述球形壳体内部，所述下半球形壳 体的底部设置尾椎孔，所述尾椎穿过所述下半球形壳体的尾椎孔。
[0039] 优选地，所述上半球形壳体和所述下半球形壳体的边缘分别设置有相互配合的突 出部，所述上半球形壳体和所述下半球形壳体的突出部通过固定组件固定。
[0040] 优选地，所述球形壳体上设置信号线孔，各个检波器的信号输出线穿过该信号线 孔。
[0041] 优选地，所述球形壳体的上半球形壳体和下半球形壳体之间的接合缝隙、所述尾 椎孔和所述信号线孔，均以硅胶或橡胶材料密封防水。
[0042] 优选地，所述支撑结构为正四面体支撑结构，所述正四面体支撑结构的每个面为 任意曲面或平面。
[0043] 本发明根据场论的高斯散度公式，设计特定的空间运动矢量检测结构，以实现对 地震波场的频率、振幅、相位、振动方向、尤其是波动力场的散度信息的检测，形成全新的地 震全向矢量散度检波器技术。
[0044] 以本发明的技术方案为基础，可以达到以下目的：
[0045] 1、在传统检波器功能的基础上，再增加测量地震波的散度、线矢量的功能；
[0046] 2、根据矢量运算法则，冗余计算地震波振动线矢量的精度优于三分量检波器；
[0047] 3、为全矢量散旋合体检波器奠定基础结构；
[0048] 4、具有传统检波器不具备的空间平衡优势。
【附图说明】
[0049] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：
[0050] 图1是相关技术中理想单检波器在纵波波场中的方向性响应示意图；
[0051] 图2是相关技术中理想单检波器在横波波场中的方向性响应示意图；
[0052] 图3是根据本发明实施例的地震全向矢量散度检波器的结构示意图；
[0053] 图4是根据本发明实施例的地震全向矢量散度检波器的工作矢量示意图；
[0054] 图5是根据本发明实施例的全积分等效高斯散度结构示意图；
[0055] 图6是根据本发明实施例的斯托克斯积分正反旋等效结构示意图；
[0056] 图7是根据本发明实施例的地震全向矢量散度检波器实测输出示意图；
[0057] 图8是根据本发明实施例的地震全向矢量散度检波器的球形壳体外观示意图；
[0058] 图9是根据本发明实施例的地震全向矢量散度检波器的外观示意图。
【具体实施方式】
[0059] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明的保护范围。
[0060] 本发明提出了一种地震全向矢量散度检波器，其在空间结构上是各向均等平衡 的，这是现有技术中检波器都不具备的结构优势，利用这个结构优势可实现地震波场散度 信息的准确检测。下面对地震全向矢量散度检波器的具体结构进行介绍。
[0061] 本发明实施例提供了一种地震全向矢量散度检波器，图3是根据本发明实施例的 地震全向矢量散度检波器的结构示意图，如图3所示，该地震全向矢量散度检波器包括：四 个检波器及支撑结构，该支撑结构用于支撑上述四个检波器，使得四个检波器的底面分别 位于一正四面体的其中一个正三角形面上，每个检波器的工作轴与对应的正三角形面的交 点位于该正三角形面的中心。
[0062] 需要说明的是，上述工作轴为虚拟轴，用以说明位置关系。在实际应用中，检波器 的工作轴并不一定位于检波器的正中央位置（即中心轴）。上述正四面体并非为实体结构， 而是虚拟的空间结构，旨在描述四个检波器之间的位置关系。