分布式光纤传感器（DAS）弹性波场响应特征研究

论文摘要

分布式声学光纤传感系统是目前较为热门的可以接收和记录反应地下地层的弹性波信号的一种新型传感设备,因其独特的优点有代替传统地震传感器进行探测的趋势。光纤的接收记录与地震检波器的较为一致,但也存在一些复杂的响应。这些响应的复杂程度不仅与光纤解调仪的解调模式以及光纤的种类不同有关,其主要原因是由于光纤弹性波场响应特征的特殊性。目前已有研究极少进行光纤的正演实验,大多是基于光纤的实际试验来研究其响应参数,而这些参数受仪器自身的影响较大。因此,从数值模拟研究光纤自身的接收弹性波特征响应的角度出发,无论是对前期的观测系统设计以及对后期的数据处理都有较大的实际意义。本文通过以地震检波器接弹性波数值响应为参考,基于两种数值模拟计算方法,即基于平面波质点位移与速度公式的光纤信号数值模拟与基于三维波动方程有限差分的光纤信号数值模拟进行试算,并成功地同通过光纤信号的数值模拟实现了光纤接收信号与地震检波器接收信号的相互转化。结果表明两种计算方法效果较为一致,但第一种模拟方法由于其特殊性并不能实现复杂波场的转化,因此在后期试算分析时较多采用第二种方法。通过不同的传播方向以及方位角,分别对P波、S波以及Rayleigh面波的振幅与角度灵敏度进行讨论,验证了分布式光纤接收体波与面波的特殊性,并在后期通过设定三维各向同性粘弹性模型进一步证实了前文的接收响应特性。本文首先对正演数据的单炮记录以及单道波形进行分析,总结了二维探测时光纤接收弹性波波场响应特征特性。其次结合三维测线同一传播方向不同方位角接收的数据,通过的处理更加深入的分析了不同类型的波的接收响应特性。最后通过正交测线的极性与光纤的信噪比分析,总结了光纤与地震检波器响应的异同点,进而对DAS进行不同的光纤布设结构分析,并为浅层人工源地震勘探提供指导建议。

论文目录

摘要

abstract

1 引言

1.1 选题依据及研究背景

1.2 研究现状

1.2.1 DAS用于地震勘探

1.2.2 光纤用于近地表监测

1.2.3 光纤用于井中VSP技术

1.2.4 光纤用于声震监测

1.2.5 存在的问题及研究方向

1.3 研究内容与成果

2 分布式声学光纤传感基本理论

2.1 光纤传感的基本理论

2.1.1 测量长度

2.1.2 技术参数

2.1.3 单模和多模光纤

2.1.4 DAS接收地震信号的信噪比

2.2 基于平面波质点位移-速度公式的光纤信号数值模拟原理

2.2.1 基于面波质点位移-速度公式的光纤信号数值模拟

2.2.2 基于体波质点位移-速度公式的光纤信号数值模拟

2.2.3 技术路线

2.3 基于三维波动方程有限差分的光纤信号数值模拟原理

2.3.1 弹性波三维自由表面粘弹性介质有限差分数值模拟

2.3.2 光纤接收波场响应原理

2.3.3 将光纤应变率转换为质点速度

2.4 本章小结

3 分布式光纤（DAS）接收信号的极性与振幅响应

3.1 体波接收响应对比

3.2 面波接收响应对比

3.3 设计采集参数及处理手段增强信号接收灵敏度

3.3.1 通过设计采集时测量长度的大小改变光纤的响应灵敏度

3.3.2 改变耦合方式以提高灵敏度

3.3.3 互相关法与宽边缠绕法

3.4 本章小结

4 分布式光纤（DAS）数值模拟及试算结果分析

4.1 震源设定

4.2 观测系统建立及理论模型试算

4.3 试算结果与分析

4.4 Rayleigh面波数值模拟试算

4.5 正交测线的同相轴极性分析

4.6 模拟SNR试算

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 工作总结与认识

5.2 存在的问题与展望

致谢

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郑伋

导师: 钱荣毅

关键词: 分布式声学光纤传感,光纤信号数值模拟,弹性波场响应特征

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: P631.4

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.001025

总页数: 75

文件大小: 3845K

下载量: 162

分布式光纤传感器（DAS）弹性波场响应特征研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢