【摘 要】
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石油和天然气是重要战略资源、国家经济发展和国计民生的重要支撑。以往油气勘探以压电式、磁电式和涡流式等电子式检波器为主。然而电子检波器存在抗电磁干扰弱、检测灵敏度低等问题,无法满足长距离、分布式探测,因此提出了光纤式地震检波器。本文将相位敏感光时域反射仪（Φ-OTDR）应用到地震信号检测中,并进行了一系列的地震信号检测方法研究,为实际勘探奠定了理论基础。在参考国内外文献的基础上,对现有地震信号检测方
【基金项目】
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博士后合作预研课题； 吉林省科技厅重点研发课题:基于分布式光纤声传感技术的地震采集系统研制；
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石油和天然气是重要战略资源、国家经济发展和国计民生的重要支撑。以往油气勘探以压电式、磁电式和涡流式等电子式检波器为主。然而电子检波器存在抗电磁干扰弱、检测灵敏度低等问题,无法满足长距离、分布式探测,因此提出了光纤式地震检波器。本文将相位敏感光时域反射仪（Φ-OTDR）应用到地震信号检测中,并进行了一系列的地震信号检测方法研究,为实际勘探奠定了理论基础。在参考国内外文献的基础上,对现有地震信号检测方法以及Φ-OTDR系统地震信号处理现状进行了深入的研究,对比分析了国内外各种方法的优缺点;研究了Φ-OTDR系统的基本原理、光电探测机理以及所能达到的性能指标。设计了Φ-OTDR系统的解调方法,其采用I/Q正交解调方法获取正交信号,根据正交信号幅值信息采用振动定位方法获得振动位置;将正交信号进行反正切运算、值域扩展和相位解卷绕处理获得相位信号。分析了Φ-OTDR系统的噪声来源后,提出了一种变步长归一化最小均方（VSSNLMS）去噪方法,并与小波去噪、经验模态分解软阈值（EMD-soft）去噪、变分模态分解非线性小波阈值（VMD-NWT）去噪等传统去噪方法进行了对比分析。实际搭建了基于Φ-OTDR的地震信号采集系统样机,设计了压电陶瓷（PZT）系统模拟地震信号对本文提出的解调算法进行验证,具体过程为:设置将PZT置于光纤10.14km处,并设定100Hz、200Hz、300Hz、400Hz和500Hz等五种不同频率进行实验验证,结果显示:提出的VSS-NLMS去噪方法得到的位置信息信噪比分别为59.31dB、46.81dB、50.14dB、34.00dB和67.09dB,优于传统的其他三种去噪方法;并根据位置信息利用相位解调算法可以准确获取预设的PZT频率信息,又进一步分析验证了PZT电压与相位幅值呈线性关系。最后,计算了实验结果的偏差程度,分析了误差因素。实验结果表明:该系统传感距离达10.2km,空间分辨率为11m-14m,频率响应范围为25Hz-1700Hz。本文通过对地震信号解调和去噪方法的研究,为地质结构的实际工程探测奠定了研究基础,具有一定的参考价值。
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