地震检波器行业报告.doc

地震检波器行业报告一、行业背景（一）地质勘探的方法石油、天然气是当今世界最重要的能源，也是工业社会重要的化工原料，被誉为工业的血液。目前，油气资源的勘探方法主要有三类：地质法：观测、研究裸露在地面的地层、岩石，对地质资料进行分析综合；物探方法：利用物理仪器观测到的物理现象推断地下的地质构造特点，寻找可能的储油构造。主要有：重力勘探、磁法勘探，电法勘探，地震勘探；钻探法。其中，地震勘探是其中发展历史最长，技术最成熟，相对其它的物探方法相比具有高精度、高分辨率及探测深度大的特点，是地下地质构造寻找油、气藏的最行之有效的一种勘探方法，目前几乎所有的井位都是用这种方法测定的。（二）地震勘探的主要原理地震勘探方法是以研究岩石的某种特性为基础，首先在所布置的测线上的某点，采用人工震源产生地震波。地震波以地壳土壤、岩石等为介质从地面向地表传播，并在不同地层中发生反射。其传播路径、振动方向和波形将随所通过介质的弹性性质及几何形状的不同而变化。这些反射地震波信息携带着丰富的地层信息返回地面就引起地表的振动，并被安置在地面的专用传感器接收处理。根据接收到的波的传播时间、速度等资料，可推断波的传播路径和介质的结构，而从波的振幅等参数可推断岩石的性质，从而反演地下地质构造、地质层的边界、形状以及地藏物质的属性“地震剖面图”。通过在一个工区内布置多条测线，形成测线网，并在多条测线上进行这种观测之后，可得到地下地层起伏的完整概念，再综合其它物探方法和地质、钻井等各方面的资料，确定可能储存油气的地质构造和钻探的井位，从而达到勘探的目的。（三）地震勘探所使用的主要仪器地震勘探基本工作包括激发地震波、接收记录地震波和处理解释地震资料三个方面。激发地震波主要采用人工放炮的方法。地震勘探是目前最常用石油勘探方法之一，它的基本原理是利用人工地震在地层中产生振动信号，根据设计要求在距离激发点不同的地方布置传感器（即地震检波器）接收振动信号，然后对接收到的振动信号进行处理、解释，根据信号的频率、振幅、速度等信息分析不同深度地层的属性、构造的形态等，从而初步判断是否有具备生油、储油条件，最后提供钻探的井位。地震数据采集系统主要由传感器（又称检波器）和数字地震仪组成。检波器是一种将地面振动转变为电信号的传感器,或者说是将机械能转化为电能的能量转换装置。工作时埋置于地面，把地震波引起的地面震动转换成电讯号并通过电缆将电讯号送入地震仪；数字地震仪将接受到电讯号放大、经过模/数转换器转换成二进制数据、组织数据、存贮数据。地震勘探仪中最重要的环节就是地震检波器。地震勘探仪通过地震检波器拾取地震波，因此，地震检波器直接影响着地震仪的分辨率、频带宽度等性能。二、地震检波器介绍（一）主要类别目前物探行业所使用的地震检波器种类繁多，从工作原理上，可分为动圈式、压电式、数字式及光纤检波器；从能量转换机制上，可分为速度型和加速度型检波器；按用途，可分为陆用、沼泽、海洋和水下检波器。各种类型检波器工作原理如下：动圈式检波器动圈式检波器的基本工作原理是基于电磁感应。利用上、下两个线圈绕制在铝制线圈架上，组成一个惯性体，由弹簧片悬挂在永久磁铁产生的磁场中，永久磁铁与检波器外壳固定在一起。当检波器外壳随地面震动时，引起线圈相对于永久磁铁运动，两线圈产生感应电动势，感应电动势的大小随检波器外壳振动变化，振动幅度越大，感应电动势也大，反之亦然。在输出端输出相应的电信号，传输给地震仪。压电式检波器压电检波器是以某些物质的压电效应为基础的一种有源传感器。在外力作用下，某些物质变形后其表面会产生电荷；当外力去掉后，又重新回到不带电状态。野外使用时，检波器使用尾锥与大地耦合，当大地振动时，由于弹簧的刚度较大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性较小。因此质量块感受与检波器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力的作用。这样质量块就有一个正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片具有压电效应，因此在它的两个表面就产生了交变电荷（电压）。利用这种压电效应，检波器将地震波引起的压变效应转变为电信号，传输给地震仪。数字检波器所谓数字检波器是相对于常规检波器的输出信号而定的，常规检波器输出的信号都是模拟信号，信号的数字化是在采集站里完成的，而数字检波器由于输出的是直接数字化的信号，因此称为数字检波器。由于现在应用的数字检波器都采用MEMS技术，因此也称为MEMS（MICROELECTRON MECHANIC SYSTEM）检波器。数字检波器主要由传感器、ASIC（专用集成电路）电路和DSP（数字信号处理器）和其它辅助电路组成。传感器检测大地震动信号，ASIC电路实现对传感器的反馈控制，同时完成信号的模数转换，DSP完成数字滤波。其它辅助电路主要完成供电、提供测试信号、重力方向检测等功能。光栅检波器光栅地震检波器利用光栅谐振子随大地震动产生莫尔条纹,并根据大地震动的上下方向不同对莫尔条纹进行分别计数,再转换为电能并以数字信号输出,是一种机-光-电耦合转换装置。工作时将检波器与大地耦合，当地面振动时,固定于地面的检波器随之运动,检波器中的“弹簧质量”系统与外壳产生相对运动,在光电器件的接收面上产生运动的光栅莫尔条纹,经光电转换、信号处理并计数后,将大地的震动信号以数字信号的形式输出。（二）主要技术指标尽管各类检波器工作原理不同，但有一些通用的技术指标，主要包括：工作频带由于不同频率的反射波衰减速率不同，地面深层的高频反射波衰减要快于近地面浅层反射波，这就要求地震检波器的工作频带要尽可能宽，以接收不同形式的反射波。动态范围地震反射波的接收是地震勘探最前端的工序，现有的地震仪的动态范围已达120140dB，而目前最常用的动圈检波器动态范围仅为60dB左右，这大大降低了地震仪的使用效率。失真度失真度(畸变)是输出信号谐波分量有效值总和与基波分量有效值之比的百分比, 失真度是衡量检波器性能的综合指标,它决定了检波器的瞬时动态范围。灵敏度指检波器对地面振动响应的敏感程度。检波器灵敏度越高其对弱小信号的响应能力就越强,即有利于接收地震勘探中的弱小信号。容差容差表示同种型号的个体检波器互相之间技术指标的相对差异，一般用百分比表示。虽然它不是检波器本身的技术参数，但在采用组合检波时直接影响地震数据的采集效果。（三）各类检波器性能比较1、动圈式检波器动圈式检波器是目前行业中使用最广泛的地震检波器，经过多年的研究和发展，其性能得到了很大提高，稳定性也很好。但随着物探技术发展对数据采集质量的要求越来越高，因此动圈式检波器暴露的问题也越来越多，主要表现在以下几方面：失真度高目前常规检波器的失真度为0.1%，最好的超级检波器的失真度为0.075%，远远低于地震仪的0.0003%，产生失真的主要原因在于弹簧、线路、阻尼等部件的非线性问题。一致性差现在常规检波器的容差约在7.5%左右。随着地震采集技术的发展，地震道所使用的地震检波器的个数越来越多，如果检波器之间的一致性不强，不同检波器接收同一信号的结果就会有不同的输出，进行叠加就会产生失真，这将降低地震数据采集质量和保真度。抗电磁干扰能力不足动圈式检波器是基于电磁感应原理而制成的，野外勘探时外界的电磁干扰问题难以解决，这也制约了其测量精度的提高。2、压电式检波器与常规动圈式检波器频响特性相比，压电加速度检波器的低频和高频响应特性好，失真度低，动态测量范围大，工作频带宽，野外的试验结果也证明了这点。这种检波器的不足之处有两点：由于是有源检波器，野外使用不方便；压电式检波器的核心部件-压电晶片的加工要求很高，国内在压电晶体方面加工工艺的原因，检波器的一致性不好，而且使用寿命较短。由于以上两种原因，压电加速度检波器在陆地勘探中没有得到充分应用，但随着物探技术的发展，特别是单点采集技术的发展，以及国内压电晶体工艺的进步，压电检波器的应用将有较好的前景。3、数字检波器数字检波器与模拟检波器相比，有以下优点：谐波失真小，整个采集系统的动态范围增大。抗电磁干扰能力强，在复杂地区施工十分有利。相位失真小，几乎是零相位的，因此接收到的信号没有相位失真，因此真实反应大地振动状态。这是常规模拟检波器所不能达到的，对高分辨率勘探和岩性勘探更为有利。但数字检波器无环境噪音衰减，环境噪音大时不适用，测量时要求道距更短,需要道数多，替代大面积组合所有检波器价格仍然太高。4、光栅检波器光栅检波器的主要特点为：精度高,由于光栅刻划技术以及电子细分技术的发展,特别是莫尔条纹对光栅栅距局部误差具有消差作用的特性,目前一般认为光栅式测量装置在大量程测长方面的精度是仅低于激光式测量的一种高精度测量装置。兼有高分辨率和大量程两特性,这也是测量装置中一个非常难得的突出特点。具有较高的抗干扰能力,对环境条件要求不高。但其加工工艺难度大,稳定性也有待进一步的研究。三、地震检波器行业发展概况（一）国外地震检波器发展状况从上世纪90年代初期至今，地震勘探仪器的发展进入了新的历史时期24位A/D遥测仪器阶段。1993年，荷兰SENSOR公司率先推出了与24位遥测地震仪相配套的超级检波器SM4SH(superphone)，失真系数由0.2降低为0.1以下。1994年，SENSOR公司又推出了低失真SM24超级地震检波器，失真小于0.1，是国际物探市场最早推向市场的真正的满足24位数字地震仪的超级检波器。1993年后，美国西方地球物理公司(WESTERGEOPHYSICAL)推出的1018型检波器，失真降低为0.12。日本的OYO公司推出了GS30CT超级检波器，失真小于0.12，随后，又推出了GS32CT超级检波器。美国MAHK公司为满足国际物探市场需要，也积极开发超级检波器，1995年在SEG杂志上宣布推出了一种低失真的MARK2超级检波器，开路涡流阻尼为682.5。为减少失真，采用了一种独特线架结构，磁钢选用航天航空工业常用的高矫顽力、高剩磁、低温度系数的钐钴磁钢，失真系数小于0.05，是代表目前国际先进水平的最新一代超级检波器。在10多年的发展过程中，国际地震勘探仪器装备制造厂商经过激烈的竞争、兼并、联合，基本形成了以法国Sercel公司和美国I/O公司占据世界主要市场的格局，其他公司也在激烈的市场竞争中，依据自身的优势与条件不断寻求生存空间和发展机遇。（二）我国地震检波器行业发展历程我国地震检波器行业大致经历了三个发展阶段：1、1978年前，地震检波器以窄频带（14-60 Hz）、低灵敏度30 dB为主的动圈式检波器，五、六十年代主要仿制原苏联的产品， 如：西安石油勘探仪器总厂生产的DJ-541、DJ-58l和DJ-591型地震检波器，而六十年代生产的DJ-631、DJ-641、DJ-651型地震检波器为仿美产品。七十年代开始自行研制生产，研制数字(级)地震检波器，这一阶段奠定了我国地震检波器生产的基础。2、上世纪80年代中期，随着地震仪器数字化的提高，出现了三维地震、高分辨率地震，VSP地震测井技术，由此扩大了地震勘探领域（山地、戈壁、沙漠、滩海及海洋），地震检波器在性能和适用范围上也随之发展，检波器的灵敏度、频带、失真度等技术指标得到了较大改进。八十年代后期，先后引进荷兰SENSOR公司的SM-4系列和美国GEOSPACE的GS-20DX系列数字地震检波器的技术和设备，经过消化吸收及改进，推出了SN4和JF-20DX系列检波器，推进了我国地震检波器的发展。3、上世纪90年代，三维地震日益成熟，出现了四维地震、多波多分量勘探、井间地震等新技术，与之相配备的地震检波器在使用多样性方面得到提高，如三分量检波器、四分量检波器、涡流检波器等，但在性能上还没有得到大幅度提高。 （三）检波器行业发展趋势经过多年的勘探工作之后，一些埋藏较浅、表层地质条件简单的构造油田大多已被发现，现在等待人们去寻找的都是一些埋藏较深、地质条件较复杂的小构造油田，这就要求增大勘探深度和提高勘探的精度和分辨率。随着高精度油气勘探技术要求的提高和油气勘探复杂程度的增加，物探技术要为油气勘探与油田开发提供更高精度以及更准确的地下油藏信息，这就要求在地震数据采集过程中使用的地震检波器具备检测更微弱地下信息的能力。地震检波器正在朝着低失真、高假频、高有效输出(低电阻高灵敏度)的方向发展。随着科学技术的迅速发展，应用不同新技术、新材料的各种检波器开始走上舞台，如微机械检波器、压电陶瓷检波器、压阻检波器、光纤检波器等，还有一些新技术将会出现在未来检波器的产品中。地层勘探技术的发展，导致对地质构造的描述向更深、更小、更薄的方向延伸，随之而来的便是对地震仪器的要求越来越高：信号测量的高分辨率、良好的动态范围、强的抗干扰能力以及更多信道和高采样率。进而达到高分辨率地震勘探领域，特别是在浅层地震勘探和工程地震中，随着新一代地层信号源可控震源的出现，给常规地震观测系统提出了难题：高频信息的获取、微弱信号的检测和扫描信号的长时间记录等。四、地震检波器行业分析（一）国内石油资源短缺，油气勘探任务加重我国石油资源最终可采储量约为130150亿吨，仅占世界石油可采储量（4563亿吨）3%左右。到2005年底，我国石油剩余可采储量为24.6亿吨，仅占世界剩余可采储量（1402.8亿吨）的1.8%.按每平方公里国土的平均资源比较，我国石油可采资源量的丰度值约为世界平均值的57%.剩余可采储量丰度值仅为世界平均值的37%.与世界石油资源量相比，我国具有技术和经济意义石油资源量相对不足。根据国家计委宏观经济研究院的预测，即使按比较慢的消费增长速度预测，到2010、2020年我国石油供应缺口仍将依次为1.26和2.05亿吨。届时我国对外石油依存度将分别达到约42%、和54%。我国经济的快速发展迫使国内大量进口石油。根据2008年全国能源工作会议透露的数据，2008年我国累计进口石油（含燃料油）21853万吨，比2007年增加2156万吨，同比增长10.9%，石油对外依存度进一步上升，达到51.3%。（二）石油资源开发成本增加，精细化勘探迫在眉睫我国石油资源赋存条件差。陆上有35.8%的石油资源分布在高原、黄土塬、山地、沙漠、沼泽和滩海等较恶劣的环境中；56%的石油资源量埋藏在20003500m之间；西部埋深则以大于3500m 的为主。我国非常规石油资源量占比例较大，陆上重稠油占16.4%（113.5亿吨）。海上重油资源的比率更高，占33.3%.就我国石油剩余探明可采储量而言，低渗或特低渗油、重油、稠油和埋深大于3500米的占50%以上。而待探明的可采资源量中大都是埋深更大、质量更差、边际性更强的难动用资源。石油资源赋存特点决定了我国石油资源增储难度加大，勘探成本会进一步提高。当今我国陆上大多数主力油田已经进入中后期开发阶段。东部油田产量逐年递减，近10年来已累积减产1000万吨以上，今后年减产幅度将会更大，“稳定东部”变得越来越困难。“发展西部”已10年有余，但西部后备资源数量明显不足，未能形成产区的战略接替。海域油田原油产量所占比重逐渐加大，但份额仍较低，如果勘探再无重大的发现，可采储量也不会出现大的增加。近年来，我国石油新建的生产能力难以弥补老油田的产量递减，老油田挖潜成为原油产量的重要组成部分，石油稳产难度加大。（三）市场容量地震检波器在石油勘探中应用最为广泛，此外在地裂缝探测、煤气层开发、泥石流预警以及VSP测井等方面有着广泛用途。1、石油勘探市场石油勘探中，地震检波器属于易耗品，产品使用寿命在23年。目前国内地震仪数量在160部以上，用于普通二维勘探时，每部地震仪有1200个通道，每个通道至少接2串（1串=10只）检波器，现在部分油田开始采用三维勘探，检波器数量增加5倍。为适应寻找新油田和老油田二次开发需要，目前石油物探部门采用高密度勘探方案，就是将接口和检波器量扩大5倍，也就意味着检波器需求数量在基本配置基础上增加5倍，现在有的勘探每道间距已经达到了5米，相当传统勘探间距的1/10，也就是检波器的数量要增加10倍。保守估计，国内每年对地震检波器的需求在1000万只以上，预计每年将以20%左右的速度增长，石油勘探市场地震检波器市场规模在10亿元以上。2、地裂缝探测发生在城市范围内的直下型大地震可能产生巨大的灾害，包括高的振动破坏和强的断裂地表错动。因此，城市范围内的直下型活动断裂和隐伏活动断裂探测及地震危险性和危害性评价是十分重要的，汶川大地震彰显其准确探测和监测的急迫性。以每个省一年的用量2000只计算，每年全国用于地裂缝勘测检波器的用量在6万只以上，市场容量在3亿元以上。3、VSP测井、钻井VSP即三分量微测井技术，是物探技术用于测井方面的典型产品，但因其高昂的成本限制了此项技术的推广使用，加之技术能力的制约，长期以来一直为国外公司所垄断。国外公司给国内油田，每测一口井其费用约在600万元以上。以目前各大油田井位数量估算，VSP测井市场极大。每口井的测试费用按300万计算，全国每年需要测试的井数量在上万口以上，仅以每年测试1000口井计算，每年VSP测井的市场容量在10亿以上。4、煤层气开发我国煤炭资源丰富, 但地质条件复杂, 成为制约煤炭工业持续发展的重要因素。煤层气又名瓦斯，对采煤安全影响极大。但瓦斯作为易燃气体，其应用价值极大，瓦斯发电以成为实用技术正在得到广泛的重视和试点。预防瓦斯侵害和利用瓦斯发电的前提条件就是准确探测地表下瓦斯的含量和位置。地震勘探首当其冲，地震勘探是项系统工程, 对煤层气含量的准确定位同样需要高精度高分辨率的地震传感器，市场容量预测：如以每进行一次测试需要的费用20万元计算，由于我国煤层气的特点，每年的市场容量在3亿元以上。综上所述，地震检波器在石油勘探及其他衍生市场的市场容量在30亿元以上。（四）市场竞争国际市场上，经过多年发展，国际地震勘探仪器装备制造厂商经过激烈的竞争、兼并、联合，基本形成了以法国Sercel公司和美国I/O公司占据世界主要市场的格局，其他公司也在激烈的市场竞争中，依据自身的优势与条件不断寻求生存空间和发展机遇。法国Sercel公司成立于1956年，是世界最为著名的地震勘探仪器生产企业之一，作为世界地震数据采集行业 50 多年的领先者，产品包括陆上及过渡带采集系统、海上采集系统、海底采集系统、软件采集系统、检波器等，2007年销售额达5.63亿欧元。美国I/O公司是一家面向全球石油和天然气行业提供地球物理行业技术、服务和解决方案的供应商，2007年更名为ION 地球物理集团公司（以下简称ION）。国内市场上，西安石油机械厂检波器分厂长期处于行业领先地位。主导产品有SN4系列检波器、SN7C系列超级检波器、SN7G系列高灵敏度检波器、SWJ2涡流加速度检波器、ZJ3沼泽检波器、DFJ3三分量检波器和压电检波器等。（五）部分重点企业介绍西安石油仪器总厂西安石油勘探仪器总厂始建于1954年，前身是由北京地球物理实验室和西北地球物理修造所合并组建的。1964年，原石油工业部决定从北京石油研究院和大庆等油田抽调科技人员充实科研队伍，成立了西安石油仪器厂。70年代初，胜利油田地球物理攻关队与西安石油学院合并成立了西安石油仪器二厂。1978年石油仪器厂与二厂合并，组建成立了西安石油勘