地震勘探用三维MEMS加速度传感器的研究*

谌贵辉，刘建生，李 礼，杨 帆

(西南石油大学电子信息工程学院，四川成都610500)

0 引言

目前，地震信号传感器——检波器仍然沿用传统的、老式的动圈式机电感应传感器。这种传统的检波器在体积、坚固性、灵敏度和失真度等技术性能上有了长足的进步，但机械式的传感器的某些固有缺点却难以克服，如，动态范围小，最多达60 dB;对10 Hz以下的低频地震信号无能为力;在三分量应用中各轴向之间干扰严重，灵敏度低，误差大。石油工业理论证明，利用地震波中的横波分量(S波)数据能识别和估计地下岩性和孔隙度等油藏特征，但是现在进行的油藏描述工作采用的主要手段仍然是基于纵波(P波)的传统地震方法，横波的利用则进展不大，原因是利用传统的地震检波器进行三分量地震勘探中获得的横波数据质量不理想，特别是难以达到轴间抗干扰指标(即矢量保真度指标)，再加上野外施工中检波器的倾角和方位误差、各轴向间的灵敏度误差等因素都使P波和S波信号相互混淆［1］。

使用MEMS技术的检波器所接收到的地震数据可以在最终叠加数据上保留至3 Hz的地震信号，高频分量也有明显的提升，其动态范围大于100 dB，在三分量地震勘探中，能更好地分离P波和S波。但目前三分量数字传感器是用3只MEMS加速度传感器正交直角安装成的三分量数字传感器，这样不便于检测同点的三维地震信号。本文设计了一种基于电容结构的三维MEMS加速度传感器，这种加速度传感器拟采用微电子加工技术在两块基片上研制出能检测到三维地震波信号的MEMS检波器，即在X，Y，Z方向微加工出三套电容性机械振动系统。……