近场子波信号实时监控与记录

韦成府，柴祎，郝小柱

(广州海洋地质调查局 国土资源部海底矿产资源重点实验室, 广州 510075)

近场子波信号实时监控与记录

韦成府，柴祎，郝小柱

(广州海洋地质调查局 国土资源部海底矿产资源重点实验室, 广州 510075)

随着海洋地震数据处理技术的进步，在地震采集作业中，需要实时监控气枪震源近场子波的变化，将近场子波信号记录到地震数据的辅助道，用于后期的远场子波推算。本文分析了近场子波信号实时监控与记录存在的问题，如近场检波器在气枪阵列中的位置，近场子波信号输入辅助道的匹配，监控与存储的软件设置等，并提出了解决方案。

海洋；地震调查；采集系统;数据处理

0 引言

在野外采集中考察气枪的稳定性以及进行确定性子波反褶积，都要求能够获得气枪阵列的实时远场子波。目前，海上地震勘探所用的气枪阵列均由单枪与相干枪组成, 因此需要按照相干情况下远场子波合成原理,首先记录阵列单元( 所有单枪与相干枪)上的近场子波,进而利用软件模拟计算远场子波。通过对气枪阵列每次激发的远场子波进行自相关或互相关处理,评估阵列的稳定性; 在地震数据处理时,利用远场子波求取较为准确的反子波算子,进而实现确定性反褶积处理[1]。因此，远场子波的获取在海洋地震资料后处理反演中起到举足轻重的作用。

1 监控与记录存在问题

在海洋多道地震作业中，地震远场子波的获取方法和途径主要有有4种，它们的优缺点及使用情况如表1。以往的获取方法主要有实测、软件模拟、海底反射偏移距叠加提取。实测远场子波符合实际信号，但是成本高，操作难度大，实际作业中很少用到；海底反射近偏移距叠加提取，在深度300m以下浅水区信号畸形，影响结果，只有在高于300m的水深海域才能使用；通过软件模拟出的远场子波，成本低，精度也高，是目前使用最多的方法；而近年采用的通过获取近场检波信号由叠加算法推算得出的远场子波，比软件直接模拟方法具有更高的精度。

在实际近场子波的监控与记录中，往往会存在以下几个问题：

(1)近场检波器的安装合理性与否，会导致信号的检测存在较大的误差；

(2)不同的近场检波器，输出性能参数存在差异，与地震采集系统接口的要求不匹配；

(3)近场子波作为辅助道数据，在记录到地震采集系统中时，需要设置合理的参数。

表1 地震远场子波的获取方法

2 实时监控与记录方案

从气枪阵列获取的近场子波信号需要接入辅助道，辅助道为基于∑-△ ADC 24位模数转换单元，通过模数转换，接入地震采集记录系统。接入辅助道输入端的信号，需要考虑频率，模拟信号幅值即参考电压等参数。为防止检波器信号峰值电压大于辅助道输入参考电压，在接入前，需要增加幅值转换单元进行限幅，信号流程如图1。该方案中，需考虑检波器安装位置、幅值转换、实时监控、信号存储。

图1 近场子波采集、幅值转换及记录流程图

本文中所采用的辅助道为Sercel的AXCU,近场检波器为Sercel的AGH 7100C型号。根据勘探目的层的深度，震源要求各有不同。本文中所指目的层是浅层的水合物层，采用笼式枪架挂载气枪，可近似看做点震源。近场检波器频谱及枪阵如图2和图3所示。

图2 近场检波器频谱特性

图3 枪阵配置图

2.1 近场检波器配置及性能

AGH 7100 C是海洋地震勘探常用的高压震源近场检波器，标定频响范围5～300Hz(频谱如图2所示)，可以满足震源子波的频带要求。根据奈奎斯特理论，只有采样率高于信号最高频率两倍时，数字信号才能还原出原来的信号。辅助道AXCU的采样率最高可以为4kHz。因此不存在波形还原失真问题。近场检波器峰值电压可达到7.5V左右，因此要考虑其与辅助道的额定输入电压是否符合要求。

2.2 信号电压幅值匹配

辅助道所能输入的参考电压：

(1)线性信号：最大2.26V(G1600/0dB);最大565mV(G400/12dB)；

(2) 毁坏性：10V无增益。

辅助道的最大输入电压低于近场检波器的最大输出电压，这样有可能导致电压过载，导致电子原件烧坏。为此需要研制信号幅值转换单元，使得信号既能保幅又能降压。

研制的幅值转换单元，具备6路信号通道，分为3个限幅档位，限幅档位分别是：0～565mV、0～2.26V、0～5V，以满足地震辅助道输入电压要求，其电路图见图4。

图4 信号通道电路图

图5 幅值转换单元电路及实物图

信号幅值转换单元说明：每组输入有3套电路，分别对应3个不同的限幅输出。跳线组从左到右分别为“0～565mV”,“0～2.26V”,“0～5V”。通过跳线选择，可实现原始“信号+增强”模式和“原始”模式。“原始+增强”模式跳线设置为1短路，2组开路；“原始”模式跳线设置为1开路，2组短路。不能两种模式同时存在，即不能所有跳线都短路。输出端口经过切换开关在跳线2之间选择。限幅输出后接入辅助道的任一输入端，再在记录系统中指定输入端口即可。

2.3 实时监控

近场子波的实时监控只需在Seal 428客户端软件做相应设置即可。本文中我们使用辅助道单元第3通道，信号名称记为“Near Fired”。监控窗口也设定为第3个通道窗口。

辅助道的数据可以在Sercel428系统中的“e-sga marine 2.0”软件“real times”模式实时监控，设置步骤如下。

3.3.1 添加辅助道通道

点击选定“Signal Set”，在输入栏中分别输入“Label”：Near Field,通道“AUX#”：3，在菜单中点击“Setup-User Parameters”，打开参数设置窗口，Near Field 设置在第3个通道，其他参数默认，点击“Add”：添加，点“Apply”确认。注意，这里指定的通道3，则要求辅助道的硬件通道为第3通道。

3.3.2 设置时域显示窗口

菜单栏点击“Setups—User Parameters”打开参数设置窗口，点开“Amplitude/time3”，点击“Analyzer Properties”，选定“Near Field”，其他默认，点击“Apply”确定。

3.3.3 设置设置频域参数

点击“Analyzer Properties”，选定“Near Field”，其他默认，点击“Apply”确定。

通过时域窗口，即可实时查看到震源被激发响炮后传回近场检波器的信号。该信号幅值应为逐渐衰减波形，信号的幅值包络应该变化不大，如果幅值包络突然变小变大，则可以间接判断气枪响炮异常或气压下降或上升，这需要配合枪控系统查看确认。时域监控见图6。

图6 时域监控界面

频谱窗口的作用是实时查看震源响炮后的频率特性。频谱范围越宽，则记录水听器接收到的信息就越全面精细，但频谱范围主要由气枪的频响性能指标确定。因此，通过此窗口观察到的频谱范围可与气枪的参考频响指标对比，判断气枪性能的好坏。频谱窗口见图7。

图7 近场子波频谱图

2.4 数据存储

打开“Jstreamer—Setup—Layout Setup”切换到“Aux”窗口，设置序号“Nb”为“3”，辅助道输入端口“AXCU Input Nb”为“3”增益“Gain”有“1600 g1”和“400 g2”两个通道，备注“Comments”为“Near Field”，点击“Add”按钮添加，点击“Apply”按钮确认。如此设定记录磁带中即可包含了近场检波器的信号数据。

3 结论

近场子波信号的获取主要是添加一个幅值转换电路来限幅，达到辅助道输入端参考电压的要求。但是该转换应该是线性转换才最利于监控，最简单的做法可以是采用电阻分压方法实现，保证输入辅助道的电压小于参考电压即可。但主要目的是对信号的准确存储，该信号主要是找出第一个脉冲波峰。因此，有必要接入这一智能幅值转换电路，保证每个信号的准确性。该采集方案已经通过试验证明实用有效，可以用于后处理。

[1] 陈浩林, 倪成洲, 邢筱君, 等. 气枪阵列远场子波模拟与应用[J]. 石油地球物理勘探，2008(6): 623-625.

[2] Sercel公司. Seal428_v1.1_Installation_0311484. 2012.

[3] Sercel公司. Seal428_v1.1_Technical_0311485. 2012.

[4] Sercel公司. Seal428_v1.1_User1 manual_0311481. 2012.

The Near-Field Wavelet Signal Real-Time Monitoring and Recording

WEI Chengfu, CHAI Yi, HAO Xiaozhu

(MLR Key Laboratory of Marine Mineral Resources, Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510075)

With the progress of marine seismic data processing technology， we need real-time monitor the variety of air gun source near-field wavelet in seismic acquisition operation, and record the signal to the seismic system auxiliary channel which is calculated for the far-field wavelet. This paper analyze the problems in near-field wavelet signal real-time monitoring and recording, such as the near field detector position in the air-gun array, match between near field wavelet signal and auxiliary channel, software settings for monitoring and storage, puts forward a kind of solution. Through the application of this scheme, the near-field wavelet signal real time monitoring and data storage is achieved.

marinl; acquisition system; seismic survey;data process

2015-05-11

科技部863计划“天然气水合物立体探测技术”(2013AA092501)；国家地勘专项项目资助(GZH201200508)。

韦成府(1985- )，男(壮族)，广西都安县人，2009年毕业于广西师范大学应用电子技术专业，现为广州海洋地质调查局助理工城师，主要从事海洋物探的生产和研究工作，Tel：020-82253180，E-mail: weicheng027@163.com。

P631.42

A

1009-282X(2015)05-0028-04