仪器极性和震源极性的判别与分析

孙军和 徐占峰 张玉升 王新庆

(1.中国石油东方地球物理勘探有限责任公司国际勘探事业部 河北 涿州 072750;2.中国石油伊拉克公司 北京 100120)

0 引 言

出于对地震资料起跳方向和与老资料对接方面的考虑，甲方在地震勘探施工前都会对仪器极性和震源极性做好明确的规定，在开工审计中或更换加速度表、电缆、伺服阀等主要电气元件后，都必须进行相应的仪器极性和震源极性测试。整个地震队在同一项目运作中必须保持仪器极性和震源极性始终满足甲方的要求，同一地震队的不同震源之间也必须保持极性一致，否则会造成严重的质量事故，导致大范围的补炮或资料不合格。对于野外技术人员来说，仅仅知道按照极性测试的步骤进行各项测试不能满足质量控制的要求，为此本文针对仪器极性和震源极性的内容、正确的测试方法和顺序以及SEG 极性约定展开讨论，指导野外技术人员正确进行极性测试，保证地震勘探的质量。

1 仪器极性的判别与分析

在开工审计的极性测试中，首先进行的就是仪器极性测试。地震仪器一共有三个极性，即:数据道极性、辅助道极性和检波器极性。在进行仪器极性测试时，必须先进行检波器极性测试，然后才能进行数据道极性和辅助道极性测试。检波器极性测试需要使用专门的检波器测试仪，如ION 公司的SMT -400，在测试之前首先得保证检波器测试仪的正常工作状态，需要有专门检定机构出具的校准证书并在有效期范围之内或者使用专门的检波器测试仪校准比对装置进行测试比对。进行检波器极性测试时，需要提前将被测试的所有检波器串埋置好，尤其是需要保证检波器竖直，在静置24 h 之后才能开始检波器测试。将检波器测试仪的电缆连接至检波器串，使用木棒依次敲击检波器串内的所有检波器顶部，检波器测试仪即会记录下极性测试结果。SEG 极性约定规定对于陆地检波器，向下激励的脉冲(敲击检波器顶部)产生一个正跳变信号;对于海上水听器，向下激励的脉冲(敲击检波器顶部)产生一个负跳变信号。通常甲方要求所有检波器极性必须满足SEG 极性约定，极性反转的检波器需要进行改正。

测试过检波器极性之后，可用检波器连接至仪器的大线采集站记录系统，测试仪器的数据道极性。辅助道也是通过大线采集站记录系统将信号采集下来的，所以辅助道和数据道的极性相同，但需要确认辅助道和数据道的滤波特性完全一致。将一个或多个测试后的检波器埋置后与数据采集系统相连，使用木棒敲击检波器顶部，仪器记录下该检波器敲击记录，将敲击记录使用现场处理机显示。使用现场处理机显示的目的在于通过第三方软件增加测试的公平性，图1 所示为检波器敲击测试结果。SEG 极性约定规定向下激励的脉冲在显示系统上显示一个正跳变信号，同时用写后读方式记录数据中产生一个正序增加的数值。先进行检波器极性测试后才能进行数据道和辅助道极性测试的原因在于，通常地震队配备的几千甚至几万串检波器不可能全部极性错误，检波器极性测试很容易识别出极性是否符合SEG 约定，使用符合极性要求规定的检波器才能正确地测试数据道和辅助道极性。

图1 检波器敲击测试结果

2 震源极性的判别与分析

2.1 相关子波极性

震源极性测试要在仪器极性测试之后进行，因为测试震源极性需要使用仪器记录并在仪器上进行显示，只有保证了仪器极性符合要求才能正确地判断震源极性。可控震源一共有五个极性，即:相关子波极性、加速度表极性、力矩马达极性、阀位移传感器极性和重锤位移传感器极性，其中相关子波极性、加速度表极性和力矩马达极性这三项受到SEG 极性约束。相关子波的极性是由力信号、真参考信号和电控箱体的相关算法决定，其中力信号是由加权和算法计算得到的，其与加速度表的极性有关，而不同电控箱体的相关算法会决定是否在相关运算中置入180°的相移［1］。相关子波的极性作为最终地震资料的起跳方向，甲方对其有着严格的规定，通常要求相关子波符合SEG 极性约定，而在与炸药震源进行资料对接时，甲方往往要求相关子波符合反SEG 极性约定。相关子波的SEG 极性约定是指力信号与真参考信号进行互相关后，其相关子波的主峰为正跳;相关子波的反SEG 极性约定是指力信号与真参考信号进行互相关后，其相关子波的主峰为负跳，符合反SEG 极性约定的相关子波形态与炸药震源的脉冲信号很相似。图2所示为相关子波的SEG 极性约定(左图)和反SEG 极性约定(右图)。相关子波极性可以通过可控震源有线一致性测试资料中真参考信号和力信号的互相关子波图来判断，通常不需要单独进行相关子波极性测试。

图2 相关子波的SEG 极性和反SEG 极性

2.2 加速度表极性

图3 加速度表敲击测试

震源极性测试的第一步就是加速度表极性测试，其中Sercel 公司的加速度表需要符合SEG 极性约定［2］，ION 公司的加速度表需要符合反SEG 极性约定［3］。SEG极性约定要求向下敲击加速度表顶部将产生正跳的脉冲信号;反SEG 极性约定要求向下敲击加速度表顶部将产生负跳的脉冲信号。图3 所示为加速度表敲击测试和SEG 极性约定、反SEG 极性约定结果显示。进行加速度表极性测试可以使用地震仪器、VCA、VQC88 或Sandwich Box 等设备，使用地震仪器时首先需要完成仪器极性测试，再使用有线一致性电缆将加速度表连接至大线采集站上，用仪器来记录敲击信号。测试时，需要将所有的加速度表(重锤加速度表、平板加速度表、备用加速度表)拆下来连接至同一电缆电路进行敲击试验，这样可以在测试加速度表极性的同时验证此电缆电路的正确，因为不可能所有的加速度表全部极性反转，如果所有测试结果均显示极性反转则此电缆电路内部或接线有问题，可以将加速度表连接至另一套电缆电路重新测试来验证。在开工审计中将备用加速度表极性一并测试，这样在日后更换加速度表时可以免去单独的极性测试，节约宝贵的生产时间。使用同一电缆电路进行所有加速度表的敲击测试后，将符合极性要求的加速度表安装回原电缆电路再一次进行敲击测试，可以验证所有震源上的电缆电路是否有问题。除了在仪器上显示敲击结果，还可以将敲击测试数据拷贝到现场处理机中进行显示，使用第三方软件可以增加测试的公平性。如图4 所示为加速度表敲击结果在仪器上(上图)和现场处理机上(下图)的显示，测试加速度表为Sercel 公司所使用，所有敲击记录显示为正跳;如果测试ION 公司使用的加速度表，则敲击记录应显示为负跳。使用ION 公司的加速度表时，其符合反SEG 极性约定，因此力信号与真参考信号相位相差180°，为了保证相关子波符合SEG 极性约定，ION 公司的电控箱体在计算相关子波时会加上180°相移，使得相关子波的主峰为正跳。

图4 加速度表敲击结果显示

2.3 力矩马达极性

图5 GETDSD 文件中的极性结果

加速度表极性测试后就需要进行力矩马达极性测试，即脉冲测试。可控震源在进行电控箱体安装和震源标定时会计算力矩马达极性、阀位移传感器极性和重锤位移传感器极性。例如使用Sercel 电控箱体时，GETDSD文件中就有这三个极性的结果显示，如图5 所示。其中阀位移传感器极性和重锤位移传感器极性是不受SEG极性约束的，同一地震队的所有震源只需要保持一致即可。脉冲测试就是为了验证力矩马达极性，脉冲测试必须在加速度表极性测试之后才能进行，其与加速度表极性测试相同使用有线一致性电缆连接至大线采集站上，用仪器来记录脉冲测试结果。SEG 对震源系统极性的约定采用Sercel 系统和力信号锁相时，真参考信号和力信号相差0°;采用ION 系统和力信号锁相时，真参考信号和力信号相差180°。脉冲测试时，震源在输入脉冲扫描信号的驱动下，重锤向上运动，平板相对向下运动，重锤和平板加速度表的输出信号用来检验系统极性［4］。图6 所示为脉冲测试时重锤和平板的运动。在脉冲测试中，重锤的初始运动方向应向上，平板的初始运动方向应向下。由于重锤质量远远大于平板质量，重锤加速度表的输出加速度信号大于平板速度表的加速度信号，所以加权和力信号将主要由重锤加速度表的输出决定［5］。使用不同极性加速度表所得到的脉冲信号也不一样，如图7 所示。当使用符合SEG 极性约定的Sercel 加速度表时，力信号显示为负跳脉冲，则力矩马达极性符合SEG约定;当使用符合反SEG 极性约定的ION 加速度表时，力信号显示为正跳脉冲，则力矩马达极性符合SEG 约定。脉冲测试结果可以在仪器上进行显示，还可以将脉

图6 脉冲测试重锤和平板的运动

图7 脉冲测试力信号显示

冲测试数据拷贝到现场处理机中进行显示，使用第三方软件可以增加测试的公平性。如图8 所示为在仪器上(上图)和现场处理机上(下图)显示的脉冲测试重锤加速度表信号和平板加速度表信号。

图8 脉冲测试结果显示

3 结 论

地震仪器一共有三个极性，即数据道极性、辅助道极性和检波器极性;可控震源一共有五个极性，即相关子波极性、加速度表极性、力矩马达极性、阀位移传感器极性和重锤位移传感器极性，其中相关子波极性、加速度表极性和力矩马达极性受到SEG 极性约束，阀位移传感器极性和重锤位移传感器极性不受SEG 极性约束。各项极性测试都需要使用正确的顺序和方法，才能保证仪器极性和震源极性满足甲方的要求。地震队野外技术人员只有对以上仪器极性和震源极性知识有足够的了解，才能满足质量控制的需求，正确解答甲方的疑问，保证地震勘探的质量。

［1］程乾生.信号数字处理的数学原理［M］.北京:石油工业出版社，1996:294 -295

［2］Sercel 公司.VE464 培训手册.2010(资料)

［3］ION 公司.VibPro 培训手册.2003(资料)

［4］Buttin and Caradec. Development of a Super Heavy Vibrator.EAGE Vibroseis Workshop，Prague 2008

［5］Sallas，J. J.，2010，How do hydraulic vibrators work?A look inside the black box:Geophysical Prospecting，58，3 -18