检波器接收近道超调问题研究

崔　磊，姚光凯，陈治庆

(中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司　山东　东营　257086)



·经验交流·

检波器接收近道超调问题研究

崔磊，姚光凯，陈治庆

(中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司山东东营257086)

摘要：在高精度地震勘探中，检波器近道超调问题一直困扰着原始资料的记录和数据的处理分析，影响资料的准确性，引起记录超调现象的原因主要包括检波器参数、仪器前放和激发因素。针对施工中存在的引起检波器近道超调原因进行分析和研究，采用不同标准的检波器、不同的激振参数以及不同标准信号源输入的仪器记录测试，模拟野外环境进行实验，提出解决方案。

关键词：地震勘探；检波器；振幅输出；超调；激发

0引言

超调是记录波形失真的一种现象，检波器初至信号超调是近炮点接收的地震波出现失真(“削顶”)现象。

由于东西部施工区浅层地质条件的差异，西部地区更易引起超调现象的发生。激发能量是获得高信噪比地震能量的基础，地震勘探中，凡是在偏移距较小的情况下，就会出现近道检波器接收信号过大的现象，从而引起地震资料处理中部分近炮点检波器波形出现超调，造成废炮，影响资料的准确性。

目前对于检波器近道超调问题的研究还是空白，地震勘探数据采集中，引起采集信号超调的现象比较多，理论分析其主要原因有检波器振幅输出、仪器因素和激发因素。我们针对引起的原因进行研究、测试和分析，通过不同的试验来验证这几项指标对检波器失真超调的影响大小，仪器记录信号不失真测试和野外试验点原始资料分析比对，提出有效方法克服野外近道超调现象的发生。

1检波器振幅输出测试

为测试检波器的最小输出噪声和最大输出幅值，模拟野外场景设计了两种激励方式，一是采用单极性正脉冲激励法获取检波器串波形；二是采用不同频率、不同幅值的正弦信号作为激励信号源获取单个检波器波形。

1.1单极性正脉冲激励法

设计单极性正脉冲信号源，为检波器失真测试提供一个频率范围。选用6串2并检波器串，通过功率放大器、激励振动台，从环境噪音监测开始逐步增加激励信号的幅值，直到激振台输出信号达到8 V使检波器开始失真为止，逐次激励、记录，完成检波器最大不失真输出幅值波形的测试。

在同一频率信号下，源方波激励信号触发单极性正脉冲信号源产生正脉冲信号，激励检波器串输出，三种信号由同一示波器显示，如图1示。振幅在0～14 V范围内得到图示检波器串在振幅达8 V时开始失真，幅值增加后输出波形失真明显。

图1　检波器串临界值输出波形图像

1.2不同频率、振幅激励振动台的检波器超调测试

采用标准信号源，通过数据采集卡记录测试检波器的幅频特性，分析验证检波器受到正弦波信号激励时，输出的波形是否是正弦的，并查找波形失真的临界点。完成两种条件测试，一是不同频率相同幅值激励振动台的检波器信号测试；二是同一频率(10 Hz条件下)，不同振幅的检波器测试。

1.2.1不同频率固定增益试验

为试验的准确性，选取4个20DX检波器分别对应图示四个输入通道②③④⑤，对比一个标准信号源①参考信号，如图2(a)所示，从5 Hz频率开始直接测试至35 Hz，抓取幅值最大，波形最好的13 Hz时信号作为例图。同时，根据信号的相关性分析，利用Matlab分析并计算得出所有频率下的四通道检波器相关系数表，画出相关系数图如图2(b)所示。

由图示，4个检波器波形、相关系数及曲线都与参考信号波形相似，无明显失真，故可以认为其失真度跟频率的关系很小。

①参考信号； ②无阻尼检波器1； ③带阻尼检波器； ④无阻尼检波器2； ⑤无阻尼检波器3图2　不同频率固定增益试验数据采集图像

1.2.2同一频率不同振幅试验

同样，选取与上一试验相同的4个20DX检波器分别对应图示四个输入通道②③④⑤，对比一个标准信号源①参考信号，固定频率10 Hz，改变振幅0.5～4 V，选取具代表性的两个幅值作为例图，如图3所示。

由图示，对于单检，10 Hz频率下，当振幅达到1.7 V时，无阻尼检波器开始失真；而对于灵敏度高的带阻尼检波器，其振幅达3.5 V时，带阻尼检波器才开始失真。故带阻尼检波器在使用中性能最稳定。

2仪器记录参数测试

试验中使用一根428采集链连接4个20DX-10检波器，分别设定单极性脉冲信号和仪器标准信号源两种信号激励，将不同频率、不同幅值的正弦信号输入到采集站入口，产生一个具有独立时钟晶振的数据道组或与每个数据道的信号振荡器有关的一个较长数据记录。通过小系统进行观测、记录这个数据，从而分析不同增益(0 dB /12 dB)条件下，施工仪器允许的最大不失真信号是多少，并利用Matlab对数据进行分析(只取能量初至信号)。

设定单极性脉冲信号作为激励，0 dB时，振动台的增益调至最大，使输入信号达4.2 V时输出波形仍没出现失真现象；12 dB时，输入达1.2 V时输出波形出现失真现象，如图4(a)所示。

设定标准信号源即正弦波信号作为激励，0 dB时，不同频率下，输入达2.5～3 V时输出波形出现失真现象;12 dB时，不同频率下，输入达600 mV时输出波形出现失真现象，如图4(b)所示。

①参考信号； ②无阻尼检波器1； ③带阻尼检波器； ④无阻尼检波器2； ⑤无阻尼检波器3图3　同一频率不同振幅试验数据采集图像

图4　0dB /12dB 条件下检波器输出图像

3激发因素

选择野外施工中二维观测系统的工区提取其近炮点试验资料分析。该工区采用二维观测系统，道间距20 m，偏移距10 m；采集选用428XL仪器记录，记录长度7 s，采样间隔1 ms，前放增益12 dB；接收检波器为20DX-10，连接方式6串2并，井深、药量试验参数见表1。

对应井深、药量参数表抽取出放炮资料中的试验数据，通过Matlab分析，提取绘制出近炮点超调道的波形，并取得各道的最大最小值进行对比研究，如图5所示。

图5　超调道波形

发现除直流漂移原因造成突出变化的几个点外，超调道波形和超调道各道的最值曲线几乎为一条直线，可认为出现了仪器“削顶”，超过了增益12 dB时仪器的门限值0.565 V。

表1　井深、药量试验参数表

4结束语

经试验分析，解决施工时检波器近道超调问题应注意以下几点:

1)检波器振幅输出：野外放炮时，近道尽量选择幅值小、灵敏度高的3串3并检波器或单检接收。

2)仪器因素：野外采集时增益参数选择方面应以最大输入信号不至使放大器输出畸变为原则。排列噪音较小时，应选择12 dB；在排列噪音较大时，选择0 dB。对于428XL 仪器，在确保震源能量的情况下，应尽量选择0 dB，因为在此增益参数下，仪器具有较大的动态范围。

3)激发因素：据野外工区试验资料分析，观测系统一定的情况下，井深、药量决定了近道检波器的输出幅度是否能超出仪器门限值。增益0 dB时，允许最大输入的值为2.262 V；增益12 dB时，允许最大输入的值为0.565 V。超出则引起仪器记录超调现象的发生。

参 考 文 献

[1] 程佩青.数字信号处理教程(第三版)[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2] 刘浩,韩晶.Matlab R2012a 完全自学一本通[M].北京：电子工业出版社，2013.

[3] 林静,林振宇,郑福仁.Labview虚拟仪器程序设计从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2010.

Research on Problems of Near-trace Overshort of Geophone Data Acquisition

CUI Lei,YAO Guangkai,CHEN Zhiqing

(Sinopec Geophysical Corporation Shengli Branch,Dongying,Shandong 570862,China)

Abstract：In high precision seismic exploration,geophone shortcut overshoot has interfered the original data recording and data processing,which affects the data accuracy.The main reasons causing record overshoot phenomenon includes geophone parameters,instrument preamplifier and stimulating factors.This paper analyzes and researches on the near-trace overshoot existing in construction,simulates field environment to carry out experiments by using different standard geophones and instrument with different vibration parameters and different standard signal source input,and finally,come up with solutions to provide technical support for field production.

Key words：seismic exploration;geophone;amplitude output;overshoot;excitation

第一作者简介：崔磊，女，1982年生，工程师，2008年硕士毕业于沈阳农业大学，现在中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司仪器管理中心仪器部，从事地面采集设备及其辅助设备检修工作。E-mail:cuilei.slyt@sinopec.com

中图法分类号：P315.62

文献标识码：A

文章编号：2096-0077(2016)03-0094-04

(收稿日期：2015-11-11编辑：高红霞)