地震勘探中“串感应”产生原因分析及处理

赵 杰， 康旭鹏， 燕想吉， 李 恒， 王 荣， 靳恒杰

(中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司 河北 涿州 072750)

0 引 言

随着地震勘探数据采集技术的发展，采集设备的灵敏度、信号精度获得了很大提升，地震资料的分辨率得到改善。然而，干扰在地震勘探中是普遍存在的，尤其是“串感应”(或称作串感)干扰，如果其能量强到干扰目的层，就会对地震资料造成严重影响。而随着动态滑扫、超高效混叠可控震源采集技术的发展，陆上地震勘探呈现出占用资源多、规模大、效率高和容错率低的特点，中东某项目采用12台可控震源高效作业，采用超高效混采技术，使用60 000道SERCEL 428地面设备，作业人员数超过500人，24 h产量超过30 000炮[1]。地震资料的质量控制中，一旦发现了典型的“串感应”现象，如果不能及时找到发生的原因，并采取有效的保护措施，则地震资料就会受到连续影响，如果停工查找噪音源，则会给项目造成很大的经营压力。

1 “串感应”的特征及来源

“串感应”是地震勘探中非常常见的一种干扰，在山地施工中尤为常见，有时会影响几十道，有时会影响全部接收道。如果在信噪比较低的地震资料中，这种干扰感应就可能出现在生产记录上，关于其特征、产生条件及形成机理已有比较成熟的研究和实践[2-3]。

1.1 “串感应”的特征

由于这种干扰信号一般是在同一时刻出现在一组(或全部)连续的地震道上，而且波形类似于脉冲串群，所以在野外生产中就形象地称其为“串感应”[2]。法国SERCEL公司称之为内阵列尖脉冲(Intra-array statics)[3]。由于“串感应”的形成原因复杂[4]，有些是因不可抗力的自然因素，在高密度采集中若其表现强度较弱，有时会默认其存在。图1是在中东某项目生产记录发现的“串感应”现象。可以看到，该“串感应”现象已经对地震资料造成影响。

图1 中东某项目“串感应”干扰地震记录

1.2 “串感应”的来源

“串感应”主要是来自仪器系统内部或者天气、地形、高压线、空间云层等外部环境变化而引起的电磁感应(EMI)[5]，由于现在普遍采用的常规检波器是电磁感应式，不具有屏蔽功能，因而这些外界的电磁干扰直接作用于检波器或者与排列电缆耦合。由于外界的电磁干扰对特定的地震道是共模干扰，而在道与道之间又存在压差，电磁敏感的地震仪器会响应这种非振动信号并形成“串感应”现象。从“串感应”的频带和幅度等特性入手，自然界中导致“串感应”的干扰源归纳为3类：雷电、地面电离层波导、空气放电(静电活动)[2]。

2 “串感应”的原因分析

结合出现“串感应”干扰现象的三维采集项目实际情况，对“串感应”的出现位置、频次、时间、天气和噪声频率等因素进行了分析，推断该采集项目出现“串感应”的原因。

2.1 “串感应”现象的出现频次分析

由于该三维采集项目采用可控震源高效混采24 h作业，激活排列超过5万道，地震资料本身混叠程度高，对于“串感应”的监控存在一定程度的滞后(除非其强度特别大，影响排列的比例很高)。因此，按照随机抽查的方式，对“串感应”现象出现的次数进行了统计，见表1。可以看出，自12月13日开始，“串感应”现象出现的频次剧增。经调查发现当天出现了强对流雷电天气。

表1 “串感应”现象出现时间频次统计

2.2 “串感应”的时间和位置分析

根据地震资料中“串感应”出现的位置，经现场调查发现，受到干扰的地震道位于两个电源站(LAUL-428)之间，电源站布设示意图如图2所示。一般2个电源站之间布设39～48个采集单元。针对某天“串感应”集中出现的地震资料，分别于早、中、晚采样抽查，抽查结果如图3所示，在该日全天的地震资料中均可观察到“串感应”现象，该“串感应”噪音强度明显呈现为中午强、早晚弱的状态，且仅分布于一个或多个电源站供电段内的采集单元的地震资料上。

图2 电源站和采集站布设示意图

图3 单日地震资料抽查结果

2.3 “串感应”的噪音频率分析

分析地震资料，确认干扰噪音的频率，并通过共炮集地震资料滤波进一步确认干扰源的频率。结果显示该“串感应”噪音频率为26、52和78 Hz,如图4所示。将噪音频率应用道地震数据上，滤波后发现，噪音被完全去除。

图4 “串感应”噪音频率分析

2.4 “串感应”的原因推断

通过对2020年12月13日前后连续的“串感应”频次分析，推断雷电天气是该“串感应”现象的诱因。通过对“串感应”现象时间及空间分布的分析，发现空间分布与电源站供电段高度正相关，时间分布为全天可见，且噪音强度呈现中午强、早晚弱的状态，以此，推断该项目“串感应”的现象出现应该是由于雷雨天气导致的采集设备部分损坏或者不稳定造成的，具体为电源站或者及附属支持设备故障导致的电磁感应异常，被常规检波器接收后传入到采集单元，而作为电源站附属支持设备的太阳能板存在问题的可能性较大。

3 “串感应”的原因验证及防范建议

在采集作业过程中，该项目除了电源站本身，还使用了硅晶太阳能板和12 V电瓶来延长供电时间。经过单一条件测试，确认噪音源来自太阳能板。且故障太阳能板的充放电控制器均为同一品牌，而其他品牌的充放电控制器没有出现问题。为了进一步验证问题原因，设计了一个对比试验，利用万用表测量故障控制器和正常控制器频率，发现其频率是25.7 Hz，和噪音分析中发现的主要频率接近。

经过调查故障控制器是采用PWM控制方式(指用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，这是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法)，属于第二代技术，不具备防雷击功能。当出现雷击的时候，无压敏电阻有效保护，控制器会受到损坏或者工作不稳定。基于以上分析，项目立即替换了103个故障充放电控制器。通过对后续采集作业地震资料的随机抽检发现，“串感应”现象没有再出现。同时，SERCEL厂家也对项目的分析结果予以了佐证：太阳能板的充放电控制器可能是电磁干扰(共模噪音)的主要原因，该电磁噪声会传输到电池(地与电池之间的噪声)。电池为LAUL的参考电压，而LAUL则是整个段的参考电压。接地的检波器串可以接收到这个噪音并记录到野外采集单元中。

为了进一步防范此类原因导致的“串感应”现象，建议：1)采购防水防雷击充放电控制器，并做好接地保护；2)对野外采集设备的轮检测试，加入对太阳能板充放电控制器的检测；3)根据上述“串感应”现象特征及形成原因，对仪器操作员进行培训，并要求查线员在更换太阳能板前向仪器操作员汇报更换点的桩号，以便仪器操作员对比更换前后的噪音状态；4)仪器操作员将太阳能板更换时间及桩号信息送至解释组进行噪音检查复核；5)一旦出现雷电暴雨等恶劣天气，需要在恢复过程中格外留心各种野外设备的状态。

4 结束语

本文通过科学分析中东某地震勘探采集项目遇到的“串感应”现象，快速确定了“串感应”现象发生的原因为某特定型号太阳能板充放电控制器受雷电天气影响引入的电磁干扰，并采取管理措施，有效消除了“串感应”给资料带来的危害，保障了项目的高质高效运作，对于野外采集问题处理有借鉴作用。随着太阳能板在中东地区大道数地震采集中的应用，在保证产品功能符合要求的同时，还应对太阳能板及其组件在苛刻作业环境下的稳定性、可靠性予以关注，以便及时采取适当措施减小干扰因素对采集结果的影响。