6串1并与3串2并检波器串连接方式对比分析

聂明涛，占春启，郎文立，梁顺利，张健宸

(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

东方地球物理公司中东某项目部于2021年9月中旬中标后，合同要求4个月内开始生产采集工作,甲方合同要求施工队伍配备5.5万串全新SG-10(6串1并)检波器。海外项目采集设备新购周期较长，无法满足甲方按期开工的要求，而当时项目部正好有3万串SG-10(6串2并)新检波器，进行检波器串的现场改装成为保证按期开工的最佳方案。

为了提高采集原始单炮资料信噪比，地震勘探一般采用组合检波进行数据采集工作。检波器组合图形、组合基距、组内距、组合高差、检波器数量等都对采集资料信噪比有直接影响。同样是单串6只组合方式，6串1并与3串2并两种不同连接方式检波器串的综合性能及其对采集资料的影响引发笔者思考，进而开展了改装工作和野外试验进行分析验证。

1 改装工作量对比

对现有检波器串进行改装，一是合理利用现有资源，避免设备资源闲置浪费；二是缩短设备到位周期，促成项目的快速启动。检波器改装电路图如图1所示。

图1 检波器改装电路图

图1(a)是项目实际执行的将SG-10(6串2并)检波器串改装成两串6串1并检波器电路图。改装时将中间第6只和第7只检波器拆开，摘除中间部分三芯线，然后将第6只检波器的双边防水帽换成单边防水帽，组成第1串检波器；将第7只检波器上连接一个含10 m馈线的检波器接头插头，组成第2串检波器。改装后检波器全部按照厂家出厂要求进行SGT和防水等测试。

图1(b)是改装成两串3串2并检波器串的改装电路，从图上可以看出，由于需要将串联改为并联，第3和第10只检波器均需要打开防水帽，重新连接电路；第4只检波器需要外接检波器插头需要打开防水帽，第9只检波器需要将双边防水帽改为单边防水帽。因为需要打开防水帽检波器数量翻倍，改装工作量增加，而且新组装检波器存在漏电测试不合格导致重新返工的概率也会增加。

所以，从改装工作量角度而言，将SG-10(6串2并)改装成2串6串1并检波器串为优方案。

2 测试指标分析

检波器串组合施工的主要目的是利用有效波和干扰波的方向特性差异，通过设计一定组合图形的多只检波器达到压制规则干扰和随机干扰，提高采集资料信噪比。但是，当组合检波器数量、组合图形、组合基距等参数均一致的情况下，要搞清楚两种组合检波器对地震信号的响应和拾取资料信噪比的差异，首先需要搞清楚两种组合测试指标的差异。

检波器性能指标中很重要的一项是灵敏度，灵敏度是输出电压与地面震动速度之间的比值，检波器串的灵敏度可以用下式表达：

Qsp=n×Q

(1)

式(1)中：Qsp为检波器串组合灵敏度；Q为单只检波器的灵敏度；n为串联检波器的个数。

由式(1)可知，并联检波器不改变串组合的灵敏度。

根据电阻串并联计算原理，组合后检波器串的电阻，可以用下式表达：

Rsp=(n/m) ×R

(2)

式(2)中：Rsp为检波器串组合等效电阻值；R为单只检波器的阻值；n为串联检波器数量；m为并联检波器组数。阻抗计算方法与电阻计算一致。

采用Sercel公司SGT-II 400系列检波器测试仪对检波器进行测试，主要测试项目包括灵敏度、自然频率、阻尼系数、直流电阻、谐波畸变、交流阻抗、噪音、漏电等。改装的6串1并和3串2并检波器串的主要性能参数对比见表1。

表1 不同连接方式检波器串性能指标

3 组合效应分析

3.1 组合响应能量

组合检波中，每个检波器在接收地表震动时都通过切割磁感线产生感应电动势，检波器的串联或并联问题实际上可以认为是含源线路的串联或并联问题。若干含源线路串联的情况比较简单，等效电源电动势等于各电动势的代数和，串联电阻等于各电阻之和。几个含源二端网络的并联, 等效电源的电动势等于各二端网络电动势除以该线路电阻值然后相加, 再乘并联线路的电阻[5]。

检波器串组合响应电压见下式：

Us=U1+U2+U3+U4+……Un-1+Un

(3)

Up=(1/m)(U1+U2+U3+U4+……Un-1+Un)

(4)

式中：Us、Up是检波器串组合响应电压；n是串联检波器数量；m是并联检波器组数；U是个单只检波器产生感应电动势，因为组合中各只检波器性能一样，U1=U2=…=Un=U。由式(3)、式(4)可知，6串1并检波器串响应电压为6U，3串2并检波器串响应电压为3U。

3.2 组合响应信噪比

所以，串联通过提高有效信号强度提高信噪比，并联通过降低干扰信号强度提高信噪比。根据上述组合响应信噪比估算，当检波器数量，组合图形和组合基距相同时，6串1并和3串2并两种不同的内部连接方式采集资料信噪比相同[6-9]。但是实际生产组合应用中，由于组合对地震资料信噪比改变是动态的，在资料整体信号强度较弱地区，建议采用灵敏度较高的6只串联组合方式；在整体信号强度较强地区，建议采用灵敏度相对低一些的3串2并组合方式。下文中我们采用野外试验进行6串1并和3串2并两种不同内部连接方式采集资料分析对比与结论验证。

4 试验验证

实际生产采集数据是验证理论分析结论正确性的最好方式。安排专门野外试验采集原始数据，并通过软件对6串1并和3串2并两种连接方式的采集资料进行分析对比。

4.1 对比方案

试验采用INVOA-380震源1.5～120 Hz自定义扫描方式激发，炮点距25 m，采用SG-10 6串1并和3串2并各1串检波器铺设在距离25 m的两个检波点上，组合图形采用甲方合同指定的沿检波线方向线性组合，组内距1.5 m，抽取距离这两道最近的炮排形成共检波点道集数据，进行资料分析对比。

4.2 数据对比

图2是抽取的两种检波器串采集的共检波点道集数据，图3是道集数据的局部放大，图4是两种因素整个道集频谱整体归一化(a)和dB归一化(b)显示，图5是两种因素目的层和初至前(背景噪音)两个时窗能量对比分析，图6是整个共检波点道集信噪比、目的层信噪比(3 s)和深层信噪比(5 s)3个位置不同时窗的信噪比谱对比。

图2 不同检波器串采集资料对比(共检波点道集)

图3 不同检波器串采集资料对比(共检波点道集，局部放大)

图4 不同检波器串采集资料频谱分析

图5 不同检波器串采集资料能量对比分析

图6 不同检波器串信噪比谱对比

4.3 对比结论

1)从共检波点道集数据记录面貌上看(图2)，两种检波器组内连接方式单炮品质基本相当。

2)由于6串1并灵敏度是3串2并灵敏度的两倍，道集整体归一化频谱(图4)和不同时窗上能量对比(图5)可以看出，6串1并是3串2并检波器串能量的两倍。

3)通过图4(b)dB归一化频谱对比，通过道集间能量均衡后，两种检波器串采集资料频谱基本一致。

4)通过图6整个道集以及不同深度时窗信噪比曲线对比，两种因素采集资料信噪比基本相当,但是3串2并利于拾取低频信号，6串1并有利于拾取高频信号[10-11]。

由于野外试验时，两种不同连接方式检波器串铺设在相邻两道检波点上，虽采用相同的组合图形，并由专人现场进行检波器埋置，但是也不能完全排除耦合差异对试验结果带来的影响，但是试验数据能够满足定性对比两种因素采集资料优劣。

5 结束语

1)通过指标测试和实际资料对比，6串1并能够拾取较强的地震信号。

2)采用6串1并和3串2并不同组合连接方式，采集资料信噪比差异不大；但是，3串2并在低频具有明显优势，6串1并在高频段优势明显。

3)综合改装工作量、性能指标和实际资料对比，试验所在地区适合采用6串1并连接方式。

4)实际生产项目采用哪种连接方式，需要结合所在地区资料整体资料品质和信号强度，建议进行不同组合方式试验对比。