檢波器接收近道超調問題研究

崔　磊，姚光凱，陳治慶

(中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司　山東　東營　257086)

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·經驗交流·

檢波器接收近道超調問題研究

崔磊，姚光凱，陳治慶

(中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司山東東營257086)

摘要：在高精度地震勘探中，檢波器近道超調問題一直困擾著原始資料的記錄和數據的處理分析，影響資料的準確性，引起記錄超調現象的原因主要包括檢波器參數、儀器前放和激發(fā)因素。針對施工中存在的引起檢波器近道超調原因進行分析和研究，采用不同標準的檢波器、不同的激振參數以及不同標準信號源輸入的儀器記錄測試，模擬野外環(huán)境進行實驗，提出解決方案。

關鍵詞：地震勘探；檢波器；振幅輸出；超調；激發(fā)

0引言

超調是記錄波形失真的一種現象，檢波器初至信號超調是近炮點接收的地震波出現失真(“削頂”)現象。

由于東西部施工區(qū)淺層地質條件的差異，西部地區(qū)更易引起超調現象的發(fā)生。激發(fā)能量是獲得高信噪比地震能量的基礎，地震勘探中，凡是在偏移距較小的情況下，就會出現近道檢波器接收信號過大的現象，從而引起地震資料處理中部分近炮點檢波器波形出現超調，造成廢炮，影響資料的準確性。

目前對于檢波器近道超調問題的研究還是空白，地震勘探數據采集中，引起采集信號超調的現象比較多，理論分析其主要原因有檢波器振幅輸出、儀器因素和激發(fā)因素。我們針對引起的原因進行研究、測試和分析，通過不同的試驗來驗證這幾項指標對檢波器失真超調的影響大小，儀器記錄信號不失真測試和野外試驗點原始資料分析比對，提出有效方法克服野外近道超調現象的發(fā)生。

1檢波器振幅輸出測試

為測試檢波器的最小輸出噪聲和最大輸出幅值，模擬野外場景設計了兩種激勵方式，一是采用單極性正脈沖激勵法獲取檢波器串波形；二是采用不同頻率、不同幅值的正弦信號作為激勵信號源獲取單個檢波器波形。

1.1單極性正脈沖激勵法

設計單極性正脈沖信號源，為檢波器失真測試提供一個頻率范圍。選用6串2并檢波器串，通過功率放大器、激勵振動臺，從環(huán)境噪音監(jiān)測開始逐步增加激勵信號的幅值，直到激振臺輸出信號達到8 V使檢波器開始失真為止，逐次激勵、記錄，完成檢波器最大不失真輸出幅值波形的測試。

在同一頻率信號下，源方波激勵信號觸發(fā)單極性正脈沖信號源產生正脈沖信號，激勵檢波器串輸出，三種信號由同一示波器顯示，如圖1示。振幅在0～14 V范圍內得到圖示檢波器串在振幅達8 V時開始失真，幅值增加后輸出波形失真明顯。

圖1　檢波器串臨界值輸出波形圖像

1.2不同頻率、振幅激勵振動臺的檢波器超調測試

采用標準信號源，通過數據采集卡記錄測試檢波器的幅頻特性，分析驗證檢波器受到正弦波信號激勵時，輸出的波形是否是正弦的，并查找波形失真的臨界點。完成兩種條件測試，一是不同頻率相同幅值激勵振動臺的檢波器信號測試；二是同一頻率(10 Hz條件下)，不同振幅的檢波器測試。

1.2.1不同頻率固定增益試驗

為試驗的準確性，選取4個20DX檢波器分別對應圖示四個輸入通道②③④⑤，對比一個標準信號源①參考信號，如圖2(a)所示，從5 Hz頻率開始直接測試至35 Hz，抓取幅值最大，波形最好的13 Hz時信號作為例圖。同時，根據信號的相關性分析，利用Matlab分析并計算得出所有頻率下的四通道檢波器相關系數表，畫出相關系數圖如圖2(b)所示。

由圖示，4個檢波器波形、相關系數及曲線都與參考信號波形相似，無明顯失真，故可以認為其失真度跟頻率的關系很小。

①參考信號； ②無阻尼檢波器1； ③帶阻尼檢波器； ④無阻尼檢波器2； ⑤無阻尼檢波器3圖2　不同頻率固定增益試驗數據采集圖像

1.2.2同一頻率不同振幅試驗

同樣，選取與上一試驗相同的4個20DX檢波器分別對應圖示四個輸入通道②③④⑤，對比一個標準信號源①參考信號，固定頻率10 Hz，改變振幅0.5～4 V，選取具代表性的兩個幅值作為例圖，如圖3所示。

由圖示，對于單檢，10 Hz頻率下，當振幅達到1.7 V時，無阻尼檢波器開始失真；而對于靈敏度高的帶阻尼檢波器，其振幅達3.5 V時，帶阻尼檢波器才開始失真。故帶阻尼檢波器在使用中性能最穩(wěn)定。

2儀器記錄參數測試

試驗中使用一根428采集鏈連接4個20DX-10檢波器，分別設定單極性脈沖信號和儀器標準信號源兩種信號激勵，將不同頻率、不同幅值的正弦信號輸入到采集站入口，產生一個具有獨立時鐘晶振的數據道組或與每個數據道的信號振蕩器有關的一個較長數據記錄。通過小系統(tǒng)進行觀測、記錄這個數據，從而分析不同增益(0 dB /12 dB)條件下，施工儀器允許的最大不失真信號是多少，并利用Matlab對數據進行分析(只取能量初至信號)。

設定單極性脈沖信號作為激勵，0 dB時，振動臺的增益調至最大，使輸入信號達4.2 V時輸出波形仍沒出現失真現象；12 dB時，輸入達1.2 V時輸出波形出現失真現象，如圖4(a)所示。

設定標準信號源即正弦波信號作為激勵，0 dB時，不同頻率下，輸入達2.5～3 V時輸出波形出現失真現象;12 dB時，不同頻率下，輸入達600 mV時輸出波形出現失真現象，如圖4(b)所示。

①參考信號； ②無阻尼檢波器1； ③帶阻尼檢波器； ④無阻尼檢波器2； ⑤無阻尼檢波器3圖3　同一頻率不同振幅試驗數據采集圖像

圖4　0dB /12dB 條件下檢波器輸出圖像

3激發(fā)因素

選擇野外施工中二維觀測系統(tǒng)的工區(qū)提取其近炮點試驗資料分析。該工區(qū)采用二維觀測系統(tǒng)，道間距20 m，偏移距10 m；采集選用428XL儀器記錄，記錄長度7 s，采樣間隔1 ms，前放增益12 dB；接收檢波器為20DX-10，連接方式6串2并，井深、藥量試驗參數見表1。

對應井深、藥量參數表抽取出放炮資料中的試驗數據，通過Matlab分析，提取繪制出近炮點超調道的波形，并取得各道的最大最小值進行對比研究，如圖5所示。

圖5　超調道波形

發(fā)現除直流漂移原因造成突出變化的幾個點外，超調道波形和超調道各道的最值曲線幾乎為一條直線，可認為出現了儀器“削頂”，超過了增益12 dB時儀器的門限值0.565 V。

表1　井深、藥量試驗參數表

4結束語

經試驗分析，解決施工時檢波器近道超調問題應注意以下幾點:

1)檢波器振幅輸出：野外放炮時，近道盡量選擇幅值小、靈敏度高的3串3并檢波器或單檢接收。

2)儀器因素：野外采集時增益參數選擇方面應以最大輸入信號不至使放大器輸出畸變?yōu)樵瓌t。排列噪音較小時，應選擇12 dB；在排列噪音較大時，選擇0 dB。對于428XL 儀器，在確保震源能量的情況下，應盡量選擇0 dB，因為在此增益參數下，儀器具有較大的動態(tài)范圍。

3)激發(fā)因素：據野外工區(qū)試驗資料分析，觀測系統(tǒng)一定的情況下，井深、藥量決定了近道檢波器的輸出幅度是否能超出儀器門限值。增益0 dB時，允許最大輸入的值為2.262 V；增益12 dB時，允許最大輸入的值為0.565 V。超出則引起儀器記錄超調現象的發(fā)生。

參 考 文 獻

[1] 程佩青.數字信號處理教程(第三版)[M].北京：清華大學出版社，2010.

[2] 劉浩,韓晶.Matlab R2012a 完全自學一本通[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[3] 林靜,林振宇,鄭福仁.Labview虛擬儀器程序設計從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，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

第一作者簡介：崔磊，女，1982年生，工程師，2008年碩士畢業(yè)于沈陽農業(yè)大學，現在中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司儀器管理中心儀器部，從事地面采集設備及其輔助設備檢修工作。E-mail:cuilei.slyt@sinopec.com

中圖法分類號：P315.62

文獻標識碼：A

文章編號：2096-0077(2016)03-0094-04

(收稿日期：2015-11-11編輯：高紅霞)