近場子波信號實時監(jiān)控與記錄

韋成府，柴祎，郝小柱

(廣州海洋地質調查局 國土資源部海底礦產資源重點實驗室, 廣州 510075)

近場子波信號實時監(jiān)控與記錄

韋成府，柴祎，郝小柱

(廣州海洋地質調查局 國土資源部海底礦產資源重點實驗室, 廣州 510075)

隨著海洋地震數(shù)據(jù)處理技術的進步，在地震采集作業(yè)中，需要實時監(jiān)控氣槍震源近場子波的變化，將近場子波信號記錄到地震數(shù)據(jù)的輔助道，用于后期的遠場子波推算。本文分析了近場子波信號實時監(jiān)控與記錄存在的問題，如近場檢波器在氣槍陣列中的位置，近場子波信號輸入輔助道的匹配，監(jiān)控與存儲的軟件設置等，并提出了解決方案。

海洋；地震調查；采集系統(tǒng);數(shù)據(jù)處理

0 引言

在野外采集中考察氣槍的穩(wěn)定性以及進行確定性子波反褶積，都要求能夠獲得氣槍陣列的實時遠場子波。目前，海上地震勘探所用的氣槍陣列均由單槍與相干槍組成, 因此需要按照相干情況下遠場子波合成原理,首先記錄陣列單元( 所有單槍與相干槍)上的近場子波,進而利用軟件模擬計算遠場子波。通過對氣槍陣列每次激發(fā)的遠場子波進行自相關或互相關處理,評估陣列的穩(wěn)定性; 在地震數(shù)據(jù)處理時,利用遠場子波求取較為準確的反子波算子,進而實現(xiàn)確定性反褶積處理[1]。因此，遠場子波的獲取在海洋地震資料后處理反演中起到舉足輕重的作用。

1 監(jiān)控與記錄存在問題

在海洋多道地震作業(yè)中，地震遠場子波的獲取方法和途徑主要有有4種，它們的優(yōu)缺點及使用情況如表1。以往的獲取方法主要有實測、軟件模擬、海底反射偏移距疊加提取。實測遠場子波符合實際信號，但是成本高，操作難度大，實際作業(yè)中很少用到；海底反射近偏移距疊加提取，在深度300m以下淺水區(qū)信號畸形，影響結果，只有在高于300m的水深海域才能使用；通過軟件模擬出的遠場子波，成本低，精度也高，是目前使用最多的方法；而近年采用的通過獲取近場檢波信號由疊加算法推算得出的遠場子波，比軟件直接模擬方法具有更高的精度。

在實際近場子波的監(jiān)控與記錄中，往往會存在以下幾個問題：

(1)近場檢波器的安裝合理性與否，會導致信號的檢測存在較大的誤差；

(2)不同的近場檢波器，輸出性能參數(shù)存在差異，與地震采集系統(tǒng)接口的要求不匹配；

(3)近場子波作為輔助道數(shù)據(jù)，在記錄到地震采集系統(tǒng)中時，需要設置合理的參數(shù)。

表1 地震遠場子波的獲取方法

2 實時監(jiān)控與記錄方案

從氣槍陣列獲取的近場子波信號需要接入輔助道，輔助道為基于∑-△ ADC 24位模數(shù)轉換單元，通過模數(shù)轉換，接入地震采集記錄系統(tǒng)。接入輔助道輸入端的信號，需要考慮頻率，模擬信號幅值即參考電壓等參數(shù)。為防止檢波器信號峰值電壓大于輔助道輸入?yún)⒖茧妷海诮尤肭?，需要增加幅值轉換單元進行限幅，信號流程如圖1。該方案中，需考慮檢波器安裝位置、幅值轉換、實時監(jiān)控、信號存儲。

圖1 近場子波采集、幅值轉換及記錄流程圖

本文中所采用的輔助道為Sercel的AXCU,近場檢波器為Sercel的AGH 7100C型號。根據(jù)勘探目的層的深度，震源要求各有不同。本文中所指目的層是淺層的水合物層，采用籠式槍架掛載氣槍，可近似看做點震源。近場檢波器頻譜及槍陣如圖2和圖3所示。

圖2 近場檢波器頻譜特性

圖3 槍陣配置圖

2.1 近場檢波器配置及性能

AGH 7100 C是海洋地震勘探常用的高壓震源近場檢波器，標定頻響范圍5～300Hz(頻譜如圖2所示)，可以滿足震源子波的頻帶要求。根據(jù)奈奎斯特理論，只有采樣率高于信號最高頻率兩倍時，數(shù)字信號才能還原出原來的信號。輔助道AXCU的采樣率最高可以為4kHz。因此不存在波形還原失真問題。近場檢波器峰值電壓可達到7.5V左右，因此要考慮其與輔助道的額定輸入電壓是否符合要求。

2.2 信號電壓幅值匹配

輔助道所能輸入的參考電壓：

(1)線性信號：最大2.26V(G1600/0dB);最大565mV(G400/12dB)；

(2) 毀壞性：10V無增益。

輔助道的最大輸入電壓低于近場檢波器的最大輸出電壓，這樣有可能導致電壓過載，導致電子原件燒壞。為此需要研制信號幅值轉換單元，使得信號既能保幅又能降壓。

研制的幅值轉換單元，具備6路信號通道，分為3個限幅檔位，限幅檔位分別是：0～565mV、0～2.26V、0～5V，以滿足地震輔助道輸入電壓要求，其電路圖見圖4。

圖4 信號通道電路圖

圖5 幅值轉換單元電路及實物圖

信號幅值轉換單元說明：每組輸入有3套電路，分別對應3個不同的限幅輸出。跳線組從左到右分別為“0～565mV”,“0～2.26V”,“0～5V”。通過跳線選擇，可實現(xiàn)原始“信號+增強”模式和“原始”模式?！霸?增強”模式跳線設置為1短路，2組開路；“原始”模式跳線設置為1開路，2組短路。不能兩種模式同時存在，即不能所有跳線都短路。輸出端口經過切換開關在跳線2之間選擇。限幅輸出后接入輔助道的任一輸入端，再在記錄系統(tǒng)中指定輸入端口即可。

2.3 實時監(jiān)控

近場子波的實時監(jiān)控只需在Seal 428客戶端軟件做相應設置即可。本文中我們使用輔助道單元第3通道，信號名稱記為“Near Fired”。監(jiān)控窗口也設定為第3個通道窗口。

輔助道的數(shù)據(jù)可以在Sercel428系統(tǒng)中的“e-sga marine 2.0”軟件“real times”模式實時監(jiān)控，設置步驟如下。

3.3.1 添加輔助道通道

點擊選定“Signal Set”，在輸入欄中分別輸入“Label”：Near Field,通道“AUX#”：3，在菜單中點擊“Setup-User Parameters”，打開參數(shù)設置窗口，Near Field 設置在第3個通道，其他參數(shù)默認，點擊“Add”：添加，點“Apply”確認。注意，這里指定的通道3，則要求輔助道的硬件通道為第3通道。

3.3.2 設置時域顯示窗口

菜單欄點擊“Setups—User Parameters”打開參數(shù)設置窗口，點開“Amplitude/time3”，點擊“Analyzer Properties”，選定“Near Field”，其他默認，點擊“Apply”確定。

3.3.3 設置設置頻域參數(shù)

點擊“Analyzer Properties”，選定“Near Field”，其他默認，點擊“Apply”確定。

通過時域窗口，即可實時查看到震源被激發(fā)響炮后傳回近場檢波器的信號。該信號幅值應為逐漸衰減波形，信號的幅值包絡應該變化不大，如果幅值包絡突然變小變大，則可以間接判斷氣槍響炮異常或氣壓下降或上升，這需要配合槍控系統(tǒng)查看確認。時域監(jiān)控見圖6。

圖6 時域監(jiān)控界面

頻譜窗口的作用是實時查看震源響炮后的頻率特性。頻譜范圍越寬，則記錄水聽器接收到的信息就越全面精細，但頻譜范圍主要由氣槍的頻響性能指標確定。因此，通過此窗口觀察到的頻譜范圍可與氣槍的參考頻響指標對比，判斷氣槍性能的好壞。頻譜窗口見圖7。

圖7 近場子波頻譜圖

2.4 數(shù)據(jù)存儲

打開“Jstreamer—Setup—Layout Setup”切換到“Aux”窗口，設置序號“Nb”為“3”，輔助道輸入端口“AXCU Input Nb”為“3”增益“Gain”有“1600 g1”和“400 g2”兩個通道，備注“Comments”為“Near Field”，點擊“Add”按鈕添加，點擊“Apply”按鈕確認。如此設定記錄磁帶中即可包含了近場檢波器的信號數(shù)據(jù)。

3 結論

近場子波信號的獲取主要是添加一個幅值轉換電路來限幅，達到輔助道輸入端參考電壓的要求。但是該轉換應該是線性轉換才最利于監(jiān)控，最簡單的做法可以是采用電阻分壓方法實現(xiàn)，保證輸入輔助道的電壓小于參考電壓即可。但主要目的是對信號的準確存儲，該信號主要是找出第一個脈沖波峰。因此，有必要接入這一智能幅值轉換電路，保證每個信號的準確性。該采集方案已經通過試驗證明實用有效，可以用于后處理。

[1] 陳浩林, 倪成洲, 邢筱君, 等. 氣槍陣列遠場子波模擬與應用[J]. 石油地球物理勘探，2008(6): 623-625.

[2] Sercel公司. Seal428_v1.1_Installation_0311484. 2012.

[3] Sercel公司. Seal428_v1.1_Technical_0311485. 2012.

[4] Sercel公司. Seal428_v1.1_User1 manual_0311481. 2012.

The Near-Field Wavelet Signal Real-Time Monitoring and Recording

WEI Chengfu, CHAI Yi, HAO Xiaozhu

(MLR Key Laboratory of Marine Mineral Resources, Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510075)

With the progress of marine seismic data processing technology， we need real-time monitor the variety of air gun source near-field wavelet in seismic acquisition operation, and record the signal to the seismic system auxiliary channel which is calculated for the far-field wavelet. This paper analyze the problems in near-field wavelet signal real-time monitoring and recording, such as the near field detector position in the air-gun array, match between near field wavelet signal and auxiliary channel, software settings for monitoring and storage, puts forward a kind of solution. Through the application of this scheme, the near-field wavelet signal real time monitoring and data storage is achieved.

marinl; acquisition system; seismic survey;data process

2015-05-11

科技部863計劃“天然氣水合物立體探測技術”(2013AA092501)；國家地勘專項項目資助(GZH201200508)。

韋成府(1985- )，男(壯族)，廣西都安縣人，2009年畢業(yè)于廣西師范大學應用電子技術專業(yè)，現(xiàn)為廣州海洋地質調查局助理工城師，主要從事海洋物探的生產和研究工作，Tel：020-82253180，E-mail: weicheng027@163.com。

P631.42

A

1009-282X(2015)05-0028-04