儀器極性和震源極性的判別與分析

孫軍和 徐占峰 張玉升 王新慶

(1.中國石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司國際勘探事業(yè)部 河北 涿州 072750;2.中國石油伊拉克公司 北京 100120)

0 引 言

出于對地震資料起跳方向和與老資料對接方面的考慮，甲方在地震勘探施工前都會對儀器極性和震源極性做好明確的規(guī)定，在開工審計中或更換加速度表、電纜、伺服閥等主要電氣元件后，都必須進行相應(yīng)的儀器極性和震源極性測試。整個地震隊在同一項目運作中必須保持儀器極性和震源極性始終滿足甲方的要求，同一地震隊的不同震源之間也必須保持極性一致，否則會造成嚴重的質(zhì)量事故，導(dǎo)致大范圍的補炮或資料不合格。對于野外技術(shù)人員來說，僅僅知道按照極性測試的步驟進行各項測試不能滿足質(zhì)量控制的要求，為此本文針對儀器極性和震源極性的內(nèi)容、正確的測試方法和順序以及SEG 極性約定展開討論，指導(dǎo)野外技術(shù)人員正確進行極性測試，保證地震勘探的質(zhì)量。

1 儀器極性的判別與分析

在開工審計的極性測試中，首先進行的就是儀器極性測試。地震儀器一共有三個極性，即:數(shù)據(jù)道極性、輔助道極性和檢波器極性。在進行儀器極性測試時，必須先進行檢波器極性測試，然后才能進行數(shù)據(jù)道極性和輔助道極性測試。檢波器極性測試需要使用專門的檢波器測試儀，如ION 公司的SMT -400，在測試之前首先得保證檢波器測試儀的正常工作狀態(tài)，需要有專門檢定機構(gòu)出具的校準(zhǔn)證書并在有效期范圍之內(nèi)或者使用專門的檢波器測試儀校準(zhǔn)比對裝置進行測試比對。進行檢波器極性測試時，需要提前將被測試的所有檢波器串埋置好，尤其是需要保證檢波器豎直，在靜置24 h 之后才能開始檢波器測試。將檢波器測試儀的電纜連接至檢波器串，使用木棒依次敲擊檢波器串內(nèi)的所有檢波器頂部，檢波器測試儀即會記錄下極性測試結(jié)果。SEG 極性約定規(guī)定對于陸地檢波器，向下激勵的脈沖(敲擊檢波器頂部)產(chǎn)生一個正跳變信號;對于海上水聽器，向下激勵的脈沖(敲擊檢波器頂部)產(chǎn)生一個負跳變信號。通常甲方要求所有檢波器極性必須滿足SEG 極性約定，極性反轉(zhuǎn)的檢波器需要進行改正。

測試過檢波器極性之后，可用檢波器連接至儀器的大線采集站記錄系統(tǒng)，測試儀器的數(shù)據(jù)道極性。輔助道也是通過大線采集站記錄系統(tǒng)將信號采集下來的，所以輔助道和數(shù)據(jù)道的極性相同，但需要確認輔助道和數(shù)據(jù)道的濾波特性完全一致。將一個或多個測試后的檢波器埋置后與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，使用木棒敲擊檢波器頂部，儀器記錄下該檢波器敲擊記錄，將敲擊記錄使用現(xiàn)場處理機顯示。使用現(xiàn)場處理機顯示的目的在于通過第三方軟件增加測試的公平性，圖1 所示為檢波器敲擊測試結(jié)果。SEG 極性約定規(guī)定向下激勵的脈沖在顯示系統(tǒng)上顯示一個正跳變信號，同時用寫后讀方式記錄數(shù)據(jù)中產(chǎn)生一個正序增加的數(shù)值。先進行檢波器極性測試后才能進行數(shù)據(jù)道和輔助道極性測試的原因在于，通常地震隊配備的幾千甚至幾萬串檢波器不可能全部極性錯誤，檢波器極性測試很容易識別出極性是否符合SEG 約定，使用符合極性要求規(guī)定的檢波器才能正確地測試數(shù)據(jù)道和輔助道極性。

圖1 檢波器敲擊測試結(jié)果

2 震源極性的判別與分析

2.1 相關(guān)子波極性

震源極性測試要在儀器極性測試之后進行，因為測試震源極性需要使用儀器記錄并在儀器上進行顯示，只有保證了儀器極性符合要求才能正確地判斷震源極性?？煽卣鹪匆还灿形鍌€極性，即:相關(guān)子波極性、加速度表極性、力矩馬達極性、閥位移傳感器極性和重錘位移傳感器極性，其中相關(guān)子波極性、加速度表極性和力矩馬達極性這三項受到SEG 極性約束。相關(guān)子波的極性是由力信號、真參考信號和電控箱體的相關(guān)算法決定，其中力信號是由加權(quán)和算法計算得到的，其與加速度表的極性有關(guān)，而不同電控箱體的相關(guān)算法會決定是否在相關(guān)運算中置入180°的相移［1］。相關(guān)子波的極性作為最終地震資料的起跳方向，甲方對其有著嚴格的規(guī)定，通常要求相關(guān)子波符合SEG 極性約定，而在與炸藥震源進行資料對接時，甲方往往要求相關(guān)子波符合反SEG 極性約定。相關(guān)子波的SEG 極性約定是指力信號與真參考信號進行互相關(guān)后，其相關(guān)子波的主峰為正跳;相關(guān)子波的反SEG 極性約定是指力信號與真參考信號進行互相關(guān)后，其相關(guān)子波的主峰為負跳，符合反SEG 極性約定的相關(guān)子波形態(tài)與炸藥震源的脈沖信號很相似。圖2所示為相關(guān)子波的SEG 極性約定(左圖)和反SEG 極性約定(右圖)。相關(guān)子波極性可以通過可控震源有線一致性測試資料中真參考信號和力信號的互相關(guān)子波圖來判斷，通常不需要單獨進行相關(guān)子波極性測試。

圖2 相關(guān)子波的SEG 極性和反SEG 極性

2.2 加速度表極性

圖3 加速度表敲擊測試

震源極性測試的第一步就是加速度表極性測試，其中Sercel 公司的加速度表需要符合SEG 極性約定［2］，ION 公司的加速度表需要符合反SEG 極性約定［3］。SEG極性約定要求向下敲擊加速度表頂部將產(chǎn)生正跳的脈沖信號;反SEG 極性約定要求向下敲擊加速度表頂部將產(chǎn)生負跳的脈沖信號。圖3 所示為加速度表敲擊測試和SEG 極性約定、反SEG 極性約定結(jié)果顯示。進行加速度表極性測試可以使用地震儀器、VCA、VQC88 或Sandwich Box 等設(shè)備，使用地震儀器時首先需要完成儀器極性測試，再使用有線一致性電纜將加速度表連接至大線采集站上，用儀器來記錄敲擊信號。測試時，需要將所有的加速度表(重錘加速度表、平板加速度表、備用加速度表)拆下來連接至同一電纜電路進行敲擊試驗，這樣可以在測試加速度表極性的同時驗證此電纜電路的正確，因為不可能所有的加速度表全部極性反轉(zhuǎn)，如果所有測試結(jié)果均顯示極性反轉(zhuǎn)則此電纜電路內(nèi)部或接線有問題，可以將加速度表連接至另一套電纜電路重新測試來驗證。在開工審計中將備用加速度表極性一并測試，這樣在日后更換加速度表時可以免去單獨的極性測試，節(jié)約寶貴的生產(chǎn)時間。使用同一電纜電路進行所有加速度表的敲擊測試后，將符合極性要求的加速度表安裝回原電纜電路再一次進行敲擊測試，可以驗證所有震源上的電纜電路是否有問題。除了在儀器上顯示敲擊結(jié)果，還可以將敲擊測試數(shù)據(jù)拷貝到現(xiàn)場處理機中進行顯示，使用第三方軟件可以增加測試的公平性。如圖4 所示為加速度表敲擊結(jié)果在儀器上(上圖)和現(xiàn)場處理機上(下圖)的顯示，測試加速度表為Sercel 公司所使用，所有敲擊記錄顯示為正跳;如果測試ION 公司使用的加速度表，則敲擊記錄應(yīng)顯示為負跳。使用ION 公司的加速度表時，其符合反SEG 極性約定，因此力信號與真參考信號相位相差180°，為了保證相關(guān)子波符合SEG 極性約定，ION 公司的電控箱體在計算相關(guān)子波時會加上180°相移，使得相關(guān)子波的主峰為正跳。

圖4 加速度表敲擊結(jié)果顯示

2.3 力矩馬達極性

圖5 GETDSD 文件中的極性結(jié)果

加速度表極性測試后就需要進行力矩馬達極性測試，即脈沖測試。可控震源在進行電控箱體安裝和震源標(biāo)定時會計算力矩馬達極性、閥位移傳感器極性和重錘位移傳感器極性。例如使用Sercel 電控箱體時，GETDSD文件中就有這三個極性的結(jié)果顯示，如圖5 所示。其中閥位移傳感器極性和重錘位移傳感器極性是不受SEG極性約束的，同一地震隊的所有震源只需要保持一致即可。脈沖測試就是為了驗證力矩馬達極性，脈沖測試必須在加速度表極性測試之后才能進行，其與加速度表極性測試相同使用有線一致性電纜連接至大線采集站上，用儀器來記錄脈沖測試結(jié)果。SEG 對震源系統(tǒng)極性的約定采用Sercel 系統(tǒng)和力信號鎖相時，真參考信號和力信號相差0°;采用ION 系統(tǒng)和力信號鎖相時，真參考信號和力信號相差180°。脈沖測試時，震源在輸入脈沖掃描信號的驅(qū)動下，重錘向上運動，平板相對向下運動，重錘和平板加速度表的輸出信號用來檢驗系統(tǒng)極性［4］。圖6 所示為脈沖測試時重錘和平板的運動。在脈沖測試中，重錘的初始運動方向應(yīng)向上，平板的初始運動方向應(yīng)向下。由于重錘質(zhì)量遠遠大于平板質(zhì)量，重錘加速度表的輸出加速度信號大于平板速度表的加速度信號，所以加權(quán)和力信號將主要由重錘加速度表的輸出決定［5］。使用不同極性加速度表所得到的脈沖信號也不一樣，如圖7 所示。當(dāng)使用符合SEG 極性約定的Sercel 加速度表時，力信號顯示為負跳脈沖，則力矩馬達極性符合SEG約定;當(dāng)使用符合反SEG 極性約定的ION 加速度表時，力信號顯示為正跳脈沖，則力矩馬達極性符合SEG 約定。脈沖測試結(jié)果可以在儀器上進行顯示，還可以將脈

圖6 脈沖測試重錘和平板的運動

圖7 脈沖測試力信號顯示

沖測試數(shù)據(jù)拷貝到現(xiàn)場處理機中進行顯示，使用第三方軟件可以增加測試的公平性。如圖8 所示為在儀器上(上圖)和現(xiàn)場處理機上(下圖)顯示的脈沖測試重錘加速度表信號和平板加速度表信號。

圖8 脈沖測試結(jié)果顯示

3 結(jié) 論

地震儀器一共有三個極性，即數(shù)據(jù)道極性、輔助道極性和檢波器極性;可控震源一共有五個極性，即相關(guān)子波極性、加速度表極性、力矩馬達極性、閥位移傳感器極性和重錘位移傳感器極性，其中相關(guān)子波極性、加速度表極性和力矩馬達極性受到SEG 極性約束，閥位移傳感器極性和重錘位移傳感器極性不受SEG 極性約束。各項極性測試都需要使用正確的順序和方法，才能保證儀器極性和震源極性滿足甲方的要求。地震隊野外技術(shù)人員只有對以上儀器極性和震源極性知識有足夠的了解，才能滿足質(zhì)量控制的需求，正確解答甲方的疑問，保證地震勘探的質(zhì)量。

［1］程乾生.信號數(shù)字處理的數(shù)學(xué)原理［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1996:294 -295

［2］Sercel 公司.VE464 培訓(xùn)手冊.2010(資料)

［3］ION 公司.VibPro 培訓(xùn)手冊.2003(資料)

［4］Buttin and Caradec. Development of a Super Heavy Vibrator.EAGE Vibroseis Workshop，Prague 2008

［5］Sallas，J. J.，2010，How do hydraulic vibrators work?A look inside the black box:Geophysical Prospecting，58，3 -18