檢波器接收近道超調(diào)問(wèn)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(yíng)　257086)

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·經(jīng)驗(yàn)交流·

檢波器接收近道超調(diào)問(wèn)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(yíng)257086)

摘要：在高精度地震勘探中，檢波器近道超調(diào)問(wèn)題一直困擾著原始資料的記錄和數(shù)據(jù)的處理分析，影響資料的準(zhǔn)確性，引起記錄超調(diào)現(xiàn)象的原因主要包括檢波器參數(shù)、儀器前放和激發(fā)因素。針對(duì)施工中存在的引起檢波器近道超調(diào)原因進(jìn)行分析和研究，采用不同標(biāo)準(zhǔn)的檢波器、不同的激振參數(shù)以及不同標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源輸入的儀器記錄測(cè)試，模擬野外環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提出解決方案。

關(guān)鍵詞：地震勘探；檢波器；振幅輸出；超調(diào)；激發(fā)

0引言

超調(diào)是記錄波形失真的一種現(xiàn)象，檢波器初至信號(hào)超調(diào)是近炮點(diǎn)接收的地震波出現(xiàn)失真(“削頂”)現(xiàn)象。

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

目前對(duì)于檢波器近道超調(diào)問(wèn)題的研究還是空白，地震勘探數(shù)據(jù)采集中，引起采集信號(hào)超調(diào)的現(xiàn)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(duì)引起的原因進(jìn)行研究、測(cè)試和分析，通過(guò)不同的試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這幾項(xiàng)指標(biāo)對(duì)檢波器失真超調(diào)的影響大小，儀器記錄信號(hào)不失真測(cè)試和野外試驗(yàn)點(diǎn)原始資料分析比對(duì)，提出有效方法克服野外近道超調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生。

1檢波器振幅輸出測(cè)試

為測(cè)試檢波器的最小輸出噪聲和最大輸出幅值，模擬野外場(chǎng)景設(shè)計(jì)了兩種激勵(lì)方式，一是采用單極性正脈沖激勵(lì)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(hào)作為激勵(lì)信號(hào)源獲取單個(gè)檢波器波形。

1.1單極性正脈沖激勵(lì)法

設(shè)計(jì)單極性正脈沖信號(hào)源，為檢波器失真測(cè)試提供一個(gè)頻率范圍。選用6串2并檢波器串，通過(guò)功率放大器、激勵(lì)振動(dòng)臺(tái)，從環(huán)境噪音監(jiān)測(cè)開(kāi)始逐步增加激勵(lì)信號(hào)的幅值，直到激振臺(tái)輸出信號(hào)達(dá)到8 V使檢波器開(kāi)始失真為止，逐次激勵(lì)、記錄，完成檢波器最大不失真輸出幅值波形的測(cè)試。

在同一頻率信號(hào)下，源方波激勵(lì)信號(hào)觸發(fā)單極性正脈沖信號(hào)源產(chǎn)生正脈沖信號(hào)，激勵(lì)檢波器串輸出，三種信號(hào)由同一示波器顯示，如圖1示。振幅在0～14 V范圍內(nèi)得到圖示檢波器串在振幅達(dá)8 V時(shí)開(kāi)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(lì)振動(dòng)臺(tái)的檢波器超調(diào)測(cè)試

采用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡記錄測(cè)試檢波器的幅頻特性，分析驗(yàn)證檢波器受到正弦波信號(hào)激勵(lì)時(shí)，輸出的波形是否是正弦的，并查找波形失真的臨界點(diǎn)。完成兩種條件測(cè)試，一是不同頻率相同幅值激勵(lì)振動(dòng)臺(tái)的檢波器信號(hào)測(cè)試；二是同一頻率(10 Hz條件下)，不同振幅的檢波器測(cè)試。

1.2.1不同頻率固定增益試驗(yàn)

為試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，選取4個(gè)20DX檢波器分別對(duì)應(yīng)圖示四個(gè)輸入通道②③④⑤，對(duì)比一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源①參考信號(hào)，如圖2(a)所示，從5 Hz頻率開(kāi)始直接測(cè)試至35 Hz，抓取幅值最大，波形最好的13 Hz時(shí)信號(hào)作為例圖。同時(shí)，根據(jù)信號(hào)的相關(guān)性分析，利用Matlab分析并計(jì)算得出所有頻率下的四通道檢波器相關(guān)系數(shù)表，畫(huà)出相關(guān)系數(shù)圖如圖2(b)所示。

由圖示，4個(gè)檢波器波形、相關(guān)系數(shù)及曲線(xiàn)都與參考信號(hào)波形相似，無(wú)明顯失真，故可以認(rèn)為其失真度跟頻率的關(guān)系很小。

①參考信號(hào)； ②無(wú)阻尼檢波器1； ③帶阻尼檢波器； ④無(wú)阻尼檢波器2； ⑤無(wú)阻尼檢波器3圖2　不同頻率固定增益試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集圖像

1.2.2同一頻率不同振幅試驗(yàn)

同樣，選取與上一試驗(yàn)相同的4個(gè)20DX檢波器分別對(duì)應(yīng)圖示四個(gè)輸入通道②③④⑤，對(duì)比一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源①參考信號(hào)，固定頻率10 Hz，改變振幅0.5～4 V，選取具代表性的兩個(gè)幅值作為例圖，如圖3所示。

由圖示，對(duì)于單檢，10 Hz頻率下，當(dāng)振幅達(dá)到1.7 V時(shí)，無(wú)阻尼檢波器開(kāi)始失真；而對(duì)于靈敏度高的帶阻尼檢波器，其振幅達(dá)3.5 V時(shí)，帶阻尼檢波器才開(kāi)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(shù)測(cè)試

試驗(yàn)中使用一根428采集鏈連接4個(gè)20DX-10檢波器，分別設(shè)定單極性脈沖信號(hào)和儀器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源兩種信號(hào)激勵(lì)，將不同頻率、不同幅值的正弦信號(hào)輸入到采集站入口，產(chǎn)生一個(gè)具有獨(dú)立時(shí)鐘晶振的數(shù)據(jù)道組或與每個(gè)數(shù)據(jù)道的信號(hào)振蕩器有關(guān)的一個(gè)較長(zhǎng)數(shù)據(jù)記錄。通過(guò)小系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)、記錄這個(gè)數(shù)據(jù)，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(hào)是多少，并利用Matlab對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析(只取能量初至信號(hào))。

設(shè)定單極性脈沖信號(hào)作為激勵(lì)，0 dB時(shí)，振動(dòng)臺(tái)的增益調(diào)至最大，使輸入信號(hào)達(dá)4.2 V時(shí)輸出波形仍沒(méi)出現(xiàn)失真現(xiàn)象；12 dB時(shí)，輸入達(dá)1.2 V時(shí)輸出波形出現(xiàn)失真現(xiàn)象，如圖4(a)所示。

設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源即正弦波信號(hào)作為激勵(lì)，0 dB時(shí)，不同頻率下，輸入達(dá)2.5～3 V時(shí)輸出波形出現(xiàn)失真現(xiàn)象;12 dB時(shí)，不同頻率下，輸入達(dá)600 mV時(shí)輸出波形出現(xiàn)失真現(xiàn)象，如圖4(b)所示。

①參考信號(hào)； ②無(wú)阻尼檢波器1； ③帶阻尼檢波器； ④無(wú)阻尼檢波器2； ⑤無(wú)阻尼檢波器3圖3　同一頻率不同振幅試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(cè)系統(tǒng)的工區(qū)提取其近炮點(diǎn)試驗(yàn)資料分析。該工區(qū)采用二維觀測(cè)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(zhǎng)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(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1。

對(duì)應(yīng)井深、藥量參數(shù)表抽取出放炮資料中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)Matlab分析，提取繪制出近炮點(diǎn)超調(diào)道的波形，并取得各道的最大最小值進(jìn)行對(duì)比研究，如圖5所示。

圖5　超調(diào)道波形

發(fā)現(xiàn)除直流漂移原因造成突出變化的幾個(gè)點(diǎn)外，超調(diào)道波形和超調(diào)道各道的最值曲線(xiàn)幾乎為一條直線(xiàn)，可認(rèn)為出現(xiàn)了儀器“削頂”，超過(guò)了增益12 dB時(shí)儀器的門(mén)限值0.565 V。

表1　井深、藥量試驗(yàn)參數(shù)表

4結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)試驗(yàn)分析，解決施工時(shí)檢波器近道超調(diào)問(wèn)題應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

1)檢波器振幅輸出：野外放炮時(shí)，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(shí)增益參數(shù)選擇方面應(yīng)以最大輸入信號(hào)不至使放大器輸出畸變?yōu)樵瓌t。排列噪音較小時(shí)，應(yīng)選擇12 dB；在排列噪音較大時(shí)，選擇0 dB。對(duì)于428XL 儀器，在確保震源能量的情況下，應(yīng)盡量選擇0 dB，因?yàn)樵诖嗽鲆鎱?shù)下，儀器具有較大的動(dòng)態(tài)范圍。

3)激發(fā)因素：據(jù)野外工區(qū)試驗(yàn)資料分析，觀測(cè)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(mén)限值。增益0 dB時(shí)，允許最大輸入的值為2.262 V；增益12 dB時(shí)，允許最大輸入的值為0.565 V。超出則引起儀器記錄超調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程(第三版)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2] 劉浩,韓晶.Matlab R2012a 完全自學(xué)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(shè)計(jì)從入門(mén)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(jiǎn)介：崔磊，女，1982年生，工程師，2008年碩士畢業(yè)于沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，現(xiàn)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(shè)備及其輔助設(shè)備檢修工作。E-mail:cuilei.slyt@sinopec.com

中圖法分類(lèi)號(hào)：P315.62

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-0077(2016)03-0094-04

(收稿日期：2015-11-11編輯：高紅霞)