可控震源在地震勘探中质量控制

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1、2018/10/28,1,可控震源在地震勘探中的质量控制,2018/10/28,2,引言,地震勘探工作对野外数据采集质量要求的标准越来越高，用以满足目前油气勘探对解决复杂地区和小幅度构造的要求，保证野外原始数据的准确性与可信性成为最关键的环节，改善原始信号的激发品质正成为人们关注与研究的目标，对可控震源的激发要求也是如此。,2018/10/28,3,引言,尽管随着可控震源控制系统实时质量控制概念的出现，给可控震源野外现场质量控制带来了许多便利，但是，绝大多数野外技术人员苦于对可控震源的工作系统缺乏全面了解和系统地掌握对可控震源激发质量控制的正确方法，不知道如何利用和发挥好这一新的质量控制技术。

2、,2018/10/28,4,引言,另外一些物探工作者对可控震源“系统”在激发和野外采集数据实时相关过程中采用各自独立的信号，或称之为非同源激发的概念比较含混，例如：如何正确进行可控震源的系统性能检查、激发信号初始相位正确设置问题、极性检查问题等，由于不明白为什么要这样做，因此造成许多应用过程中的失误，甚至到最后都不知道那里出了问题。,2018/10/28,5,引言,由于对可控震源激发过程一些概念上的模糊，在一些地方或项目运做中出现了对可控震源激发过程质量控制的评价变成对可控震源输出力畸变的评价，并且在对激发能量的要求与输出信号畸变控制的指标上提出了相互矛盾的指标和要求，造成了野外震源激发质量监

3、控与评价上的困难，甚至不同程度地影响和制约了可控震源的应用效果与应用技术的发展。,2018/10/28,6,引言,可控震源激发质量的控制原则上将包括： 施工前的基础技术准备工作 施工过程中的质量控制 质量控制数据的分析方法 提供改善激发品质的途径因此，可控震源激发的质量控制是一个全过程的控制，而质量控制的最终目的是要能够保证激发数据的可信性，并提供寻找震源在激发过程中出现质量问题的原因和解决方法，最后落实到改善震源激发品质的目的上。,2018/10/28,7,引言,这也是为什么我们总是请物探工作者做最终地震激发效果裁定的原因。目前有这样一种倾向：把可控震源激发信号品质的评价与可控震源振动性能评

4、价混淆在一起。有时正是这种含混的工作方式加剧了在震源激发质量评价工作上的困难，因此，我们特地在本文的主要内容中增加了施工前的技术准备工作的部分，希望将一些震源本身的评价与震源生产中的信号激发质量分开，需要特别指出的是：有时这两者还要很好地结合在一起，否则也会出现另外新的问题。,2018/10/28,8,引言,随着实时质量控制概念的出现，在生产中的每次扫描或振动，都相当于传统的震源一致性检查过程，因此，以往希望每天只做一次一致性就蒙混过关的现象基本上得到有效遏制。随着实时质量控制概念的出现，另外一种现象也困惑着震源应用人员和监理人员：如何评价可控震源在实际应用中QC数据的丢失问题，实际中，由于各

5、种客观和偶发因素的影响，震源质量控制数据经常会发生丢失，因此对丢失QC数据的振次在评价上容易产生分歧。,2018/10/28,9,第一部分 野外篇,震源的激发质量 如何监视震源的激发质量？ 检查震源的QC； 震源QC数据评价的基本原则；,2018/10/28,10,震源的激发质量,震源的激发质量控制是一个全过程控制： 震源作业前的基础技术准备； 激发因素的确定及对激发质量的认可； 激发过程中的控制； 事后分析产生的超前（反馈）控制；由于一些客观因素，使得在对地震采集过程进行的激发质量控制实际上是监视多于控制本身，因此，事前应该更多地关注一些复杂因素可能带来的对震源激发质量的影响。,2018/1

6、0/28,11,影响震源激发质量的因素,影响震源激发信号质量的因素很多，我们简单罗列了下述重要因素，有些因素甚至难以控制： 震源的技术状况； 激发因素的选择； 激发环境的影响； 使用者的技术素质；,2018/10/28,12,震源作业前的基础技术准备（1）,震源作业前的基础技术准备工作主要有： 震源机械、液压、气路等系统的检查与必要调整； 各种压力，特别是储能器氮气充气压力和空气弹簧压力的调整； 震动器部分的各个紧固件检查与紧固； 电子控制/通信系统的检查与调整： 系统软/硬件版本号是否统一或得到甲方特别许可； 甲方要求的QC形式能否满足； 通信系统是否工作正常，在工区有无其它干扰源；,201

7、8/10/28,13,震源作业前的基础技术准备（2）,电子控制/通信系统的检查与调整（续）： 指令信号与QC数据的传输质量； 时钟/零时校准； 与仪器联机是否正常； 完成可控震源的（年检）月检和日检 完成可控震源振动性能指标的测试工作 完成可控震源激发极性的验证 完成可控震源与数据采集系统的联机调试 完成激发/数据采集系统的激发试验,2018/10/28,14,震源作业前的基础技术准备（3）,可控震源基础技术准备工作非常重要，是整个质量控制的关键，千万不要等震源质量控制指标出现问题后才发现：原来震源在生产前本身就有问题！其实，我们在野外工作中经常发现：许多情况下超长时间都难于完成的震源日检主要

8、原因就是没有做好前期的基础技术准备工作，没有解决好震源本身存在的问题。个别人（队）希望通过长时间、反复的振动，找到一次能够合格的结果侥幸过关，对此，我们的建议是：,2018/10/28,15,震源作业前的基础技术准备（4）,与其说每天如此辛苦，倒不如彻底停下来检查一下哪些基本的技术准备工作没有做或没有做到位，俗语云：磨刀不误砍材功。如果上述基础工作有问题，则在后续的生产中，震源的激发质量监视与控制工作将非常难以顺利进行，因此，前期的基础技术准备工作对保证震源激发质量非常重要。,2018/10/28,16,可控震源机械状态的调整,目的：可控震源经过动迁或起封后，一般都要进行机械、液压驱动的行走及

9、运动部分的调整和检查、保养。如：对连接件和紧固件的检查和调整；对传动系统的检查和调整；对车辆油、水液面的检查和重新加注；各关节部位润滑脂的检查与加注；对储能器中的氮气充气压力的检查和补充；根据地表条件对可控震源提升系统压力的调整和对空气弹簧隔振系统的调整；对各种安全防护和报警系统的检查与验证；对当地可能使用的各种油品理化指标的取样与检验等等，这些基本工作对保证可控震源的性能，提高系统在工作中的可靠性至关重要。,2018/10/28,17,可控震源机械状态的调整,主要内容：具体检查内容可参照相应可控震源使用与维护保养手册的内容进行，通常要求在震源的状态调整和恢复工作完成后，提交相应的技术检验报告

10、，报告主要内容应该包括： 调整前震源存在的主要问题； 调整和恢复所做的主要工作； 调整后震源的技术状况； 目前震源存在主要问题； 后续的技术准备和备件等方面的准备。,2018/10/28,18,可控震源机械状态的调整,注意事项：可控震源的状态调整和恢复是一项非常重要的基础工作，要在机械师和电子工程师的指导和震源操作员的配合下完成。由于可控震源的振动与行驶驱动都是采用液压驱动的，一般系统的工作高压都在20Mpa以上，同时由于发动机工作产生的巨大噪音，往往存在语言联络问题，因此，在震源机械状态调整和恢复工作中要特别注意操作过程中人员的安全性，有关这部分的要求详见可控震源使用与操作手册的内容和可控震

11、源安全施工作业指导书。,2018/10/28,19,可控震源控制系统的 零时与参考信号调整/校准,可控震源零时与参考信号校准是除了震源状态调整与恢复外另一项极其基础的工作，许多可控震源队在施工伊始偏偏忽略了这项基础工作，结果导致设备启动或验收困难。,2018/10/28,20,可控震源控制系统 的零时与参考信号调整/校准,为什么要对可控震源进行零时与参考信号校准？ 人们常说的可控震源实际上是由一个非常奇特的系统构成：采用了激发源与接收系统的信号参考源分立的实现方式，每个激发源采用各自的系统时钟计时，控制时序与顺序按照各自的系统时钟运行，但是对于数据采集系统则一直是按照同源信号进行相关处理的，即

12、认为：记录在地震数据采集系统数据道集上的数据（可控震源激发后接收的地震信号）与记录在数据采集系统辅助道上的参考信号（震源编码器内部产生的信号）是同源信号，因此，实时相关的处理过程是采用辅助道信号与数据道集上的信号进行统一相关，得到野外震源地震相关记录。,2018/10/28,21,可控震源控制系统 的零时与参考信号调整/校准,如果震源信号与震源编码器内部信号本身就存在一定的时差，实际相关结果与理想的相关结果也就引入了一个固定的时差表现在地震剖面上，最终转换成在地质成果解释上的深度误差。 由于近地表物性的变化（对激发频率的吸收、衰减作用）是非均匀的，因此，每次实际接受到信号的频带宽度是不确定的，

13、再加上多次垂直迭加，所以这种时差是不可逆的，即：不能采用事后的处理方法进行修复，必须事先通过可控震源的零时与参考信号校准来完成。 特殊情况下，在可以不需要进行校准过程，如系统自动采用GPS统一授时时。,2018/10/28,22,可控震源控制系统 的零时与参考信号调整/校准,可控震源控制系统的零时校准实际包含二个含义： 时钟校准； 启动指令时间校准； 目前可控震源控制系统采用的时钟精度都达到了1 ppm，即：百万分之一的误差水平，因此系统时钟的校准必须采用专用的测试仪器。 对于震源控制系统时钟的测试主要包括：编码器的时钟是否满足1 ppm的误差精度要求，如果需要，还要根据季节和温度变化对时钟补

14、偿电路进行相应的调整，这种调整一定要请专业人员进行，这也是震源年检的主要内容，有关年检的具体内容将在后续的文中做出说明。,2018/10/28,23,可控震源控制系统 的零时与参考信号调整/校准,当各系统时钟满足精度要求后，能够真正产生激发与数据采集不同步的问题是可控震源系统启动指令的时间误差。由于可控震源的启动完全依赖于各震源和仪器的无线通信系统，各通信系统的技术指标往往是有一定差异的，这种差异对于一般的语音通话功能没有明显的影响，例如：语音通信允许的启动延迟达误差范围可达到200ms，但是对于地震数据采集要求高精度同步启动指令信号，则往往是一个大问题。,2018/10/28,24,可控震源

15、控制系统 的零时与参考信号调整/校准,由于电磁波的速度与光速一样，通信距离往往不是导致启动指令时间延迟的主要因素，导致震源启动指令时间延迟的是仪器/编码器在通过电台发出启动指令的过程中，电台从接收状态转换为发射状态时所生产的时间延迟或程序设定。 不同型号电台的转换时间都有一定的限定范围，而仪器内部的编码器则直接受数据采集系统的控制（线对线），在工程应用中，电磁波理论上不存在时间延迟问题，因此，只能通过调整编码器内的指令延迟时间，使编码器内部的启动与震源的启动时间完全同步。,2018/10/28,25,可控震源控制系统 的零时与参考信号调整/校准,所有可控震源控制系统在启动命令传输时都面临这样的

16、问题，只不过各系统在解决或实现的方式上有所不同。典型的如：法国SERCEL公司的产品VE416和VE432只需要根据系统在工作中出现时钟偏差状态显示的百分比，确定是否要进行时钟校准，而启动指令时间校准则在每日生产前的操作步骤中自动进行，也就是说：对SERCEL数据采集系统来讲，实际上是每天都要做电台启动延迟校准的。美国I/O公司的ADV系列（原PELTON公司）则是分步进行的：只在每个施工期开始前进行一次震源零时校准，后续生产过程中就认为分立的激发源此时已经完全相同了。,2018/10/28,26,可控震源控制系统 的零时与参考信号调整/校准,按照规范的操作要求：可控震源只有做过零时校准，后续

17、的日检、生产记录才是正确的。如果施工过程中要求使用电台一致性评价震源的性能，那么，还要做参考信号的校准，一致性的评价才会有意义，否则一旦在参数、一致性检查过程中或最终处理的地质成果上出现相位或（时）差，人们很难确定这一相位差是震源本身控制系统的问题，还是由于系统本身零时不同步的造成的问题或是其它方面的问题。,2018/10/28,27,可控震源控制系统 的零时与参考信号调整/校准,注意问题： 由于系统的构成不同，因此VE416系统的启动零时校准与PELCO系统的校准方法也有区别。 系统时钟的校准方式与PELCO系统采用的方法完全一样，要求对每台DSD和DPG进行测试，并确认时钟的计时精度满足1 ppm的要求。 与PELCO的ADV II系统不同的是，VE416系统在正常生产过程中能够自行检查系统时钟的偏差，并在超过误差范围后给出时钟超差状态提示。因此，也有些技术规范中对VE416系统的时钟校准仅要求在时钟超差状态提示超过每日统计值的10%后才进行。,