浅析地震采集仪器的选择

张庆

摘要：近年来，我国的地震灾害频发，对地震采集仪器的应用也越来越广泛。地震仪器厂商为了迎合客户对地震仪器高分辨率的要求，将大动态范围（低噪声）作为地震仪器宣传的卖点，在价格和指标之间，选择一款满足生产需要的地震仪器成为用户高度关注的问题。本文通过介绍等效输入噪声（ＥＩＮ）如何影响地震仪器动态范围和对比分析实际地震采集资料中环境噪声和检波器耦合噪声对采集地震资料的信噪比的影响，最终得出结论：仪器ＥＩＮ虽然影响地震仪器的理论和实际动态范围，但是中深层反射波的吸收衰减和远高于ＥＩＮ的环境噪声才是影响瞬时动态范围和地震资料信噪比的关键因素。目前市场上基于２４位模数转换器（ＡＤＣ）的采集仪器均能满足要求。本文的结论在用户选择合适的地震采集仪器方面具有很好的指导作用。

关键词：地震仪器；等效输入噪声；环境噪声；动态范围

引言

地震仪器是油气勘探的关键设备，其勘探能力直接决定着野外地震数据采集的效率和质量。目前，业内常用的地震仪器大致可以概括为3类，即节点仪器、无线仪器以及有线遥测仪器，每种仪器都有各自的优缺点和适用范围，可独立使用，也可借助相关软硬件平台实现在同一项目的无缝联合采集，从而满足不同甲方和施工地表条件下的勘探需求。不同的地震仪器涉及数据的种类、量级不尽相同，如何在大数据背景下低成本、高效率和高质量地完成地震数据采集作业任务已经成为一个亟待解决的棘手问题。

1地震勘探采集质量管理控制

地震勘探采集质量管理控制是我们根据质检部门或甲方要求制定的质量目标和指标要求，按照质量管理组织程序对采集质量进行控制的过程。而工序质量管理又是我们在地震勘探资料采集过程中最关键、最重要的控制环节。所谓工序，从生产对象角度讲，就是生产活动的过程，从生产主体看，是生产活动作业，这里的工序是指生产活动作业序列。工序是组成生产过程的基本环节，也是生产过程质量管理的基本环节，由于产品都必须经过各道工序的加工才能制造成功，因此工序质量的好坏直接影响产品的质量。

2主流仪器指标

为了帮助客户降低勘探设备投入成本，实现大道数、高密度地震勘探的目标，部分仪器厂商选择了数字指标相对较低的芯片，（1）不同仪器由于采用了不同成本的ＡＤＣ，具有不同的ＥＩＮ；（2）采用２４位ＡＤＣ的地震仪器具有相同的ＴＤＲ范围；（3）同一仪器前放增益越大，ＥＩＮ越小，仪器的ＳＤＲ越大；（4）考虑目前吸收衰减对中深层资料能量的影响，较大的ＴＤＲ和ＳＤＲ是高信噪比地震资料的必要而非充分条件。在实际工作中，一方面，地震采集实施中受地表条件、检波器埋置的影响，检波器畸变程度也有所不同，并且检波器的畸变要远大于采集系统；另一方面，环境噪音的能量远高于系统ＥＩＮ，因此，在地震勘探中通过仪器指标参数衡量设备优劣并没有什么实质意义。

3地震采集仪器的发展

地震采集仪器总是以不断满足用户需求，不断适应市场变化，不断跟踪世界最新技术为内容，以廉价、稳定、高精度、大容量、功能齐全、软件完备、指标优越的仪器为特征，以追求通用、灵活、高度智能化以获取高质量的地震数据资料为出发点。

4主要噪声分析

4.1环境噪声

（1）自然噪声。自然噪声的强度往往取决于风的大小。风吹引起的地表震动引入噪声信号到传感器记录信号中。（2）人文噪声与人类的生产活动有关，主要由人畜走动、机器运转、交通运输、工业电等外力随机产生。一般人文噪声可以通过限制人员的行为活动来降低，但是城市、工业区等特殊区域无法进行警戒。下图是某采用存储式节点进行施工的两个典型区域的ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ－Ｍｅａｎ－Ｓｑｕａｒｅ）噪音水平，地点ａ在繁华城区内，噪音水平一般在45～65μＶ，并且噪音以天为单位，呈周期性变化；地点ｂ在戈壁区域，外界人文噪声比较小，ＲＭＳ噪音在20～30μＶ。

4.2耦合噪声

理想情况下，检波器应该完全重复地面运动并精确记录下来。但是有两件事让检波器振动情况与地面震动不一致：一是即使检波器与地面完全耦合，但检波器的存在已然影响了地震波场；二是差的耦合会导致记录信号失真，称之为失真噪声。人们已经分析了各种影响耦合效果的因子，比如尾椎形状、长度、材料，地面土质硬度、湿度、部署方式等，然而，并没有一套完整的方法和技术解决耦合问题。好的耦合需要检波器尾椎牢固插入地下，并保持垂直，甚至将检波器填埋，但是这些都会受到勘探环境、地质条件、人员执行力的限制。复杂而又不确定因子导致耦合噪声很难量化，但是耦合噪声的影响是不能忽视的。

5几种高效采集配套技术的应用效果

5.1海量地震数据存储与管理

近年来，以“两宽一高”为特征的高效采集方法应用越来越广泛，每日产生的地震记录数据量也成倍的增长，这就对在野外施工现场数据存取速率提出了更高的要求。不同类型地震仪器的外置数据存储介质型号不同，通讯协议也各异，增加了设备管理和使用成本。研制的通用地震数据快速存储装置能够支持与G3i、428XL、Hawk等在用地震仪器配套使用，能够使用百兆数据传输或万兆光纤卡进行数据传输，可满足不低于8万道数据实时记录要求，且重量轻、体积小，使用简单方便，为高效采集作业时的数据快速存取提供硬件支撑。在进行高效作业采集时，会涉及大量地震数据的拷贝、整理和提交，需要更加安全可靠的数据管理机制。通过对地震仪器辅助数据格式和内容、地震记录头段内容、防误删机制等关键技术内容的研究，开发了一套基于炮点激发进程信息的数据安全管理软件，改变了传统依赖人工进行地震仪器高效作业数据管理的局面，提高了地震数据管理水平。

5.2定量检测

在地震资料处理软件中，通过扫描工区第一束线每条炮线的初至波传播速度。然后将此时间位置导入单道剖面，与单道剖面上的初值时间进行对比，不但能直观观察到初至波拟合的时间位置与单道剖面上时间位置的吻合度，还能查看每一个地震采集道上的时间差异大小，从而定量检测所采集地震资料的同步性。

5.3节点仪器质控数据分析与处理

由于没有电缆的束缚，节点仪器特别适合用于山地、人员密集区、大型江河湖泊、机场、军事禁区、无工农许可等有线仪器不易布设区域的高效作业施工。但是，由于设计理念的原因，用于描述节点仪器技术状态的QC数据只能在作业现场使用专用工具回收后，再到仪器主机进行查看处理，不能满足高效采集作业对质控效率的要求。通过对质控数据格式、内容、获取方式等内容的研究，形成一套适用于Hawk节点仪器的质控数据辅助分析软件，使得操作人员在QC数据收集现场可以及时、直观地查看分析已经回收的QC数据结果，并对不合格的结果进行及时处理，避免来回往返而耽误时间。同时，考虑到大规模采集作业对质控效率的要求，该软件还基于数据编码技术将QC数据通过电台、3G/4G网络或卫星短报文的方式传送到仪器车内，大幅减少节点仪器排列准备时间。

结束语

综上所述，本文从地震仪器动态范围和等效输入噪声的理论概念入手，通过分析实际地震采集资料中的噪声数量级，具有较高性能指标的地震仪器不一定能获得具有较高信噪比的地震采集资料，所以地震仪器性能指标够用就好，不要错误地以为越高越好。

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