用CheckSweep對(duì)低頻掃描信號(hào)做質(zhì)控 QC
Checksweep 在 Windows 系統(tǒng)下的一個(gè)單一窗口模板運(yùn)行，可用于設(shè)計(jì)一個(gè)掃描（圖 5 所示，起始與終止斜坡的持續(xù)時(shí)間、初始相位、與時(shí)間相對(duì)應(yīng)的振幅值、頻率和時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系），也可以輸入一個(gè)類似于 VE464 所使用的自定義掃描，在不同域?qū)捉M掃描進(jìn)行比較：頻率和時(shí)間，振幅和時(shí)間（掃描和驅(qū)動(dòng)），振幅和頻率（譜）以及相關(guān)子波和時(shí)間?？煽卣鹪吹奶卣鲄?shù)從文本文件輸入，設(shè)置地面參數(shù)（截止頻率、地面潮濕因素，地面潮濕因素由ACp 與 ACm 的對(duì)比圖給定）后，計(jì)算出沖程、閥、泵所對(duì)應(yīng)的最小頻率，在不同震源或不同驅(qū)動(dòng)水平之間對(duì)它們進(jìn)行比較，只有在震源和驅(qū)動(dòng)確定后，才可以做不同掃描之間的對(duì)比（同時(shí)顯示三種不同顏色）：把重錘的位移 (cm)和可用的沖程做對(duì)比；把主閥位移（mm）與 0.9 倍的可用沖程做對(duì)比；瞬時(shí)閥流（gpm）與最大泵流和最大閥流做對(duì)比；供給壓力與返回壓力間的壓差與震源供給壓力極限做對(duì)比。
CheckSweep 的圖形用戶界面，它是在 Windows系統(tǒng)下運(yùn)行的 Sercel QC 軟件。左側(cè)生成或輸入一個(gè)掃描，這和 VE464 下的方式一致，被選定的掃描顯示出來(lái)。圖形界面右側(cè)上，不同的域里最多可比較三種掃描，右側(cè)中，選擇使用不同驅(qū)動(dòng)及地面特征的不同震源。根據(jù)這些參數(shù)，震源所對(duì)應(yīng)的極限曲線就可以顯示出來(lái)。在不同域里比較不同掃描所對(duì)應(yīng)的特征，灰色箭頭顯示的線性掃描（2~85Hz, 8.5s 黑色）不符合可用沖程及閥流的限制，而非線性掃描（2~85Hz，12s）則在極限范圍之內(nèi)。
在理想情況下，選用的掃描應(yīng)該盡量位于震源的極限范圍內(nèi)，以便使非線性斜坡持續(xù)的時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)，隨之每臺(tái)震源都要在野外對(duì)掃描進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)槊颗_(tái)震源都有著各自不同的技術(shù)指標(biāo)（這與維護(hù)，老化等各種原因都有關(guān)系）。如果超過(guò)機(jī)械和液壓系統(tǒng)的負(fù)荷，VE464 就會(huì)給出具體的警告信息（F：靜載壓重 , P：供應(yīng)壓力；M：質(zhì)量極限位置，V：閥極限位置；E：最大時(shí)的指令），這體現(xiàn)了電控箱體的重要性，特別是在低頻段控制地面力方面更為重要，因?yàn)楫?dāng)發(fā)送的掃描在接近于震源的極限時(shí)畸變會(huì)很嚴(yán)重。VE464
低頻地面力控制
與其它電控箱體類似，VE464 由兩部分無(wú)線電通訊組成。一部分是與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（428XL 或其它）相連接的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器（DPG），這部分用于設(shè)計(jì)各種類型的數(shù)字掃描信號(hào)（線性，對(duì)數(shù)，復(fù)合，脈沖…），也可以輸入一個(gè)由外部工具（Excel, MATLAB）設(shè)計(jì)好的自定義掃描信號(hào)，這通常是針對(duì)非線性掃描的情況?？紤]到低頻段，不得不提到隨機(jī)掃描，它是由 VE464 自動(dòng)設(shè)計(jì)的掃描信號(hào)，里面是隨機(jī)分布的不同的頻率信息。低頻信息貫穿于整個(gè)掃描長(zhǎng)度范圍，避免達(dá)到震源的極限限度以及降低對(duì)居民聚集區(qū)的破壞。
每臺(tái)震源都配備 VE464 數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器（DSD），用于對(duì)先導(dǎo)信號(hào)和地面出力實(shí)時(shí)做比較。由于掃描長(zhǎng)度的增加和噪音的增大，只在地面出力的過(guò)零點(diǎn)處對(duì)相位進(jìn)行控制和校正的傳統(tǒng)反饋控制環(huán)路就變得不夠高效，基于數(shù)字震源模型（D. Boucard & G. Ollivrin, 2010）的全數(shù)字控制系統(tǒng)，VE464 的伺服控制的設(shè)計(jì)可以執(zhí)行一條追擊指令，以 0.25毫米間隔驅(qū)動(dòng)地面出力使其盡可能與先導(dǎo)信號(hào)保持一致。由于震源模型中包含了非線性度，這些指令也將非線性度用于運(yùn)算以提供一個(gè)可以減少諧波畸變的非線性輸入，這對(duì)低于3-4Hz 的信號(hào)尤為關(guān)鍵，在這段頻率范圍內(nèi)，雖然非線性度及與其相關(guān)的畸變都增大了，但是由于非線性斜坡提高了掃描速率，使得在較遠(yuǎn)負(fù)時(shí)間段內(nèi)的相關(guān)能夠消除這種畸變，因此，為低頻駐留掃描所提供的這種方法解決了畸變的問(wèn)題（T. Bianchi, personal communication）：頻率越低，畸變?cè)絿?yán)重，但是負(fù)時(shí)間段也越長(zhǎng)，通過(guò)相關(guān)可以把它消除。
南非實(shí)例分析
最近在南非（M. Denis et al., 2013）一個(gè)高密度 3D金礦采集工區(qū)（1.92 百萬(wàn)道 /km2）的實(shí)例（2012）證明了Nomad-65 使用低頻駐留掃描（EmphaSeis）發(fā)送超低頻信號(hào)的能力。這個(gè)工區(qū)在 1996 年曾利用標(biāo)準(zhǔn)線性掃描信號(hào)10~90Hz，做常規(guī)采集（32,000 道 /km2），現(xiàn)在比較一下新舊采集所對(duì)應(yīng)的偏移剖面，可見從淺層到深層（深至 4km），新采集的數(shù)據(jù)成像質(zhì)量有非常大的提高，這種提高一是因?yàn)榕邳c(diǎn)網(wǎng)格很密（50m×50m） ，二是因?yàn)?Nomad-65 發(fā)送的寬頻（3~160Hz）掃描信號(hào)對(duì)地震子波起到了很好的壓縮作用。對(duì)新采集的最終疊前時(shí)間偏移數(shù)據(jù)做一個(gè) 10Hz 以下的低切濾波，低頻信息的貢獻(xiàn)就會(huì)凸顯出來(lái)：不但能夠很好的識(shí)別反射序列，同時(shí)在沒(méi)有反射界面的地方也不存在地震子波旁瓣的信息，這充分證明了低頻信息在提高垂向分辨率方面的作用（白色箭頭，圖 6)?？偟膩?lái)說(shuō)，這張寬頻剖面提供了精細(xì)的地層結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。
常規(guī) 3D 采集（10~90Hz, 32,000 道 /km2）的剖面與高密度 UltraSeis 3D（1.92 百萬(wàn)道 /km2）和寬頻震源（使用3~160Hz EmphaSeis 掃描信號(hào)的 3 臺(tái)Nomad-65）采集的剖面對(duì)比，3D 采集工區(qū)是一個(gè)南非金礦（M. Denis et al., 2013; courtesy Anglo Gold Ashanti and Vaughan Chamberlain）。剖面從左到右展示了高密度寬頻采集在成像及提高垂向分辨率方面的作用，中間的剖面是右邊剖面做10Hz 低切濾波的結(jié)果，用于突出低頻信息的作用：子波旁瓣的消除使地層結(jié)構(gòu)更清晰（白色箭頭所示）。低頻信息不僅有助于提高分辨率，同時(shí)由于它對(duì)地層的吸收及衍射都不敏感，所以穿透能力更強(qiáng)。以前在做地震反演時(shí)，不同地層的低頻分量（LF）以及聲波屬性的求取往往單純依賴于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，現(xiàn)在因采集方式改變而增加的低頻信息則為反演獲取這兩種信息提供了更為可靠的依據(jù)。全波形反演的結(jié)果也證實(shí)了利用這些低頻信息求取地下速度模型的（G. Beaten et al., 2013）可靠性。同時(shí)因?yàn)榈皖l信息對(duì)巖石孔隙中流體的變化很敏感，所以也可用于 4D 地震監(jiān)控項(xiàng)目。
由于以前的震源無(wú)法發(fā)送及控制低頻信號(hào)，以至于很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，發(fā)送的掃描信號(hào)都盡量避開這些低頻。同時(shí)因?yàn)榈貪L波是一種低頻信號(hào)，如果地滾波存在空間假頻，后續(xù)地滾波的去除會(huì)變得非常困難，所以人們不愿意采集具有強(qiáng)能量地滾波的數(shù)據(jù)，同時(shí)處理軟件基本沒(méi)有處理低頻信號(hào)的功能，這就造成以往采集的數(shù)據(jù)低頻信息很弱，如今這種觀念已經(jīng)得到改變，許多油公司已經(jīng)要求采集處理必須包含低頻信號(hào)，比如在中東 (S. Mahrooqi et al., 2012)，但是即便如此，由于各種原因，如使用 10Hz 模擬檢波器，記錄超低頻率 ( 低于 1~2 Hz) 仍舊是個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@種檢波器對(duì)低于自然頻率的信號(hào)有一個(gè) -12dB/octave 的衰減。如何突破這種局限呢？建議使用像 Nomad-65 這樣的重型震源來(lái)激發(fā)，用基于 MEMS 技術(shù)的加速度檢波器（如 DSU）或低頻模擬檢波器（如 SG-5）來(lái)接收地震數(shù)據(jù)。
致謝
作者向幫助準(zhǔn)備本文的同事Denis Mougenot先生表示感謝，同時(shí)也對(duì)為本文提供實(shí)例研究材料的Anglo Gold Ashanti，特別是Vaughan Chamberlain 和 Michel Denis深表謝意。
微信公眾號(hào)
微信視頻號(hào)
京公網(wǎng)安備11010502053156號(hào)