石油勘探地震检波的两类检波器比较与应用优势

地震检波器是石油勘探野外采集中最重要的设备之一，其性能指标直接关系到接收数据的质量。在当前的野外施工中，以20dx为代表的动圈式模拟检波器占主流；同时，随着科学技术的发展，依托不同的技术平台，也涌现了很多其他类型的检波器，比如MEMS数字检波器DSU3等，为地震采集工作提供了更多的选择。

（1）两类典型检波器（20dx、DSU3）的比较。

在进行以20dx、DSU3为代表的两类检波器比较时应该做到以下3点。

①野外检波器对比时应该遵循点对点的原则，即单个检波器对单个检波器（相距10～30cm）。如果采取检波器串对单个检波器的方式，组合效应会使得试验结果变得模糊不清。

②不同检波器之间的比较应该保持单一的变化因素，即除了检波器之外，其他任何因素都是一致的。在不同检波器、不同施工方法、不同处理手段的情况下，得出的关于检波器本身的结论是不科学的。

③检波器的比较应该将不同类型检波器数据进行可比化后进行。比如，进行20dx模拟检波器与DSU3数字检波器对比之前，应该首先将数字检波器数据做积分，得到数字检波器的速度数据；然后将数字检波器进行检波器滤波，即将数字检波器数据通过一个等同于模拟检波器滤波效应的滤波器。或者首先将模拟检波器的数据做微分，得到模拟检波器的加速度数据；然后将模拟检波器的加速数据进行检波器反褶积，补偿检波器所损失的低频成分。

通过两类典型检波器的比较，可以发现以下两点。

①动圈式模拟检波经过多年的应用，从理论认识到实践操作都非常成熟，但是容易受到电磁干扰、信号串音、漏电等现象的影响。受其工作原理方面的限制，难以在电学指标方面与数字检波器相比较。但是对于陆上石油勘探而言，存在信号频率低（200Hz以下）、信噪比低的特点，在去噪技术没有重大突破的前提下，仍然可以满足要求。但对于该类检波器来说，工频等干扰难以避免；同时，在有效波没有完全利用地震仪动态范围的情况下，灵敏度有待于进一步提高，进而提高有效信号较电噪声的信噪比。

②DSU3数字检波器确实在电学指标方面取得了一些进步，尤其在灵敏度、线性畸变、线性频带范围、矢量保真度等方面；但是，数字检波器在耦合效应、一致性、稳定性或者抗干扰能力存在一些问题，需要进行诸如降低质量、改善外形、增强耦合效果、进一步降低电噪声、提高一致性以及抗干扰能力等方面的改进，才能取得系统性的进步。同时，从应用的角度来讲，DSU3检波器的真正优势在低频，不在高频。应该重点关注其在速度域1～10Hz频带内的信号。

（2）检波器反褶积。

①在机电比有保证的前提下，检波器反褶积可以安全地恢复动圈式检波器损失的低频成分。(www.xing528.com)

②提高检波器的灵敏度或者将检波器串联，可以显著地提高机电比，进而提高低频恢复效果。

③在采用动圈式模拟检波器进行了数十年勘探以后，可以将以往数据（没有施加低截滤波的部分）进行检波器反褶积，补偿低频成分，然后进行重新处理、解释，进一步提高勘探效果。

（3）陆上石油勘探对检波器的要求。

①优良的性能指标是确保数据质量的基础。首先，畸变、频带范围、灵敏度等电学指标是确保信号保真度的重要保证，其指标越高，信号的保真度越好。但是检波器设计所采用的参数要考虑到采集阶段的信噪比及处理阶段对噪声的衰减程度，电学性能指标的提高必须在原始信噪比较高、去噪能力持续改进的前提下，才能显现作用。在地震勘探工程其他环节条件不衔接的情况下，单纯追求非常小的失真或者非常大的动态范围等电学指标的提高——比如畸变为-160dB的检波器以及32位A/D转换器——往往难以表现为地震数据质量的系统性进步。其次，无论速度型检波器或者加速度型检波器，只要忠实地记录大地振动就是好的检波器，加速度接收不能主动地提高反射波主频。影响信号接收质量的关键是机电比。最后，数字化不能带来数据的根本性变革。任何数字信号最初都来源于模拟信号。在当前去噪能力下，数字化的主要意义是工程意义，而不是数据意义。借由数字化，进而实现检波器的小型化、无缆化、机械化，大面积推广检波器的机械埋置代替人工埋置，可以在确保质量的前提下提高效率，节约施工成本。

②耦合性能的提高有助于提高高频端的数据保真度。耦合能力差会导致更多的高频端噪声；改进与检波器耦合性能有关的外形、质量、材质等参数，使检波器更轻、更小、更好耦合的设计有利于减小这种噪声。

③耐用性、经济性。

（4）在当前去噪能力下，10Hz动圈式检波器仍然是高效率检波器。

高效率包括3个层面的含义：数据质量合格，施工简便，价格合理。以20dx为代表的动圈式检波器，在当前去噪能力的前提下，既可以通过耦合反褶积有效恢复大约1Hz以上的低频信息，又可以改装为测耦检波器（单点采集较串采集灵敏度会降低，可以相应地提高地震仪前放增益12～24dB）。这样的话，就可以充分利用已有的大量该型检波器，在节约成本的基础上，确保数据质量，提高监控效率。提高检波器的灵敏度4倍以上也有一定意义。

当前多数新型检波器的努力方向都是改进检波器的机电效应。之所以它们难以取代传统的动圈式检波器在野外施工中的主导地位，根本原因是因为石油勘探中以机械噪音为主的噪音太强了。