可控震源在地震勘探中質量控制第一頁，共132頁。引言地震勘探工作對野外數據采集質量要求的標準越來越高，用以滿足目前油氣勘探對解決復雜地區和小幅度構造的要求，保證野外原始數據的準確性與可信性成為最關鍵的環節，改善原始信號的激發品質正成為人們關注與研究的目標，對可控震源的激發要求也是如此。第二頁，共132頁。引言盡管隨著可控震源控制系統實時質量控制概念的出現，給可控震源野外現場質量控制帶來了許多便利，但是，絕大多數野外技術人員苦于對可控震源的工作系統缺乏全面了解和系統地掌握對可控震源激發質量控制的正確方法，不知道如何利用和發揮好這一新的質量控制技術。第三頁，共132頁。引言另外一些物探工作者對可控震源“系統”在激發和野外采集數據實時相關過程中采用各自獨立的信號，或稱之為非同源激發的概念比較含混，例如：如何正確進行可控震源的系統性能檢查、激發信號初始相位正確設置問題、極性檢查問題等，由于不明白為什么要這樣做，因此造成許多應用過程中的失誤，甚至到最后都不知道那里出了問題。第四頁，共132頁。引言由于對可控震源激發過程一些概念上的模糊，在一些地方或項目運做中出現了對可控震源激發過程質量控制的評價變成對可控震源輸出力畸變的評價，并且在對激發能量的要求與輸出信號畸變控制的指標上提出了相互矛盾的指標和要求，造成了野外震源激發質量監控與評價上的困難，甚至不同程度地影響和制約了可控震源的應用效果與應用技術的發展。第五頁，共132頁。引言可控震源激發質量的控制原則上將包括：施工前的基礎技術準備工作施工過程中的質量控制質量控制數據的分析方法提供改善激發品質的途徑因此，可控震源激發的質量控制是一個全過程的控制，而質量控制的最終目的是要能夠保證激發數據的可信性，并提供尋找震源在激發過程中出現質量問題的原因和解決方法，最后落實到改善震源激發品質的目的上。第六頁，共132頁。引言這也是為什么我們總是請物探工作者做最終地震激發效果裁定的原因。目前有這樣一種傾向：把可控震源激發信號品質的評價與可控震源振動性能評價混淆在一起。有時正是這種含混的工作方式加劇了在震源激發質量評價工作上的困難，因此，我們特地在本文的主要內容中增加了施工前的技術準備工作的部分，希望將一些震源本身的評價與震源生產中的信號激發質量分開，需要特別指出的是：有時這兩者還要很好地結合在一起，否則也會出現另外新的問題。第七頁，共132頁。引言隨著實時質量控制概念的出現，在生產中的每次掃描或振動，都相當于傳統的震源一致性檢查過程，因此，以往希望每天只做一次一致性就蒙混過關的現象基本上得到有效遏制。隨著實時質量控制概念的出現，另外一種現象也困惑著震源應用人員和監理人員：如何評價可控震源在實際應用中QC數據的丟失問題，實際中，由于各種客觀和偶發因素的影響，震源質量控制數據經常會發生丟失，因此對丟失QC數據的振次在評價上容易產生分歧。第八頁，共132頁。第一部分野外篇震源的激發質量如何監視震源的激發質量？檢查震源的QC；震源QC數據評價的基本原則；第九頁，共132頁。震源的激發質量震源的激發質量控制是一個全過程控制：震源作業前的基礎技術準備；激發因素的確定及對激發質量的認可；激發過程中的控制；事后分析產生的超前（反饋）控制；由于一些客觀因素，使得在對地震采集過程進行的激發質量控制實際上是監視多于控制本身，因此，事前應該更多地關注一些復雜因素可能帶來的對震源激發質量的影響。第十頁，共132頁。影響震源激發質量的因素影響震源激發信號質量的因素很多，我們簡單羅列了下述重要因素，有些因素甚至難以控制：震源的技術狀況；激發因素的選擇；激發環境的影響；使用者的技術素質；第十一頁，共132頁。震源作業前的基礎技術準備（1）震源作業前的基礎技術準備工作主要有：震源機械、液壓、氣路等系統的檢查與必要調整；各種壓力，特別是儲能器氮氣充氣壓力和空氣彈簧壓力的調整；震動器部分的各個緊固件檢查與緊固；電子控制/通信系統的檢查與調整：系統軟/硬件版本號是否統一或得到甲方特別許可；甲方要求的QC形式能否滿足；通信系統是否工作正常，在工區有無其它干擾源；第十二頁，共132頁。震源作業前的基礎技術準備（2）電子控制/通信系統的檢查與調整（續）：指令信號與QC數據的傳輸質量；時鐘/零時校準；與儀器聯機是否正常；完成可控震源的（年檢）月檢和日檢完成可控震源振動性能指標的測試工作完成可控震源激發極性的驗證完成可控震源與數據采集系統的聯機調試完成激發/數據采集系統的激發試驗第十三頁，共132頁。震源作業前的基礎技術準備（3）

可控震源基礎技術準備工作非常重要，是整個質量控制的關鍵，千萬不要等震源質量控制指標出現問題后才發現：原來震源在生產前本身就有問題！其實，我們在野外工作中經常發現：許多情況下超長時間都難于完成的震源日檢主要原因就是沒有做好前期的基礎技術準備工作，沒有解決好震源本身存在的問題。個別人（隊）希望通過長時間、反復的振動，找到一次能夠合格的結果僥幸過關，對此，我們的建議是：第十四頁，共132頁。震源作業前的基礎技術準備（4）與其說每天如此辛苦，倒不如徹底停下來檢查一下哪些基本的技術準備工作沒有做或沒有做到位，俗語云：磨刀不誤砍材功。如果上述基礎工作有問題，則在后續的生產中，震源的激發質量監視與控制工作將非常難以順利進行，因此，前期的基礎技術準備工作對保證震源激發質量非常重要。第十五頁，共132頁。可控震源機械狀態的調整目的：可控震源經過動遷或起封后，一般都要進行機械、液壓驅動的行走及運動部分的調整和檢查、保養。如：對連接件和緊固件的檢查和調整；對傳動系統的檢查和調整；對車輛油、水液面的檢查和重新加注；各關節部位潤滑脂的檢查與加注；對儲能器中的氮氣充氣壓力的檢查和補充；根據地表條件對可控震源提升系統壓力的調整和對空氣彈簧隔振系統的調整；對各種安全防護和報警系統的檢查與驗證；對當地可能使用的各種油品理化指標的取樣與檢驗等等，這些基本工作對保證可控震源的性能，提高系統在工作中的可靠性至關重要。第十六頁，共132頁。可控震源機械狀態的調整主要內容：具體檢查內容可參照相應可控震源使用與維護保養手冊的內容進行，通常要求在震源的狀態調整和恢復工作完成后，提交相應的技術檢驗報告，報告主要內容應該包括：調整前震源存在的主要問題；調整和恢復所做的主要工作；調整后震源的技術狀況；目前震源存在主要問題；后續的技術準備和備件等方面的準備。第十七頁，共132頁。可控震源機械狀態的調整注意事項：可控震源的狀態調整和恢復是一項非常重要的基礎工作，要在機械師和電子工程師的指導和震源操作員的配合下完成。由于可控震源的振動與行駛驅動都是采用液壓驅動的，一般系統的工作高壓都在20Mpa以上，同時由于發動機工作產生的巨大噪音，往往存在語言聯絡問題，因此，在震源機械狀態調整和恢復工作中要特別注意操作過程中人員的安全性，有關這部分的要求詳見可控震源使用與操作手冊的內容和可控震源安全施工作業指導書。第十八頁，共132頁。可控震源控制系統的

零時與參考信號調整/校準

可控震源零時與參考信號校準是除了震源狀態調整與恢復外另一項極其基礎的工作，許多可控震源隊在施工伊始偏偏忽略了這項基礎工作，結果導致設備啟動或驗收困難。第十九頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準為什么要對可控震源進行零時與參考信號校準？人們常說的可控震源實際上是由一個非常奇特的系統構成：采用了激發源與接收系統的信號參考源分立的實現方式，每個激發源采用各自的系統時鐘計時，控制時序與順序按照各自的系統時鐘運行，但是對于數據采集系統則一直是按照同源信號進行相關處理的，即認為：記錄在地震數據采集系統數據道集上的數據（可控震源激發后接收的地震信號）與記錄在數據采集系統輔助道上的參考信號（震源編碼器內部產生的信號）是同源信號，因此，實時相關的處理過程是采用輔助道信號與數據道集上的信號進行統一相關，得到野外震源地震相關記錄。第二十頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準如果震源信號與震源編碼器內部信號本身就存在一定的時差，實際相關結果與理想的相關結果也就引入了一個固定的時差表現在地震剖面上，最終轉換成在地質成果解釋上的深度誤差。由于近地表物性的變化（對激發頻率的吸收、衰減作用）是非均勻的，因此，每次實際接受到信號的頻帶寬度是不確定的，再加上多次垂直迭加，所以這種時差是不可逆的，即：不能采用事后的處理方法進行修復，必須事先通過可控震源的零時與參考信號校準來完成。特殊情況下，在可以不需要進行校準過程，如系統自動采用GPS統一授時時。第二十一頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準可控震源控制系統的零時校準實際包含二個含義：時鐘校準；啟動指令時間校準；目前可控震源控制系統采用的時鐘精度都達到了1ppm，即：百萬分之一的誤差水平，因此系統時鐘的校準必須采用專用的測試儀器。對于震源控制系統時鐘的測試主要包括：編碼器的時鐘是否滿足1ppm的誤差精度要求，如果需要，還要根據季節和溫度變化對時鐘補償電路進行相應的調整，這種調整一定要請專業人員進行，這也是震源年檢的主要內容，有關年檢的具體內容將在后續的文中做出說明。第二十二頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準當各系統時鐘滿足精度要求后，能夠真正產生激發與數據采集不同步的問題是可控震源系統啟動指令的時間誤差。由于可控震源的啟動完全依賴于各震源和儀器的無線通信系統，各通信系統的技術指標往往是有一定差異的，這種差異對于一般的語音通話功能沒有明顯的影響，例如：語音通信允許的啟動延遲達誤差范圍可達到200ms，但是對于地震數據采集要求高精度同步啟動指令信號，則往往是一個大問題。第二十三頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準由于電磁波的速度與光速一樣，通信距離往往不是導致啟動指令時間延遲的主要因素，導致震源啟動指令時間延遲的是儀器/編碼器在通過電臺發出啟動指令的過程中，電臺從接收狀態轉換為發射狀態時所生產的時間延遲或程序設定。不同型號電臺的轉換時間都有一定的限定范圍，而儀器內部的編碼器則直接受數據采集系統的控制（線對線），在工程應用中，電磁波理論上不存在時間延遲問題，因此，只能通過調整編碼器內的指令延遲時間，使編碼器內部的啟動與震源的啟動時間完全同步。第二十四頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準所有可控震源控制系統在啟動命令傳輸時都面臨這樣的問題，只不過各系統在解決或實現的方式上有所不同。典型的如：法國SERCEL公司的產品VE416和VE432只需要根據系統在工作中出現時鐘偏差狀態顯示的百分比，確定是否要進行時鐘校準，而啟動指令時間校準則在每日生產前的操作步驟中自動進行，也就是說：對SERCEL數據采集系統來講，實際上是每天都要做電臺啟動延遲校準的。美國I/O公司的ADV系列（原PELTON公司）則是分步進行的：只在每個施工期開始前進行一次震源零時校準，后續生產過程中就認為分立的激發源此時已經完全相同了。第二十五頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準按照規范的操作要求：可控震源只有做過零時校準，后續的日檢、生產記錄才是正確的。如果施工過程中要求使用電臺一致性評價震源的性能，那么，還要做參考信號的校準，一致性的評價才會有意義，否則一旦在參數、一致性檢查過程中或最終處理的地質成果上出現相位或（時）差，人們很難確定這一相位差是震源本身控制系統的問題，還是由于系統本身零時不同步的造成的問題或是其它方面的問題。第二十六頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準注意問題：由于系統的構成不同，因此VE416系統的啟動零時校準與PELCO系統的校準方法也有區別。系統時鐘的校準方式與PELCO系統采用的方法完全一樣，要求對每臺DSD和DPG進行測試，并確認時鐘的計時精度滿足1ppm的要求。與PELCO的ADVII系統不同的是，VE416系統在正常生產過程中能夠自行檢查系統時鐘的偏差，并在超過誤差范圍后給出時鐘超差狀態提示。因此，也有些技術規范中對VE416系統的時鐘校準僅要求在時鐘超差狀態提示超過每日統計值的10%后才進行。第二十七頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準注意問題：VE416的操作規程中規定：在正常生產前要執行一系列測試校準模塊，其中包括電臺延遲測量模塊M209。系統將自動計算并存儲測量的結果，保證啟動指令同步的可靠性，因此在VE416系統中，沒有單獨提出要求做啟動零時校準的要求。VE416系統也可以做電臺一致性，但是，當操作員選擇了模塊M201后，系統將自動測量參考信號所需要的延遲補充時間，因此不需要向PELCO系統那樣人工進行校準補償。第二十八頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準注意問題：但是如果選擇了有線一致性方式，并且采用采集站作為傳輸媒介，則要考慮分布系統帶來的時間差，需要人工設置延遲時間來補償傳輸延遲！需要指出的是，由于VE416系統構成的方式與pelco系統不同，因此，如果用戶選擇了調返一致性信號的方式，則系統本身會自動在啟動時斷（TimeBreak）窗口上增加1000ms的時間，這是每次掃描都增加的時間，因此，從施工效率上來考慮，還是以其它方式分析震源的性能為宜。第二十九頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準注意問題：SERCELVE432系統的啟動零時/參考信號的校準方法與VE416系統基本一樣，但是，VE432系統中沒有“分組電臺延遲測試”的功能，這就意味著在VE432系統中不允許使用不同型號電臺的組合方式。無論是做可控震源的啟動零時校準，還是做電臺參考信號校準，都只能使用同一臺震源和編碼器聯機校準。由于存在啟動指令校準和上述的校準方法問題，因此采用ADVII系統的震源必須使用相同型號的電臺，嚴禁不同型號的電臺混用！第三十頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準注意問題：如果施工期間更換了ADVII系統ESG的系統控制板，則要求重新做校準或重新置入上述校準值。原則上在施工過程中不能既要求使用電臺一致性，同時還要求使用有線一致性，除非有線傳輸的時間可以不考慮，因為系統只允許鍵入一個補償值。第三十一頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準注意問題：在采用分布式數據采集系統中，經常有人提出通過采集站做有線一致性，但是，如果不考慮信號的傳輸距離是非常錯誤的。因為人們常常認為電波的傳輸速度和光速是是一樣的，因此電信號的傳輸時間延遲可以忽略不計。實際上有線信號在傳輸中產生的時間延遲并不是因為電波的速度造成的，而是因為每個采集站采用中繼數據傳輸和每道電纜內的分布電容造成的。第三十二頁，共132頁。可控震源控制系統

的零時與參考信號調整/校準注意問題：考慮一個單站單道的系統，單邊放炮方式，振點與數據采集系統間隔240個采集站，道間大線110米，每個采集站中繼時間1.5s，每段大線每米延遲時間5ns。這是一個非常典型的數值，這樣震源采用有線方式從端點采集站將一致性信號傳回數據采集系統需要約580s，對于80Hz的信號意味著額外引入約16的相差。第三十三頁，共132頁。激發因素的確定及對激發質量的認可（1）震源的激發質量還與激發因素和激發環境有密切關系，激發頻率越接近低拼或高頻截止頻率，激發信號的品質就越難以控制，激發質量就越難評價；激發強度越高，源致的干擾背景也就越強，輸出信號的畸變值相對越大；激發近地表膠結性越差，諧波越發育；激發過程中耦合不好，則激發質量就會下降；因此，可以這樣認為：只要激發因素和環境確定下來了，激發質量的評價水平也就基本確定了。第三十四頁，共132頁。激發因素的確定及對激發質量的認可（2）經常出現這樣的情況：激發因素的確定與激發質量的評價基本無任何關聯性；激發質量的評價無法與激發環境相適應；難以確認激發質量異常的原因；所以，我們會出現在對震源激發質量的評價上遇到困難。因此，必須認識到：對震源激發質量的認可不是事后的決定，而是事先的確認。第三十五頁，共132頁。可控震源的日檢和月檢為了確保可控震源施工中原始數據的采集質量，同時簡化檢查過程，增加有效工作時間，可控震源的工況檢查方式分日檢和月檢兩種形式。為什么要對可控震源進行如此繁多的檢查？許多人認為是為了保證震源、地震儀器的技術性能指標。這是其中的一個原因，但不是重要的原因。分立的激發源對系統同步的重要性；能量均衡對地質數據屬性品質的重要性以及人的操作素質可能對地震數據采集結果的影響。第三十六頁，共132頁。可控震源的日檢和月檢目的：可控震源的日檢和月檢與數據采集系統（地震儀器）進行的日檢和月檢有重大的不同。儀器的日檢主要側重于對記錄部分性能指標的檢查，如：數據道/輔助道間的相位一致性、增益臺階的精度、入口噪音水平、道間的串音、有效動態范圍等，這些性能指標往往會受到工作環境的影響而產生輕微的變化，就一般的變化來說（不是器件完全失效），對數據采集的質量影響有限，并且如果數據采集系統在出現較大的問題或致命故障時，目前的儀器本身都具備實時自檢功能，會隨時提請操作人員注意，有時更會自動中斷數據采集工作，等待故障排除后才能重新進入正常的采集狀態。第三十七頁，共132頁。可控震源的日檢和月檢目的：但是，使用可控震源激發則存在一些操作人員容易忽視的致命隱患，有時震源和儀器工作都非常正常，但是在原始記錄上的表現則往往是面目全非，更為可怕的是有些問題要到后續資料處理時才會發現！由于可控震源往往采用相關迭加的采集方式，使得花費巨資采集到的資料成為不可恢復的廢品，這不僅白白浪費了人力、物力和才力，同時也影響了油氣勘探、開發的時間，有時由于種種因素的限制，對同一地區重新進行數據采集已經成為不可能的事情，如國外的投標項目和油田開發區的數據采集工作就是如此。第三十八頁，共132頁。可控震源的日檢和月檢目的：為什么會出現這樣的情況呢？主要是因為可控震源在激發與數據采集過程中是一個分立的系統造成的。理想情況下可控震源的工作模式應該是：可控震源與數據采集系統使用同一個激發源和準確無誤的啟動指令信號。遺憾的是，由于可控震源工作點往往與數據采集系統有數公里的距離，可控震源和數據采集系統間不可能拖著數公里長的控制電纜，因此，實際系統采用了二個信號源分別置于數據采集系統上和震源車上的做法，控制指令采用電臺遙控方式，可控震源QC本身是檢測振動信號與自身的參考信號對比的結果，這就帶來了問題的隱患。第三十九頁，共132頁。可控震源的日檢和月檢目的：如果分立的一個系統出現激發參數錯誤，或在使用多參數激發過程中出現激發順序錯誤，則可控震源的另一個系統依然會根據自身的控制情況發回正常的QC結果，而數據采集系統也會在毫不知情的情況下繼續采集，并用自身的信號進行著實時相關的過程，加之操作人員和現場質量監督人員的疏忽或不經意，有時也是因為從原始數據記錄上分辨出這樣的錯誤需要太多的經驗和水平的緣故，造成了無可挽回的損失。第四十頁，共132頁。可控震源的日檢和月檢目的：另外由于可控震源是地表激發源，激發過程中的耦合平板與大地耦合在一起，通過平板與近地表受迫振動傳輸激發信號，因此，近地表的物性變化也會影響到可控震源的激發品質，所以，有時也要根據表層地質條件的不同，來適當地調整激發參數和震源控制參數，這也是我們做日檢的主要原因之一。在國際勘探服務活動中，對絕大多數油公司而言，儀器的日檢通常只要求每日生產前做一次，而震源則往往要做多次（早、晚或早、中、晚），而且還要求加上實時的QC數據監視。第四十一頁，共132頁。可控震源的日檢和月檢主要內容：通常月檢側重對可控震源總體振動性能指標的檢查，特別是振動輸出力能力的檢查，而日檢則側重對激發參數的一致性和同步振動精度的檢查。日檢和月檢另外一點重要的區別就是：日檢可以使用震源本身提供的測試與分析手段進行，而月檢通常要求使用與震源系統獨立的測試與分析工具進行，這樣使得最終的測試與分析結果更可靠。第四十二頁，共132頁。可控震源的日檢和月檢主要內容：這種要求是目前國際上通行的做法，但是考慮到目前由于受到測試工具沒有普及的限制，盡管提出了這樣的規范要求，目前依然允許向日檢的做法一樣，采用震源本身提供的手段進行，今后將逐步過渡到與國際的要求接軌。由上述的闡述可見，可控震源月檢和日檢工作是基礎技術準備工作中必不可少的重要環節，根據可控震源所采用的控制系統的不同和各油公司的要求不同，可控震源月檢和日檢的內容可能會略有出入，但是總的檢查內容基本是一樣的，側重應該是：第四十三頁，共132頁。可控震源的日檢和月檢主要內容：激發信號與數據相關用的參考信號的一致性；激發與數據采集系統啟動指令的同步精度；遙控狀態下的參數傳輸；實時質量控制數據的采集與傳輸；主要振動性能指標：相位、輸出力、畸變大小；實時質量控制結果的顯示與輸出；第四十四頁，共132頁。可控震源的日檢項目日檢是可控震源隊每天正常生產前必須做的一項檢查。可控震源的日檢側重于對其生產參數下的參數一致性、振動輸出信號相位的檢測與評價，常規的檢查項目主要有：激發參數的一致性檢查；振動輸出力信號與參考信號的相位誤差檢測；振動輸出力諧波畸變檢查。第四十五頁，共132頁。可控震源的月檢項目月檢是可控震源隊每月正常生產前必須做的一項檢查，側重檢查可控震源在生產參數下的振動性能，國際上的通常做法是采用獨立的振動性能檢測系統進行測試。在目前的過渡階段，原則上仍然允許采用震源控制系統提供的檢測手段進行檢測，今后將逐步要求采用獨立的檢測系統進行。常規的檢查項目包括：震源峰值振動輸出力及曲線；震源峰值振動輸出力及曲線；震源振動輸出力相位誤差及曲線；震源峰值振動輸出力畸變及曲線；電臺指令傳輸的可靠性與通信距離測試。第四十六頁，共132頁。激發過程中的控制激發過程中的控制主要目的在于：實時控制激發質量，確認不偏離目標；確認激發質量異常的產生原因；激發過程質量控制的主要方法：傳統的“一致性”方法；實時QC數據監視；第四十七頁，共132頁。事后分析產生的超前（反饋）控制事后分析的主要目的不是要決定是否“補炮”，如果真是那樣，只能說明前面的工作有較大的失誤。事后QC分析的主要目的是要防患于未然并為QC評價提供更科學、合理的依據：QC數據的統計（分布）規律；數據異常的群（個）體以及發生的區段；數據異常的群（個）體以及發生的震源或操作人員；第四十八頁，共132頁。如何監視震源的激發質量？按照目前試行的方法，震源激發質量的監視方法包括：震源每日的一致性；震源的實時QC數據顯示；震源控制系統設置誤差超限報警功能；原始記錄信噪比檢查（儀器）；經驗分析；實時現場處理分析；第四十九頁，共132頁。檢查震源的實時QC數據震源的實時QC數據包括的主要內容：圖形/曲線：互相關子波、相位誤差曲線、輸出信號振幅曲線；數字型數據：掃描庫、信號方式、出力/相位/畸變（峰值/平均值）、檢查和、故障檢測結果等；檢查的主要內容：掃描信號的同一性、各震源的同步性、激發能量的均勻性；震源的工作狀態；激發點的正確位置；第五十頁，共132頁。震源的實時QC數據（1）第五十一頁，共132頁。震源的實時QC數據（2）第五十二頁，共132頁。震源的實時QC數據（3）第五十三頁，共132頁。動態與靜態問題研究定值問題：代數分析研究隨機問題：統計的方法第五十四頁，共132頁。反饋控制的簡單概念對于現代系統而言，有兩類典型系統：開環系統閉環系統（反饋系統）開環系統的輸出直接反映各種輸入信號的變化，不具備抗干擾能力。閉環系統的輸出只反映設定輸入信號的變化，對來自系統內外的干擾（擾動）信號具有一定的抑制能力。第五十五頁，共132頁。反饋控制的簡單概念（續）控制系統輸出的特點：控制系統的輸出過程：瞬態+穩態輸出永遠不能等于輸入，總是在目標控制線上下擺動；當前時刻的輸出源于上一時刻的修正數據，即：輸出與輸入總有一個時間間隔t；達到穩態的時間取決于系統構成、控制算法等因素；動態第五十六頁，共132頁。震源QC數據評價的基本原則趨勢分析：按照反饋控制的原理，正常的控制系統一定是沿著控制目標收斂的控制趨勢；隨機性問題：控制過程中，由于外界干擾的隨機性造成數值結果的隨機性，因此對于反饋控制系統而言，最終評價標準沒有絕對值，只有目標值和控制范圍；第五十七頁，共132頁。震源QC數據中的峰值與平均值峰值的物理意義：對峰值的分析表現出對非正常擾動的分析與系統的控制能力的分析；它表征的是瞬（動）態、單一值；它通常給出了異常值的最大范圍；平均值的意義：平均值表現了控制系統的最小分辨能力；它表征的是平穩過程的靜（穩）態誤差；第五十八頁，共132頁。輸出力問題對輸出力信號的評價主要側重于：振幅的均勻性評價一個兼顧低頻信號與高頻信號的均勻振幅具有高穿透性與高分辨力的特點；峰值出力與均值出力的差越小越好在采用基值力控制下，一個70%左右的振幅控制水平可以相當于峰值力控制下的90%左右第五十九頁，共132頁。相位誤差問題相位誤差的評價主要側重于：控制趨勢評價只有收斂的控制趨勢才能是正常；震蕩或發散的趨勢都是不正常的；平均相位反映的是穩態相位誤差，將影響最終的相關結果，因此對平均相位的分析更重要；相位誤差的確定在1ms采樣率下，1/4的樣點誤差是0.25ms，等于主頻50Hz子波相位誤差4.5度第六十頁，共132頁。相位誤差評價的主導思想允許平均相位誤差的確定：最大允許1/4的樣點誤差的概念；在1ms采樣率下，1/4的樣點誤差是0.25ms，等于主頻50Hz子波相位誤差4.5度所以，要求平均相位誤差在5度以內，但實際上野外的控制誤差基本在2度以內針對不同的勘探目的與精度，可以修正評價標準；要有分辨系統誤差的概念。第六十一頁，共132頁。畸變的評價原則對輸出力畸變的評價側重于相對性評價在相同型號的震源、完全相同的激發參數、基本相同的激發環境下，震源輸出力信號的畸變水平應該相當，即各激發信號相對之間的畸變誤差應該在一定的范圍內；經驗值確定的范圍為10%第六十二頁，共132頁。震源QC數據的統計分析采用PELTON公司提供的震源QC數據統計分析方法：PSSXVS直方圖統計分析方法：趨勢分析，更側重于大的范圍；線形圖統計分析方法：細微分析，更側重于小的范圍或細節；第六十三頁，共132頁。峰值相位誤差達到26度合格嗎？這是我們經常遇到的問題，如果評價標準認可峰值相位誤差最大25度，那么出現26度時是否合格？根據前述的一些原則，可以這樣分析：有收斂的趨勢嗎？平均相位誤差超限嗎？上一次的峰值相位誤差多大？是新振點嗎？第六十四頁，共132頁。實際反映的是如何理解在震源激發過程中的“畸變”問題以及可能對采集數據產生的影響？畸變問題畸變第六十五頁，共132頁。畸變的產生原因在可控震源的激發過程中畸變產生的原因較多，主要發生在下述環節：控制、執行系統的非線性；近地表物性非線性的影響；控制過程中的擾動信號的影響；因此，震源輸出信號不發生畸變是不可能的，通過一些途徑來降低畸變水平是有可能實現的。第六十六頁，共132頁。畸變的評價可控震源輸出力畸變評價為什么難？可控震源輸出力的畸變評價是目前最難掌握的，主要原因并不是震源本身的因素，而是評價方法本身。由于可控震源振動輸出力的畸變不僅僅與震源設備本身的狀況有關，還與掃描參數、控制參數、近地表物性結構以及震源設定的激發強度（振幅）有關。第六十七頁，共132頁。畸變的評價可控震源輸出力畸變評價為什么難？隨著可控震源振動輸出力愈來愈大，而與此同時有些工區表層耦合條件不好，如河床、山前帶礫石區、寒冷季節凍土地表等等，加劇了震源振動輸出力的畸變評價的困難性。特別是早期的可控震源采用平板加速度信號（或速度信號）鎖相的可控震源，一致性評價成了對平板信號畸變失真的評價。這里面有一個誤區，而許多人不自覺的掉到了這個陷阱中。平板信號的畸變固然影響振動輸出力的品質，但平板信號不等于全部的下傳信號，而僅僅是下傳信號的一部分，并且是受迫振動的一部分。第六十八頁，共132頁。畸變的評價可控震源輸出力畸變評價為什么難？可控震源振動輸出力的下傳能量由兩部分構成（如果不考慮靜載壓重的影響），第一是反作用質量塊產生（重錘）的激振能量，第二是平板受迫振動產生的附加能量。平板在振動器與大地之間構成耦合／傳輸媒介，并且在激發過程的初始段的平板信號很小，這一點從通常的一致性振幅中也可以看出來，而重錘的激振振幅卻很大，因此，下傳能量的畸變與失真并不如看到的平板信號的畸變失真那么大。第六十九頁，共132頁。畸變的評價可控震源輸出力畸變評價為什么難？以前我們曾經給出振動出力畸變失真總量的通常指標為１秒后小于15%，而平板信號就要遠遠的大于15%了。對于15%的畸變失真總量而言，實際上是人們視覺上可以較好分辨信號的值，給人感觀上的畸變與失真可以接受，但是這并不意味著可控震源滿足這一指標就絕對沒問題。對有些地區振動出力畸變失真總量達到40%就已經很滿足了，而有些地區則有可能要達到10%。我們無法改變大地的物理特征，這也是為什么我們目前推薦使用相對評價標準的原因。第七十頁，共132頁。畸變的評價可控震源輸出力畸變評價為什么難？可控震源輸出力的畸變實際上是源致諧波干擾造成的，在沒有震源激發信號前，數據采集系統記錄的是排列隨機干擾背景，當震源振動后，干擾波的強度明顯增加。試驗結果表明：震源輸出信號的畸變強度與激發強度有密切關系，但不是呈線性變化。較低的激發強度與較高的激發強度都可以導致較大的輸出畸變，這本身不僅與平板與大地的耦合狀態有關，同時還與平板振動過程中帶動的等效振動泥土的質量有關，而等效振動泥土的質量是一個頻變質量，因此具有較強的非線性特征。第七十一頁，共132頁。畸變的評價可控震源輸出力畸變評價為什么難？從另外一個角度看：當激發強度確認后，正常的震源輸出信號的畸變也就基本確定了，因此在設定了激發強度后，再用事先確定的畸變評價指標來評價輸出力信號的畸變就缺乏科學性，同時也造成了目前對震源激發信號畸變評價的困難。如果強制性地設定一個畸變評價值，則對于有些地區可能很容易地達到這一指標，而對有些地區而言，這個設定值可能就是一個臨界畸變指標，對于表層較差的工區，這一指標也許會過于苛刻。第七十二頁，共132頁。畸變的評價可控震源輸出力畸變評價為什么難？因此，我們并不能強求所有的可控震源，不論在什么地方都必須滿足某一絕對評價指標。對于表層條件較差的地區，我們建議采用相對評價標準，即多臺震源相互間的畸變失真總量誤差小于10%。我們收集了國內外震源及在各種地表條件下的許多測試資料，并對我們所采集的結果做了大量的定量分析，認為這一相對指標值的設定基本上是合理的。第七十三頁，共132頁。畸變的評價可控震源輸出力畸變評價為什么難？如果這一指標達不到，那么參與施工的可控震源或多或少的存在些問題，特別是機械結構或減振系統及儲能器可能存在問題。即便對于好的地區，在指標范圍內，最好與最壞的差應在5～10%的范圍內，否則應檢查振動器的有關剛性、柔性連接件有無松動，減震空氣彈簧氣壓、平板有無開裂痕跡或其他機械故障。經驗告訴我們，機械故障導致的畸變往往反映在奇次畸變異常。第七十四頁，共132頁。畸變的評價特別提示：目前PELTON公司新推出的VCA系統在畸變失真總量的數學算法上進行了重要的調整。在同樣的試地表條件下，使用新版本計算出的畸變失真總量比老版本高一倍！第七十五頁，共132頁。畸變的計算方法第七十六頁，共132頁。畸變信號的特點隨著激發強度的增加而增加；隨著頻率的變化而變化；偶次與奇次諧波能量不同；沒有確定的畸變值；第七十七頁，共132頁。畸變信號的特點第七十八頁，共132頁。畸變信號的特點（續）第七十九頁，共132頁。畸變信號的特點（續）第八十頁，共132頁。畸變信號的特點（續）第八十一頁，共132頁。畸變信號的特點（續）第八十二頁，共132頁。可控震源輸出力畸變評價的目的？正確評價震源輸出信號的畸變有二重含義：確定合理的激發參數與下傳信號的信噪比；發現震源本身的故障隱患或已經出現的故障；前者是要在野外采集/激發參數試驗中確定，用于評價激發強度的設定是否合理，激發效果能否滿足地質任務（勘探深度、激發信噪比等）的要求，而后者則是日檢的內容，主要用于評價震源是否存在故障或故障隱患，如：當平板出現裂紋時、振動器結構壞損、儲能器皮囊破裂等均能造成震源輸出信號畸變值的增加。第八十三頁，共132頁。可控震源輸出力畸變評價的目的？可控震源在質量控制中對震源輸出信號畸變的評價主要解決的是震源本身的問題。以前我們在野外采集/激發參數試驗中對激發頻帶的選擇、掃描時間（長度）、同時激發的震源臺數、垂直迭加次數、震源組合方式、震源組合基距等關注較多，對激發強度的試驗較少，或者認為掃描時間（長度）、同時激發的震源臺數與垂直迭加次數的試驗等同于激發強度的試驗。這里面有一個重要的概念問題：掃描時間（長度）、同時激發的震源臺數與垂直迭加次數的試驗是激發能量的試驗，不能等同于激發強度。第八十四頁，共132頁。可控震源輸出力畸變評價的目的？正是因為缺少了激發強度的試驗，因此我們往往缺少評價處于良好狀態下的震源在設定的激發強度下的正常輸出信號的畸變范圍，結果使得震源輸出信號正常畸變與震源故障畸變二者在評價中混為一談，一旦出現畸變偏大的情況便束手無策。第八十五頁，共132頁。可控震源輸出力畸變評價的目的？我們在野外也經常看到這樣的情況：當震源在正常生產前做不出“合格”的日檢后，大多數情況都是因為震源輸出信號畸變評價的問題，然后，按照“畸變評價要求”，震源開始滿山遍野地尋找滿足畸變評價要求的“福地”，最后完成了“日檢”。每當看到這樣的情況，我們都會情不自禁地想到：這是不是一種自欺欺人的做法？其實在一種特殊的條件下，這是反而是一種極正常的現象，問題在于野外工作的人知道震源沒有問題，但是為了應付苛刻的日檢條件或錯誤的評價指導思想，不得不采取這樣的“下策”。第八十六頁，共132頁。可控震源輸出力畸變評價的目的？換一種思考，震源在大多數情況下的失效表現為緩慢性，昨天還好好的震源，怎么今天就壞了呢？試想：如果震源真的出了問題，縱有天大的本事，也做不出真正意義上合格的日檢來，同時在野外實際激發過程中，震源掃描信號的每次質量監測數據都將實時地反饋到質量控制系統并記錄下來，供事后分析用。這些現象也促使我們要明確對可控震源輸出信號畸變評價的目的。第八十七頁，共132頁。畸變對采集數據的影響目前計算的畸變結果主要是檢測近激發源的振動信號，它反映的是可控震源有效激發能量占總激發能量的比例。按照能量守恒原則：總的激發能量=有效能量+干擾因此在激發過程中，總是希望降低干擾成份。提高震源激發信噪比。第八十八頁，共132頁。降低畸變的問題降低畸變實際上降低的是近激發源的畸變，如果不考慮激發因素的改變，可通過下述方法降低或改善輸出信號品質：降低激發強度；優化控制參數；影響/風險：降低激發能量，可能影響深層資料品質；第八十九頁，共132頁。高畸變對地震資料有什么影響？一般高畸變主要影響近激發源（排列）地震道的信噪比，對遠排列影響相對較小。有時為了得到深層有效反射，還必須犧牲淺層的信噪比。我們期望對畸變的評價能有一個統一的標準，根據目前掌握的情況，國外油公司對此的評價標準也不盡相同，所以到目前為止也沒有一個統一的標準。第九十頁，共132頁。震源QC數據的統計分析引入QC統計分析的目的合理地運用QC統計手段確定科學的監視標準尋找故障隱患合理地剔除異常點第九十一頁，共132頁。選擇分析方法與項目第九十二頁，共132頁。直方圖統計方法第九十三頁，共132頁。標尺選擇第九十四頁，共132頁。線形（逐點）統計方法第九十五頁，共132頁。選擇與顯示第九十六頁，共132頁。QC數據的缺失問題在正常生產過程中經常會出現QC數據缺失的問題。由于障礙物的遮擋出現通信困難，因此在復雜地區作業時，發生QC數據缺失的比例更大。從每天1~3次的一致性檢查到目前實時的QC數據采集是一個根本上的進步；通常10%左右的數據缺失屬于正常，復雜地區的數據缺失情況要根據實際而定，否則將極大地降低生產效率，無謂地增加成本；第九十七頁，共132頁。異常情況的處理當QC數據出現異常后，通常的方法是對比分析其它震源的情況（共性/個性）；監視下次數據（收斂/改善）；第三次QC數據（是否處于震蕩）最多可以連續三次（炮）。第