可控震源工作原理

可控震源工作原理简介一．概论引言利用可控震源人工激发地震波，是进行地震勘探的一种重要方法。这种勘探方法最早出现的时间可以上溯到上个世纪50年代，当时在美国的一些石油公司最初开始出现以连续振动为特征的非爆炸地面震源的可控震源雏形，由此开创了可控震源技术应用于地震勘探之先河。随着国外可控震源技术的日趋成熟，到了上个世纪70年代中期，我国开始引进国外可控震源设备和技术以应用于国内地震勘探。与此同时，在吸收消化国外先进技术的基础上，开始着手依靠国内技术力量和设备，自行开发研制KZ系列国产可控震源。由于可控震源所产生的信号频谱和基本特性可以人为控制，可以在设计震源扫描信号时避开某些干扰频率，还能对地层对地震信号的吸收作用进行补偿，这是其它人工地面震源和炸药震源难于做到的，所以利用可控震源进行地震勘探可以得到反射能量足够，信噪比和信号分辨率能够满足地质勘探需要的资料，因此在过去的几十年中可控震源技术在国内外都得到了较快发展，无论从震源的机械液压系统和电控系统技术发展水平，还是震源野外施工方法和震源资料处理技术都已逐渐提高和日臻完善。近些年来，为了提高地震资料的信噪比和分辨能力，国内和国外生产厂家竞相利用现代科学技术的一些最新研究成果应用于可控震源的研究，设计和开发，已生产出最大静态推力近30吨的﹑可以适应更加广泛地震勘探目的﹑可在多种地面道路行驶的宽频大吨位可控震源，出现了可以灵活控制震源传入大地地面力幅度和地面力控制方式﹑以数字自适应控制技术为基础的﹑可自动进行可控震源系统识别、安装，并能对震源实施实时的质量控制技术的电控系统，从而扩大了可控震源应用领域，促使可控震源技术得以广泛应用于国内外地震勘探施工，成为了一种重要的地震勘探设备。可控震源与炸药震源信号特征的区别炸药震源和一些用于地震勘探的地面震源，如落重震源、电火花震源和陆地气枪震源等非爆炸地面震源所产生的地震信号一样，都是作用时间很短，信号振幅能量高度集中的脉冲信号，它们都属于脉冲震源。而可控震源所产生的信号则是作用时间较长﹑且为均衡振幅的连续扫描振动信号。因此使用可控震源和使用炸药爆炸等脉冲震源进行地震勘探，在原理上有如下几点重要的区别：区别1震源相关记录利用可控震源施工所得到的地震原始记录不能够直接辩认各反射层，需要经过与已知的参考信号进行相关处理运算，方可得到用于解释的相关记录，而使用炸药震源得到的地震记录则可直接用于解释。但由于相关处理方法本身具有滤波作用，因此可控震源相关记录的信噪比较高。区别2“相关记录”由于可控震源相关记录是由经相关处理后的一系列相关子波所组成，所以相关子波并不是地震信号采集质点上真实运动波形，而是可控震源原始记录与参考信号相关程度曲线，是数学运算的结果，但这种相关记录和用炸药震源所得到地震记录一样，它包含了必要的地震勘探信息，如地震波旅行时间﹑反射波信号能量强度和反射波极性等有用信息。而利用诸如炸药震源等脉冲震源所得到的地震记录则是由一系列反射子波组成，这些反射波形则反映了采集质点处真实振动波形。区别3“初至”时刻比较从地震信号波形对比而言，在可控震源相关记录中的各个反射相关子波的最大波峰出现时刻对应于脉冲震源反射子波的到达时刻，即在震源相关记录上所表示的一个波达到的时间在相关子波最大值所对应时刻，而不是相关子波的“初至“.使用可控震源施工的主要优点可控震源所产生的地震信号特性已知，信号频谱和信号幅度在一定范围内可控，从地震信号激发角度而言，改善地震资料品质潜力较大。而炸药震源所产生的地震信号未知且信号频谱难于控制，对改善地震资料品质不利。由于使用可控震源进行勘探时，必须对震源原始资料进行相关处理，而相关处理对信号具有较强的滤波作用，因此相关记录能够压制一些环境噪声影响，具有较高的信噪比。而使用炸药震源时，地震资料则对环境噪声（如车辆人员行走，风﹑工业振动及天电干扰等）很敏感，容易在地震记录中引入环境噪声干扰。目前在地震勘探领域中所广泛使用的可控震源名义最大输出作用力大都为20到30吨左右，震源输出信号能量大小可调。在扫描振动时，可控震源的绝大部分能量都将用于产生传入大地的地震弹性波，对环境的破坏和影响远小于炸药震源，可在城市，居民区和其它一些禁炮区使用。而炸药震源在爆炸时所产生的巨大能量中只有很小一部分能量用于产生地震波，其中相当一部分能量都用于破碎岩石，，因此使用炸药震源对环境保护不利且受到使用区域的限制。在干旱缺水和钻井困难地区使用可控震源进行地震勘探时，施工效率高，成本低。

可控震源技术发展瞻望可控震源技术在其50多年的发展历程中，不断吸取现代科学技术的研究成果并应用于可控震源设备制造和可控震源勘探技术之中。随着石油勘探开发行业技术发展的需要，可控震源技术也面临着一些亟待解决的问题：1）研制能够产生信号频率更宽﹑能量更强﹑可以进行深层地震勘探，并可适应多种地表条件施工的大吨位震源；2）研究相关子波特性更加完善，可获取更为理想信噪比地震资料的扫描信号函数；3）可以明显改善可控震源信号品质，结构更趋合理的震源重锤─平板振动器系统；4）对振动系统控制更加精确﹑快速，功能﹑性能更加完善的可控震源电控系统；5）可以有效降低施工成本，提高劳动生产率，并能明显改善地震资料品质可控震源野外施工方法的应用研究和推广；6）快速、大容量的实时相关叠加器；7）能有效改善可控震源资料面貌，提高资料信噪比的数字处理技术。

可控震源基本信号

在利用可控震源进行地震勘探中，要求采用可控震源机械-液压系统能够响应并能物理可实现的信号，即信号频率宽度有限，其最低频率大于可控震源振动器所能激发信号的最低频率；最高频率不能超出振动器所能激发信号频率的上限，并且震源所激发信号的频带应在大地可以传输信号通频带内的信号，且信号具有良好分辨率的零相位相关子波。通常可控震源激发信号的振幅应为均衡振幅，且在时域内持续一定时间的连续振动信号，这种信号的振幅和频率都要是时间的函数，我们称这样的信号为扫描信号，也称扫频信号。其中应用较为广泛的就是线性扫描信号，这种信号具有相对稳定的振幅，信号频率随时间表呈线性变化，它的数学表达式为：S（t）＝A（t）Sin［2π×（F1t±kt2／2］0≤t≤TD（1）

[1+Cosπ（t/T1+1）]/2，0≤t＜T1A（t）＝1T1≤t＜TD-T1[1+Cosπ（1+（TD-t）/T1]/2，TD-T1≤t≤TD有关线性扫描信号物理量的几个定义：式中，A（t）为扫描信号S（t）的振幅包络函数，扫描信号在开始和结束时时，信号幅度有一逐渐变化的部分称为过渡带或斜坡，T1称为斜坡长度。F1为扫描信号的起始频率，即为震源开始扫描振动时的瞬时频率。k称为扫描信号频率变化率，简称为扫描速率，它表示单位时间内扫描信号频率的变化，TD为扫描振动持续时间，称为扫描长度；式（1）中若取正号时，则扫描瞬时频率随时间的增长而升高，这种扫描称为升频扫描，若取负号，则扫描瞬时频率随时间的增加而降低，称为降频扫描。⑴扫描信号终了频率F2：它为扫描信号结束瞬间，即t＝TD时扫描信号的瞬时频率，可表示为：F2＝F1＋kTD

扫描信号的起始和终了频率可以0.1HZ步长进行调整，频率最小和最大设置值可以分别为0.1到999.9HZ。⑵扫描信号平均频率F0：它为t＝TD／2时扫描信号瞬时频率，也称为扫描中心频率，可表示为：

F0＝（F1＋F2）／2（4）⑶扫描信号最低频率FL和最高频率FH：对于升频扫描：FL＝F1，FH＝F2；对于降频扫描：FL＝F2，FH＝F1。⑷绝对频带宽度Δ：绝对频带宽度定义为扫描信号最高频率FH与最低频率FL的差，表示为：Δ＝FH-FL（5）对于升频扫描，Δ＝F2-F1；（6）对于降频扫描，Δ＝F1-F2；（7）⑸相对频带宽度R：相对频带宽定义为扫描信号最高频率FH与最低频率FL之比，即：R＝FH／FL（8）对于升频扫描信号，R＝F2／F1（9）对于降频扫描信号，R＝F1／F2（10）在实际应用中，通常用扫描信号最高频率FH与最低频率FL之比的倍频程ROCT表示相对频带宽度，因此有：ROCT＝log2（FH／FL）（11）或可表示为：ROCT＝（lg（FH／FL））／lg2（12）⑹扫描信号瞬时频率f（t）：扫描信号瞬时频率定义为在扫描期间，任意瞬时信号的频率，它可表示为：

f（t）＝F1±kt0≤t≤TD（13）

式中若取正号时为升频扫描，取负号则为降频扫描。线性扫描信号在地震勘探中得到广泛应用是由于线性扫描信号的自相关子波形状接近于雷克子波，此外，在实际应用中，线性扫描信号的参数设计和调整比较简单方便，可控震源机械-液压系统易于响应实现。地层对信号的衰减非线性信号对能量的补偿对数扫描信号对数扫描信号（分为DB/HZ，DB/OCT两种类型，若为DB/HZ类型时，参数可选择的范围为±0.001-0.005；若为DB/OCT类型时，参数可选择范围为±0.01-10.00）时间幂扫描信号参数可选择范围为+0.3-3.0）伪随机编码信号伪随机编码信号与上述的基本扫描信号和脉冲信号不同之处在于：伪随机编码信号所生成的信号频率成份在可控震源所激发的信号频带内不一定呈现出某种函数关系变化规律，是随机变化的；在同样的激发信号驱动幅度、扫描信号长度下，伪随机编码信号所产生的能量要比正弦扫描信号所产生的信号能量小的多。由于随机扫描信号不会像正弦扫描信号那样激发出某种谐振频率能量，因而不会对公共设施和建筑造成破坏，因此，伪随机编码信号可用于对地震信号敏感区域，如城镇、居民区、水坝等建筑物密集地区的地震勘探。伪随机编码扫描信号（参数可选择范围为1-1000）脉冲信号用户自定义存储扫描信号除了上述信号类型之外，对于某些类型技术性能比较先进的可控震源电控系统，还可通过添加一些电子器件选件，使用户自定义一些特殊类型的可控震源激发信号。

相关技术可控震源的连续扫描振动技术之所以能够在地震勘探领域中取得成功，一个重要的原因就是对可控震源地震数据相关分析技术的应用。因此，对相关技术的了解，也是对可控震源技术了解的一个基础。可控震源为了产生足够能量的地震波信号，需采用长时间扫描振动，这个扫描时间往往比最深目的层的反射时间还要长。所以，从各个地层反射回来的信号就会重叠干扰，形成很复杂的波形，如左图所示。这样的记录无法用于解释。若将可控震源原始记录变为可用于解释的、类似于炸药震源的记录，将淹没在相互干涉信号中震源反射信号恢复出来，就需对可控震源原始记录做相关处理。

相关实现过程相关是比较两个波形相似程度的数学方法，它所解决的问题是在什么时候两个波形最为相似。相关在许多技术领域有着广泛的应用。相关实际上是一种数字滤波处理技术，它的作用主要是：脉冲压缩；利用相关处理可将延续时间较长的信号压缩成持续时间较短的相关子波信号。滤波作用；相关对与信号不相干的噪音具有很强的滤波作用，可以用来提高被噪声淹没信号的信噪比。相关处理实现过程相关过程简单地讲就是将两个若用函数序列表示为a（t）和b（t）的波形，，将它们按时间座标一一相乘，然后把所有乘积加在一起，即得到一个相关值，然后按一定时间间隔挪动，继续计算相关值，最后得到整个相关波形。若在某个时刻相关值最大，表明两个波形在此刻最为相似。若用数学函数表示，则有：

Φab（τ）＝Σa（t）b（t+τ）（14）上式中，τ为时移，在相关函数曲线中，时移τ为横座标，相关值为纵座标，相关函数的自变量为时移τ。如果τ＝0时，表明两个波形起始时间均为0，两个波形重合，自相关曲线具有最大值。扫描时间,听时间长度与相关记录长度之间的关系在对可控震源记录进行相关处理过程中，参考信号与检波器所接收到的信号以时移τ值为步长进行相关运算，直到移出震源记录长度为止。如上图所示。

相关函数子波特性（1）自相关函数子波自相关函数的定义：若在式（14）中，令a（t）＝b（t），则有：

Φaa（τ）＝Σa（t）a（t+τ）（15）称Φaa（τ）为a（t）的自相关函数。

自相关函数的几个重要性质：1）在自变量τ＝0时，自相关函数有着正的最大值。2）自相关函数Φaa（τ）是τ的偶函数，也即自相关子波是一个关于坐标中心轴对称的波形。3）当τ→+∝时，一般而言，自相关函数Φaa（τ）趋向于0。这是因为在实际应用中，我们所研究的扫描信号波形持续时间总是有限长度，当τ→+∝时，两个波形将不再重叠，完全分开，亦即两个波形毫无相似性可言，自相关函数值就为0。4）自相关函数Φaa（τ）的波形与信号a（t）本身波形无关，而只与信号中所包含的频率成份有关.（2）互相关函数子波与自相关函数不同，互相关则有以下性质：

1)在τ＝0时，互相关函数Φab（τ）不一定具有最大值。一般情况下，互相关函数Φab（τ）在某个τmax值时，才达到最大值。

2)一般情况下，Φab（τ）不是关于τ的偶函数。3)互相关函数Φab（τ）只包含有信号a（t）与b（t）中所共有的频率成份。这一性质表明相关具有较强的滤波作用。我们可以利用互相关函数这一性质选择扫描信号频率，压制环境噪声干扰。

可控震源参考信号与与地层反射信号的相关子波是构成可控震源相关记录的基本波形，因此，相关子波的特性将直接影响震源面貌和资料的品质优劣，对相关子波性质的了解和研究也就显得尤为重要。对相关子波中心部位特征分析可用清晰度、分辨率和延续时间三个量来刻画：清晰度可以用相关子波最大波峰值与相邻波峰值来表示，如图所示。清晰度＝A1/A2影响相关子波清晰度的是扫描信号的相对频带宽度，清晰度与扫描信号相对频宽R成正比，在实际工作中，当扫描信号的ROCT＞2时，倍频程相对频宽就可以得到足够的相关子波清晰度了2）分辨率相关子波分辨率定义为相关子波的主波峰穿越时移座标的两个交点的时间间隔R，如图所示。分辨率反映了扫描信号相关子波的分辨率，它与扫描信号的中心频率f0有关：

R＝1/2f0（18）

对于线性扫描信号的相关子波，只有在R≥3-4或者ROCT≥1.2-2才有意义。分辨率可以通过增加信号的高频成份来加以改善。相关子波的宽度指相关子波主体部分的长度，也称相关子波延续时间，如上图所示

它定义为：相关子波宽度（T）＝2/绝对频宽（Δ）

相关子波宽度也将影响震源相关记录的分辨能力，扫描信号绝对频宽Δ越宽，则相关子波宽度越窄。评价相关子波优劣的三个原则：相关子波峰值振幅在坐标时间轴零时刻的位置：它决定了参考信号与可控震源信号间的启动同步精度。相关子波的正、负边叶幅值：在通常情况下相关子波正、负边应该对称，否则，则意味参考信号与可控震源信号之间存在着相位误差。可控震源相关记录时间座标上正、负方向相关边叶水平：若相关边叶幅值较大，则意味着可控震源信号中含有较强的谐波成分。由于相关噪声对地震资料有不良影响，因此，在实际工作中，选择扫描信号时，除了要考虑该扫描信号相关子波的频宽、分辨率、清晰度和可控震源物理、技术可实现性等因素之外，还需考虑的问题就是这个扫描信号有应尽可能小（或衰减迅速）的相关子波边叶，最大限度地减少相关边叶对地震记录的影响。相关子波边叶大小可以近似用1/（πΔτ）估算。此时，扫描信号的绝对频宽Δ越大，也就是说，扫描信号绝对频带越宽，则相关边叶越弱；反之，则边叶越强。相关边叶产生的另外原因主要是由于扫描信号的边界效应，即扫描信号的突然开始和终止而引起的，如果在扫描信号开始和结束时，使信号振幅变化为一个渐进过程，即在扫描信号两边加斜坡的方法，就会使信号的相关子波边叶幅度大大减小。显然，过渡带越长，相关子波边叶越平静，对相关边叶压制效果会更好些。此外，不同类型的过渡带对压制边叶效果也不尽相同。在常常可以选用不同的过渡带类型中，较为多见的为线性包络，正弦包络和余弦包络。在这三种过渡带中以余弦包络压制相关边叶效果最好。综上所述，影响相关子波边叶幅度大小的因素主要有三：线性扫描信号的绝对频宽Δ；线性扫描信号过渡带（或称扫描信号斜坡）的长度；过渡带类型（或形状）。在实际工作中，选用不同的扫描信号参数时，应综合考虑问题，如选择过渡带长度，既要考虑过渡带长度对压制相关边叶的的作用，也要考虑震源激发信号的能量，应选择合适长度的过渡带。另外在选择信号频率时，也要注意信号频率范围，所选用的信号频率应比预期能接收到的频率范围要宽一些，否则有些预期可以接收到的信号频率落入到过渡带中，将会使信号振幅减弱，不利于提高地震资料频率特性。

可控震源相关记录的几个特点

在了解了相关概念和性质之后，对可控震源相关记录与炸药震源记录的它们之间的不同就容易理解了。可控震源相关记录同炸药震源记录一样，也可识别地层反射信号，也具有信号反射强度、地层极性和频谱等与炸药震源记录相同的特征，但更重要的是了解可控震源相关记录与炸药记录的一些不同点：1。在地震勘探中，若炸药震源所采集的地震记录长度为TR（也称为听时间）时，那么，当使用可控震源进行勘探时，可控震源原始记录长度为TD+TR，震源原始记录与参考信号进行互相关后，所得到的长度为TR的可控震源相关记录与炸药震源记录相当。2.在使用可控震源进行地震勘探时，可控震源相关记录上的波形不表示实际地面质点的运动速度，而是描述大地质点运动速度与参考信号相关（或相似）程度的曲线，是相关处理数学运算的结果。相关记录上的时间座标也不表示真实时间，而是相关函数自变量时移τ值。3。在可控震源相关记录中，相关子波的主波峰值出现的时刻与地震波反射开始时间相对应，它与炸药震源记录中反射波达到时刻，也即脉冲震源反射波初至时间相对应。4.初至之前出现同相轴在炸药震源记录中不可能出现同相轴，但是对可控震源相关记录则情况会有所不同。由于可控震源相关记录由一系列具有边叶的相关子波构成，倘若在回放可控震源相关记录时，仪器回放增益大小选择不合适，将震源相关记录中的相关子波左侧边叶过分放大，则有可能在可控震源相关记录中出现初至前的同相轴。若可控震源选用不同类型的扫描信号，由于不同类型扫描信号的相关边叶特性不同，相关记录中初至前同相轴的表现形式也有可能不同。若出现这种情况，仪器操作员通过调试，选用合适的记录回放增益就可很容易使问题得到解决。5.可控震源信号波形畸变产生的相关噪声干扰由于可控震源机械-液压系统和大地物理特性的非线性，可控震源所激发的信号和地震数据采集系统所接收到的反射地震信号并不是如同式（1）所描述的、纯粹的正弦波信号，而是一个包含有多种频率成份的复杂信号。由通讯理论我们知道：任何一个信号都可以用不同的幅度和不同相位的各种频率的正弦波叠加而成。反之，也可将一个复杂信号用分解为各种频率的正弦波来表示。按照这一结论，我们若将实际的可控震源信号SE（t）分解开来，则它可表示为：

SE（t）＝SE1（t）+SE2（t）+SE3（t）+•••+SEn

（19）

式中SE1表示震源基波信号，SE2表示二次谐波，SE3表示三次谐波，以此类推。若用数学表达式可写为：

SE1＝A1Sin[2πt（F1±kt/2）]（20）SE2＝A2Sin[4πt（F1±kt/2）]（21）•••••••

SEn＝AnSin[2nπt（F1±kt/2）]（22）实际上，究其可控震源信号中谐波产生原因来讲比较复杂，除了上面所提到的震源本身和大地信号传输等因素外，与可控震源所选用的扫描信号类型、频率及震源所选用的驱动幅度大小等都有关系，因此，在可控震源施工中，应根据谐波产生的原因采取综合措施来尽可能减少谐波对地震记录的影响，例如选用适当的扫描信号类型，频率，扫描长度和可控震源驱动幅度等施工参数，采用可压制谐波影响的可控震源施工方法等措施。6.相关子波边叶对深层反射的影响在地震勘探中，当面波得到有效压制后，地震记录中最强的地震波就是初至波。由线性扫描信号相关子波性质知道，扫描信号的绝对频宽Δ与相关子波边叶幅度成反比，当Δ减小时，相关子波边叶幅度增大，如果相关子波边叶幅度大到一定程度时，就有可能对深层地震记录产生影响，降低记录的信噪比。因此，应在地震勘探施工前，做好必要的扫描信号参数选择试验工作，优选出适用于本工区勘探施工的、可以减弱相关边叶影响的扫描信号绝对频宽Δ以及其它可控震源控制参数和扫描信号参数来。7.可控震源原始记录中的脉冲所引起相关记录中出现反向扫描在可控震源的原始记录中，在初至波到达后的某个时刻出现一个较强幅值的尖脉冲。可控震源原始记录与参考信号相关后，会在相关记录中出现与原扫描信号频率变化趋向反向的扫描信号：若原扫描信号为升频扫描信号，则反向扫描信号为降频扫描，反之亦然。需加注意的是，在可控震源原始记录中尖脉冲一般都是在初至波之后出现的，但在相关记录中，由尖脉冲信号在互相关后所引起产生的反向扫描干扰因所采用的扫描信号类型不同，在相关子波初至前后都有可能出现。在实际工作中，可控震源相关记录中所出现的特殊干扰绝不局限于上述几种，这就需要我们在工作实践中对一些我们还未认知的干扰现象多加留意，深入研究，不断总结这些干扰现象在可控震源记录中出现的原因和出现的规律，从而找到解决问题的办法，使可控震源技术更好地应用于地震勘探。可控震源野外施工方法可控震源野外工作方法与炸药震源野外工作方法基本一致，即主要包括观测系统、信号激发和采集接收条件的选择。但是，由于可控震源施工时所考虑的参数和因素可能更复杂些，所以，在可控震源施工时还需考虑一些特殊的问题。

可控震源能量累积方法与炸药震源这种高振幅信号激发源不同，可控震源属于低振幅信号激发源，它需要用时间和增加震源台次等能量累积的方法，来获取足够的地震反射波能量。由前面对相关处理分析概念的讨论，我们知道，相关处理本身就有对震源信号能量累积的作用：将持续时间为TD上分散的扫描信号能量集中在相关子波主峰附近，且扫描时间越长，相关反射能量越强。但是，扫描长度受到地震数据采集系统存储容量、易在信号采集时引入噪声以及施工效率等因素的限制，不可能无限增加扫描长度，因此，除了延长扫描长度增加震源信号能量方法以外，还需引用其它累积可控震源能量的方法。1．水平叠加-用数台可控震源同时激发地震信号

2.直接叠加-用直接多次扫描振动叠加方法累积反射能量在进行地震勘探时，用数台可控震源多次同时激发扫描信号，由数据采集系统将每次激发所产生的反射波信号记录起来并叠加为一张原始记录，这种方法称为直接叠加。一般来讲，震源振动次数叠加越多，相关记录信噪比越高，但不能无止境地增加振动次数而影响生产效率，如果记录信噪比已经满意，继续增大扫描次数便会变得徒劳无益。需要指出的是，增加叠加次数对于增大浅层反射波信号能量作用比较显著，但对增强深层信号能量，其效果则大打折扣。一起参加施工的各台可控震源信号相位误差控制精度应符合一定的标准，以避免震源信号能量累积时相互抵销。可控震源每次产生的地震信号能够准确重复，即每台可控震源激发信号具有良好的可重复性。各台可控震源可实现时间相当精确的启动同步。可控震源系统构成

一部完整的可控震源至少应有同步振动控制（或称可控震源电控系统）系统，电液伺服控制振动器，可提供高、低液压油流的液压环路系统和运载底盘所构成。同步振动控制系统主要用于产生可驱动可控震源振动的各种类型信号，实现震源信号特性反馈控制，以及完成无线通讯及遥控启动控制等项功能。振动器是可控震源的功率输出装置，它可将由震源电控系统所产生的信号转换为巨大推力地震信号并通过震源平板将震源信号作用于大地。液压系统是可控震源的动力源，可为电液伺服振动器及振动器提升系统提供压力稳定、清洁的油流。此外，由于可控震源应能在各种复杂地表施工，因此，要求可控震源运载底盘具备一定的越野和自救能力，可以在复杂路面行驶。

平板可控震源平板面积一般约为2到3平方米，其质量与大地等效振动的泥土质量相比较轻，并且具有一定的刚性以抵御在震源振动过程中平板可能产生的形变。平板总成由平板框架和平板组成。在可控震源工作时，平板与地面保持接触，由重锤所产生的反作用力带动平板以及平板以下的部分地面泥土振动，震源振动其间平板不能脱离地面。

反作用重锤反作用重锤为一个金属块体，其典型重量为2吨至4吨以上。三级电液伺服阀按照电控系统所产生的扫描信号变化规律，控制在重锤内部上、下液压油缸的液压油流变化，在平板上产生一个传入大地的作用力，同时在重锤上产生一个大小相等、方向的作用力，并在平板和重锤上产生运动加速度。

可控震源出力可控震源作用于大地的力可称为震源激振力，也称为可控震源输出作用力，有时简称为地面力。若将可控震源-大地弹性/阻尼系统视为理想化，且震源平板与大地耦合良好，认为可控震源平板与重锤在振动垂直方向各处运动加速度相等，不考虑震源液压系统压力变化和液压油泄漏等因素，可控震源地面力可简单地表示为震源重锤加速度和平板加速度的值分别与重锤和平板质量乘积的加权和：

液压峰值力（HPF）它表示在重锤液压油缸内最大液压油压力P与重锤活塞面积S的乘积：

HPS＝P×S可控震源压重（HDW）：在上面曾提到，可控震源在扫描振动期间，震源平板应与地面保持接触，不能脱离地面，这个问题称为可控震源的耦合。我们知道，一般可控震源所产生的最大推力可达几十吨，而由于可控震源本身所产生压在平板上的重量即反作用重锤和平板重量之和不过几吨，远比震源产生的最大推力要小，这样在震源振动时，平板会脱离地面，这种现象称为脱耦，对可控震源十分有害，这是因为：当平板脱离地面时，震源振动能量不是传给地面，而是传给可控震源运载底盘，易于引起震源机械部件损坏。当平板脱离地面后回到地面时会在震源信号中产生脉冲，当与参考信号相关后会在震源相关记录中形成干扰。当平板脱离地面后再回到地面时，可控震源信号的相位特性将会产生突变，震源电控系统难于修正此刻所形成的相位误差，造成可控震源信号特性变差，降低地震资料品质为了防止震源平板脱离地面，可用通过隔振空气弹簧（或称空气皮囊）将震源运载低盘部分重量加载到震源平板上。在静态时，即震源平板与重锤无加速度运动时，加在平板上的方向向下的作用力称为压重，它的量值大小必须大于重锤液缸所产生的最大推力，可表示为：

HDW≥HPF可控震源的隔振空气弹簧是利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧，其自然频率远远低于扫描信号最低频率。当空气弹簧内部充满标准压力气压时，其自然频率一般为1—3HZ，它可有效起到隔振的作用，因此，空气弹簧的充气压力是一个很重要的技术指标。除了增加可控震源压重来防止平板脱耦方法以外，还可采用控制可控震源信号振幅的方法以来防止脱耦现象发生。为了减小和补偿由于重锤质量引起的电液伺服阀产生的零位偏移，需要在重锤下端设置重锤质量平衡装置，使它所产生的作用力与重锤质量平衡。可控震源一般可采用定心空气弹簧和定心油缸两种装置来补偿重锤质量影响，现在可控震源多使用定心空气弹簧，如右图所示：

对于定心空气弹簧而言，充气压力大小对于定心空气弹簧能否起到补偿重锤质量作用十分明显，在施工前需对充气压力进行调整，使得重锤可以稳定在框架中心位置。．可控震源电控系统

可控震源电控系统构成(ESG,VCE)VCE与可控震源构成的控制回路:编码扫描信号发生器编码扫描信号发生器（由美国PELCO公司生产称为ENCODESWEEPGENERATOR，简称ESG；或由法国SERCEL公司生产称为DIGITALPILOTGENERATOR，简称DPG），它的主要功能为：用于产生用于相关处理的参考扫描信号；通过数据采集系统的数字化，对由可控震源激发所产生的地震数据进行实时相关处理；通过电台对可控震源进行各种控制参数及控制指令设置和装载；产生遥爆指令，控制各台可控震源精确同步启动；接收和存储可控震源质量控制数据。

电控箱体电控箱体，或称译码器（美国PELTON公司生产称为VIBRATORCONTROLELECTRONICS，简称VCE；或由法国SERCEL公司生产称为DIGITALSERVODRIVER，简称DSD），它的主要功能为：产生用于控制可控震源振动扫描信号，控制震源振动器工作，对可控震源振动器进行反馈控制；使得可控震源输出基波力信号能量最大，相移和畸变最小；接收、存储有关扫描参数和控制参数，执行相应控制指令；对可控震源信号实施实时质量控制，并产生相应的质量控制数据报告；对可控震源平板提升-下降系统进行控制。可控震源传感器加速度传感器，简称加速度表。（美国PELCO公司生产称为ACCELEROMETER，简称ACC；法国SERCEL公司生产称为ACCELERATIONVELOCITYSENSOR，简称AVS或AS），它们的主要用于检测可控震源平板或重锤所产生的运动加速度信号变化。

重锤和平板加速度信号特点位移传感器（LINEARVARIABLEDIFFERENTIALTRANSFORMER，简称LVDT），它主要用于检测可控震源重锤和三级电液伺服阀阀芯位移行程大小。可控震源生产过程质量控制

引言利用可控震源进行地震勘探时，如何改善震源原始信号质量，保证激发信号品质是从事地勘探技术人员所所关注的一个问题。现代可控震源控制系统所具有的实时质量控制技术和为可控震源野外施工时对震源实现质量控制带来了许多便利，深入了解和系统掌握这些震源质量控制技术，是保证野外地震数据采集质量，提高震源激发信号品质的前提和保证。可控震源在施工全过程中的质量控制原则上应包括：

﹡施工前的震源基础技术准备工作

﹡施工过程中的质量控制

﹡质量控制数据分析研究方法

﹡提供改善震源激发信号品质的途径二．施工前的震源基础技术准备工作

可控震源施工前的基础技术准备工作是为了保证将投入使用的可控震源具备满足地震勘探要求的最基本的技术指标和工作状况，具备评价震源技术性能的基本条件。对于不同厂商生产的和不同类型的可控震源及震源控制系统，其基础技术准备工作会有所不同，但可控震源总的基础准备工作应该涵盖以下部分：完成可控震源机械、液压、控制系统的状态调整和恢复完成可控震源系统时钟晶振和启动零时校准完成可控震源振动性能的测试工作完成可控震源的（年检）月检和日检完成可控震源与数据采集系统的联机调试完成震源激发／数据采集系统的激发试验若需要时，完成可控震源激发极性的验证可控震源的零时和参考信号的校准：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的另一项重要的基础性工作，如果此项工作没有做好，其它各项对震源的质量控制工作都将无从谈起！目的

主要内容可控震源控制系统的零时校准主要完成以下两项工作：ａ.震源控制系统时钟晶振频率校准ｂ.震源启动控制指令校准目前在地震勘探领域中所使用的主流可控震源电控系统的时钟晶振精度大都达到了1ppm的误差精度，因此对震源控制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晶振频率的测试应包括编码器和译码器（电控箱体）的时钟频率是否满足1ppm的误差精度要求，如果时钟频率超差，则须对时钟补偿电路进行相应调整，以使时钟晶振频率满足一定的精度误差要求。这种调整一定要由专业技术人员进行，这也是震源年检的主要内容。各种震源控制系统时钟晶振频率精度要求如下：

控制系统型号Ck时钟频率误差范围

VE41612.8MHz±12.8HzVE43219.72MHz±20HzADVⅡ7.995392MHz±10HzADVⅢ29.492MHz±30Hz当震源控制系统时钟晶振频率满足精度要求后，可能造成地震数采集系统与震源产生激发信号不同步的原因就是可控震源系统启动指令误差。由于可控震源的系统启动完全依赖于各台震源和仪器的无线电通信系统。而不同的通信系统的技术指标的差异是不尽相同的，这种差异对于一般通话功能没有明显影响，但对于要求很高时间精度的震源同步启动指令而言则往往是一个问题。通信距离不是导致启动延迟的主要因素，导致震源启动延迟的主要原因是仪器/编码器在通过电台发出启动指令的过程中，电台工况从接收转换为发射状态时所产生的时间延迟。不同型号电台的这种转换时间存在一定的差异，而编码器则通过电缆直接受数据采集系统的控制，并与仪器进行信息交换，理论上不存在时间延迟问题。因此，必须对编码器的启动指今延迟时间进行调整，以补偿电台工况转换时所需时差，使编码扫描发生器与震源电控箱体启动完全同步。在利用可控震源进行地震勘探施工时，只有经过震源的零时校准，后续的日检、生产记录才是正确和有意义的。如果在施工过程中要求使用电台一致性评价震源性能，则还应做电台参考（RADIOREFERENCE）信号（或称RETURNPILOT信号）校准，这样对电台一致性的评价才会有意义，否则，一旦在震源参数、一致性检查过程中或地震资料中出现较大时差（或相差）时，很难确定是震源控制系统的问题还是由于数据采集系统不同步或是其它方面的问题所造成的这种时差。对于所有可控震源电控系统在进行启动同步调整时都存在同样的问题，只不过不同类型的震源控制系统所采用的或实现的方式有所不同。美国PELTON公司的ADV系列产品完成这个调整则是分步进行的：需在每个施工期开始前进行一次震源系统启动零时校准，而在以后的生产过程中就认为震源激发源与编码器的信号完全同步。

PELTONADVIII（VIBPRO）系统的零时/参考的校准方法

ESG与VCE参考信号应以电缆直通方式连接.校准时所应采用的信号:线性扫描信号,200-201HZ;扫描长度:4S震源不升压应用VQC相位分析软件分析ESG与VCE参考信号间的相差,在整个扫描期间它们之间的相差不应大于:7.2°/200HZ.可控震源电台与有线一致性检测电台一致性/电台参考信号校准注意事项：

1无论是做可控震源的启动零时校准，还是做电台参考信号校准，都只使用同一台震源和编码器联2ADVⅢ系统，如果施工期间更换了ESG的系统控制板，要求重新做校准或重新置入上述校准值。4原则上在施工过程中不能既要求使用电台一致性，同时还要求使用有线一致性，除非有线传输的时间可以不考虑，因为系统只允许键入一个补偿值。可控震源的日检和月检：

为了确保可控震源施工中原始数据的采集质量，同时简化检查过程，增加有效工作时间，可控震源的工况检查方式分日检和月检两种形式。1、目的：

可控震源的日检和月检与数据采集系统（地震仪器）进行的日检和月检有重大的不同。仪器的日检主要侧重于对记录部分性能指标的检查，如：数据道/辅助道间的相位一致性、增益台阶的精度、入口噪音水平、道间的串音、有效动态范围等，这些性能指标往往会受到工作环境的影响而产生轻微的变化，就一般的变化来说（不是器件完全失效），对数据采集的质量影响有限，并且如果数据采集系统在出现较大的问题或致命故障时，目前所使用的大部分仪器本身都具备实时自检功能，会随时提请操作人员注意，有时更会自动中断数据采集工作，等待故障排除后才能重新进入正常的采集状态。而使用可控震源作为激发源时则存在着一些操作人员不易觉查的致命隐患，有时震源和仪器工作都非常正常，但是在原始记录上的表现则往往是面目全非，更为可怕的是有些问题要到后续资料处理时才会发现，由于可控震源采用相关迭加的采集方式，使得花费巨资采集到的资料成为不可恢复的废品，有时由于种种因素的限制，重新对这一地区进行数据采集已经成为不可能的事情。为什么会出现这样的情况呢？主要是因为当使用可控震源进行地震数据采集时，地震信号的激发与地震信号采集是由两个相互分立的系统构成的缘故造成的。理想的可控震源的工作应该是：可控震源与数据采集系统使用同一个激发源和准确无误的指令信号。遗憾的是，由于可控震源工作点不可能与数据采集系统处于同一位置，往往相距数据采集系统有数公里的距离，因此，在实际应用中，系统采用了二个信号源分别置于数据采集系统上和震源车上的做法，而启动控制指令采用电台遥控方式。可控震源QC报告本身只是检测震源振动信号与震源电控系统自身的参考信号对比的结果，而不能反映震源参考信号与数据采集系统参考信号之间的关系，这种系统构成方式就成了可能出现震源施工质量问题的隐患。在震源施工时，如果震源所使用的激发信号参数错误，或在使用多参数激发过程中出现激发信号顺序错误，则可控震源依然会根据自身的系统控制情况发回正常的QC报告结果，而数据采集系统也会在毫不知情的情况下继续采集，并用与激发源不同的参考信号进行着实时相关的过程，加之操作人员和现场质量监督人员的疏忽或大意，有时也是因为从原始数据记录上分辨这样的错误需要太多的经验和水平的缘故，造成了无可挽回的损失。另外由于可控震源是地面激发源，在激发过程中震源平板与大地耦合在一起，通过平板与近震源地表受迫振动从而传输震源激发信号，因此近地表的物性变化也会影响到可控震源的激发品质，所以，有时也要根据表层地质条件的不同，来适当地调整激发参数和震源控制参数，这也是做日检的主要原因之一。在国际勘探服务活动中，对绝大多数油公司而言，仪器的日检通常只要求每日生产前做一次，而震源日检则往往要做多次（早、晚或早、中、晚）。2、主要内容：月检通常侧重对可控震源总体振动性能指标的检查，特别是振动输出力大小的检查，而日检则侧重对激发参数的一致性和同步振动精度的检查。日检和月检另外一点重要的区别就是：日检可以使用震源本身提供的测试、分析手段进行，而月检则要求使用与震源系统独立的测试、分析工具进行，这样使得最终的检测分析结果更为可信和可靠。可控震源月检和日检工作是基础技术准备工作中必不可少的重要环节，根据可控震源所采用的控制系统的不同和各个油公司所采用的技术要求不同，可控震源月检和日检的内容也略有不同，但是一般的检查项目应包括有：震源激发信号和用于地震数据相关参考信号两种信号参数的一致性；震源激发与数据采集系统启动指令的同步精度；震源控制系统遥控状态下的参数传输；实时质量控制数据的采集与传输；可控震源主要振动性能指标：相位、输出力、畸变大小；实时质量控制结果的显示与输出；3、具体检查方法与项目：

3.1.1日检检查项目：

日检是可控震源队每天正常生产前必须做的一项检查。可控震源的日检侧重于对其生产参数下的参数一致性、振动输出信号相位特性的检测与评价，常规的检查项目主要有：激发参数的一致性检查；振动输出力信号与参考信号的相位误差检测；振动输出力谐波畸变检查。检测方式：使用地震仪器检查：采用地震仪器直接进行可控震源性能的检查是最古老的方法，也是最直观、最可信的方法之一，这种方法对任何类型可控震源的性能检查都适用。使用地震仪器主要记录震源输出信号与参考信号，并检查：最大相位差；模拟波形的振幅变化；人们常说的可控震源的“一致性”（Similarity）检查，就是指这种方法。这种方法通常有两种实现方式：有线一致性（WireLineSimilarity）；无线一致性（RadioSimilarity）；这种方法的唯一缺点就是不能精确地描述相位与振幅误差的大小，因此属于定性的检查方式。由于这种方法实现起来简单，又能直接看到真实的信号波形，因此还是有许多人愿意用，包括国外一些油公司也经常要求采用这种方法作为辅助验证。采用这种检测方法要求将从可控震源返回的振动信号接到地震仪器的辅助信号记录道上，采用这种检测方法时，仪器的辅助道通常不少于四个，辅助道1（AUX1）记录真参考信号（TrueReference），用于数据采集过程中的实时相关处理，辅助道2（AUX2）则可记录电台参考信号（RadioReference）、辅助道3（AUX3）则可记录电台参考信号（RadioReference）或有线参考信号（WireLineReference），用于与震源返回的被检查信号做对比检查，辅助道4（AUX4）则用于记录从震源返回的震源信号（VibratorOutput）。除了辅助道1记录的信号必须是真参考信号外（对于可以自由选择相关参考道的仪器，也可以自定义真参考道），其它辅助道记录的信号顺序可以自行约定，但是对于一个地震队而言，各辅助道所记录的信号应统一的约定，以便于检查。重要提示：真参考信号（TrueReference）、电台参考信号（RadioReference）和有线参考信号（WireLineReference）是同源信号，但是为了补偿各自的信号传输要求，分别做了滤波处理，因此这三个标准信号的相位看起来也不一致。进行一致性检查时，应根据从震源返回的信号是电台信号还是有线信号，分别与相应的参考信号进行相位和振幅的对比，这样的检测结果才是有意义的。采用PELTON公司ADVII、ADVIII震源控制系统施工的可控震源的检查方式：采用ADVII、ADVIII震源控制系统施工的可控震源队可以使用地震仪器检查可控震源的一致性，也可以使用VCA/VQC88测试仪器的方法。但是，由于ADVII、ADVIII震源控制系统本身提供了量化检查的方法，因此震源日检推荐使用VIBRA*SIG/WV32sig程序进行实时数据采集并存盘，经检查结果合格后进行生产并在条件允许的时候出纸记录。

采用ADVII或ADVIII震源控制系统自身提供的手段可以检查以下项目：

震源互相关子波合曲线；震源相位差合曲线；震源振幅值合曲线；编码器检查参数；每台震源的扫描及控制参数设置，振动性能数值结果及扫描信号检查和（SWPCHKSUM）震源控制参数检查和（VIBCHKSUM）代码，以及系统内部错误结果；采用VE416/VE432震源控制系统施工的可控震源的检查方式：采用VE416/VE432震源控制系统施工的可控震源队可以使用地震仪器检查可控震源的一致性，也可以使用VCA/VQC88测试仪器的方法或使用自身的质量控制手段来取得相应的量化数据。如采取使用DPG直接调用M218模块打印日检结果，或在SN388仪器的DPG操作界面上直接采用“GETQC”的方式显示日检结果。3.2月检：

3.2.1月检检查项目：

月检是可控震源队每月正常生产前必须做的一项检查，侧重检查可控震源在生产参数下的振动性能，国际上的通常做法是采用独立的性能检测系统进行测试。在目前的过渡阶段，我们仍然允许采用震源控制系统提供的检测手段进行检测，今后将逐步要求采用独立的检测系统进行。常规的检查项目包括：震源峰值振动输出力及曲线；震源峰值振动输出力及曲线；震源振动输出力相位误差及曲线；震源峰值振动输出力畸变及曲线；电台指令传输的可靠性与通信距离测试。采用PELTON公司先进II、先进III震源控制系统施工的可控震源检查项目

采用先进II、先进III系统施工的可控震源队应使用VIBRA*SIG或WV32sig程序进行实时数据采集并将结果存盘，经检查结果合格后进行生产并在条件具备的时候出纸记录。检查项目：震源互相关子波合曲线震源相位差合曲线震源振幅值合曲线编码器检查参数每台震源的参数开关设置，震源振动性能参数检查合（VIBCHKSUM）结果及扫描信号检查和（SWPCHKSUM）结果代码，系统内部错误代码；采用VE416、VE432震源控制系统施工的可控震源检查：采用VE416或VE432震源控制系统施工的可控震源队可以使用自身的质量控制手段来取得相应的数据。如在VE416上采取调用M218模块打印日检结果，或在SN388平台上直接采用“GETQC”的方式显示日检结果。检查结果的输出形式可以根据每个系统的特点，选择允许的输出方式，本文不做强制约定。所有的月检的纸记录都要随采集数据资料上交，软盘记录保存一年。4、日检的评价标准：

相位：

整体相位误差小于2ms（或根据勘探目的的要求而定，通常以小于数据采集系统采样率为准），随着扫描频率的升高，相位误差的总体趋势是收敛的，如果因为振幅失真大，难于评价相位误差时，可以考虑采用分段滤波的方法去掉干扰。注意加滤波时，震源信号与对比用的参考信号要同时加，防止人为造成的滤波相差。振幅：

波形基本圆滑无断续及跳变现象，各震源返回的信号幅度应该在同一水平上。当波形失真大时，可以参考其它震源的一致性信号的波形失真水平。在对失真的振幅进行评价时，采用滤波的方法对评价振幅没有实际意义。4.2VCA/VQC88的评价指标（生产因素）：

相位的评价参考指标：互相关子波（参考/输出力）与自相关子波（参考/参考）的时差≤数据采集系统的采样率输出振幅的评价参考指标：采用基值振幅控制方式下：最小基值振动输出力（斜坡以后）≥50%设定的出力指标；最大基值振动输出力≥90%设定的基值振动出力指标；基值振动输出力曲线的平坦性在

10%之间；4.3通用评价指标（生产因素）：4.3通用评价指标（生产因素）：对激发参数一致性的要求是：对于VE416或VE432震源控制系统，要求不出现CRC错。对于ADVII或ADVIII震源控制系统，要求不出现SWPCHKSUM错，采用型号完全相同的震源施工时，还要求VIBCHKSUM也相同。达到这样的要求后，才能保证VE416、VE432或ADVII、ADVIII参数设定的一致性。重要提示：

由于目前震源控制系统要求设定的参数较多，因此，在对震源进行参数设定时，要求能够使用无线或有线参数装载的震源控制系统，一定要使用这种统一设定方式，防止出现参数设定错误。相位的评价参考指标：峰值相位误差（斜坡结束后）≤30

；平均相位误差（斜坡结束后）≤8

（相当于子波主频20Hz时，子波时差1ms）；对于高精度的油气勘探或特殊目的的勘探工作，系统对相位的控制精度要满足：相位的评价参考指标：峰值相位误差≤30

；(ADV3≤20)平均相位误差≤2

（子波主频20Hz时，子波时差0.25ms）；输出振幅的评价参考指标：采用基值振幅控制方式下：最小基值振动输出力（斜坡以后）≥50%设定的出力指标；最大基值振动输出力≥90%设定的基值振动出力指标；基值振动输出力曲线的平坦性在

10%之间；5.4电台指令传输的可靠性与通信距离测试：

目的：除可控震源振动性能检查外，月检还要包括震源无线电通信系统的功能检测。为了保证震源系统能够完成激发质量，保证震源在激发过程中不因为通信系统的问题而产生漏振现象，要求震源指令接受系统能够准确无误地接受到数据采集系统发出的一定数量启动指令，以验证致力传输系统的可靠性。与此同时，在地表条件良好的情况下，震源系统无线电的通信距离应该满足最大炮检距的要求或不低于8千米，该项测试可以与一致性力传输系统的可靠性联合进行。指标：在数据采集系统或编码器发出100次启动指令下，震源的启动次数不低于99次。6、可控震源输出力的畸变与畸变评价：

6.1可控震源输出力畸变评价为什么难？

可控震源输出力的畸变评价是目前最难掌握的，主要原因并不是震源本身的因素，而是评价方法本身。由于可控震源振动输出力的畸变不仅仅与震源设备本身的状况有关，还与扫描参数、控制参数、近地表物性结构以及震源设定的激发信号的强度（振幅）有关。随着可控震源振动输出力愈来愈大，而与此同时有些工区表层耦合条件不好，如河床、山前带砾石区、寒冷季节冻土地表等等，加剧了振动输出力的畸变评价的困难性。特别是早期采用平板加速度信号（或速度信号）锁相的可控震源，一致性评价成了对平板信号畸变失真的评价。可控震源振动输出力的下传能量由两部分构成（如果不考虑静载压重的影响），第一是反作用质量块产生（重锤）的激振能量，第二是平板受迫振动产生的附加能量。平板在振动器与大地之间构成耦合／传输媒介，并且在激发过程的初始段的平板信号很小，这一点从通常的一致性振幅中也可以看出来，而重锤的激振振幅却很大，因此，下传能量的畸变与失真并不如看到的平板信号的畸变失真那么大。如果强制性地设定一个畸变评价值，则对于有些地区可能很容易地达到这一指标，而对有些地区而言，这个设定值可能就是一个临界畸变指标，对于表层较差的工区，这一指标也许会过于苛刻。在实际施工中，并不能强求所有的可控震源，不论在什么地方都必须满足某一绝对评价指标。对于表层条件较差的地区，我们建议采用相对评价标准，即多台震源相互间的畸变失真总量误差小于10%。在收集了国内外震源及在各种地表条件下的许多测试资料，并对所采集的结果做了大量的分析的基础之上，我们认为这一相对指标设定基本上是合理的。如果这一指标达不到，那么参与施工的可控震源或多或少的存在些问题，特别是机械结构或减振系统及储能器可能存在问题。即便对于好的地区，在指标范围内，最好与最坏的差应在5～10%的范围内，否则应检查振动器的有关刚性、柔性连接件有无松动，减震空气弹簧气压、平板有无开裂痕迹或其他故障。6.2可控震源输出力畸变评价的目的？

正确评价震源输出信号的畸变有二重含义：确定合理的激发参数与下传信号的信噪比；发现震源本身的故障隐患或已经出现的故障；

前者是要在野外采集/激发参数试验中确定，用于评价激发强度的设定是否合理，激发效果能否满足地质任务（勘探深度、激发信噪比等）的要求；而后者则是日检的内容，主要用于评价震源是否存在故障或故障隐患，如：当平板出现裂纹时、振动器结构坏损、储能器皮囊破裂等均能造成震源输出信号畸变增加。可控震源在质量控制中对震源输出信号畸变的评价主要解决的是震源本身的问题。

以前我们在野外采集/激发参数试验中对激发频带的选择、扫描时间（长度）、同时激发的震源台数、垂直迭加次数、震源组合方式、震源组合基距等关注较多，对激发强度的试验较少，或者认为扫描时间（长度）、同时激发的震源台数与垂直迭加次数的试验等同于激发强度的试验。这里面有一个重要的概念问题：扫描时间（长度）、同时激发的震源台数与垂直迭加次数的试验是激发能量的试验，不能等同于激发强度。正是因为缺少了激发强度的试验，因此我们往往缺少评价处于良好状态下的震源在设定的激发强度下的正常输出信号的畸变范围，结果使得震源输出信号正常畸变与震源故障畸变二者在评价中混为一谈，一旦出现畸变偏大的情况便束手无策。6.3可控震源输出力畸变评价的方法：

首先要确定处于良好状态下的震源在设定的激发强度下的正常输出信号的畸变范围，这是一个必须要解决的问题，只要解决了这个问题后，后面对震源输出信号的畸变评价才有意义。对于可控震源不同的激发强度的设定，震源输出信号畸变值的评价标准也不同。对于不同的勘探任务和目的，震源输出信号畸变的评价标准也不一样，如：对于浅层高精度勘探时，由于激发信号的优势信噪比更重要，因此要求震源输出信号的畸变值尽可能的低，这样为了达到一个较高的激发信噪比，就要选择一个合适的激发幅度（强度），也既震源驱动幅度大小，使得震源在该设定强度下的输出信号畸变最小；对于完成目的层埋藏较深的勘探任务时，由于激发信号的穿透能量更重要，因此要求震源激发信号的中心频率设定不可能太高，由于激发频率较低的缘故，对输出信号的畸变值就不可能做更多的要求，地球物理工作者应该清楚：可控震源输出信号的畸变是近激发源信号的畸变，而对于长程反射路径后，所接收到的信号的畸变要远远小于评价值，这样为了能达到较深的透射能量，应该通过现场处理结果来选择一个合适的激发幅度（强度），使得目的层的反射能量最大，这时震源输出信号的畸变有可能达到35%或更高。6.4可控震源输出力畸变评价指标的确认：

1）通用原则：经典的可控震源激发强度的设计原则：震源实际的激发强度%+输出信号的平均畸变值%

100%这个原则的含义是：有效激发能量与谐波畸变之和等于震源总的激发能量。如果有效激发能量与谐波畸变之和大于100%。则意味着震源在激发过程中会产生更多的干扰背景，这些背景不单纯是谐波成分，还有可能包括其它的源致干扰因素，将降低激发信号的信噪比。重要提示：震源实际激发强度的设定还与震源选择的控制方式有关，如果忽略这个问题，依然会导致评价困难，有关事项详见后面的讨论。6.5可控震源输出力畸变评价的参考指标：

当通过激发参数试验确定了正常的震源输出信号的畸变范围后，下面对可控震源输出信号的畸变评价才是真正针对震源本身有可能出现的问题进行的。在野外实际生产应用中，由于我们多采用多台震源组合激发，因此很少评价单台震源的输出畸变问题，这就给评价留下了较大的空间，考虑到可控震源与控制系统本身的差异，多台震源间的输出信号畸变参考标准为：多台震源间的振动输出力的谐波畸变失真总量相对误差≤10%

即：

THD%MAX－THD%MIN

≤10%7、震源自身几个重要控制参数的选择与评价指标的关系：7.1关于相位误差评价的说明及评价方法：

1）相位误差的评价主导思路：

相位曲线或数据的评价，应以平均相差为主。最大相差的设置是为了确保每次振动系统峰值相位误差在超过该标准以外时，帮助认定系统是否存有隐患或故障。如果平均误差不超限，个别点的峰值误差超限，但呈随机性规律，应判为系统工作正常。如果峰值误差超限，且呈规律性分布，则该系统为不正常系统。

因此，对锁相系统工况的判定方法为：

⑴ 首先看其误差是否呈收敛状态。如果是收敛状态，基本上可以肯定系统工作正常，收敛的快慢属可控震源电控系统系统自身调节或系统参数设置不合适所造成的，可以通过系统调节，进一步改善其收敛速度，满足性能指标的要求。⑵ 收敛后，能否满足相位评价指标的要求，是平均指标还是最大极限指标有问题。⑶ 收敛后的稳态误差有多大？是否超限？

⑷ 在误差允许范围内是否有振荡现象或呈规律变化。如果有振荡现象或呈规律变化，也应该找出原因，消除这种现象。⑸ 用多台震源车进行比较可以排除复杂地表因素所造成的共性影响或其他外界因素的影响。由于可控震源在野外作业过程中存在一些不确定性因素，评价中不可能完全包罗这些因素，因此，一些非人力所能抗拒因素，不应做为限制评价的条件。2）影响相位控制的主要控制因素：由于人们逐渐接受了采用输出力做为震源控制系统的锁相信号，已经使相位控制的问题简化了许多，但是除锁相信号的选择外，相位误差的收敛速度与所选择的锁相控制方式和相位控制环路的增益值设定大小也有很大的关系。对于PELTON公司的先进II，VER5.X或VER6.X版本的可控震源控制系统基本上有如下锁相控制方式(G7F1)可供震源在生产中选择使用：通常推荐使用的控制方式，代码“1”。对于SERCEL公司的VE416/VE432可控震源控制系统可供用户选择的控制方式有：

1.数字卡尔曼滤波(FILTERED); 2.经典的PLL方式（RAW）；（1）RAW（经典的控制方式）：伺服控制输入仅仅局限于振动器平板加速度表、重锤加速度表输出做为控制信号，这样伺服控制与Q.C数据的结果基本一样，系统不能压制在信号检测过程中的随机干扰的影响。注意：该项选择对伪随机码扫描无效！（2）FILTERED（数字卡尔曼滤波方式）：伺服控制输入方式是建立在现代卡尔曼最佳状态调节器的状态预测理论上的控制，是一种多参数（变量）寻优的控制过程，在这种方式下，系统对传感器（振动器平板加速度表、重锤加速度表、阀或重锤位移传感器LVDTS）测量过程中产生的随机干扰不敏感，而是按照系统设定的优化目标进行控制的。因此，请特别注意：VE416/VE432的Q.C数据和通常的测试方法都是采用了外部辅助测试设备，可控震源振动输出力信号的测量也是从原始加速度信号中求取的，所以，与系统内部的伺服控制相比，由于震动器晃动，平板挠曲变形所产生的信号畸变、计算误差要比实际结果大得多。4）相位控制环路增益的选择原则：可控震源相位增益环路的控制增益选择实际上是选择控制系统的灵敏度，增益选择值越大，控制系统对误差的变化越敏感，尽管控制力度增加了，但是系统的稳定性也变差了，因此在常规地区可以选择推荐的设置值，对于特殊地区，可以依据下述原则进行调整：对于硬地表地区，相位控制增益要向低一点设置；对与软地表地区，相位控制增益要向高一点设置；7.2关于振幅控制评价的说明及评价方法：

可控震源控制系统振幅控制方式的选择基本上有二类：传统的峰值振幅控制；基值振幅控制；7.3基值振幅控制与峰值振幅控制的激发强度设定问题：

一般在可控震源控制系统的操作手册上都会写清楚，如果采用峰值振幅控制，则驱动信号的振幅（在这里等同于激发强度）的设定最高可以达到105%，但是如果采用基值振幅控制，则驱动信号的振幅设定最高为70%，实际上还可以稍高些，但是绝不能超过80%。很多人在设计中忽视了这点或根本没有考虑采用什么控制方式，而将驱动信号的振幅设定为90%或更高，这样做会带来许多害处：震源峰值力输出有可能超过100%的最大允许值，导致振动输出力超过震源最大静载荷压重，引起震源在振动过程中出现瞬间“脱耦”现象，出现脱耦后，会在相关记录上产生严重的干扰背景，使有效反射被屏蔽；震源振动过于强烈，会对振动器机械结构造成疲劳性早期坏损，增加维护/维修成本，影响可控震源的正常工作寿命周期；源致干扰背景过于强烈，降低数据采集记录的信噪比；重要提示：需要提请注意的是，目前流行的可控震源控制系统中，只有ADVII系统具有峰值振幅控制与基值振幅控制的选择，而ADVIII、VE416、VE432则自动地选择了基值振幅控制方式，因此，在设定驱动振幅时应该注意在选定的基值振幅控制后，还应该注意检查峰值振幅是否在可控震源最大静载荷压重的允许范围内。

2.4可控震源振动性能指标的测试：

可控震源振动性能指标的测试工作通常分为野外可控震源振动性能的测试和出厂振动性能指标检验测试。野外可控震源振动性能的测试主要侧重于：可控震源的振动输出力；实际施工参数振动出力信号的频宽；震源控制系统的系统锁相精度；当地激发信号畸变失真情况调查；对于出厂振动性能指标检验测试来讲，我们要求提供并分析：峰值振动出力；基值振动出力；平均峰值振动出力（逐周期平均）；最大相位差；平均相位差；振动输出力的相对失真总量（多台震源）；振动输出力的失真总量（单台震源）；与地球物理勘探方法相对应的，还可以用互相关子波的时差来评价多台可控震源组合施工的同步误差，即可用覆盖绘图的方式进行比较；用互相关子波的边叶信噪比或简单的对比边叶的幅度来评价可控震源的激发能量、信噪比。目前国际上各油公司和甲方流行的做法通常都要求采用独立的可控震源振动性能测试系统来完成这一工作，使得测试结果能够真实反映震源本身的激发性能。2.4.1测试设备：

国际上普遍认可的可控震源振动性能测试设备主要有：美国GREATMOUNTAIN（大山）公司的GFCSI系统；美国PELTON公司的VCA系统；法国SERCEL公司的VQC/VQC88系统；

目前较流行的测试设备主要是VCA及VQC88系统。2.4.2测试主要内容：

使用独立的可控震源振动性能测试设备主要的测试内容为：通用频率带宽内的振动输出力；通用频率带宽内的控制系统锁相精度；通用频率带宽内的激发信号在特定地表条件下的畸变与失真度；其它辅助性分析，如：振幅谱、相关子波等；这里所说的通用频率带宽的概念与油公司或甲方的技术要求有关。国内BGP规定的可控震源出厂振动性能检验测试通用频带宽度指定为7Hz～118Hz，采用线性扫描信号，激发时间8秒，适宜的激发强度。国外有采用此参数的，也有直接采用施工因素或有其它特殊要求的。因此，在国外施工的单位要视国外油公司或甲方的要求而定。2.6可控震源与数据采集系统的联机调试：

联机调试应该主要包括下述内容：震源各与数据采集系统各信号的联系与通讯；震源激发参数的装载与传输；震源伺服控制参数的装载与传输；通信信道时间延迟测试与校正；相关信号的输出振幅的调节；建立正常的采集时序和激发顺序；设定实时QC监视报警门槛；设置