可控震源在地震勘探中的质量控制讲义

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2024/9/23,1,可控震源在地震勘探中的质量控制,2024/9/23,2,引言,地震勘探工作对野外数据采集质量要求的标准越来越高，用以满足目前油气勘探对解决复杂地区和小幅度构造的要求，保证野外原始数据的准确性与可信性成为最关键的环节，改善原始信号的激发品质正成为人们关注与研究的目标，对可控震源的激发要求也是如此。,2024/9/23,3,引言,尽管随着可控震源控制系统实时质量控制概念的出现，给可控震源野外现场质量控制带来了许多便利，但是，绝大多数野外技术人员苦于对可控震源的工作系统缺乏全面了解和系统地掌握对可控震源激发质量控制的正确方法，不知道如何利用和发挥好这一新的质量控制技术。,2024/9/23,4,引言,另外一些物探工作者对可控震源“系统”在激发和野外采集数据实时相关过程中采用各自独立的信号，或称之为非同源激发的概念比较含混，例如：如何正确进行可控震源的系统性能检查、激发信号初始相位正确设置问题、极性检查问题等，由于不明白为什么要这样做，因此造成许多应用过程中的失误，甚至到最后都不知道那里出了问题。,2024/9/23,5,引言,由于对可控震源激发过程一些概念上的模糊，在一些地方或项目运做中出现了对可控震源激发过程质量控制的评价变成对可控震源输出力畸变的评价，并且在对激发能量的要求与输出信号畸变控制的指标上提出了相互矛盾的指标和要求，造成了野外震源激发质量监控与评价上的困难，甚至不同程度地影响和制约了可控震源的应用效果与应用技术的发展。,2024/9/23,6,引言,可控震源激发质量的控制原则上将包括：,施工前的基础技术准备工作,施工过程中的质量控制,质量控制数据的分析方法,提供改善激发品质的途径,因此，可控震源激发的质量控制是一个全过程的控制，而质量控制的最终目的是要能够保证激发数据的可信性，并提供寻找震源在激发过程中出现质量问题的原因和解决方法，最后落实到改善震源激发品质的目的上。,2024/9/23,7,引言,这也是为什么我们总是请物探工作者做最终地震激发效果裁定的原因。,目前有这样一种倾向：把可控震源激发信号品质的评价与可控震源振动性能评价混淆在一起。有时正是这种含混的工作方式加剧了在震源激发质量评价工作上的困难，因此，我们特地在本文的主要内容中增加了施工前的技术准备工作的部分，希望将一些震源本身的评价与震源生产中的信号激发质量分开，需要特别指出的是：有时这两者还要很好地结合在一起，否则也会出现另外新的问题。,2024/9/23,8,引言,随着实时质量控制概念的出现，在生产中的每次扫描或振动，都相当于传统的震源一致性检查过程，因此，以往希望每天只做一次一致性就蒙混过关的现象基本上得到有效遏制。,随着实时质量控制概念的出现，另外一种现象也困惑着震源应用人员和监理人员：如何评价可控震源在实际应用中,QC,数据的丢失问题，实际中，由于各种客观和偶发因素的影响，震源质量控制数据经常会发生丢失，因此对丢失,QC,数据的振次在评价上容易产生分歧。,2024/9/23,9,第一部分 野外篇,震源的激发质量,如何监视震源的激发质量？,检查震源的,QC,；,震源,QC,数据评价的基本原则；,2024/9/23,10,震源的激发质量,震源的激发质量控制是一个全过程控制：,震源作业前的基础技术准备；,激发因素的确定及对激发质量的认可；,激发过程中的控制；,事后分析产生的超前（反馈）控制；,由于一些客观因素，使得在对地震采集过程进行的激发质量控制实际上是监视多于控制本身，因此，事前应该更多地关注一些复杂因素可能带来的对震源激发质量的影响。,2024/9/23,11,影响震源激发质量的因素,影响震源激发信号质量的因素很多，我们简单罗列了下述重要因素，有些因素甚至难以控制：,震源的技术状况；,激发因素的选择；,激发环境的影响；,使用者的技术素质；,2024/9/23,12,震源作业前的基础技术准备（,1,）,震源作业前的基础技术准备工作主要有：,震源机械、液压、气路等系统的检查与必要调整；,各种压力，特别是储能器氮气充气压力和空气弹簧压力的调整；,震动器部分的各个紧固件检查与紧固；,电子控制,/,通信系统的检查与调整：,系统软,/,硬件版本号是否统一或得到甲方特别许可；,甲方要求的,QC,形式能否满足；,通信系统是否工作正常，在工区有无其它干扰源；,2024/9/23,13,震源作业前的基础技术准备（,2,）,电子控制,/,通信系统的检查与调整（续）：,指令信号与,QC,数据的传输质量；,时钟,/,零时校准；,与仪器联机是否正常；,完成可控震源的（年检）月检和日检,完成可控震源振动性能指标的测试工作,完成可控震源激发极性的验证,完成可控震源与数据采集系统的联机调试,完成激发,/,数据采集系统的激发试验,2024/9/23,14,震源作业前的基础技术准备（,3,）,可控震源基础技术准备工作非常重要，是整个质量控制的关键，千万不要等震源质量控制指标出现问题后才发现：原来震源在生产前本身就有问题！,其实，我们在野外工作中经常发现：许多情况下超长时间都难于完成的震源日检主要原因就是没有做好前期的基础技术准备工作，没有解决好震源本身存在的问题。个别人（队）希望通过长时间、反复的振动，找到一次能够合格的结果侥幸过关，对此，我们的建议是：,2024/9/23,15,震源作业前的基础技术准备（,4,）,与其说每天如此辛苦，倒不如彻底停下来检查一下哪些基本的技术准备工作没有做或没有做到位，俗语云：磨刀不误砍材功。,如果上述基础工作有问题，则在后续的生产中，震源的激发质量监视与控制工作将非常难以顺利进行，因此，前期的基础技术准备工作对保证震源激发质量非常重要。,2024/9/23,16,可控震源机械状态的调整,目的：,可控震源经过动迁或起封后，一般都要进行机械、液压驱动的行走及运动部分的调整和检查、保养。如：对连接件和紧固件的检查和调整；对传动系统的检查和调整；对车辆油、水液面的检查和重新加注；各关节部位润滑脂的检查与加注；对储能器中的氮气充气压力的检查和补充；根据地表条件对可控震源提升系统压力的调整和对空气弹簧隔振系统的调整；对各种安全防护和报警系统的检查与验证；对当地可能使用的各种油品理化指标的取样与检验等等，这些基本工作对保证可控震源的性能，提高系统在工作中的可靠性至关重要。,2024/9/23,17,可控震源机械状态的调整,主要内容：,具体检查内容可参照相应可控震源使用与维护保养手册的内容进行，通常要求在震源的状态调整和恢复工作完成后，提交相应的技术检验报告，报告主要内容应该包括：,调整前震源存在的主要问题；,调整和恢复所做的主要工作；,调整后震源的技术状况；,目前震源存在主要问题；,后续的技术准备和备件等方面的准备。,2024/9/23,18,可控震源机械状态的调整,注意事项：,可控震源的状态调整和恢复是一项非常重要的基础工作，要在机械师和电子工程师的指导和震源操作员的配合下完成。由于可控震源的振动与行驶驱动都是采用液压驱动的，一般系统的工作高压都在,20Mpa,以上，同时由于发动机工作产生的巨大噪音，往往存在语言联络问题，因此，在震源机械状态调整和恢复工作中要特别注意操作过程中人员的安全性，有关这部分的要求详见可控震源使用与操作手册的内容和可控震源安全施工作业指导书。,2024/9/23,19,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,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另一项极其基础的工作，许多可控震源队在施工伊始偏偏忽略了这项基础工作，结果导致设备启动或验收困难。,2024/9/23,20,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,为什么要对可控震源进行零时与参考信号校准？,人们常说的可控震源实际上是由一个非常奇特的系统构成：采用了激发源与接收系统的信号参考源分立的实现方式，每个激发源采用各自的系统时钟计时，控制时序与顺序按照各自的系统时钟运行，但是对于数据采集系统则一直是按照同源信号进行相关处理的，即认为：记录在地震数据采集系统数据道集上的数据（可控震源激发后接收的地震信号）与记录在数据采集系统辅助道上的参考信号（震源编码器内部产生的信号）是同源信号，因此，实时相关的处理过程是采用辅助道信号与数据道集上的信号进行统一相关，得到野外震源地震相关记录。,2024/9/23,21,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,如果震源信号与震源编码器内部信号本身就存在一定的时差，实际相关结果与理想的相关结果也就引入了一个固定的时差表现在地震剖面上，最终转换成在地质成果解释上的深度误差。,由于近地表物性的变化（对激发频率的吸收、衰减作用）是非均匀的，因此，每次实际接受到信号的频带宽度是不确定的，再加上多次垂直迭加，所以这种时差是不可逆的，即：不能采用事后的处理方法进行修复，必须事先通过可控震源的零时与参考信号校准来完成。,特殊情况下，在可以不需要进行校准过程，如系统自动采用,GPS,统一授时时。,2024/9/23,22,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,可控震源控制系统的零时校准实际包含二个含义：,时钟校准；,启动指令时间校准；,目前可控震源控制系统采用的时钟精度都达到了,1 ppm,，即：百万分之一的误差水平，因此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的测试主要包括：编码器的时钟是否满足,1 ppm,的误差精度要求，如果需要，还要根据季节和温度变化对时钟补偿电路进行相应的调整，这种调整一定要请专业人员进行，这也是震源年检的主要内容，有关年检的具体内容将在后续的文中做出说明。,2024/9/23,23,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,当各系统时钟满足精度要求后，能够真正产生激发与数据采集不同步的问题是可控震源系统启动指令的时间误差。由于可控震源的启动完全依赖于各震源和仪器的无线通信系统，各通信系统的技术指标往往是有一定差异的，这种差异对于一般的语音通话功能没有明显的影响，例如：语音通信允许的启动延迟达误差范围可达到,200ms,，但是对于地震数据采集要求高精度同步启动指令信号，则往往是一个大问题。,2024/9/23,24,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,由于电磁波的速度与光速一样，通信距离往往不是导致启动指令时间延迟的主要因素，导致震源启动指令时间延迟的是仪器,/,编码器在通过电台发出启动指令的过程中，电台从接收状态转换为发射状态时所生产的时间延迟或程序设定。,不同型号电台的转换时间都有一定的限定范围，而仪器内部的编码器则直接受数据采集系统的控制（线对线），在工程应用中，电磁波理论上不存在时间延迟问题，因此，只能通过调整编码器内的指令延迟时间，使编码器内部的启动与震源的启动时间完全同步。,2024/9/23,25,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,所有可控震源控制系统在启动命令传输时都面临这样的问题，只不过各系统在解决或实现的方式上有所不同。典型的如：法国,SERCEL,公司的产品,VE416,和,VE432,只需要根据系统在工作中出现时钟偏差状态显示的百分比，确定是否要进行时钟校准，而启动指令时间校准则在每日生产前的操作步骤中自动进行，也就是说：对,SERCEL,数据采集系统来讲，实际上是每天都要做电台启动延迟校准的。美国,I/O,公司的,ADV,系列（原,PELTON,公司）则是分步进行的：只在每个施工期开始前进行一次震源零时校准，后续生产过程中就认为分立的激发源此时已经完全相同了。,2024/9/23,26,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,按照规范的操作要求：可控震源只有做过零时校准，后续的日检、生产记录才是正确的。如果施工过程中要求使用电台一致性评价震源的性能，那么，还要做参考信号的校准，一致性的评价才会有意义，否则一旦在参数、一致性检查过程中或最终处理的地质成果上出现相位或（时）差，人们很难确定这一相位差是震源本身控制系统的问题，还是由于系统本身零时不同步的造成的问题或是其它方面的问题。,2024/9/23,27,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,注意问题：,由于系统的构成不同，因此,VE416,系统的启动零时校准与,PELCO,系统的校准方法也有区别。,系统时钟的校准方式与,PELCO,系统采用的方法完全一样，要求对每台,DSD,和,DPG,进行测试，并确认时钟的计时精度满足,1 ppm,的要求。,与,PELCO,的,ADV II,系统不同的是，,VE416,系统在正常生产过程中能够自行检查系统时钟的偏差，并在超过误差范围后给出时钟超差状态提示。因此，也有些技术规范中对,VE416,系统的时钟校准仅要求在时钟超差状态提示超过每日统计值的,10%,后才进行。,2024/9/23,28,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,注意问题：,VE416,的操作规程中规定：在正常生产前要执行一系列测试校准模块，其中包括电台延迟测量模块,M209,。系统将自动计算并存储测量的结果，保证启动指令同步的可靠性，因此在,VE416,系统中，没有单独提出要求做启动零时校准的要求。,VE416,系统也可以做电台一致性，但是，当操作员选择了模块,M201,后，系统将自动测量参考信号所需要的延迟补充时间，因此不需要向,PELCO,系统那样人工进行校准补偿。,2024/9/23,29,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,注意问题：,但是如果选择了有线一致性方式，并且采用采集站作为传输媒介，则要考虑分布系统带来的时间差，需要人工设置延迟时间来补偿传输延迟！,需要指出的是，由于,VE416,系统构成的方式与,pelco,系统不同，因此，如果用户选择了调返一致性信号的方式，则系统本身会自动在启动时断（,Time Break,）窗口上增加,1000 ms,的时间，这是每次扫描都增加的时间，因此，从施工效率上来考虑，还是以其它方式分析震源的性能为宜。,2024/9/23,30,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,注意问题：,SERCEL VE432,系统的启动零时,/,参考信号的校准方法与,VE416,系统基本一样，但是，,VE432,系统中没有“分组电台延迟测试”的功能，这就意味着在,VE432,系统中不允许使用不同型号电台的组合方式。,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，都只能使用同一台震源和编码器联机校准。,由于存在启动指令校准和上述的校准方法问题，因此采用,ADV II,系统的震源必须使用相同型号的电台，严禁不同型号的电台混用！,2024/9/23,31,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,注意问题：,如果施工期间更换了,ADV II,系统,ESG,的系统控制板，则要求重新做校准或重新置入上述校准值。,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。,2024/9/23,32,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,注意问题：,在采用分布式数据采集系统中，经常有人提出通过采集站做有线一致性，但是，如果不考虑信号的传输距离是非常错误的。因为人们常常认为电波的传输速度和光速是是一样的，因此电信号的传输时间延迟可以忽略不计。实际上有线信号在传输中产生的时间延迟并不是因为电波的速度造成的，而是因为每个采集站采用中继数据传输和每道电缆内的分布电容造成的。,2024/9/23,33,可控震源控制系统的零时与参考信号调整,/,校准,注意问题：,考虑一个单站单道的系统，单边放炮方式，振点与数据采集系统间隔,240,个采集站，道间大线,110,米，每个采集站中继时间,s,，每段大线每米延迟时间,5ns,。这是一个非常典型的数值，这样震源采用有线方式从端点采集站将一致性信号传回数据采集系统需要约,580,s,，对于,80Hz,的信号意味着额外引入约,16,的相差。,2024/9/23,34,激发因素的确定及对激发质量的认可（,1,）,震源的激发质量还与激发因素和激发环境有密切关系，,激发频率越接近低拼或高频截止频率，激发信号的品质就越难以控制，激发质量就越难评价；,激发强度越高，源致的干扰背景也就越强，输出信号的畸变值相对越大；,激发近地表胶结性越差，谐波越发育；,激发过程中耦合不好，则激发质量就会下降；,因此，可以这样认为：只要激发因素和环境确定下来了，激发质量的评价水平也就基本确定了。,2024/9/23,35,激发因素的确定及对激发质量的认可（,2,）,经常出现这样的情况：,激发因素的确定与激发质量的评价基本无任何关联性；,激发质量的评价无法与激发环境相适应；,难以确认激发质量异常的原因；,所以，我们会出现在对震源激发质量的评价上遇到困难。,因此，必须认识到：对震源激发质量的认可不是事后的决定，而是事先的确认。,2024/9/23,36,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。,为什么要对可控震源进行如此繁多的检查？许多人认为是为了保证震源、地震仪器的技术性能指标。这是其中的一个原因，但不是重要的原因。,分立的激发源对系统同步的重要性；能量均衡对地质数据属性品质的重要性以及人的操作素质可能对地震数据采集结果的影响。,2024/9/23,37,可控震源的日检和月检,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，目前的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。,2024/9/23,38,可控震源的日检和月检,目的：,但是，使用可控震源激发则存在一些操作人员容易忽视的致命隐患，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！由于可控震源往往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，这不仅白白浪费了人力、物力和才力，同时也影响了油气勘探、开发的时间，有时由于种种因素的限制，对同一地区重新进行数据采集已经成为不可能的事情，如国外的投标项目和油田开发区的数据采集工作就是如此。,2024/9/23,39,可控震源的日检和月检,目的：,为什么会出现这样的情况呢？主要是因为可控震源在激发与数据采集过程中是一个分立的系统造成的。,理想情况下可控震源的工作模式应该是：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启动指令信号。遗憾的是，由于可控震源工作点往往与数据采集系统有数公里的距离，可控震源和数据采集系统间不可能拖着数公里长的控制电缆，因此，实际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，控制指令采用电台遥控方式，可控震源,QC,本身是检测振动信号与自身的参考信号对比的结果，这就带来了问题的隐患。,2024/9/23,40,可控震源的日检和月检,目的：,如果分立的一个系统出现激发参数错误，或在使用多参数激发过程中出现激发顺序错误，则可控震源的另一个系统依然会根据自身的控制情况发回正常的,QC,结果，而数据采集系统也会在毫不知情的情况下继续采集，并用自身的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不经意，有时也是因为从原始数据记录上分辨出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。,2024/9/23,41,可控震源的日检和月检,目的：,另外由于可控震源是地表激发源，激发过程中的耦合平板与大地耦合在一起，通过平板与近地表受迫振动传输激发信号，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，这也是我们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，而震源则往往要做多次（早、晚或早、中、晚），而且还要求加上实时的,QC,数据监视。,2024/9/23,42,可控震源的日检和月检,主要内容：,通常月检侧重对可控震源总体振动性能指标的检查，特别是振动输出力能力的检查，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与分析手段进行，而月检通常要求使用与震源系统独立的测试与分析工具进行，这样使得最终的测试与分析结果更可靠。,2024/9/23,43,可控震源的日检和月检,主要内容：,这种要求是目前国际上通行的做法，但是考虑到目前由于受到测试工具没有普及的限制，尽管提出了这样的规范要求，目前依然允许向日检的做法一样，采用震源本身提供的手段进行，今后将逐步过渡到与国际的要求接轨。,由上述的阐述可见，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油公司的要求不同，可控震源月检和日检的内容可能会略有出入，但是总的检查内容基本是一样的，侧重应该是：,2024/9/23,44,可控震源的日检和月检,主要内容：,激发信号与数据相关用的参考信号的一致性；,激发与数据采集系统启动指令的同步精度；,遥控状态下的参数传输；,实时质量控制数据的采集与传输；,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；,2024/9/23,45,可控震源的日检项目,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。,2024/9/23,46,可控震源的月检项目,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振动性能检测系统进行测试。,在目前的过渡阶段，原则上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。,2024/9/23,47,激发过程中的控制,激发过程中的控制主要目的在于：,实时控制激发质量，确认不偏离目标；,确认激发质量异常的产生原因；,激发过程质量控制的主要方法：,传统的“一致性”方法；,实时,QC,数据监视；,2024/9/23,48,事后分析产生的超前（反馈）控制,事后分析的主要目的不是要决定是否“补炮”，如果真是那样，只能说明前面的工作有较大的失误。事后,QC,分析的主要目的是要防患于未然并为,QC,评价提供更科学、合理的依据：,QC,数据的统计（分布）规律；,数据异常的群（个）体以及发生的区段；,数据异常的群（个）体以及发生的震源或操作人员；,2024/9/23,49,如何监视震源的激发质量？,按照目前试行的方法，震源激发质量的监视方法包括：,震源每日的一致性；,震源的实时,QC,数据显示；,震源控制系统设置误差超限报警功能；,原始记录信噪比检查（仪器）；,经验分析；,实时现场处理分析；,2024/9/23,50,检查震源的实时,QC,数据,震源的实时,QC,数据包括的主要内容：,图形,/,曲线：,互相关子波、相位误差曲线、输出信号振幅曲线；,数字型数据：,扫描库、信号方式、出力,/,相位,/,畸变（峰值,/,平均值）、检查和、故障检测结果等；,检查的主要内容：,扫描信号的同一性、各震源的同步性、激发能量的均匀性；,震源的工作状态；,激发点的正确位置；,2024/9/23,51,震源的实时,QC,数据（,1,）,2024/9/23,52,震源的实时,QC,数据（,2,）,2024/9/23,53,震源的实时,QC,数据（,3,）,2024/9/23,54,动态与静态问题,研究定值问题：,代数分析,研究随机问题：,统计的方法,2024/9/23,55,反馈控制的简单概念,对于现代系统而言，有两类典型系统：,开环系统,闭环系统（反馈系统）,开环系统的输出直接反映各种输入信号的变化，不具备抗干扰能力。,闭环系统的输出只反映设定输入信号的变化，对来自系统内外的干扰（扰动）信号具有一定的抑制能力。,2024/9/23,56,反馈控制的简单概念（续）,控制系统输出的特点：,控制系统的输出过程：瞬态,+,稳态,输出永远不能等于输入，总是在目标控制线上下摆动；,当前时刻的输出源于上一时刻的修正数据，即：输出与输入总有一个时间间隔,t,；,达到稳态的时间取决于系统构成、控制算法等因素；,动态,2024/9/23,57,震源,QC,数据评价的基本原则,趋势分析：,按照反馈控制的原理，正常的控制系统一定是沿着控制目标收敛的控制趋势；,随机性问题：,控制过程中，由于外界干扰的随机性造成数值结果的随机性，因此对于反馈控制系统而言，最终评价标准没有绝对值，只有目标值和控制范围；,2024/9/23,58,震源,QC,数据中的峰值与平均值,峰值的物理意义：,对峰值的分析表现出对非正常扰动的分析与系统的控制能力的分析；,它表征的是瞬（动）态、单一值；,它通常给出了异常值的最大范围；,平均值的意义：,平均值表现了控制系统的最小分辨能力；,它表征的是平稳过程的静（稳）态误差；,2024/9/23,59,输出力问题,对输出力信号的评价主要侧重于：,振幅的均匀性评价,一个兼顾低频信号与高频信号的均匀振幅具有高穿透性与高分辨力的特点；,峰值出力与均值出力的差越小越好,在采用基值力控制下，一个,70%,左右的振幅控制水平可以相当于峰值力控制下的,90%,左右,2024/9/23,60,相位误差问题,相位误差的评价主要侧重于：,控制趋势评价,只有收敛的控制趋势才能是正常；,震荡或发散的趋势都是不正常的；,平均相位反映的是稳态相位误差，将影响最终的相关结果，因此对平均相位的分析更重要；,相位误差的确定,在,1ms,采样率下，,1/4,的样点误差是，等于主频,50Hz,子波相位误差度,2024/9/23,61,相位误差评价的主导思想,允许平均相位误差的确定：,最大允许,1/4,的样点误差的概念；,在,1ms,采样率下，,1/4,的样点误差是，等于主频,50Hz,子波相位误差度,所以，要求平均相位误差在,5,度以内，但实际上野外的控制误差基本在,2,度以内,针对不同的勘探目的与精度，可以修正评价标准；,要有分辨系统误差的概念。,2024/9/23,62,畸变的评价原则,对输出力畸变的评价侧重于,相对性评价,在相同型号的震源、完全相同的激发参数、基本相同的激发环境下，震源输出力信号的畸变水平应该相当，即各激发信号相对之间的畸变误差应该在一定的范围内；,经验值确定的范围为,10%,2024/9/23,63,震源,QC,数据的统计分析,采用,PELTON,公司提供的震源,QC,数据统计分析方法：,PSSXVS,直方图统计分析方法：,趋势分析，更侧重于大的范围；,线形图统计分析方法：,细微分析，更侧重于小的范围或细节；,2024/9/23,64,峰值相位误差达到,26,度合格吗？,这是我们经常遇到的问题，如果评价标准认可峰值相位误差最大,25,度，那么出现,26,度时是否合格？,根据前述的一些原则，可以这样分析：,有收敛的趋势吗？,平均相位误差超限吗？,上一次的峰值相位误差多大？,是新振点吗？,2024/9/23,65,实际反映的是如何理解在震源激发过程中的“畸变”问题以及可能对采集数据产生的影响？,畸变问题,畸变,2024/9/23,66,畸变的产生原因,在可控震源的激发过程中畸变产生的原因较多，主要发生在下述环节：,控制、执行系统的非线性；,近地表物性非线性的影响；,控制过程中的扰动信号的影响；,因此，震源输出信号不发生畸变是不可能的，通过一些途径来降低畸变水平是有可能实现的。,2024/9/23,67,畸变的评价,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强度（振幅）有关。,2024/9/23,68,畸变的评价,可控震源输出力畸变评价为什么难？,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，加剧了震源振动输出力的畸变评价的困难性。特别是早期的可控震源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。这里面有一个误区，而许多人不自觉的掉到了这个陷阱中。平板信号的畸变固然影响振动输出力的品质，但平板信号不等于全部的下传信号，而仅仅是下传信号的一部分，并且是受迫振动的一部分。,2024/9/23,69,畸变的评价,可控震源输出力畸变评价为什么难？,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。,2024/9/23,70,畸变的评价,可控震源输出力畸变评价为什么难？,以前我们曾经给出振动出力畸变失真总量的通常指标为秒后小于,15%,，而平板信号就要远远的大于,15%,了。对于,15%,的畸变失真总量而言，实际上是人们视觉上可以较好分辨信号的值，给人感观上的畸变与失真可以接受，但是这并不意味着可控震源满足这一指标就绝对没问题。对有些地区振动出力畸变失真总量达到,40%,就已经很满足了，而有些地区则有可能要达到,10%,。我们无法改变大地的物理特征，这也是为什么我们目前推荐使用相对评价标准的原因。,2024/9/23,71,畸变的评价,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实际上是源致谐波干扰造成的，在没有震源激发信号前，数据采集系统记录的是排列随机干扰背景，当震源振动后，干扰波的强度明显增加。试验结果表明：震源输出信号的畸变强度与激发强度有密切关系，但不是呈线性变化。,较低的激发强度与较高的激发强度都可以导致较大的输出畸变，这本身不仅与平板与大地的耦合状态有关，同时还与平板振动过程中带动的等效振动泥土的质量有关，而等效振动泥土的质量是一个频变质量，因此具有较强的非线性特征。,2024/9/23,72,畸变的评价,可控震源输出力畸变评价为什么难？,从另外一个角度看：当激发强度确认后，正常的震源输出信号的畸变也就基本确定了，因此在设定了激发强度后，再用事先确定的畸变评价指标来评价输出力信号的畸变就缺乏科学性，同时也造成了目前对震源激发信号畸变评价的困难。,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。,2024/9/23,73,畸变的评价,可控震源输出力畸变评价为什么难？,因此，我们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%,。我们收集了国内外震源及在各种地表条件下的许多测试资料，并对我们所采集的结果做了大量的定量分析，认为这一相对指标值的设定基本上是合理的。,2024/9/23,74,畸变的评价,可控震源输出力畸变评价为什么难？,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机械故障。,经验告诉我们，机械故障导致的畸变往往反映在奇次畸变异常。,2024/9/23,75,畸变的评价,特别提示：,目前,PELTON,公司新推出的,VCA,系统在畸变失真总量的数学算法上进行了重要的调整。在同样的试地表条件下，使用新版本计算出的畸变失真总量比老版本高一倍！,2024/9/23,76,畸变的计算方法,2024/9/23,77,畸变信号的特点,随着激发强度的增加而增加；,随着频率的变化而变化；,偶次与奇次谐波能量不同；,没有确定的畸变值；,2024/9/23,78,畸变信号的特点,2024/9/23,79,畸变信号的特点（续）,2024/9/23,80,畸变信号的特点（续）,2024/9/23,81,畸变信号的特点（续）,2024/9/23,82,畸变信号的特点（续）,2024/9/23,83,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值的增加。,2024/9/23,84,可控震源输出力畸变评价的目的？,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。,2024/9/23,85,可控震源输出力畸变评价的目的？,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。,2024/9/23,86,可控震源输出力畸变评价的目的？,我们在野外也经常看到这样的情况：当震源在正常生产前做不出“合格”的日检后，大多数情况都是因为震源输出信号畸变评价的问题，然后，按照“畸变评价要求”，震源开始满山遍野地寻找满足畸变评价要求的“福地”，最后完成了“日检”。每当看到这样的情况，我们都会情不自禁地想到：这是不是一种自欺欺人的做法？其实在一种特殊的条件下，这是反而是一种极正常的现象，问题在于野外工作的人知道震源没有问题，但是为了应付苛刻的日检条件或错误的评价指导思想，不得不采取这样的“下策”。,2024/9/23,87,可控震源输出力畸变评价的目的？,换一种思考，震源在大多数情况下的失效表现为缓慢性，昨天还好好的震源，怎么今天就坏了呢？,试想：如果震源真的出了问题，纵有天大的本事，也做不出真正意义上合格的日检来，同时在野外实际激发过程中，震源扫描信号的每次质量监测数据都将实时地反馈到质量控制系统并记录下来，供事后分析用。,这些现象也促使我们要明确对可控震源输出信号畸变评价的目的。,2024/9/23,88,畸变对采集数据的影响,目前计算的畸变结果主要是检测近激发源的振动信号，它反映的是可控震源有效激发能量占总激发能量的比例。,按照能量守恒原则：,总的激发能量,=,有效能量,+,干扰,因此在激发过程中，总是希望降低干扰成份。提高震源激发信噪比。,2024/9/23,89,降低畸变的问题,降低畸变实际上降低的是近激发源的畸变，如果不考虑激发因素的改变，可通过下述方法降低或改善输出信号品质：,降低激发强度；,优化控制参数；,影响,/,风险：,降低激发能量，可能影响深层资料品质；,2024/9/23,90,高畸变对地震资料有什么影响？,一般高畸变主要影响近激发源（排列）地震道的信噪比，对远排列影响相对较小。,有时为了得到深层有效反射，还必须牺牲浅层的信噪比。,我们期望对畸变的评价能有一个统一的标准，根据目前掌握的情况，国外油公司对此的评价标准也不尽相同，所以到目前为止也没有一个统一的标准。,2024/9/23,91,震源,QC,数据的统计分析,引入,QC,统计分析的目的,合理地运用,QC,统计手段,确定科学的监视标准,寻找故障隐患,合理地剔除异常点,2024/9/23,92,选择分析方法与项目,2024/9/23,93,直方图统计方法,2024/9/23,94,标尺选择,2024/9/23,95,线形（逐点）统计方法,2024/9/23,96,选择与显示,2024/9/23,97,QC,数据的缺失问题,在正常生产过程中经常会出现,QC,数据缺失的问题。由于障碍物的遮挡出现通信困难，因此在复杂地区作业时，发生,QC,数据缺失的比例更大。,从每天,13,次的一致性检查到目前实时的,QC,数据采集是一个根本上的进步；,通常,10%,左右的数据缺失属于正常，复杂地区的数据缺失情况要根据实际而定，否则将极大地降低生产效率，无谓地增加成本；,2024/9/23,98,异常情况的处理,当,QC,数据出现异常后，通常的方法是,对比分析其它震源的情况（共性,/,个性）；,监视下次数据（收敛,/,改善）；,第三次,QC,数据（是否处于震荡）,最多可以连续三次（炮）。,2024/9/23,99,小结,有充分的基础技术准备是根本保障；,试验是建立评价标准的唯一途径,事先要对复杂因素有足够的估计,2024/9/23,100,第二部分 质量控制,技术问题；,特殊的分析方法；,结论；,2024/9/23,101,技术问题,对可控震源激发过程而言，选择不同的控制参数和扫描参数对其性能有不同的影响。但是，通常情况下，控制参数的选择是可以根据质量控制监测结果进行必要调整的，而扫描参数一旦确定下来，则无法改变，因此在扫描参数试验完成后一定要重新确定震源激发过程中质量评价指标是否还在可以接受的范围。,2024/9/23,102,影响震源性能的主要控制参数,下述控制参数的选择在震源激发过程中对其性能有较大的影响：,对相位控制有影响的控制参数：,锁相信号、锁相方式、锁相环路增益；,对振幅控制有影响的控制参数：,控制信号、控制方式、振幅增益、输出力水平、初始控制时间、初始振幅控制方式、极限限幅值；,对振幅和相位控制都有影响的控制参数：,卡尔曼滤波、数字自适应控制；,2024/9/23,103,影响震源性能的主要扫描参数,下述扫描参数的选择在震源激发过程中对其性能也有较大的影响：,对相位控制有影响的扫描参数：,起始频率、扫描速率；,对振幅控制有影响的扫描参数：,起始频率、终了频率、斜坡长度；,对振幅和相位控制都有影响的扫描参数：,信号类型,2024/9/23,104,特殊的分析方法,直方统计：,整体质量评价与分析；,单台震源的质量评价与分析；,线性统计：,异常调查；,异常定位；,操作性异常分析；,2024/9/23,105,整体质量评价与分析,峰值相位误差；,平均相位误差；,峰值振动输出力；,平均振动输出力；,峰值畸变；,平均畸变；,2024/9/23,106,分析参数设置,2024/9/23,107,选择参与分析的震源与分析方式,2024/9/23,108,峰值相位误差,2024/9/23,109,平均相位误差,2024/9/23,110,峰值振动输出力,2024/9/23,111,峰值振动输出力,2024/9/23,112,平均振动输出力,2024/9/23,113,平均振动输出力,2024/9/23,114,峰值畸变,2024/9/23,115,平均畸变,2024/9/23,116,单台震源的质量评价与分析,峰值相位误差；,平均相位误差；,峰值振动输出力；,平均振动输出力；,峰值畸变；,平均畸变；,2024/9/23,117,选择参与分析的震源与分析方式,2024/9/23,118,峰值相位误差（,0# Vib,）,2024/9/23,119,平均相位误差（,0# Vib,）,2024/9/23,120,峰值振动输出力,（,0# Vib,）,2024/9/23,121,平均振动输出力,（,0# Vib,）,2024/9/23,122,峰值畸变,（,0# Vib,）,2024/9/23,123,平均畸变,（,0# Vib,）,2024/9/23,124,异常调查,直方图：,判断异常参数,判断异常震源,2024/9/23,125,判断异常参数,异常值,2024/9/23,126,判断异常震源,2024/9/23,127,异常定位,线性图：,异常定位,2024/9/23,128,异常定位,现,象：,说明什么？,2024/9/23,129,操作性异常分析,用相同震源操作人员操作不同的车，跟踪异常变化的趋势：,跟人走，则属于操作性异常，需要加强培训来提高操作人员的技术水平；,不跟人走，则属于震源本身的故障，继续查找。,2024/9/23,130,小结,不同的激发参数和控制参数对,QC,的评价结果也有影响；,统计的分析方法可以提供,QC,预测；,合理地运用,QC,统计手段：,确定科学的监视标准,寻找故障隐患,合理地剔除异常点,2024/9/23,131,总结,可控震源的质量控制问题起源于：,分立的信号源设置方式与相关处理；,近地表物性的非均匀性；,激发信号与控制方式的选择；,可控震源质量控制的评价取决于：,激发信号的强度；,勘探目的；,统计方法提供了一种合理的评价手段。,2024/9/23,132,作业,:,思考题,选择题（请选择下述之一的正确答案）：,1,、在可控震源质量控制评价中，输出力的振幅评价主要侧重于,A,、,90%HD B,、平坦性,C,、连续性,D,、畸变大小,2,、在可控震源质量控制评价中，平均相位误差一般要求小于,A,、,10,B,、,10msC,、,2,D,、,3,、可控震源零时校正的结果为小于,A,、,10,/200Hz,B,、,8,/200Hz,C,、,5,/150Hz,D,、,8,/150Hz,简答题：,1,、可控震源激发质量的控制原则上都包括哪些方面的工作？,2,、为什么一些可控震源控制系统要做零时校准？,论述题：,试论述分析震源输出力畸变的目的和如何正确评价畸变问题。,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,