羅福龍，藺大祿

(東方地球物理勘探有限責(zé)任公司裝備服務(wù)處 河北 涿州 072751)

0 引 言

地震儀器[1]是油氣勘探中必不可少的地震資料采集裝備，其技術(shù)特性和工作狀態(tài)不僅直接關(guān)系到野外作業(yè)的綜合效益，而且還直接關(guān)系到地震資料品質(zhì)。為確保地震資料質(zhì)量和野外作業(yè)成效，就必須確保地震儀器的技術(shù)性能和運(yùn)行環(huán)境始終處于合適的狀態(tài)，由此便誕生了地震儀器檢測(cè)技術(shù)[2]。就功效而言早期的檢測(cè)技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是地震資料質(zhì)量控制手段，其基本做法是通過調(diào)節(jié)特定元件的工作參數(shù)，使地震儀器的地震信號(hào)響應(yīng)特性處在設(shè)定的指標(biāo)之內(nèi)。經(jīng)過近百年的發(fā)展變遷，現(xiàn)已形成以日、月、年檢驗(yàn)為核心的檢測(cè)技術(shù)體系。

檢測(cè)技術(shù)起源于早期的模擬地震儀器。最早的地震儀器屬于電子管系統(tǒng)，突出的特點(diǎn)是工作狀態(tài)和技術(shù)參數(shù)(如放大倍數(shù)、濾波頻率等)會(huì)隨時(shí)間、地點(diǎn)等的變化而變化。為及時(shí)修正環(huán)境變化導(dǎo)致的技術(shù)性能變化，就在相關(guān)電路中設(shè)置取值可調(diào)的電阻、電感、電容等元件，并通過調(diào)節(jié)這些元件使地震儀器工作在合適(技術(shù)指標(biāo)[3]合格)的狀態(tài)，這便是早期檢測(cè)技術(shù)的由來。實(shí)際應(yīng)用效果證明，不同的性能指標(biāo)隨環(huán)境變化的敏感程度有明顯差異，為保證系統(tǒng)工作質(zhì)量和地震資料品質(zhì)，自然要重點(diǎn)且頻繁檢測(cè)變化相對(duì)劇烈的技術(shù)特性。經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)于敏感性強(qiáng)的技術(shù)特性每天都應(yīng)檢測(cè)和調(diào)校，習(xí)慣上稱日檢驗(yàn)；對(duì)于敏感性弱的技術(shù)特性一般僅需按月測(cè)試和調(diào)校，習(xí)慣上稱月檢驗(yàn)。這種以控制地震儀器響應(yīng)特性質(zhì)量為主要目標(biāo)的檢測(cè)技術(shù)一直以檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)形式沿用到今天。

近百年來，地震儀器技術(shù)經(jīng)歷了電子管、晶體管、邏輯電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路等跨越式發(fā)展，相應(yīng)的功能特性和參數(shù)指標(biāo)也發(fā)生了質(zhì)的變化。當(dāng)今以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的網(wǎng)絡(luò)遙測(cè)地震儀器，不僅擁有各種先進(jìn)高效的獨(dú)特功能，而且穩(wěn)定可靠性也得到空前提高，更重要是擁有相對(duì)健全完備的智能化自診、自測(cè)、自警質(zhì)量控制能力，不需要設(shè)置任何取值可調(diào)的元器件來支撐技術(shù)檢測(cè)。換言之，當(dāng)代地震儀器的響應(yīng)特性的技術(shù)檢測(cè)都是在程序控制下自動(dòng)完成，無需任何人工調(diào)校。

雖然當(dāng)今先進(jìn)地震儀器在技術(shù)指標(biāo)和工作能力等方面，較早期的模擬系統(tǒng)發(fā)生了本質(zhì)的變化，但一直沿用下來的檢測(cè)技術(shù)，尤其是檢測(cè)的項(xiàng)目和方法卻基本沒變。由此導(dǎo)致的結(jié)果是，一方面地震儀器擁有智能化自診、自測(cè)、自警的功能沒有得到充分利用；另一方面反映地震儀器先進(jìn)水平的獨(dú)特功能(如多級(jí)排列管理、源驅(qū)動(dòng)、高速傳輸?shù)裙δ?，又不能得到有效測(cè)試和量化標(biāo)定。由此可見，傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)不能全面客觀控制先進(jìn)地震儀器的綜合質(zhì)量，也不能滿足和適應(yīng)物探技術(shù)發(fā)展的需求。

為更有效地保障地震資料品質(zhì)，全方位地做好系統(tǒng)質(zhì)量控制，進(jìn)而更好地發(fā)揮當(dāng)代先進(jìn)地震儀器的作用，以物探技術(shù)發(fā)展需求為導(dǎo)向，以地震儀器綜合技術(shù)特性為對(duì)象，以高效的質(zhì)量控制為目標(biāo)，充分地探討當(dāng)前檢測(cè)技術(shù)的不足，并與時(shí)俱進(jìn)地探索如何發(fā)展和創(chuàng)建新型檢測(cè)技術(shù)就顯得十分重要和必要。

1 傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的不足

傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)源于早期的模擬地震儀器，基本內(nèi)涵是根據(jù)模擬電路性能不穩(wěn)定規(guī)律，設(shè)置取值可調(diào)的補(bǔ)償元件，并通過調(diào)節(jié)補(bǔ)償元件來保證地震信號(hào)響應(yīng)性能的質(zhì)量。對(duì)于主要由分離元器件構(gòu)成且功能相對(duì)單一的模擬地震儀器，傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)起到了質(zhì)量控制作用，并能較客觀地反映系統(tǒng)的綜合技術(shù)水平。

以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的網(wǎng)絡(luò)遙測(cè)地震儀器，不僅具有諸多作用獨(dú)特的先進(jìn)功能，而且所用分離元器件極少，主體電路都是由超大規(guī)模集成的數(shù)字芯片構(gòu)成，也沒有任何可供調(diào)節(jié)的性能補(bǔ)償元器件。在地震信號(hào)響應(yīng)特性質(zhì)控方面，依靠自配的信號(hào)源、測(cè)試分析模型、運(yùn)算與輸出程序等自動(dòng)完成所有項(xiàng)目的測(cè)試并提供量化結(jié)果。但對(duì)于諸如高速數(shù)據(jù)傳輸、復(fù)雜排列管理、源驅(qū)動(dòng)等先進(jìn)功能特性，目前還沒有統(tǒng)一規(guī)范的質(zhì)量控制手段。由此可見，雖然當(dāng)代先進(jìn)地震儀器與模擬地震儀器在性能品質(zhì)方面存在顯著差異，但是質(zhì)量控制內(nèi)容和形式并無明顯不同，進(jìn)而導(dǎo)致傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)起不到全方位質(zhì)量控制的作用。為說明傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)與當(dāng)代地震儀器技術(shù)的不匹配，表1以對(duì)比方式列出了傳統(tǒng)地震儀器與當(dāng)代先進(jìn)地震儀器在技術(shù)性能上的主要差異。

表1 傳統(tǒng)地震儀器與當(dāng)代先進(jìn)地震儀器性能對(duì)比

根據(jù)傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的內(nèi)涵可知，傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)僅適合地震信號(hào)響應(yīng)性能的質(zhì)量檢驗(yàn)，但不適合表1所列當(dāng)代地震儀器普遍擁有的先進(jìn)功能和技術(shù)特性的量化測(cè)試。通過深入比較分析可知，在技術(shù)性能量化測(cè)試方面?zhèn)鹘y(tǒng)檢測(cè)技術(shù)存在如下幾個(gè)問題：

1)對(duì)常規(guī)物理性能無法進(jìn)行量化測(cè)試；

2)對(duì)多級(jí)排列等先進(jìn)功能無法進(jìn)行量化測(cè)試；

3)對(duì)軟件和固件性能無法進(jìn)行量化測(cè)試；

4)對(duì)特定功能或作用的局部硬件電路性能無法進(jìn)行量化測(cè)試。

因此，為更有效地做好先進(jìn)地震儀器的全面質(zhì)量控制，實(shí)現(xiàn)所有性能的量化測(cè)試，也應(yīng)該針對(duì)性地創(chuàng)建新的檢測(cè)技術(shù)。

另一方面，雖然當(dāng)代先進(jìn)地震儀器的地震信號(hào)響應(yīng)性能仍然可用傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行量化測(cè)試和評(píng)估，但是傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)所達(dá)到的功效卻遠(yuǎn)沒有模擬地震儀器那時(shí)的好，因?yàn)楫?dāng)代地震儀器的地震信號(hào)響應(yīng)性能不僅穩(wěn)定而且免調(diào)校。為進(jìn)一步說明創(chuàng)建新型檢測(cè)技術(shù)的必要性，下面以某種先進(jìn)地震儀器技術(shù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵項(xiàng)目和指標(biāo)(見表2)為例，來展示傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)不適用當(dāng)代先進(jìn)地震儀器地震信號(hào)響應(yīng)性能檢驗(yàn)的具體內(nèi)容。

表2 《XX系統(tǒng)檢驗(yàn)項(xiàng)目及技術(shù)指標(biāo)》摘要

根據(jù)表2給出的測(cè)試項(xiàng)目和技術(shù)指標(biāo)，結(jié)合當(dāng)代地震儀器實(shí)施技術(shù)檢驗(yàn)的普遍方法，可以初步得到如下結(jié)論：

1)所有測(cè)試項(xiàng)目和技術(shù)指標(biāo)均由系統(tǒng)(地震儀器)給定；

2)測(cè)試結(jié)果僅反映地震信號(hào)響應(yīng)性能；

3)所有測(cè)試都在系統(tǒng)軟件支持下自動(dòng)完成；

4)測(cè)試結(jié)果與系統(tǒng)內(nèi)置信號(hào)源精度、數(shù)學(xué)運(yùn)算模型、執(zhí)行程序等相關(guān)；

5)僅從測(cè)試結(jié)果很難反映系統(tǒng)的先進(jìn)程度；

6)不同型號(hào)地震儀器定義的測(cè)試項(xiàng)目和技術(shù)指標(biāo)沒有直接可比性。

根據(jù)表1和表2內(nèi)容所反映的傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)不足可知，當(dāng)代技術(shù)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)遙測(cè)地震儀器的許多技術(shù)性能，尤其是個(gè)性化的獨(dú)特功能還沒有科學(xué)規(guī)范的量化檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)手段。由此可見，當(dāng)前一直沿用的傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，既不能全面客觀地反映當(dāng)代先進(jìn)地震儀器的綜合技術(shù)性能，也不能作為衡量和評(píng)價(jià)系統(tǒng)先進(jìn)程度的有效手段。所以，與時(shí)俱進(jìn)地探索和創(chuàng)新適用當(dāng)今先進(jìn)地震儀器的新型檢測(cè)技術(shù)不僅意義重大而且勢(shì)在必行。

2 新型檢測(cè)技術(shù)探討

檢測(cè)技術(shù)沒能與地震儀器主體技術(shù)同步發(fā)展有主觀和客觀兩重因素?？陀^上可能是因?yàn)闄z測(cè)技術(shù)先進(jìn)完備與否不直接影響地震儀器工作效果。主觀上可能有兩方面的原因，一是用戶的傳統(tǒng)觀念和習(xí)慣做法根深蒂固，沒有充分考慮技術(shù)進(jìn)步給技術(shù)檢測(cè)帶來的新需要；二是廠商一般以經(jīng)濟(jì)利益為引擎，不重視無明顯經(jīng)濟(jì)利益的檢測(cè)技術(shù)開發(fā)。所以，傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新首先是觀念上的轉(zhuǎn)換和突破，然后是針對(duì)當(dāng)前檢測(cè)技術(shù)不足，開發(fā)先進(jìn)實(shí)用的新型檢測(cè)技術(shù)。由于當(dāng)今地震儀器的綜合技術(shù)性能主要包括獨(dú)特功能、軟件特性、常規(guī)物理特性、地震信號(hào)響應(yīng)能力等內(nèi)容，所以探索如何發(fā)展新型檢測(cè)技術(shù)也應(yīng)圍繞這些內(nèi)容進(jìn)行。

在地震信號(hào)響應(yīng)能力的質(zhì)量控制方面，雖然現(xiàn)行的檢測(cè)技術(shù)基本滿足要求，也能總體保障所采集地震資料品質(zhì)，但是一直沿用的習(xí)慣做法(如按標(biāo)準(zhǔn)錄制日、月、年檢驗(yàn))卻是形式多于作用。實(shí)際工作效果證明，數(shù)字電路極少影響地震信號(hào)響應(yīng)性能，只有常規(guī)檢波器[5]、地震電纜、接插件等模擬部件常會(huì)因技術(shù)性能變差而影響地震資料質(zhì)量。所以，在技術(shù)檢驗(yàn)方面應(yīng)突出對(duì)檢波器、地震電纜、接插件等模擬部件的測(cè)試，對(duì)數(shù)字電路可少測(cè)或略測(cè)。另外，日、月、年檢驗(yàn)的這種形式也應(yīng)該變革，根據(jù)近十年定時(shí)技術(shù)檢驗(yàn)所發(fā)揮的作用，月檢驗(yàn)基本上沒有貢獻(xiàn)，有貢獻(xiàn)的是日檢驗(yàn)和項(xiàng)目開工檢驗(yàn)(相當(dāng)于年檢驗(yàn))，所以保留日檢驗(yàn)和項(xiàng)目開工檢驗(yàn)就能保證地震信號(hào)響應(yīng)性能的質(zhì)量。

在軟件特性和先進(jìn)功能方面的質(zhì)量控制，目前還沒有統(tǒng)一規(guī)范的檢測(cè)技術(shù)和方法，實(shí)際工作中一般都是通過運(yùn)行效果來驗(yàn)證。這樣做不僅不能全面客觀量化反映系統(tǒng)的固有能力，而且還可能忽視系統(tǒng)存在的質(zhì)量缺陷。為確保系統(tǒng)的工作質(zhì)量并及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的隱患，也應(yīng)該仿照地震信號(hào)響應(yīng)性能檢測(cè)方式來測(cè)試先進(jìn)功能和軟件特性。測(cè)試項(xiàng)目主要應(yīng)包括：數(shù)據(jù)傳輸率、誤碼率、同步精度[6]、多級(jí)排列管理能力、蛇形排列管理能力、超級(jí)排列管理能力、可實(shí)時(shí)采集通道數(shù)及各個(gè)應(yīng)用軟件的健壯性等所有涉及系統(tǒng)軟件特性和先進(jìn)功能的內(nèi)容。在檢驗(yàn)周期方面，因?yàn)檐浖匦院拖到y(tǒng)功能不易發(fā)生變化，所以只需在項(xiàng)目開工時(shí)實(shí)施一次性技術(shù)檢驗(yàn)。目前的網(wǎng)絡(luò)遙測(cè)地震儀器大多沒有開發(fā)檢測(cè)軟件特性和先進(jìn)功能的技術(shù)，所以需要制造商針對(duì)性地開發(fā)軟件特性和系統(tǒng)功能的測(cè)試和分析程序。

在常規(guī)物理特性方面的質(zhì)量控制，目前也沒有統(tǒng)一規(guī)范的檢驗(yàn)技術(shù)和方法，大多在設(shè)備交接和驗(yàn)收過程中通過目測(cè)或簡(jiǎn)單的計(jì)量進(jìn)行質(zhì)量控制。實(shí)際工作中，常規(guī)物理特性，如防水能力、功耗、體積、重量等經(jīng)常直接影響生產(chǎn)速度和效益，所以控制好這些特性的質(zhì)量具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。因此，新型檢測(cè)技術(shù)的又一創(chuàng)新點(diǎn)便是實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)物理特性的規(guī)范測(cè)試。因?yàn)槌?、防水性能、接觸電阻外，其它常規(guī)物理特性基本不變，所以只需在項(xiàng)目開工時(shí)對(duì)功耗、接觸電阻、防水能力等實(shí)施一次性技術(shù)檢驗(yàn)。

此外，與檢測(cè)技術(shù)相配套的技術(shù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)適時(shí)調(diào)整。當(dāng)前，與產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的地震儀器技術(shù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都沒有直接涵蓋軟件特性檢測(cè)、先進(jìn)功能檢測(cè)和常規(guī)物理特性檢測(cè)等質(zhì)量控制內(nèi)容。因此，為對(duì)當(dāng)代先進(jìn)地震儀器實(shí)施全面質(zhì)量控制，應(yīng)在行業(yè)范圍內(nèi)制訂能夠涵蓋地震儀器綜合技術(shù)性能質(zhì)量控制的技術(shù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)地震儀器技術(shù)發(fā)展和物探技術(shù)進(jìn)步帶來的新需求。

總而言之，創(chuàng)新和發(fā)展新型檢測(cè)技術(shù)的宗旨在于減化工作程序、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高客觀控制系統(tǒng)整體工作質(zhì)量能力，并在確保地震數(shù)據(jù)質(zhì)量和系統(tǒng)工作質(zhì)量的同時(shí)，最大限度地發(fā)揮先進(jìn)地震儀器的作用。實(shí)施路線是以先進(jìn)地震儀器的獨(dú)特性能作為傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)升級(jí)操作對(duì)象，通過建立相應(yīng)的規(guī)則、模型以及開發(fā)相應(yīng)的程序形成全新的檢測(cè)技術(shù)體系。

3 認(rèn)識(shí)與建議

通過對(duì)地震儀器檢測(cè)技術(shù)的探討，結(jié)合長(zhǎng)期從事地震資料采集裝備應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)研究的切身感受，作為工作經(jīng)驗(yàn)分享和創(chuàng)新探索嘗試，特提出如下認(rèn)識(shí)和建議。

1)應(yīng)以物探技術(shù)發(fā)展需求為導(dǎo)向，規(guī)范地震儀器綜合技術(shù)性能項(xiàng)目和指標(biāo)的定義。當(dāng)前地震儀器的技術(shù)指標(biāo)均由生產(chǎn)廠家給出，內(nèi)容項(xiàng)目不統(tǒng)一，定義內(nèi)涵也不一致，用戶很難依據(jù)給出的技術(shù)指標(biāo)去量化比較或評(píng)價(jià)不同的地震儀器技術(shù)。為提高效率、節(jié)約資源、規(guī)范表述，建議在全球范圍內(nèi)制訂統(tǒng)一的適合設(shè)計(jì)制造和生產(chǎn)應(yīng)用的地震儀器技術(shù)指標(biāo)體系。

2)就保證地震資料品質(zhì)而言，操作的正確性和設(shè)備的技術(shù)性能同等重要。實(shí)際應(yīng)用效果證明，因地震儀器導(dǎo)致地震資料質(zhì)量出現(xiàn)事故或運(yùn)行效率低下的原因，多數(shù)不是技術(shù)性能變差而是人為操作不當(dāng)或失誤。所以提高操作地震儀器的工作質(zhì)量，建立智能化的誤操作預(yù)警機(jī)制，有利于減少甚至杜絕地震資料質(zhì)量事故。

3)除檢波器的耦合效果外，可能影響地震信號(hào)響應(yīng)效果的環(huán)節(jié)主要是模擬部件技術(shù)性能，所以實(shí)際工作除應(yīng)做好檢波器的埋置，還應(yīng)把檢波器、地震電纜、接插件等模擬部件的技術(shù)性能作為質(zhì)量控制的關(guān)鍵內(nèi)容。

4)就地震信號(hào)保真響應(yīng)的效果而言，各種采用Δ∑技術(shù)的24位地震儀器基本一致，主要技術(shù)差異體現(xiàn)在軟件特性、個(gè)性化功能和常規(guī)物理特性等方面。所以，衡量地震儀器的技術(shù)水平主要應(yīng)從軟件特性、獨(dú)特功能、地震道管理能力和常規(guī)物理特性等方面考慮。

5)應(yīng)建立第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)作為量化評(píng)價(jià)地震儀器技術(shù)性能的平臺(tái)。當(dāng)前的地震儀器都有自主檢測(cè)功能，但其檢測(cè)結(jié)果因受信號(hào)源精度、數(shù)學(xué)模型和運(yùn)算程序等影響不能真實(shí)客觀地反映固有特性的品質(zhì)，致使測(cè)試結(jié)果沒有橫向可比性。為公平、公正、全面地反映系統(tǒng)的先進(jìn)性和技術(shù)特點(diǎn)，應(yīng)通過更高級(jí)別精度的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)來檢測(cè)地震儀器的綜合技術(shù)性能，以便得到客觀、真實(shí)、可比的量化技術(shù)指標(biāo)，并由此指導(dǎo)用戶的選型和應(yīng)用。

這里對(duì)地震儀器檢測(cè)技術(shù)的探討主要基于當(dāng)前地球物理技術(shù)發(fā)展需求和地震資料采集裝備技術(shù)現(xiàn)狀而展開的，所做的調(diào)查研究和科學(xué)認(rèn)證工作有限，所提及的個(gè)別技術(shù)和方法也有待在實(shí)踐中進(jìn)一步檢驗(yàn)和完善。不妥之處，敬請(qǐng)廣大同仁批評(píng)指正。

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