论文部分内容阅读
【摘要】随着科技的飞速发展，地震运用于油气的勘探技术已经非常普遍，而且也越来越受到石油专家的亲睐，然而在地震勘探过程中，噪声干扰是影响地震资料信噪比的主要因素之一，尤其是对能量弱、频率低的深层地震信号。因此，噪声干扰的分析与研究对提高野外地震数据采集的质量以及对一线员工的生产都具有重要的指导意义。
【关键词】地震勘探 噪声 信噪比
容易找到的石油都找到了，剩下的60%石油，由于地质更复杂，隐蔽性更强，常规勘探技术已解决不了，必须用最先进的技术才能找到。”中国石油勘探研究院院长赵文智说过，“目前石油勘探技术已经引起全球重视，地震勘探技术当之无愧成为油气藏勘探主角。” 石油勘探好比探雷，十枚雷用常规技术只能探到四五枚，而地震勘探技术却能探到八九枚。赵文智介绍，地震勘探技术是当今发现新油气资源的重要手段，岩石物理技术是了解地下岩石和液体声波响应的最有效途径，地震岩石物理技术有效地将地震勘探与岩石物理研究紧密联系起来，成为油气地球物理勘探的关键基础研究领域之一，并于近十年来成功地推动了地震勘探技术的快速发展。然而在地震勘探过程中，噪声干扰是影响地震资料信噪比的主要因素之一，产生噪声的原因有许多种，如大气干扰、动力线开关、继电器和电感线圈、潮湿、电子化学反应等。下面介绍几种主要的噪声源：
1 大气干扰噪声
首先，地球不断充满着来自地球之外的微弱电磁辐射波，尤其当太阳黑子活动激烈产生磁暴时，这种辐射干扰比较强。电磁辐射波一般白天比黑夜要强，早上比下午要强，尤其在早上太阳刚升起时，电磁波的高频成分比较丰富。对于以天然场为场源的大地电磁勘探仪器，恰好利用这些频率极为丰富的电磁波辐射入地球，接收其反射和折射波。当然这些电磁波将在导体内产生微小的电压梯度，即电磁噪声，这是我们不希望的。
更严重的是闪电可能对输电电网有危险的电压冲击的同时，把电压尖峰加到地震仪器的大线和小线上。闪电的电流和电压是极其强大的，估计在刚放电之前云层对地的电位在1×103～1×109 V范围内，而闪电电流超过32kA，所形成的强磁场，则会在导体内感应出极强的尖峰电压噪声，严重时闪电雷击可烧坏大线、检波器、采集站、甚至主机系统。
2 电缆线振动产生的感应噪声
在地形地表复杂的地区施工，在排列穿过沟、坎、公路等障碍物时，往往使大线和小线悬空架越，由于风吹使大线和小线晃动切割磁场而产生感应电流和电压噪声，如图1所示，这噪声在高分辨率地震勘探中，其影响不可低估，因为高频地震信号较微弱，这一干扰噪声严重时会淹没有效的高频地震信号。尤其在大地电磁勘探中，其接收的信号为天然电磁场信号，信号十分微弱，它比地震信号小一个数量级以上。
3 热噪声
由于温度变化，电阻是一个热噪声源，由电阻所产生的RMS噪声电压由以下方程式表示：
4 晶体管噪声
任何有源元件都是噪声源，在低频晶体管所产生的噪声反比于频率值，这被称作倒数频率噪声（1/?），当输入地震频率的频带落在1/?的范围之内，将引起噪声问题。一个晶体管或放大级存在两种噪声，即噪声电压En和噪声电流In。对于任何源电阻，都可以确定由晶体管所产生的噪声，条件是En、In和源电阻为已知，可以通过短路输入端和测量输出来确定噪声电压，即输出噪声电压除以该级增益可获得等效输入噪声电压En，而电流噪声可以通过输入端接一大阻值电阻，并测出输出噪声电压来测定，输出噪声电压除以该级增益获得由噪声电流所引起的输入电压，输入噪声电压除以所确定电阻阻值将得到等效输入噪声电流In。
对于晶体管或放大级而言，其总的等效输入噪声电压是In乘以实际源电阻之积的平方和再开平方之值。
5 系统等效输入噪声的测量与计算
噪声通常按均方根值RMS（RMS为通常证明获得有效值方法的一种术语）电压来进行测量，当电源电压加到一个电阻上时，在电阻两端产生功率损耗。随着时间变化的电压加到电阻上，电阻上的功耗可以通过在电阻上的热效应来进行测量。一个产生与未知交变电压相同功率的直流电压是未知电压的有效值，当这两者在给定电阻上产生相同功率时，其电压实际相等，电阻上产生的功率正比于电压的平方值。
按下列方法可测定理想的近似有效值。即测量电压值（子样电压值），该子样是离散的，其时间间隔很小。时间间隔越小，测量的精度越高。计算得到的有效值公式如下：
综上所述：由于∑△调制器噪声整形作用，可以使信号基带内的等效量化噪声大大减小，从而可以从∑△调制器输出的1位数据流中，获得有效信号成分的高分辨率转换结果。这就是∑△A/D转换器具有高分辨率的关键所在。使用一阶∑△调制器，增大过采样频率可以把量化噪声驱向更高频段，由此可以进一步减少基带内的噪声。但采样频率受到器件工作频率和后续数字滤波器性能的制约，仅使用一阶∑△调制器很难获得120dB（24位）以上的信噪比。因此，为了加强噪声成形效果，在经典的∑△调制器的基础上，发展了各种各样的高阶∑△调制器、级联∑△调制器和多位高阶∑△调制器。
随着世界工业的飞速发展，能源消耗成倍增加，世界性能源危机日益严重。在这种情况下世界各国都加紧了对石油资源的勘探工作，众所周知地震勘探仪器是集当代最先进技术（如传感技术、电子技术、计算机技术、数据传输技术、通讯技术等）为一体的综合系统，它是同时代科技含量最高、最精密的电子设备。但是受到勘探环境以及仪器系统本生的制约，噪声干扰始终是回避不了的技术问题。
参考文献
[1] 428XL User’s Manual Vol.1，Sercel，2010
[2] 428XL User’s Manual Vol.2，Sercel，2010
[3] 428XL User’s Manual Vol.3，Sercel，2010
[4] 428 training course，Sercel，2010
[5] 袁子龙，曹广华，张庆国.应用地球物理仪器基础.哈尔滨工程大学出版社，2003
【关键词】地震勘探 噪声 信噪比
容易找到的石油都找到了，剩下的60%石油，由于地质更复杂，隐蔽性更强，常规勘探技术已解决不了，必须用最先进的技术才能找到。”中国石油勘探研究院院长赵文智说过，“目前石油勘探技术已经引起全球重视，地震勘探技术当之无愧成为油气藏勘探主角。” 石油勘探好比探雷，十枚雷用常规技术只能探到四五枚，而地震勘探技术却能探到八九枚。赵文智介绍，地震勘探技术是当今发现新油气资源的重要手段，岩石物理技术是了解地下岩石和液体声波响应的最有效途径，地震岩石物理技术有效地将地震勘探与岩石物理研究紧密联系起来，成为油气地球物理勘探的关键基础研究领域之一，并于近十年来成功地推动了地震勘探技术的快速发展。然而在地震勘探过程中，噪声干扰是影响地震资料信噪比的主要因素之一，产生噪声的原因有许多种，如大气干扰、动力线开关、继电器和电感线圈、潮湿、电子化学反应等。下面介绍几种主要的噪声源：
1 大气干扰噪声
首先，地球不断充满着来自地球之外的微弱电磁辐射波，尤其当太阳黑子活动激烈产生磁暴时，这种辐射干扰比较强。电磁辐射波一般白天比黑夜要强，早上比下午要强，尤其在早上太阳刚升起时，电磁波的高频成分比较丰富。对于以天然场为场源的大地电磁勘探仪器，恰好利用这些频率极为丰富的电磁波辐射入地球，接收其反射和折射波。当然这些电磁波将在导体内产生微小的电压梯度，即电磁噪声，这是我们不希望的。
更严重的是闪电可能对输电电网有危险的电压冲击的同时，把电压尖峰加到地震仪器的大线和小线上。闪电的电流和电压是极其强大的，估计在刚放电之前云层对地的电位在1×103～1×109 V范围内，而闪电电流超过32kA，所形成的强磁场，则会在导体内感应出极强的尖峰电压噪声，严重时闪电雷击可烧坏大线、检波器、采集站、甚至主机系统。
2 电缆线振动产生的感应噪声
在地形地表复杂的地区施工，在排列穿过沟、坎、公路等障碍物时，往往使大线和小线悬空架越，由于风吹使大线和小线晃动切割磁场而产生感应电流和电压噪声，如图1所示，这噪声在高分辨率地震勘探中，其影响不可低估，因为高频地震信号较微弱，这一干扰噪声严重时会淹没有效的高频地震信号。尤其在大地电磁勘探中，其接收的信号为天然电磁场信号，信号十分微弱，它比地震信号小一个数量级以上。
3 热噪声
由于温度变化，电阻是一个热噪声源，由电阻所产生的RMS噪声电压由以下方程式表示：
4 晶体管噪声
任何有源元件都是噪声源，在低频晶体管所产生的噪声反比于频率值，这被称作倒数频率噪声（1/?），当输入地震频率的频带落在1/?的范围之内，将引起噪声问题。一个晶体管或放大级存在两种噪声，即噪声电压En和噪声电流In。对于任何源电阻，都可以确定由晶体管所产生的噪声，条件是En、In和源电阻为已知，可以通过短路输入端和测量输出来确定噪声电压，即输出噪声电压除以该级增益可获得等效输入噪声电压En，而电流噪声可以通过输入端接一大阻值电阻，并测出输出噪声电压来测定，输出噪声电压除以该级增益获得由噪声电流所引起的输入电压，输入噪声电压除以所确定电阻阻值将得到等效输入噪声电流In。
对于晶体管或放大级而言，其总的等效输入噪声电压是In乘以实际源电阻之积的平方和再开平方之值。
5 系统等效输入噪声的测量与计算
噪声通常按均方根值RMS（RMS为通常证明获得有效值方法的一种术语）电压来进行测量，当电源电压加到一个电阻上时，在电阻两端产生功率损耗。随着时间变化的电压加到电阻上，电阻上的功耗可以通过在电阻上的热效应来进行测量。一个产生与未知交变电压相同功率的直流电压是未知电压的有效值，当这两者在给定电阻上产生相同功率时，其电压实际相等，电阻上产生的功率正比于电压的平方值。
按下列方法可测定理想的近似有效值。即测量电压值（子样电压值），该子样是离散的，其时间间隔很小。时间间隔越小，测量的精度越高。计算得到的有效值公式如下：
综上所述：由于∑△调制器噪声整形作用，可以使信号基带内的等效量化噪声大大减小，从而可以从∑△调制器输出的1位数据流中，获得有效信号成分的高分辨率转换结果。这就是∑△A/D转换器具有高分辨率的关键所在。使用一阶∑△调制器，增大过采样频率可以把量化噪声驱向更高频段，由此可以进一步减少基带内的噪声。但采样频率受到器件工作频率和后续数字滤波器性能的制约，仅使用一阶∑△调制器很难获得120dB（24位）以上的信噪比。因此，为了加强噪声成形效果，在经典的∑△调制器的基础上，发展了各种各样的高阶∑△调制器、级联∑△调制器和多位高阶∑△调制器。
随着世界工业的飞速发展，能源消耗成倍增加，世界性能源危机日益严重。在这种情况下世界各国都加紧了对石油资源的勘探工作，众所周知地震勘探仪器是集当代最先进技术（如传感技术、电子技术、计算机技术、数据传输技术、通讯技术等）为一体的综合系统，它是同时代科技含量最高、最精密的电子设备。但是受到勘探环境以及仪器系统本生的制约，噪声干扰始终是回避不了的技术问题。
参考文献
[1] 428XL User’s Manual Vol.1，Sercel，2010
[2] 428XL User’s Manual Vol.2，Sercel，2010
[3] 428XL User’s Manual Vol.3，Sercel，2010
[4] 428 training course，Sercel，2010
[5] 袁子龙，曹广华，张庆国.应用地球物理仪器基础.哈尔滨工程大学出版社，2003