罗福龙，蔺大禄

(东方地球物理勘探有限责任公司装备服务处 河北 涿州 072751)

0 引 言

地震仪器[1]是油气勘探中必不可少的地震资料采集装备，其技术特性和工作状态不仅直接关系到野外作业的综合效益，而且还直接关系到地震资料品质。为确保地震资料质量和野外作业成效，就必须确保地震仪器的技术性能和运行环境始终处于合适的状态，由此便诞生了地震仪器检测技术[2]。就功效而言早期的检测技术实质上就是地震资料质量控制手段，其基本做法是通过调节特定元件的工作参数，使地震仪器的地震信号响应特性处在设定的指标之内。经过近百年的发展变迁，现已形成以日、月、年检验为核心的检测技术体系。

检测技术起源于早期的模拟地震仪器。最早的地震仪器属于电子管系统，突出的特点是工作状态和技术参数(如放大倍数、滤波频率等)会随时间、地点等的变化而变化。为及时修正环境变化导致的技术性能变化，就在相关电路中设置取值可调的电阻、电感、电容等元件，并通过调节这些元件使地震仪器工作在合适(技术指标[3]合格)的状态，这便是早期检测技术的由来。实际应用效果证明，不同的性能指标随环境变化的敏感程度有明显差异，为保证系统工作质量和地震资料品质，自然要重点且频繁检测变化相对剧烈的技术特性。经过长期的实践经验总结，对于敏感性强的技术特性每天都应检测和调校，习惯上称日检验；对于敏感性弱的技术特性一般仅需按月测试和调校，习惯上称月检验。这种以控制地震仪器响应特性质量为主要目标的检测技术一直以检验标准形式沿用到今天。

近百年来，地震仪器技术经历了电子管、晶体管、逻辑电路、大规模集成电路、超大规模集成电路等跨越式发展，相应的功能特性和参数指标也发生了质的变化。当今以计算机技术为核心的网络遥测地震仪器，不仅拥有各种先进高效的独特功能，而且稳定可靠性也得到空前提高，更重要是拥有相对健全完备的智能化自诊、自测、自警质量控制能力，不需要设置任何取值可调的元器件来支撑技术检测。换言之，当代地震仪器的响应特性的技术检测都是在程序控制下自动完成，无需任何人工调校。

虽然当今先进地震仪器在技术指标和工作能力等方面，较早期的模拟系统发生了本质的变化，但一直沿用下来的检测技术，尤其是检测的项目和方法却基本没变。由此导致的结果是，一方面地震仪器拥有智能化自诊、自测、自警的功能没有得到充分利用；另一方面反映地震仪器先进水平的独特功能(如多级排列管理、源驱动、高速传输等功能)，又不能得到有效测试和量化标定。由此可见，传统的检测技术已经不能全面客观控制先进地震仪器的综合质量，也不能满足和适应物探技术发展的需求。

为更有效地保障地震资料品质，全方位地做好系统质量控制，进而更好地发挥当代先进地震仪器的作用，以物探技术发展需求为导向，以地震仪器综合技术特性为对象，以高效的质量控制为目标，充分地探讨当前检测技术的不足，并与时俱进地探索如何发展和创建新型检测技术就显得十分重要和必要。

1 传统检测技术的不足

传统检测技术源于早期的模拟地震仪器，基本内涵是根据模拟电路性能不稳定规律，设置取值可调的补偿元件，并通过调节补偿元件来保证地震信号响应性能的质量。对于主要由分离元器件构成且功能相对单一的模拟地震仪器，传统的检测技术起到了质量控制作用，并能较客观地反映系统的综合技术水平。

以计算机技术为核心的网络遥测地震仪器，不仅具有诸多作用独特的先进功能，而且所用分离元器件极少，主体电路都是由超大规模集成的数字芯片构成，也没有任何可供调节的性能补偿元器件。在地震信号响应特性质控方面，依靠自配的信号源、测试分析模型、运算与输出程序等自动完成所有项目的测试并提供量化结果。但对于诸如高速数据传输、复杂排列管理、源驱动等先进功能特性，目前还没有统一规范的质量控制手段。由此可见，虽然当代先进地震仪器与模拟地震仪器在性能品质方面存在显著差异，但是质量控制内容和形式并无明显不同，进而导致传统检测技术起不到全方位质量控制的作用。为说明传统检测技术与当代地震仪器技术的不匹配，表1以对比方式列出了传统地震仪器与当代先进地震仪器在技术性能上的主要差异。

表1 传统地震仪器与当代先进地震仪器性能对比

根据传统检测技术的内涵可知，传统检测技术仅适合地震信号响应性能的质量检验，但不适合表1所列当代地震仪器普遍拥有的先进功能和技术特性的量化测试。通过深入比较分析可知，在技术性能量化测试方面传统检测技术存在如下几个问题：

1)对常规物理性能无法进行量化测试；

2)对多级排列等先进功能无法进行量化测试；

3)对软件和固件性能无法进行量化测试；

4)对特定功能或作用的局部硬件电路性能无法进行量化测试。

因此，为更有效地做好先进地震仪器的全面质量控制，实现所有性能的量化测试，也应该针对性地创建新的检测技术。

另一方面，虽然当代先进地震仪器的地震信号响应性能仍然可用传统检测技术进行量化测试和评估，但是传统检测技术所达到的功效却远没有模拟地震仪器那时的好，因为当代地震仪器的地震信号响应性能不仅稳定而且免调校。为进一步说明创建新型检测技术的必要性，下面以某种先进地震仪器技术检验标准的关键项目和指标(见表2)为例，来展示传统检测技术不适用当代先进地震仪器地震信号响应性能检验的具体内容。

表2 《XX系统检验项目及技术指标》摘要

根据表2给出的测试项目和技术指标，结合当代地震仪器实施技术检验的普遍方法，可以初步得到如下结论：

1)所有测试项目和技术指标均由系统(地震仪器)给定；

2)测试结果仅反映地震信号响应性能；

3)所有测试都在系统软件支持下自动完成；

4)测试结果与系统内置信号源精度、数学运算模型、执行程序等相关；

5)仅从测试结果很难反映系统的先进程度；

6)不同型号地震仪器定义的测试项目和技术指标没有直接可比性。

根据表1和表2内容所反映的传统检测技术不足可知，当代技术先进的网络遥测地震仪器的许多技术性能，尤其是个性化的独特功能还没有科学规范的量化检测方法和评价手段。由此可见，当前一直沿用的传统检测技术，既不能全面客观地反映当代先进地震仪器的综合技术性能，也不能作为衡量和评价系统先进程度的有效手段。所以，与时俱进地探索和创新适用当今先进地震仪器的新型检测技术不仅意义重大而且势在必行。

2 新型检测技术探讨

检测技术没能与地震仪器主体技术同步发展有主观和客观两重因素。客观上可能是因为检测技术先进完备与否不直接影响地震仪器工作效果。主观上可能有两方面的原因，一是用户的传统观念和习惯做法根深蒂固，没有充分考虑技术进步给技术检测带来的新需要；二是厂商一般以经济利益为引擎，不重视无明显经济利益的检测技术开发。所以，传统检测技术的创新首先是观念上的转换和突破，然后是针对当前检测技术不足，开发先进实用的新型检测技术。由于当今地震仪器的综合技术性能主要包括独特功能、软件特性、常规物理特性、地震信号响应能力等内容，所以探索如何发展新型检测技术也应围绕这些内容进行。

在地震信号响应能力的质量控制方面，虽然现行的检测技术基本满足要求，也能总体保障所采集地震资料品质，但是一直沿用的习惯做法(如按标准录制日、月、年检验)却是形式多于作用。实际工作效果证明，数字电路极少影响地震信号响应性能，只有常规检波器[5]、地震电缆、接插件等模拟部件常会因技术性能变差而影响地震资料质量。所以，在技术检验方面应突出对检波器、地震电缆、接插件等模拟部件的测试，对数字电路可少测或略测。另外，日、月、年检验的这种形式也应该变革，根据近十年定时技术检验所发挥的作用，月检验基本上没有贡献，有贡献的是日检验和项目开工检验(相当于年检验)，所以保留日检验和项目开工检验就能保证地震信号响应性能的质量。

在软件特性和先进功能方面的质量控制，目前还没有统一规范的检测技术和方法，实际工作中一般都是通过运行效果来验证。这样做不仅不能全面客观量化反映系统的固有能力，而且还可能忽视系统存在的质量缺陷。为确保系统的工作质量并及时发现存在的隐患，也应该仿照地震信号响应性能检测方式来测试先进功能和软件特性。测试项目主要应包括：数据传输率、误码率、同步精度[6]、多级排列管理能力、蛇形排列管理能力、超级排列管理能力、可实时采集通道数及各个应用软件的健壮性等所有涉及系统软件特性和先进功能的内容。在检验周期方面，因为软件特性和系统功能不易发生变化，所以只需在项目开工时实施一次性技术检验。目前的网络遥测地震仪器大多没有开发检测软件特性和先进功能的技术，所以需要制造商针对性地开发软件特性和系统功能的测试和分析程序。

在常规物理特性方面的质量控制，目前也没有统一规范的检验技术和方法，大多在设备交接和验收过程中通过目测或简单的计量进行质量控制。实际工作中，常规物理特性，如防水能力、功耗、体积、重量等经常直接影响生产速度和效益，所以控制好这些特性的质量具有较强的实用价值。因此，新型检测技术的又一创新点便是实现对常规物理特性的规范测试。因为除功耗、防水性能、接触电阻外，其它常规物理特性基本不变，所以只需在项目开工时对功耗、接触电阻、防水能力等实施一次性技术检验。

此外，与检测技术相配套的技术检验标准也应适时调整。当前，与产品对应的地震仪器技术检验标准都没有直接涵盖软件特性检测、先进功能检测和常规物理特性检测等质量控制内容。因此，为对当代先进地震仪器实施全面质量控制，应在行业范围内制订能够涵盖地震仪器综合技术性能质量控制的技术检验标准，以适应地震仪器技术发展和物探技术进步带来的新需求。

总而言之，创新和发展新型检测技术的宗旨在于减化工作程序、降低劳动强度、提高客观控制系统整体工作质量能力，并在确保地震数据质量和系统工作质量的同时，最大限度地发挥先进地震仪器的作用。实施路线是以先进地震仪器的独特性能作为传统检测技术升级操作对象，通过建立相应的规则、模型以及开发相应的程序形成全新的检测技术体系。

3 认识与建议

通过对地震仪器检测技术的探讨，结合长期从事地震资料采集装备应用和开发技术研究的切身感受，作为工作经验分享和创新探索尝试，特提出如下认识和建议。

1)应以物探技术发展需求为导向，规范地震仪器综合技术性能项目和指标的定义。当前地震仪器的技术指标均由生产厂家给出，内容项目不统一，定义内涵也不一致，用户很难依据给出的技术指标去量化比较或评价不同的地震仪器技术。为提高效率、节约资源、规范表述，建议在全球范围内制订统一的适合设计制造和生产应用的地震仪器技术指标体系。

2)就保证地震资料品质而言，操作的正确性和设备的技术性能同等重要。实际应用效果证明，因地震仪器导致地震资料质量出现事故或运行效率低下的原因，多数不是技术性能变差而是人为操作不当或失误。所以提高操作地震仪器的工作质量，建立智能化的误操作预警机制，有利于减少甚至杜绝地震资料质量事故。

3)除检波器的耦合效果外，可能影响地震信号响应效果的环节主要是模拟部件技术性能，所以实际工作除应做好检波器的埋置，还应把检波器、地震电缆、接插件等模拟部件的技术性能作为质量控制的关键内容。

4)就地震信号保真响应的效果而言，各种采用Δ∑技术的24位地震仪器基本一致，主要技术差异体现在软件特性、个性化功能和常规物理特性等方面。所以，衡量地震仪器的技术水平主要应从软件特性、独特功能、地震道管理能力和常规物理特性等方面考虑。

5)应建立第三方检测机构作为量化评价地震仪器技术性能的平台。当前的地震仪器都有自主检测功能，但其检测结果因受信号源精度、数学模型和运算程序等影响不能真实客观地反映固有特性的品质，致使测试结果没有横向可比性。为公平、公正、全面地反映系统的先进性和技术特点，应通过更高级别精度的第三方检测机构来检测地震仪器的综合技术性能，以便得到客观、真实、可比的量化技术指标，并由此指导用户的选型和应用。

这里对地震仪器检测技术的探讨主要基于当前地球物理技术发展需求和地震资料采集装备技术现状而展开的，所做的调查研究和科学认证工作有限，所提及的个别技术和方法也有待在实践中进一步检验和完善。不妥之处，敬请广大同仁批评指正。

[1] 孙传友,高光贵.遥测地震仪器原理[M].北京:石油工业出版社,1992：12-113.

[2] 易碧金.地震数据采集站原理与测试[M].北京:电子工业出版社,2010：140-175.

[3] 王喜双.物探监督[M] .北京:石油工业出版社,2012：116-161.

[4] 刘益成.信号处理与过抽样转换器[M].北京:电子工业出版社,1997：59-148.

[5] 苏振华.地震数据采集系统基础[M] .北京:电子工业出版社,2012：183-200.

[6] 陆基孟.地震勘探原理(下册)[M].东营:石油大学出版社,2005：123-193.