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　引　言
地震數(shù)據(jù)采集過程中, 因受環(huán)境、技術(shù)、裝備、方法等多方面的限制, 獲取的地震資料總是存在這樣或那樣的干擾信號, 其中, 電磁干擾是對有效波影響較大的一類干擾波, 雖然電磁干擾和介質(zhì)振動信號有著截然不同的屬性, 但它們混雜在一起卻成了一樣屬性的二進制數(shù)據(jù), 有效地剔除電磁干擾是地震勘探的一項重要工作。
   近年來, 以MEMS 技術(shù)為核心的數(shù)字傳感器(檢波器)的出現(xiàn), 使電磁干擾現(xiàn)象得到了有效抑制, 電磁干擾問題似乎得到了徹底解決。但是, 在2009 年度勝利探區(qū)做的羅家高密度三維地震資料采集中, 仍然出現(xiàn)了電磁干擾現(xiàn)象, 并且在高壓輸電線路附近這種干擾較嚴重, 按照數(shù)字檢波器不受電磁干擾的結(jié)論無法進行解釋。為此, 本文對此現(xiàn)象進行了原理剖析,野外試驗資料處理, 查明了其變化規(guī)律和產(chǎn)生原因, 為今后三分量數(shù)字地震采集工作積累了經(jīng)驗。
1 　電磁干擾現(xiàn)象分析
    目前, 引進的三分量數(shù)字檢波器均沒做特殊的防水處理, 不能用在水中, 容易漏電。但因為一直以來認為三分量數(shù)字檢波器輸出的是二進制數(shù), 不會產(chǎn)生電磁干擾, 對檢波器的防水性能就沒做特殊要求。但在本次采集過程中, 卻在許多炮集記錄上見到了50 Hz干擾, 生產(chǎn)過程中錄制的噪聲記錄上, 三分量檢波器接收到的50 Hz 干擾與模擬檢波器接收到的50 Hz 干擾相比, 其能量較弱, 三分量檢波器約是模擬檢波器的1/10 。為了進一步分析電磁干擾波特征, 在工區(qū)內(nèi)進行了電磁干擾調(diào)查試驗。布設(shè)了十字排列, 一條在高壓線正下方并沿高壓線方向, 一條垂直于高壓線方向。南北排列錄制的電磁干擾記錄上電線桿附近電磁干擾最強, 東西排列三個分量相差不明顯。對電磁干擾記錄進行頻譜分析, 在頻譜分析圖上如圖1 所示, 看到干擾波包含3Hz ～ 35Hz 的低頻干 擾、50 Hz 信號及50Hz 的整倍數(shù)諧頻信號, 其中, 電磁干擾能量最強。
圖1 　電磁干擾記錄頻譜圖

　  對干擾記錄上每一道分別做頻譜分析所圖2 所示, 從由每道頻譜曲線組成的頻譜圖上可以看出, 在距離電線桿較近的范圍內(nèi), 隨著離開電線桿的距離增大,50 Hz 能量逐漸減弱, 在40 m 以外, 振幅相差不大, 也就是說, 能量趨于平衡。這種變化趨勢從能量分析圖上可以明顯看出, 如圖3 所示。
圖2 　三分量檢波器電磁干擾記錄單道頻譜圖

圖3 　50 Hz 濾波前電磁干擾能量分析圖

    為了更清楚地分析50 Hz 電磁干擾波的變化規(guī)律, 用50 Hz 濾波檔對電磁干擾記錄做了掃描, 這樣消除了50 Hz 以外干擾波的影響, 直接觀察其能量變化規(guī)律, 可以看出隨著離開電線桿的距離增大, 50 Hz 能量逐漸減弱, 在40 m 以外, 振幅減弱變緩, 能量相差不大。且X 、Y 、Z 三個分量變化趨勢相似。分析產(chǎn)生這種變化趨勢的原因, 認為50 Hz 干擾波能量主要包括四部分:(1)漏電引入50 Hz 工頻干擾;(2)50 Hz 交變電磁場通過空中傳播產(chǎn)生干擾;(3)電線鳴響形成的聲波震動通過空氣傳播到檢波器;(4)電線桿底座振動形成的機械干擾, 通過地面?zhèn)鞑サ綑z波器, 其能量一般在40 m 以外衰減得較弱。進一步比對50 Hz 干擾波頻譜圖看到50 Hz 干擾波具有兩個特征:一是頻率單一;二是諧頻現(xiàn)象明顯。根據(jù)不同類型地震干擾波的特征知識[ 5] , 知道只有電磁干擾具有這一特征, 顯然這是由單頻干擾源引起的。由地震波理論知道, 電線桿底座產(chǎn)生的機械振動特征及電線鳴響產(chǎn)生的聲波震動特征與電磁干擾有著顯著的不同。首先, 地面機械振動形成的干擾不是單頻波, 其頻譜具有兩個特征:一頻譜有一個斜坡陡度較大的“干擾帶” , 頻寬3 ～ 5 Hz ;二是隨著傳播距離的增大干擾能量逐漸衰減;其次, 電線鳴響產(chǎn)生的聲波受風的強弱及風向影響較大, 其頻譜也是一個尖陡的“干擾帶” , 頻寬30 Hz ～ 80 Hz 。三種不同干擾波的特征總結(jié)出來后, 通過對比電磁干擾記錄及其頻譜圖, 就可以判斷這三種干擾波能量的強弱主次。通過分析, 本文得到以下結(jié)論:在前面所述的四條50 Hz 干擾產(chǎn)生途徑中, 漏電和電磁場感應(yīng)所產(chǎn)生的干擾范圍最大, 能量較強, 電線鳴響產(chǎn)生的聲波及電線
桿底座產(chǎn)生的機械振動在電線桿附近能量較強, 影響較大, 干擾半徑約40 m 。這也就證實了三分量檢波器在接收地震信號時, 的確產(chǎn)生了電磁干擾現(xiàn)象, 為此,我們進行了三分量數(shù)字檢波器電磁干擾產(chǎn)生機理研究。

2 　電磁干擾產(chǎn)生的機理研究
2 .1 　硬件系統(tǒng)構(gòu)成
一般地震采集系統(tǒng)都由檢波器、數(shù)傳電纜、地面站和主機等組成, 而SN428U 遙測數(shù)字地震采集系統(tǒng), 因為使用的是三分量數(shù)字檢波器三分量數(shù)字檢波器, 檢波器輸出的是經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號, 代替了地面站的功能, 所以, 該采集系統(tǒng)只由檢波器、數(shù)傳電纜和主機等組成, 其中檢波器是響應(yīng)地震波的入口, 數(shù)傳電纜用來傳輸數(shù)字信號。根據(jù)電磁理論知道, 無論是電場還是磁場, 其作用的對象是模擬電路特別是帶有容抗和感抗的電路, 在模擬電路中, 信號是以連續(xù)變化的電壓或電流來表示,此時若有外部電磁場的作用勢必會改變原始信號的波形。對于數(shù)字電路, 信息是以高低電平來表示, 不會對外部電磁場產(chǎn)生響應(yīng)。由此可見, 整個地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中, 模擬電路是引進絕大部分電磁干擾信號到地震信號的入口。對于SN428U 遙測數(shù)字地震采集系統(tǒng), 有模擬電路的信號通道只有檢波器一個環(huán)節(jié), 因此, 三分量數(shù)字檢波器應(yīng)是引入電磁干擾的入口 。
2 .2 　三分量數(shù)字檢波器認識上的
三分量數(shù)字檢波器是以MEMS 技術(shù)為核心的數(shù)字檢波器, 這種檢波器只響應(yīng)重力的變化也即勢能到動能的轉(zhuǎn)換裝置。其簡化的結(jié)構(gòu)包括慣性體、彈簧、控制電路等, 而且慣性體是整個裝置的核心?；竟ぷ髟硎且再|(zhì)量體為傳媒介質(zhì), 以介質(zhì)電容變化為反饋,再以控制介質(zhì)恒定位置的電壓變化為輸出。當外部振動迫使質(zhì)量體位移時, 通過反饋電容變化而調(diào)整的控制電壓就迫使質(zhì)量體保持原位不動。由于電容變化量線性取決于外力變化量, 而控制電壓量線性取決于電容變化量, 因此控制電壓的變化曲線就實時跟蹤外力的變化曲線, 這便是檢測地震加速度信號的基本原理。由于控制電壓變化直接來自A/D 轉(zhuǎn)換器輸出, 也即檢波器的響應(yīng)輸出直接就是數(shù)字信號, 所以地震道電路一開始就是數(shù)字信號電路。因為應(yīng)用MEMS 技術(shù)的數(shù)字檢波器不再有任何聯(lián)接到地震道的電感線圈, 所以也就不再響應(yīng)任何環(huán)境電磁干擾信號。
2 .3 　三分量數(shù)字檢波器產(chǎn)生電磁干擾的理論分析事實上, 采集過程中三分量數(shù)字檢波器產(chǎn)生了電磁干擾。因為MEMS 本質(zhì)上是由兩對固定電極和一塊可移動的質(zhì)量塊電極構(gòu)成的, 雖然傳感器不再有任何聯(lián)接到地震道的電感線圈, 但MEMS 中可變電容是模擬元件, 而電容與其閉合回路可形成一個容抗電路,電磁場會對此容抗形成的震蕩電路產(chǎn)生影響。所以,采集過程中在三分量數(shù)字檢波器可以引入電磁干擾。另外, 本區(qū)地表水多、潮濕, 容易由漏電引入工頻干擾。電磁場對容抗震蕩電路主要產(chǎn)生以下兩種作用:

①交變電磁場感應(yīng)產(chǎn)生電磁干擾信號。電磁場會引起容抗電路產(chǎn)生感應(yīng)電動勢形成干擾信號, 這種干擾信號一般能量較弱, 但當電容間的空氣介質(zhì)介電系數(shù)變大時, 干擾也會增強。
②漏電引入工頻干擾信號。MEMS 以介質(zhì)電容變化反饋為基礎(chǔ)產(chǎn)生地震信號, 若漏電影響到可變電容的變化量, 就會使控制介質(zhì)恒定位置的反饋參考電壓變化值受到影響, 由此輸出的數(shù)字信號也就引入了干擾信號。漏電產(chǎn)生的干擾信號一般能量較強。
3 　數(shù)字檢波器消除電磁干擾的方法
(1)漏電。對于高密度采集, 漏電是引入電磁干擾的一種主要途徑, 且一般干擾能量較強。大多可能是線路外皮破損或連接處裸露并直接對地所致。解決漏電的根本措施就是防止接地電阻太小, 確保對地絕緣電阻在兆歐級以上。具體來說應(yīng)當使三分量檢波器具有較強的防水性能, 及時修復并有效絕緣外觀破損的設(shè)備, 定期晾曬或烘干受露水或下雪浸泡的設(shè)備, 特別要保證檢波器的絕緣性良好。
(2)交變電磁場引入的電磁干擾。這種干擾一般消除難度較大, 一方面應(yīng)盡可能地讓地面三分量數(shù)字檢波器遠離高壓線路, 另一方面可研發(fā)帶屏蔽殼的檢
波器來減弱電磁場的影響。

4 　結(jié)束語
本文通過對三分量檢波器受到的電磁干擾頻率、能量以及能量隨距離的變化進行分析, 并從三分量檢波器結(jié)構(gòu)原理上尋找了引入電磁干擾的入口, 得出以下結(jié)論:
(1)雖然三分量數(shù)字檢波器抗電磁干擾能力較常規(guī)檢波器強, 其干擾能量約是普通檢波器的1/10 。但是在電磁場較強或有漏電現(xiàn)象條件下進行地震數(shù)據(jù)采集時仍然會引入電磁干擾;
(2)目前的三分量檢波器一般不防水, 容易引起漏電。今后, 應(yīng)對三分量檢波器進行防水處理;
(3)野外采集時做到定期晾曬或烘干設(shè)備, 保持檢波器的絕緣性良好。