摘 要：可控震源是地震勘探重要的激发源，可控震源振动性能好坏直接决定着获得地震剖面的质量，为了获得高质量的地震剖面，必须确保可控震源振动性能良好，因而定期对可控震源校准是必不可少的工作。本文探讨了一种可控震源地面输出力校准的方法，该方法可以很好地解决可控震源校准时遇到的问题，借助场内校准和野外校准不同的校准装置，可以方便完成对可控震源地面输出力的校准工作。
关键词：可控震源；地震勘探；地面输出力；校准方法
可控震源是地震勘探重要的激发源，可控震源振动性能好坏直接决定着获得地震剖面的质量，为了获得高质量的地震剖面，必须确保可控震源振动性能良好，因而定期对可控震源校准是必不可少的工作。目前对可控震源定期校准主要关注点在于多台可控震源编码器启动信号之间及可控震源编码启动信号与仪器译码器之间启动时间一致性的比对，对于影响可控震源振动性能地面输出力的校准方法，目前仍采用上世纪80年代基于J. Sallas 的加权力理论校准方法。该方法是建立在可控震源平板为刚性基础上，而现实中的可控震源平板不可能是刚性。在当时条件可控震源振动频带较窄，而且没有验证可控震源真实输出力的方法，故认为在一定频率范围内可控震源振动平板近似为刚性。随着当前“两宽一高”的推广，可控震源正走在宽频带、低起始频率的路上。因此，原有可控震源地面输出力校准方法已经无法真实校准可控震源地面输出力。
1 目前可控震源地面力校准方法
目前可控震源地面力测试主要基于Sallas 的加权力理论，即可控震源地面力可由式( 1) 得到:
式中: 为可控震源地面力;为重锤的质量; 为平板的质量; 为重锤的加速度;为平板的加速度。
VCA 测试仪基于加权力理论的一款独立加速度测试仪VCA，测试时，两个独立加速度计分别吸附在可控震源平板及重锤上，测试仪采集可控震源重锤、平板加速度后，与各自质量矢量乘积后加权求得可控震源加权地面力信号。可控震源加权地面力信号与真参考信号进行比对分析，得到力的幅值、相位、畸变和噪声等主要质量评价参数，对可控震源进行评价分析。国内可控震源振动性能评价具体流程可参考相关技术规程和标准。当前校准方法主要的弊端如下: 1) 该方法是建立在可控震源平板为刚性基础上，以前，可控震源振动频带较窄，而且没有验证可控震源真实输出力的方法，故认为在一定频率范围内，可控震源振动平板近似为刚性; 2) 随着当前“两宽一高”的推广，可控震源正在向宽频带、低起始频率方向发展，可控震源平板在新的应用条件下不能再假设平板为刚性了，因此，原有可控震源地面输出力校准方法已经无法真实校准可控震源地面输出力，需要引入新的可控震源地面力校准方法来校准可控震源地面输出力。研究一种可控震源地面力校准方法———可控震源地面力直接校准法。
2 可控震源地面力校准方法
2.1 可控震源地面力直接测试校准工作原理
校准装置主要包含: 1) 测力单元; 2) 数据采集单元; 3)加速度计。测试时将测力单元放置于可控震源平板下面，可控震源平板压在测力单元上，加速计分别安装于可控震源重锤、平板上，加速度计及编码器生成的真参考信号通过电缆连接到数据采集单元上。可控震源按施工参数振动扫描，将信号采集到电脑，进行相关校准分析。
基于上述原理，针对场内校准与现场校准保持数据采集单元和加速度计不变的情况下，分别设计两种测力单元--固定式测力单元及便携式测力单元。
2.2 可控震源地面力直接测试装置性能
作为可控震源地面力校准装置，地面力直测装置必须具有足够的精度，才能满足校准需求。由系统原理图可知该装置的精度取决于测力单元和数据采集单元。数据采集单元完全可以满足可控震源地面力校准的精度。测力单元的精度主要取决于封装单元中测力传感器的性能，针对不同的测试场所，测力单元设计成两种形式: 固定式测力单元及便携式测力单元。
固定式测力单元是将特种动态测力传感器安装于固定校准试验台，按特定方式固定，主要应用于固定式校准场地。由于不受重量限制，可以选用结构尺寸较大的测力传感器。便携式测力单元,由于可控震源主要在野外作业，很多时候不方便回到固定校准场地进行校准，因此需要开发便携式测力单元，便携式测力单元是将小结构测力传感器封装成便携的单元，需要选择特制的测力传感器，要求传感器体积小、质量轻，同时将传感器封装在不同的结构中，主要应用于野外现场对可控震源的校准。
两种测力设备各有优劣，适用于不同情况的可控震源地面力校准。固定式测力设备针对可控震源地面力由场内统一校准，主要应用于固定测试场所，安装于固定场地，测试地表条件统一，可比性较强，造价较低。便携式测力设备主要针对可控震源地面力现场校准，整套设备重量轻、便携，但测试时地表条件不统一，只能进行同一地表校准结果的对比。不同地表下校准结果无可比性，且造价高。
3 可控震源地面力直接测试的数据分析
3.1 AHV-IV362 震源校准
借助可控震源地面力直接测试装置，对362 可控震源进行校准，可控震源扫描频带为6 ～ 80Hz。两种校准方法校准的地面力子波比对图，可知，加权理论得到的地面力子波、相位满足可控震源验收标准，而直测装置得到的地面力子波、相位不满足可控震源验收标准。由于直接测试结果才是真实地面力，该结果说明两个问题: 1) 原来的校准方法校准结果已无法真实校准可控震源，校准结果不可信; 2) 直测校准结果是真实的，因此该可控震源振动性能不满足验收标准。
3.2 AHV-IV364 震源校准
借助可控震源地面力直接测试装置，对364 可控震源进行校准，可控震源扫描频带同样为6 ～80Hz。两种校准方法校准的地面力子波比对可知，加权理论得到的地面力子波与直测地面力子波近似相同，说明地面力幅值一致。两种校准方法得到相位均满足可控震源验收标准，即地面力相位均小于± 5°。检测结果说明在检测频段内，可控震源振动性能符合相关技术规程和标准。对364 可控震源在更宽的频带内进行校准，测试频带为2 ～ 160Hz，校准结果的地面力子波重合度依然一致。虽然相位有部分超出5°，但整个结果是在可接受范围内。由于可控震源地面力直接测试法测到的地面力是真实地面力，因此只有通过可控震源地面力直测法校准合格的可控震源才是振动性能合格的可控震源，才算真正的合格。
4 结束语
利用基于可控震源地面力直测法的地面力校准装置，对影响可控震源振动性能的地面力进行校准，该校准方法校准的是可控震源真实的地面力，能够更好地评价可控震源的振动性能。该可控震源地面力直测装置的性能稳定，指标满足设计要求。利用可控震源地面力直测装置对可控震源进行校准工作，校准结果完全达到Q/SY BGP. K2826-2013《可控震源的检测方法》的要求。
参考文献
[1]童思友,郑洪浩,刘斌,赵国勇.可控震源地面力信号特性分析及在滑动扫描中的应用[J/OL].地球物理学进展:1-10[2020-04-27].
[2]刘庆川,倪波,马亮,马铁荣,魏文曦.可控震源液压系统压力波动的故障排除方法[J].物探装备,2019,29(06):390-393.