非检波器机械振动系统输出噪声（非系统噪声）

受当前技术手段的限制，由震源激发的、地面地震波机械振动的检测只能通过具有机电转换能力的检波器进行间接测量。地面振动中携带了人们期望识别的地球物理、地质信息，是人们希望得到的（当然其中的噪声是不希望的）。但是，在将地面振动转换为磁带数字数据的过程中，不可避免地也会产生噪声（除有效反射以外的所有信息都可以被视为噪声），比如耦合条件差导致检波器摇晃产生的脱耦噪声、良好耦合情况下产生的耦合噪声、检波器歪斜而产生的检波器机械系统畸变噪声、机电转换过程中产生的热噪声、模数转换过程中产生的采样噪声等。以上噪声都不遵循检波器机械振动系统的传递规律，所以在根据检波器传递函数进行检波器反褶积的时候，都可以被视为噪声。由于地面机械振动中所包含的面波、折射波、次生干扰等噪声遵循检波器传递响应的规律，在进行检波器反褶积的时候，可以不被视为噪声（尽管在最终处理过程中仍然将其视为噪声，见图3-57）。

在检波器指标合格、被垂直埋置并与地面良好耦合的情况下，脱耦噪声、机械系统畸变噪声以及采样噪声均比较微弱，耦合噪声主要影响数据的高频段，所以下面以热噪声为例说明非系统噪声对检波器反褶积的影响。

目前仪器广泛采用的输入噪声是一种等效输入噪声，是由各种电子元件产生的、换算至入口处的热噪声，为在不同前放增益的条件下，当输入短路时，由A/D输出端测得的电压值折合到前放输入端的数值，一般为数微伏。该等效噪声经前放放大后输入A/D，决定了地震仪的动态范围（表3-8，以428XL为例）。

表3-8　428XL地震仪的动态范围

从时域来看，往往即使深层反射也会较热噪声的强度强许多倍（图3-63），所以很多时候热噪声对地震数据的影响会被忽略。但是，当采用动圈式模拟检波器并企图用检波器反褶积恢复低频信号，特别是1～3Hz及以下的低频信号的时候，热噪声的影响就会显现出来。

从机电转换的角度来说，地震仪输出的数据包含两部分：机械振动转换来的电信号与检波器、地震仪产生的热噪声。前者包含机械有效信号与机械噪声；后者则是由设备产生的热噪声，是有害的，所以越小越好。

对于检波器传递函数而言，其反应的是机械振动系统的特性，通过这个系统的机械信号都服从该系统的传递规律。因为检波器脉冲响应是最小相位的，如果不存在电噪声以及其他因素影响的话，可以通过脉冲反褶积将该系统的输出信号基本上恢复为系统的输入信号。但是，电噪声并不服从检波器机械系统的传递规律，如果在某个频段（比如1～3Hz以及以下），机械信号转换而来的电信号较热噪声转换来的电信号（二者对比关系可以称为“机电比”：某个确定频率下由机械信号转换而来的电信号与转换过程中产生的热噪声误差之间的比值，图3-64）不够强时，将数据做检波器反褶积后，低频端的信号会存在过补偿的现象（图3-65左图），这是由于低频端机电比较低导致的——因为反褶积不会改变单个频率的信噪比（这里应该理解为机电比）。但是，当机电比较高的时候，通过检波器反褶积可以较好地恢复地震机械振动信号（图3-65右图）。

图3-63　东营HJ地区信号与噪声强度的相对关系

图3-64　机电比的定义

图3-65　机电比不同对检波器反褶积的影响效果不同

图3-66是实际资料的一个例子。数据用MEMS数字检波器（DSU3）与动圈式检波器（20dx）比较，每组一个20dx、一个DSU3，二者相距大约10cm，共计36组。将36组数据叠加后作为一个组合道输出。图3-66可见，无论是近炮检距的浅层反射，还是远炮检距的深层反射，动圈式检波器20dx经过检波器反褶积后与MEMS数字检波器输出数据在低频部分吻合度很高，说明了检波器反褶积对于低频信号的补偿是正确的、有效的（因为MEMS数字检波器DSU3在低频端没有衰减）。

图3-66　某地区检波器反褶积的实际效果（分别为36个单点检波器组合，加速度域）

所以，对于曾经使用动圈式模拟检波器施工过的地区，可以对记录进行检波器反褶积，达到与MEMS检波器基本相当的低频接收效果。但是，在某些地区如果深层反射太弱，或许会出现“过补偿”的现象，需要根据具体工区的反射强度而定。

从提高低频段机电比、进而提高检波器反褶积的效果的角度而言，可以采取3种方法。

（1）降低动圈式模拟检波器主频。在相同灵敏度的情况下，4.5Hz主频检波器较10Hz检波器机电比大约提高5倍，但随之带来的是检波器使用寿命降低，价格大幅增加。

（2）提高检波器的灵敏度。该方法非常有效，但是会受到地震仪动态范围的限制。

（3）提高地震仪的动态范围。但设备制造工艺以及成本等方面是否可行有待研究。

如果震源激发的低频信息足够强，保证低频段有较高的机电比，以上措施就没有必要了。

由图3-66可见，从单道层面上来讲，动圈式模拟检波器20dx经过检波器反褶积后，其低频端与MEMS数字检波器DSU3几乎重合；同时进行了单炮的比较（图3-67），可见二者非常一致。

在经过以上理论分析与实践验证证明了检波器反褶积的正确性与有效性后，对某地区的一条二维线进行了检波器反褶积处理。从处理的初叠加剖面对比（图3-68）来看，信噪比、同相轴连续性以及深层成像效果均有了很大提高。

图3-67　经过检波器反褶积后的20dx数据（右）与DSU3数据的单炮比较（加速度域）

图3-68　检波器反褶积前（上）后（下）的初叠加剖面对比