引　言
地震数据采集过程中, 因受环境、技术、装备、方法等多方面的限制, 获取的地震资料总是存在这样或那样的干扰信号, 其中, 电磁干扰是对有效波影响较大的一类干扰波, 虽然电磁干扰和介质振动信号有着截然不同的属性, 但它们混杂在一起却成了一样属性的二进制数据, 有效地剔除电磁干扰是地震勘探的一项重要工作。
   近年来, 以MEMS 技术为核心的数字传感器(检波器)的出现, 使电磁干扰现象得到了有效抑制, 电磁干扰问题似乎得到了******解决。但是, 在2009 年度胜利探区做的罗家高密度三维地震资料采集中, 仍然出现了电磁干扰现象, 并且在高压输电线路附近这种干扰较严重, 按照数字检波器不受电磁干扰的结论无法进行解释。为此, 本文对此现象进行了原理剖析,野外试验资料处理, 查明了其变化规律和产生原因, 为今后三分量数字地震采集工作积累了经验。
1 　电磁干扰现象分析
    目前, 引进的三分量数字检波器均没做特殊的防水处理, 不能用在水中, 容易漏电。但因为一直以来认为三分量数字检波器输出的是二进制数, 不会产生电磁干扰, 对检波器的防水性能就没做特殊要求。但在本次采集过程中, 却在许多炮集记录上见到了50 Hz干扰, 生产过程中录制的噪声记录上, 三分量检波器接收到的50 Hz 干扰与模拟检波器接收到的50 Hz 干扰相比, 其能量较弱, 三分量检波器约是模拟检波器的1/10 。为了进一步分析电磁干扰波特征, 在工区内进行了电磁干扰调查试验。布设了十字排列, 一条在高压线正下方并沿高压线方向, 一条垂直于高压线方向。南北排列录制的电磁干扰记录上电线杆附近电磁干扰最强, 东西排列三个分量相差不明显。对电磁干扰记录进行频谱分析, 在频谱分析图上如图1 所示, 看到干扰波包含3Hz ～ 35Hz 的低频干 扰、50 Hz 信号及50Hz 的整倍数谐频信号, 其中, 电磁干扰能量最强。
图1 　电磁干扰记录频谱图

　  对干扰记录上每一道分别做频谱分析所图2 所示, 从由每道频谱曲线组成的频谱图上可以看出, 在距离电线杆较近的范围内, 随着离开电线杆的距离增大,50 Hz 能量逐渐减弱, 在40 m 以外, 振幅相差不大, 也就是说, 能量趋于平衡。这种变化趋势从能量分析图上可以明显看出, 如图3 所示。
图2 　三分量检波器电磁干扰记录单道频谱图

图3 　50 Hz 滤波前电磁干扰能量分析图

    为了更清楚地分析50 Hz 电磁干扰波的变化规律, 用50 Hz 滤波档对电磁干扰记录做了扫描, 这样消除了50 Hz 以外干扰波的影响, 直接观察其能量变化规律, 可以看出随着离开电线杆的距离增大, 50 Hz 能量逐渐减弱, 在40 m 以外, 振幅减弱变缓, 能量相差不大。且X 、Y 、Z 三个分量变化趋势相似。分析产生这种变化趋势的原因, 认为50 Hz 干扰波能量主要包括四部分:(1)漏电引入50 Hz 工频干扰;(2)50 Hz 交变电磁场通过空中传播产生干扰;(3)电线鸣响形成的声波震动通过空气传播到检波器;(4)电线杆底座振动形成的机械干扰, 通过地面传播到检波器, 其能量一般在40 m 以外衰减得较弱。进一步比对50 Hz 干扰波频谱图看到50 Hz 干扰波具有两个特征:一是频率单一;二是谐频现象明显。根据不同类型地震干扰波的特征知识[ 5] , 知道只有电磁干扰具有这一特征, 显然这是由单频干扰源引起的。由地震波理论知道, 电线杆底座产生的机械振动特征及电线鸣响产生的声波震动特征与电磁干扰有着显著的不同。首先, 地面机械振动形成的干扰不是单频波, 其频谱具有两个特征:一频谱有一个斜坡陡度较大的“干扰带” , 频宽3 ～ 5 Hz ;二是随着传播距离的增大干扰能量逐渐衰减;其次, 电线鸣响产生的声波受风的强弱及风向影响较大, 其频谱也是一个尖陡的“干扰带” , 频宽30 Hz ～ 80 Hz 。三种不同干扰波的特征总结出来后, 通过对比电磁干扰记录及其频谱图, 就可以判断这三种干扰波能量的强弱主次。通过分析, 本文得到以下结论:在前面所述的四条50 Hz 干扰产生途径中, 漏电和电磁场感应所产生的干扰范围******, 能量较强, 电线鸣响产生的声波及电线
杆底座产生的机械振动在电线杆附近能量较强, 影响较大, 干扰半径约40 m 。这也就证实了三分量检波器在接收地震信号时, 的确产生了电磁干扰现象, 为此,我们进行了三分量数字检波器电磁干扰产生机理研究。

2 　电磁干扰产生的机理研究
2 .1 　硬件系统构成
一般地震采集系统都由检波器、数传电缆、地面站和主机等组成, 而SN428U 遥测数字地震采集系统, 因为使用的是三分量数字检波器三分量数字检波器, 检波器输出的是经过A/D 转换的数字信号, 代替了地面站的功能, 所以, 该采集系统只由检波器、数传电缆和主机等组成, 其中检波器是响应地震波的入口, 数传电缆用来传输数字信号。根据电磁理论知道, 无论是电场还是磁场, 其作用的对象是模拟电路特别是带有容抗和感抗的电路, 在模拟电路中, 信号是以连续变化的电压或电流来表示,此时若有外部电磁场的作用势必会改变原始信号的波形。对于数字电路, 信息是以高低电平来表示, 不会对外部电磁场产生响应。由此可见, 整个地震数据采集系统中, 模拟电路是引进绝大部分电磁干扰信号到地震信号的入口。对于SN428U 遥测数字地震采集系统, 有模拟电路的信号通道只有检波器一个环节, 因此, 三分量数字检波器应是引入电磁干扰的入口 。
2 .2 　三分量数字检波器认识上的
三分量数字检波器是以MEMS 技术为核心的数字检波器, 这种检波器只响应重力的变化也即势能到动能的转换装置。其简化的结构包括惯性体、弹簧、控制电路等, 而且惯性体是整个装置的核心。基本工作原理是以质量体为传媒介质, 以介质电容变化为反馈,再以控制介质恒定位置的电压变化为输出。当外部振动迫使质量体位移时, 通过反馈电容变化而调整的控制电压就迫使质量体保持原位不动。由于电容变化量线性取决于外力变化量, 而控制电压量线性取决于电容变化量, 因此控制电压的变化曲线就实时跟踪外力的变化曲线, 这便是检测地震加速度信号的基本原理。由于控制电压变化直接来自A/D 转换器输出, 也即检波器的响应输出直接就是数字信号, 所以地震道电路一开始就是数字信号电路。因为应用MEMS 技术的数字检波器不再有任何联接到地震道的电感线圈, 所以也就不再响应任何环境电磁干扰信号。
2 .3 　三分量数字检波器产生电磁干扰的理论分析事实上, 采集过程中三分量数字检波器产生了电磁干扰。因为MEMS 本质上是由两对固定电极和一块可移动的质量块电极构成的, 虽然传感器不再有任何联接到地震道的电感线圈, 但MEMS 中可变电容是模拟元件, 而电容与其闭合回路可形成一个容抗电路,电磁场会对此容抗形成的震荡电路产生影响。所以,采集过程中在三分量数字检波器可以引入电磁干扰。另外, 本区地表水多、潮湿, 容易由漏电引入工频干扰。电磁场对容抗震荡电路主要产生以下两种作用:

①交变电磁场感应产生电磁干扰信号。电磁场会引起容抗电路产生感应电动势形成干扰信号, 这种干扰信号一般能量较弱, 但当电容间的空气介质介电系数变大时, 干扰也会增强。
②漏电引入工频干扰信号。MEMS 以介质电容变化反馈为基础产生地震信号, 若漏电影响到可变电容的变化量, 就会使控制介质恒定位置的反馈参考电压变化值受到影响, 由此输出的数字信号也就引入了干扰信号。漏电产生的干扰信号一般能量较强。
3 　数字检波器消除电磁干扰的方法
(1)漏电。对于高密度采集, 漏电是引入电磁干扰的一种主要途径, 且一般干扰能量较强。大多可能是线路外皮破损或连接处裸露并直接对地所致。解决漏电的根本措施就是防止接地电阻太小, 确保对地绝缘电阻在兆欧级以上。具体来说应当使三分量检波器具有较强的防水性能, 及时修复并有效绝缘外观破损的设备, 定期晾晒或烘干受露水或下雪浸泡的设备, 特别要保证检波器的绝缘性良好。
(2)交变电磁场引入的电磁干扰。这种干扰一般消除难度较大, 一方面应尽可能地让地面三分量数字检波器远离高压线路, 另一方面可研发带屏蔽壳的检
波器来减弱电磁场的影响。

4 　结束语
本文通过对三分量检波器受到的电磁干扰频率、能量以及能量随距离的变化进行分析, 并从三分量检波器结构原理上寻找了引入电磁干扰的入口, 得出以下结论:
(1)虽然三分量数字检波器抗电磁干扰能力较常规检波器强, 其干扰能量约是普通检波器的1/10 。但是在电磁场较强或有漏电现象条件下进行地震数据采集时仍然会引入电磁干扰;
(2)目前的三分量检波器一般不防水, 容易引起漏电。今后, 应对三分量检波器进行防水处理;
(3)野外采集时做到定期晾晒或烘干设备, 保持检波器的绝缘性良好。