随着油气勘探对地震探测的要求不断提高，宽频数据的采集仍然面临诸多挑战。一方面与宽频、宽方位、高密度采集技术要求相当数量的震源激发，提高震源激发效率非常重要。另一方面为了采集到高频地震信号，高频信号的激发和接收至关重要。除了震源激发因素外，有助于获取高频信号的数字检波器的仪器性能也十分重要。针对上述问题，重点分析可控震源在拓展低频、提高采集效率方面的技术进步以及在提高接收高频信号能力方面采取的应对措施，并结合分析新型数字检波器的性能指标，从激发和接收设备两方面介绍实现宽频地震采集的装备进步，对高密度采集技术中数字检波器与模拟检波器的应用实例开展对比，介绍高密度单点接收在成像方面的进步。
 
震源技术
 
地下实际的沉积不是一个个“孤立”的层，砂岩、泥岩、灰岩等各种岩性的沉积是千变万化的，没有足够的频宽不能准确来描述，不同的频率有不同的作用[1]。为了提高地震勘探的分辨率就需要把频带拓展得足够宽，震源做为地震信号产生的源头首先就必须要具备这种能力。
 
高效拓展低频技术的可控震源。对于可控震源来说，重锤质量、重锤及阀冲程、最大泵量及阀流量、静载压重等机械和液压参数都限制了扫描信号向低频端拓展[3]。常规可控震源线性扫描信号的频带宽度一般限制在三个倍频程范围内，通常是10～80Hz，所以对于常规可控震源，低频信号的拓展只能采用低频驻留扫描的方法，通过增加低频扫描时间来弥补低频信号驱动不足的问题，但是扫描时间的加长降低了施工效率。针对这个问题，Nomad震源系列改变制约激发低频信号的机械及液压系统的设计，改进振动器和电子控制装置的性能，比如加大重锤冲程、增加重锤质量、提高液压、增大重锤与平板的质量比使之达到业界最大值、将外置气囊状储能器内置到重锤里面成活塞式储能器，这一系列改进的目的是拓宽低频激发的能力，大幅提高工作效率。改进后的Nomad震源所激发的信号频率范围在合理的驱动力下可以达到1-250Hz及以上。图1是Nomad 震源在激发相同的扫描信号时不同型号的震源发送相同扫描信号的时间对比(图1d)，Nomad65需要的扫描时间是20s（图1a），Nomad65Neo需要的扫描时间是13s（图1b），Nomad90需要的扫描时间则只需7s（图1c），可见对于这个相同的扫描信号（图1d），Nomad90只需Nomad65扫描时间的35%，这无疑大大提高了生产效率。
 
图1不同震源激发1-72Hz的扫描信号所用扫描时间的对比
 
影响可控震源所激发扫描信号的高频段的因素。影响扫描信号高频段的因素同样也包括机械和液压系统的设计，比如平板的硬度、平板与地表的耦合、重锤和平板之间的相位差、以及伺服阀的带宽等因素[5]，这已经通过设计更稳定的液压和更刚性的平板缓解了这些因素对激发高频信号的限制。
 
除震源设备本身的影响之外，地表条件对扫描信号高频段的影响也非常大。不同的地表对应不同的截止频率，坚硬的地表是90-120 Hz，沙土地表60-80Hz，松软地表20-40Hz。
如果做升频扫描，当震源激发的信号达到一定频率时，重锤和平板开始产生相位差，在扫描信号到达地表的截止频率时，相位差达到90⁰。可控震源发送信号（地面力）的大小是由重锤和平板各自的出力所决定：GF = Massmass * Accmass + Massbaseplate *Accbaseplate^[4]（Mass和Acc分别为重锤和平板对应的质量和加速度）。当重锤和平板的相位差大于90⁰时，平板的振动方向开始与重锤方向相反，这会造成地面力小于重锤出力（图2）。当重锤和平板之间的相位差达到180⁰时，地面力降到最低。为了弥补扫描信号在高频段因振动的重锤和平板之间的相位差造成的能量损失，新一代Nomad可控震源对高频信号的激发做了特殊的技术改进。
 
图2 不同频率段，地面力信号（绿色）与重锤（红色）和平板（蓝色）信号之间的对应关系（左）低频段（相位差0°左右）；（中）中间频段（相位差-90°左右）；（右）高频段 （重锤加速度到达最大值时，地面力开始下降）
 
新型可控震源被设计成静载压重（HDW）小于最大峰值出力（HPF），通过改变震源在高频段振动时重锤和平板之间的相位差，来增大地面出力。图3展示了采用相同的扫描信号，当静载压重（HDW）是80000lbf，而最大峰值出力（HPF）分别为80000lbf和90000lbf时，激发的扫描信号与先导扫描信号（Reference）之间的频谱对比。从振幅谱上可以看到，当最大峰值出力（HPF）大于静载压重（HDW）时，扫描信号在高频段的能量得到了有效提高。Nomad90为大容量重型震源设备的技术进步使其可以激发稳定的高频到达150-250Hz的扫描信号。