BOOMBOX 爆炸機(jī)在山地勘探中的應(yīng)用

趙 忠 高佳旭 梁貴紅

(中石化地球物理公司勝利分公司 山東 東營)

0 引 言

地震勘探地表?xiàng)l件越來越復(fù)雜，地震數(shù)據(jù)采集和激發(fā)之間同步是靠專用編、譯碼器及無線電臺傳遞信號完成的。目前常用的編譯碼器是BOOMBOX 編、譯碼器，在南方植被茂密、地形復(fù)雜的山區(qū)施工時(shí)，BOOMBOX 編譯碼器之間的信號經(jīng)常受到干擾導(dǎo)致放不響炮;儀器收不到驗(yàn)證TB 信號造成廢炮;儀器車難以找到既符合安全規(guī)定、又可以很好接收到信號的停點(diǎn)，導(dǎo)致儀器頻繁搬家進(jìn)而影響整個(gè)項(xiàng)目的生產(chǎn)進(jìn)度及生產(chǎn)效率。通過對BOOMBOX 爆炸機(jī)的使用方法進(jìn)行研究后，針對南方山區(qū)勘探施工中出現(xiàn)的TB 信號不回、電臺覆蓋范圍小等問題，提出了BOOMBOX 爆炸機(jī)雙中繼的使用方法增加儀器對炮點(diǎn)的覆蓋范圍，減少儀器車搬家次數(shù)從而提高了生產(chǎn)效率。

1 BOOMBOX 無線放炮系統(tǒng)

BOOMBOX 參數(shù)及設(shè)置。BOOMBOX 在施工中，要根據(jù)其所承擔(dān)的工作需要修改參數(shù)，把BOOMBOX 設(shè)為編碼器、譯碼器。如果需要用中繼，還需要設(shè)主編碼器以及指定中繼譯碼器的ID?？梢酝ㄟ^手持PC、筆記本電腦、臺式機(jī)修改參數(shù)，其中手持PC 是通過紅外接口對BOOMBOX 進(jìn)行參數(shù)修改，筆記本電腦和臺式機(jī)需要9 針串口或轉(zhuǎn)換插頭。其操作過程基本一樣，下面以臺式機(jī)為例簡述參數(shù)修改過程。

1)利用BOOMBOX 程序光盤，在臺式機(jī)上安裝BOOMBOX 程序，安裝完成后桌面上會出現(xiàn)一個(gè)BOOMBOX 文件夾。

2)將系BOOMBOX 系統(tǒng)9 針接口與臺式機(jī)9 針串口相連，37 針接口與爆炸機(jī)后面板輸入口相連，接好12V 電源，打開爆炸機(jī)。

3)在BOOMBOX 文件夾中打開BBView 執(zhí)行文件，點(diǎn)擊Setup，Main Port 選中com 1 ;在Setup 窗口中選中All Parametres，所有參數(shù)都顯示出來。選擇Com2 muncation 菜單中的獲得設(shè)置(Request Setup)、比較設(shè)置(Compare Setup)、發(fā)送設(shè)置(Send Setup )、發(fā)送新的ID 和隊(duì)號(Send New ID and Crew Number )等來對BOOMBOX 參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

施工中主要參數(shù)設(shè)置說明如下:

ID Parameters (ID 參數(shù)):可選

Units ID(ID 號)(0 - 32):可選

Crew Number (隊(duì)號):15，可選，相同工區(qū)BOOMBOX 設(shè)置相同。

Start Code (啟動碼):1，可選，相同區(qū)每個(gè)BOOMBOX 設(shè)置相同。

Password (密碼):0，可選，相同工區(qū)每個(gè)BOOM BOX 設(shè)置相同。

Units To Fire (點(diǎn)火單元):All Units

Repeater ID(中繼ID):5 可選，那個(gè)BOOMBOX 譯碼器做中繼就選其對應(yīng)的ID 號

Encoder Start Delay (編碼器啟動延遲)(500 ～10 000 ms):500

Enc. Radio Start Delay (編碼器電臺啟動延遲)(0～4 000μs):1615(不同的電臺延遲時(shí)間會有不同，要根據(jù)實(shí)際測試或者使用手冊進(jìn)行選擇)

Decoder Start Delay (譯碼器啟動延遲)(0 ～4 000μs):0

Enc . Radio Ref Delay(編碼器電臺參考延遲)(0～4 000μs):1615(不同的電臺延遲時(shí)間會有不同)

Uphole Blank Time (井口等待時(shí)間)(0 ～128 ms):0

Uphole Window Delay (井口窗口延遲)(0 ～128ms):0

Hardware Parameters (硬件參數(shù)):

Operating Mode :根據(jù)實(shí)際選擇編碼器(Encoder)、主編碼器(Master)、譯碼器(Decoder)

Recorde type (紀(jì)錄儀類型):Sercel，填寫實(shí)際使用儀器型號。

Ready Message Type (準(zhǔn)備信息類型):Boombox

QC Report Type (QC 報(bào)告類型):QC + GPS

Clock Adj Value (時(shí)鐘調(diào)節(jié)值)(0 ～255):128

Auto Shut Down (自動關(guān)機(jī)時(shí)間)(0 ～255 min):0

Interface Functions (接口功能):62 (一個(gè)校驗(yàn)值)

First Break Treshold (FB 門檻值):4 ～hard Coded

Geophone Resistance Min (檢波器電阻最小值):100

Geophone Resistance Max (檢波器電阻最大值):400

Cap Resistance Min (雷管電阻最小值):10

Cap Resistance Max(雷管電阻最大值):100

如果在山區(qū)施工，使用中繼以提高爆炸機(jī)電臺的覆蓋范圍，中繼放炮時(shí)編碼器的設(shè)置需要通過筆記本電腦或者小PC 修改編碼器轉(zhuǎn)換為中繼工作方式。在Operating Mode 窗口中，選擇Master 選項(xiàng)，并且在Repeater ID 中輸入想要作為中繼使用的譯碼器的ID 號即可使用中繼方式生產(chǎn)。

2 遙爆系統(tǒng)起爆延遲時(shí)間

在地震勘探中由于震源激發(fā)與記錄儀器分處兩地，而地震勘探要求震源激發(fā)與儀器開始記錄在同一時(shí)刻啟動，然而編、譯碼器是兩個(gè)完全獨(dú)立的部分，它們各自有著獨(dú)立的時(shí)鐘系統(tǒng)，從譯碼器接收編碼器指令到起爆雷管后又將數(shù)據(jù)回傳給編碼器，在信號產(chǎn)生與傳輸過程中都存在著延遲:電臺傳輸延遲、信號在遙爆系統(tǒng)中的傳輸延遲。另外，雷管起爆時(shí)間也存在延遲(具體延遲時(shí)間與批號、類型以及通過雷管瞬時(shí)電流等有關(guān))。這些都會使炮點(diǎn)的炸藥爆炸與儀器開始記錄的時(shí)刻不能嚴(yán)格同步，采集的地震資料所對應(yīng)的地層深度就會出現(xiàn)偏差。同步誤差時(shí)間越大，地層深度偏差也就越大。為了彌補(bǔ)由此造成的誤差，生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的遙爆系統(tǒng)起爆延遲時(shí)間均是可以通過軟件進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)償?shù)摹?/p>

2.1 同步延遲時(shí)間分析

為了監(jiān)視儀器記錄與震源起爆是否同步，遙爆系統(tǒng)將譯碼器高壓釋放時(shí)間(譯碼器鐘TB)和起爆時(shí)間通過電臺返回到編碼器再到儀器，與啟動儀器開始記錄的編碼器鐘TB 進(jìn)行比對，起爆返回的時(shí)間就是驗(yàn)證TB 出現(xiàn)的時(shí)間。對于在電路上采用了大量分離元器件的sss-200、Macha 等傳統(tǒng)型遙爆系統(tǒng)，其起爆延遲時(shí)間是由硬件調(diào)整，計(jì)時(shí)步長為l ms，因此它們的驗(yàn)證TB 時(shí)間在2ms 內(nèi);較為先進(jìn)的sss-300(計(jì)時(shí)步長0.1 ms，硬件調(diào)整)驗(yàn)證TB 時(shí)間也達(dá)1. 25 ms;而BOOM BOX 等新型遙爆系統(tǒng)是以微處理器為核心，以CPU 時(shí)鐘(微秒級)為計(jì)時(shí)步長，由于用軟件代替了許多硬件功能，系統(tǒng)誤差和信號在遙爆系統(tǒng)中傳輸延遲造成的誤差已經(jīng)很小(微秒級)，可以忽略。因此對于BOOM BOX 等新型遙爆系統(tǒng)其起爆同步精度主要由電臺傳輸?shù)难舆t量決定。我們知道，譯碼器受控于編碼器，信號從編碼器到譯碼器經(jīng)過了一個(gè)單程電臺傳輸延遲，在儀器上看到的驗(yàn)證TB 信號是譯碼器返回到編碼器的，也就是說，從編碼器發(fā)出起爆指令到譯碼器產(chǎn)生的鐘TB 和驗(yàn)證TB 返回到編碼器，經(jīng)過了兩個(gè)單程電臺傳輸延遲，而傳統(tǒng)型遙爆系統(tǒng)的起爆延遲調(diào)整只有一步，如果以編譯碼器鐘TB 為調(diào)整目標(biāo)，則只能調(diào)整一個(gè)單程電臺傳輸延遲(編碼器到譯碼器)，監(jiān)視記錄上仍然存在一個(gè)單程電臺傳輸延遲(譯碼器到編碼器)，因而不能從監(jiān)視記錄上看到準(zhǔn)確的同步結(jié)果;如果以返回的驗(yàn)證TB 為調(diào)整對象，在記錄上似乎可以看到同步結(jié)果，事實(shí)上這將返回的電臺傳輸延遲也進(jìn)行補(bǔ)償了。對起爆同步信號而言，就多補(bǔ)償了一個(gè)單程電臺傳輸量而造成早爆。BOOMBOX 遙爆系統(tǒng)將起爆延遲時(shí)間調(diào)整分為啟動零時(shí)調(diào)整和無線電臺參考延遲調(diào)整兩部分。啟動零時(shí)調(diào)整用于補(bǔ)償編碼器到譯碼器單程電臺傳輸時(shí)間，使得啟動儀器開始記錄的編碼器鐘TB與用于起爆雷管譯碼器高壓釋放時(shí)間精確同步;電臺參考延遲調(diào)整用于補(bǔ)償信號從譯碼器到編碼器單程電臺傳輸時(shí)間，使得譯碼器返回到編碼器的信號與比對的標(biāo)識信號精確同步。BOOM BOX 將傳統(tǒng)遙爆系統(tǒng)起爆延遲調(diào)整由硬件可調(diào)改為軟件可調(diào)(編碼器菜單中“0 TIME ADJ”和“RADIO REF ADJ”設(shè)置)，使其同步計(jì)時(shí)精度更加精確可靠，并可以看到雷管起爆延遲時(shí)間(驗(yàn)證TB)，同時(shí)使遙爆延時(shí)的概念更易為人們所理解。

2.2 同步延遲時(shí)間測試

在使用中繼工作方式時(shí)，放炮后輔助道顯示較普通放炮方式后面增加了一組波形，這組波形是由于增加了一組由中繼譯碼器所傳輸?shù)男盘枴?/p>

兩兩對應(yīng)信號意義及比較方式不變，如圖1 所示。經(jīng)過專業(yè)測試設(shè)備測試編、譯碼器直接連接時(shí)的延遲約為520 μs，通過Motorola GM300 電臺連接通訊時(shí)的延遲約為1 073 μs，也就是我們所說的電臺延遲時(shí)為1 073 μs。當(dāng)我們使用中繼的方式放炮時(shí)，與普通放炮方式相比較，增加了一部電臺，電臺延遲時(shí)間也會相應(yīng)增加。需要注意的是不同的電臺類型電臺連接時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值也不同，使用時(shí)要進(jìn)行調(diào)整至合理值。

圖1 0.25 ms 采樣時(shí)輔助道顯示電臺延遲時(shí)間

常規(guī)狀況下Encoder Radio Start Delay(編碼器電臺啟動延遲)必須與Encoder Radio Ref Delay(編碼器電臺參考延遲)時(shí)間相同。

Encoder Radio Start Delay(編碼器電臺啟動延遲)補(bǔ)償了儀器記錄到激發(fā)點(diǎn)激發(fā)之間的時(shí)間差，使得儀器記錄與激發(fā)點(diǎn)激發(fā)同步。但是不通過特殊的儀器和軟件我們無法去觀測驗(yàn)證，這樣BOOMBOX 爆炸機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部計(jì)算產(chǎn)生的譯碼器參考信號就為我們提供了觀測的方式，改變Encoder Radio Ref Delay(編碼器電臺參考延遲)的參數(shù)，觀測譯碼器參考鐘TB 與參考激發(fā)是否同步確定延遲參數(shù)。Encoder Radio Start Delay(編碼器電臺啟動延遲)必須與Encoder Radio Ref Delay(編碼器電臺參考延遲)時(shí)間相同，這樣我們就可以反證儀器記錄是否與炮點(diǎn)激發(fā)同步。

以使用GM338 電臺為例(1 為參考脈沖，2 為模擬井口):

1)Encoder Radio Ref Delay(編碼器電臺參考延遲)為0，采樣率為0.25 ms，如圖1 所示。儀器記錄時(shí)間遠(yuǎn)早于激發(fā)點(diǎn)激發(fā)時(shí)間，也就是通常說的遲爆。采樣率選最小的采樣率進(jìn)行測試，儀器輔助道顯示的TB 信號驗(yàn)證TB，該圖中顯示的2 者的時(shí)間差就是電臺延遲時(shí)間，加上電臺延遲經(jīng)過補(bǔ)償后TB 信號驗(yàn)證TB 不存在時(shí)間差，如果在野外要通過該方法測試電臺延遲要注意采樣率要選擇最大采樣率0.25 ms，如果采樣率選擇過小(采樣間隔大)，受采樣率影響，測試結(jié)果誤差大，造成激發(fā)與記錄同步誤差變大。

2)利用該方法對用中繼生產(chǎn)時(shí)的驗(yàn)證TB 和TB 延遲進(jìn)行驗(yàn)證，Encoder Radio Ref Delay(編碼器電臺參考延遲)為0，采樣率為0.25 ms，使用中繼方式時(shí)，對延遲進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖2 所示，延遲時(shí)間增加了45 μs。

圖2 0.25 ms 采樣中繼方式時(shí)輔助道顯示電臺延遲時(shí)間

經(jīng)過野外和室內(nèi)試驗(yàn)后認(rèn)為，使用GM338 電臺時(shí)，野外實(shí)驗(yàn)時(shí)，記錄讀取到1 500 μs ～1 700 μs 編碼器電臺延遲就可以滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，由于生產(chǎn)批次等原因，將編碼器電臺延遲時(shí)間略有不同為1 623 μs ～1 625 μs 之間可以使鐘TB 與激發(fā)更好的同步。在使用中繼方式后，經(jīng)過上述方法進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)比較普通方式只增加了45 μs，由于現(xiàn)在儀器的采樣精度最高只能達(dá)到0.25 ms，45 μs 的時(shí)間誤差也滿足了目前地震勘探行業(yè)有關(guān)延遲測試的標(biāo)準(zhǔn)，45 μs的延遲時(shí)間可以忽略不計(jì)，按照普通放炮方式設(shè)置電臺延遲時(shí)即可。

3 雙中繼在生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 雙中繼在生產(chǎn)中的設(shè)置

在生產(chǎn)中往往會碰到地形和地表很復(fù)雜的工區(qū)，儀器搬家困難，信號傳輸不好，這種情況下我們采用了2 個(gè)BOOMBOX 中繼，在沿排列方向在儀器前后各設(shè)置一個(gè)中繼，可以改善編譯碼器之間信號傳輸誤碼，增加儀器爆炸機(jī)的電臺覆蓋范圍減少儀器搬家次數(shù)。根據(jù)前面介紹的編譯碼器的ID 號碼設(shè)置方法和中繼設(shè)置方法對中繼譯碼器進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。具體的來說就是把2 臺布設(shè)在儀器前后的中繼譯碼器的ID 號碼設(shè)置為相同的ID 號碼，在編碼器上將該ID 設(shè)置為中繼。

3.2 雙中繼使用

當(dāng)兩臺譯碼器中繼與儀器車距離相差不大，電臺可互相通話，并且都能夠接收到同一炮點(diǎn)的信號時(shí)，會造成放炮后儀器車編碼器無法接收到譯碼器返回的驗(yàn)證TB，造成廢炮。這是因?yàn)? 個(gè)譯碼器中繼同時(shí)接收到了編碼器發(fā)出得的指令，同時(shí)工作返回的TB 信號互相干擾導(dǎo)致解碼錯(cuò)誤。由于BOOMBOX 編碼器只有1臺，設(shè)置保密碼的方式也不能很好地解決2 個(gè)中繼時(shí)的信號干擾問題，試驗(yàn)采用以下3 種方法解決2 個(gè)中繼譯碼器信號互相干擾的問題。

1)為兩臺作為中繼的譯碼器設(shè)置不同的ID 號，編碼器切換中繼譯碼器的ID 來啟動不同的中繼來進(jìn)行生產(chǎn)。在放炮過程中，通過修改中繼ID 參數(shù)選擇不同的中繼，避免由于2 個(gè)中繼電臺信號干擾而產(chǎn)生廢炮的情況。理論上可以避免中繼互相干擾，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中操作過程繁瑣，實(shí)用性不強(qiáng)，嚴(yán)重浪費(fèi)生產(chǎn)時(shí)間。

2)為兩臺作為中繼的譯碼器設(shè)置相同的ID 號，由炮點(diǎn)中繼在當(dāng)日生產(chǎn)前了解各中繼覆蓋的炮點(diǎn)。通過中繼輪流關(guān)閉電臺生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中由炮點(diǎn)中繼進(jìn)行控制，中繼之間配合困難，可操作性不強(qiáng)。

3)為兩臺作為中繼的譯碼器設(shè)置相同的ID 號，兩臺中繼電臺使用不同頻率，對應(yīng)炮點(diǎn)的譯碼器電臺頻率相同即可。在當(dāng)日生產(chǎn)前了解各中繼覆蓋的炮點(diǎn)，譯碼器通過分頻分組，各中繼與對應(yīng)炮點(diǎn)的譯碼器同頻，生產(chǎn)過程中采取儀器切換電臺頻率輪流放炮的方式，避免由于電臺引起的干擾而產(chǎn)生廢炮的情況。生產(chǎn)過程中由儀器操作員進(jìn)行主動控制，儀器一側(cè)的中繼和譯碼器同頻，可操作性較強(qiáng)。在南方山區(qū)地震勘探中生產(chǎn)中進(jìn)行使用取得了良好的效果，如果能夠?qū)Σ煌欣^和對應(yīng)的譯碼器通過保密碼或者其他方式進(jìn)行區(qū)分，而不是通過電臺變換頻率來實(shí)現(xiàn)使用不同中繼向?qū)?yīng)的譯碼器發(fā)送信號，那樣效果會更好。

4 結(jié)束語

對于大道數(shù)的三維地震勘探，如果炮點(diǎn)分布較廣也可以考慮雙中繼同時(shí)使用。雖然使用雙中繼可以解決生產(chǎn)中的實(shí)際問題，但是使用中還是存在一定的不方便，可以在生產(chǎn)中根據(jù)實(shí)際采取雙中繼或者有線放炮和無線放炮混用的方式來解決編譯碼器信號傳輸、干擾、覆蓋范圍等問題。

［1］Seismic Source 公司. BOOMBOX 使用說明書，2001 (資料)

［2］Sercel 公司. CMXL V8. 1 User's Manual . 2004(資料)

［3］Sercel 公司. CMXL V8. 1 Installing Manual . 2004(資料)