有線和節(jié)點(diǎn)儀器聯(lián)合采集技術(shù)的應(yīng)用與展望

甘志強(qiáng)，劉 麗，張 健

(1.東方地球物理公司裝備服務(wù)處儀器服務(wù)中心 河北 涿州 072751；2.遼河油田勘探開發(fā)研究院 遼寧 盤錦 124010； 3.東方地球物理公司裝備服務(wù)處北疆作業(yè)部 新疆 烏魯木齊 830016)

0 引 言

隨著勘探向復(fù)雜區(qū)域的不斷延伸和高效高密度采集技術(shù)的廣泛應(yīng)用，野外地震數(shù)據(jù)采集道數(shù)越來越大，為傳統(tǒng)有線儀器的性能和功能帶來了新的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)總帶道能力、單線帶道能力、供電電池續(xù)航能力、使用便利性等方面[1，2]。同時(shí)，也對(duì)傳統(tǒng)有線儀器的復(fù)雜地表穿越能力、平均單道重量、平均單道體積等提出新的要求。在這一大背景下，節(jié)點(diǎn)儀器應(yīng)運(yùn)而生，其突出特點(diǎn)是每個(gè)采集站都配備有GPS裝置，能夠自主連續(xù)的記錄地震數(shù)據(jù)，并插入精確的時(shí)間和位置信息，用于后期的數(shù)據(jù)分離。這種采用分布記錄地震數(shù)據(jù)的采集方式，摒棄了傳統(tǒng)的傳輸線纜，極大簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，且不受地形和帶道能力的限制，為野外施工提供了便捷。但是，由于節(jié)點(diǎn)儀器本身設(shè)計(jì)理念的原因，無法實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的現(xiàn)場實(shí)時(shí)下載和質(zhì)控，數(shù)據(jù)交付相對(duì)滯后[3]。

有線、節(jié)點(diǎn)聯(lián)合采集技術(shù)可以有效集合兩種具有不同設(shè)計(jì)理念儀器的優(yōu)勢，能夠滿足大道數(shù)、高密度以及地表復(fù)雜區(qū)域采集對(duì)地震儀器的需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文首先對(duì)聯(lián)合采集的技術(shù)優(yōu)勢、實(shí)現(xiàn)的基本要求等進(jìn)行分析，并給出基于iX1系統(tǒng)的聯(lián)合采集應(yīng)用案例，最后結(jié)合地震勘探需求對(duì)有線和節(jié)點(diǎn)聯(lián)合采集技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行了探討。

1 聯(lián)合采集技術(shù)的基本原理及優(yōu)勢

1.1 基本原理

在進(jìn)行聯(lián)合采集時(shí)，有線儀器、節(jié)點(diǎn)儀器根據(jù)施工設(shè)計(jì)各自鋪設(shè)對(duì)應(yīng)的排列，參與采集的儀器系統(tǒng)采用衛(wèi)星授時(shí)方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)樣點(diǎn)的時(shí)間同步，工作流程如圖1所示。

圖1 有線、節(jié)點(diǎn)聯(lián)合采集工作流程

1.2 技術(shù)優(yōu)勢

由于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工作方式的不同，有線和節(jié)點(diǎn)地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有不同的特點(diǎn)，同時(shí)在大道數(shù)采集施工過程中表現(xiàn)出各自的優(yōu)點(diǎn)和劣勢，見表1[4，5]。

表1 有線、節(jié)點(diǎn)儀器主要特點(diǎn)一覽表

有線和節(jié)點(diǎn)聯(lián)合采集技術(shù)可以充分集合有線、節(jié)點(diǎn)儀器的優(yōu)良特點(diǎn)，使得地震數(shù)據(jù)采集更加便捷、高效，在施工作業(yè)過程中具有較為明顯的技術(shù)優(yōu)勢：

1)充分發(fā)揮節(jié)點(diǎn)儀器無需布設(shè)電纜的優(yōu)點(diǎn)，可滿足山地、人員密集區(qū)、大型江河湖泊、機(jī)場、軍事禁區(qū)、無工農(nóng)許可等地震電纜不易布設(shè)區(qū)域的高效作業(yè)需求，增強(qiáng)數(shù)據(jù)采集的完整性與靈活性 ；

2)在施工設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于地震電纜容易布設(shè)的區(qū)域，可使用有線地震儀器實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)的高效采集，實(shí)現(xiàn)排列噪音實(shí)時(shí)監(jiān)控，降低數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)，提升采集數(shù)據(jù)質(zhì)量；

3)由于采用了二者聯(lián)合采集的方式，使得平均單道重量相對(duì)較輕，減少了放線工作量，降低了HSE風(fēng)險(xiǎn)。排列用車的數(shù)量將明顯減少，也給后勤保障減輕壓力。

2 實(shí)現(xiàn)聯(lián)合采集的基本要求

由于有線、節(jié)點(diǎn)聯(lián)合采集涉及地震儀器的設(shè)計(jì)理念、工作原理和質(zhì)量控制方式等方面都存在很大不同，為確保采集地震數(shù)據(jù)質(zhì)量，聯(lián)合采集需要滿足以下基本技術(shù)條件：

1)參與采集的地震儀器時(shí)間延遲特性應(yīng)一致，若不一致則系統(tǒng)之間的時(shí)間延遲差值應(yīng)固定，達(dá)到記錄地震數(shù)據(jù)初至?xí)r間無樣點(diǎn)差的目的；

2)參與采集的地震儀器能夠支持相同采集參數(shù)(包括前放增益、濾波類型、采樣間隔等)且采集電路響應(yīng)特性基本相當(dāng)，確保采集地震數(shù)據(jù)形態(tài)相吻合，最終地震資料的幅頻特性一致；

3)參與采集的有線儀器主機(jī)需具備GPS授時(shí)功能，可以將自身記錄的地震數(shù)據(jù)標(biāo)記GPS時(shí)間，并能夠輸出包括有炮點(diǎn)樁號(hào)、激發(fā)GPS時(shí)間等信息的輔助數(shù)據(jù)；

4)在進(jìn)行脈沖源激發(fā)方式采集時(shí)，可使用儀器主機(jī)系統(tǒng)軟件或其他專用軟件根據(jù)施工設(shè)計(jì)較為方便地實(shí)現(xiàn)有線、節(jié)點(diǎn)儀器采集地震數(shù)據(jù)的合成，輸出單炮記錄、SPS文件、采集班報(bào)等輔助數(shù)據(jù)；

5)在進(jìn)行可控震源激發(fā)方式采集時(shí)，可使用儀器主機(jī)系統(tǒng)軟件或其他專用軟件較為方便地實(shí)現(xiàn)有線、節(jié)點(diǎn)儀器采集地震數(shù)據(jù)的合成和相關(guān)處理，輸出單炮記錄、SPS文件、采集班報(bào)以及可控震源掃描屬性報(bào)告等輔助數(shù)據(jù)。

3 應(yīng)用案例

3.1 采集系統(tǒng)

iX1地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是INOVA公司在原G3i有線儀器和Hawk節(jié)點(diǎn)儀器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)的綜合性管理與控制平臺(tái)，其組成設(shè)備如圖2所示。該系統(tǒng)的核心是由G3i有線設(shè)備和Hawk節(jié)點(diǎn)設(shè)備組成，并將系統(tǒng)的中央采集控制集成到原G3i主機(jī)中，形成新的iX1主機(jī)控制設(shè)備，而后續(xù)的數(shù)據(jù)處理功能集成到原Hawk系統(tǒng)的T3主機(jī)中，形成新的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)TX1。通過對(duì)G3i有線儀器和Hawk節(jié)點(diǎn)儀器的有效集成，為復(fù)雜地形下勘探作業(yè)以及加密排列等生產(chǎn)方式提供了靈活的解決方案。

3.2 數(shù)據(jù)一致性測試

為充分驗(yàn)證iX1系統(tǒng)有線和節(jié)點(diǎn)設(shè)備采集數(shù)據(jù)的一致性，兩種儀器每個(gè)檢波點(diǎn)均使用完全相同的3串30DX檢波器接收地震波，試驗(yàn)排列的檢波器連接示意圖如圖3所示。

1)初至比對(duì)。初至比對(duì)包括記錄比對(duì)和初至拾取時(shí)間比對(duì)，使用處理軟件上將來自兩種儀器的同一樁號(hào)的采集數(shù)據(jù)抽取并依次相鄰排列進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果如圖4所示[6]。

圖3 采集排列檢波器連接示意圖

圖4 G3i儀器與Hawk儀器初至對(duì)比

2)頻譜對(duì)比。在聯(lián)合采集試驗(yàn)過程中，對(duì)來自不同地震儀器的同一炮點(diǎn)的地震記錄的頻譜進(jìn)行了分析對(duì)比，圖5為全炮頻譜分析結(jié)果對(duì)比。從圖中可以看出，兩者無明顯差異。

3.3 聯(lián)合采集具體流程

在使用iX1系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合采集作業(yè)時(shí)，新的iX1主機(jī)控制設(shè)備工作于GPS授時(shí)方式下完成炮點(diǎn)的激發(fā)控制，記錄炮點(diǎn)激發(fā)信息、地震數(shù)據(jù)(有線部分)和相應(yīng)的輔助道數(shù)據(jù)(可控震源生產(chǎn)時(shí))并輸出至TX1主機(jī)。最終，由TX1主機(jī)合成輸出地震記錄、SPS文件及其他對(duì)應(yīng)的輔助數(shù)據(jù)。iX1系統(tǒng)聯(lián)合采集野外作業(yè)流程如圖6所示。

圖5 單炮資料整炮(0～5 000 ms)頻譜分析結(jié)果

3.4 應(yīng)用效果

2017年7至8月，iX1聯(lián)合采集平臺(tái)在國內(nèi)某探區(qū)首次規(guī)?；瘧?yīng)用，投入有線設(shè)備21 000道、節(jié)點(diǎn)設(shè)備14 100道，使用SN5模擬檢波器采集，激發(fā)方式涉及井炮和可控震源兩種。該項(xiàng)目施工區(qū)域?qū)儆诟吆０螐?fù)雜山地，最高海拔4 586 m，平均海拔3 200 m。另外，工區(qū)內(nèi)相對(duì)高差1 000～2 500m，局部高差達(dá)400 m，起伏劇烈。為解決復(fù)雜地形下排列收放困難的問題，在地勢較為平坦的山前帶使用有線設(shè)備采集，其余區(qū)域使用節(jié)點(diǎn)設(shè)備采集。通過這一聯(lián)合采集方式在該項(xiàng)目的成功應(yīng)用，有效降低了山地作業(yè)時(shí)的排列收放工作量和施工作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，提升了采集排列的布設(shè)質(zhì)量，促進(jìn)了野外生產(chǎn)的“提效、提速”，應(yīng)用效果良好。如圖7所示為該項(xiàng)目典型單炮記錄。

圖6 iX1系統(tǒng)聯(lián)合采集野外作業(yè)流程示意圖

圖7 iX1系統(tǒng)聯(lián)合采集單炮數(shù)據(jù)記錄

4 聯(lián)合采集技術(shù)應(yīng)用展望

隨著寬頻待、寬方位、高密度采集方法的規(guī)?；瘧?yīng)用，野外地震采集規(guī)模越來越大，目前國內(nèi)配備2至3萬道采集設(shè)備的勘探項(xiàng)目已經(jīng)十分普遍，且有逐步增大的趨勢。另外，山地、城區(qū)、河流密集、高風(fēng)險(xiǎn)雷區(qū)等特殊地區(qū)的復(fù)雜地表環(huán)境也會(huì)為地震采集排列的高效布設(shè)帶來新的挑戰(zhàn)[7，8]。有線和節(jié)點(diǎn)聯(lián)合采集技術(shù)有效集成了兩種儀器的優(yōu)點(diǎn)，從以下幾個(gè)方面提升采集系統(tǒng)對(duì)大規(guī)模地震數(shù)據(jù)采集的適應(yīng)能力，有良好的應(yīng)用前景：

1)利用節(jié)點(diǎn)儀器無道數(shù)限制的特性彌補(bǔ)有線儀器實(shí)時(shí)帶道能力不足的缺陷，實(shí)現(xiàn)超大道數(shù)的地震數(shù)據(jù)采集施工；

2)借助有線儀器環(huán)境噪音監(jiān)視的功能對(duì)采集現(xiàn)場主要噪聲源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保采集數(shù)據(jù)質(zhì)量；

3)通過有線和節(jié)點(diǎn)儀器的聯(lián)合應(yīng)用，提升了采集排列的穿越能力，保證復(fù)雜地表環(huán)境下的檢波點(diǎn)布設(shè)精度，并減輕了節(jié)點(diǎn)儀器設(shè)備充電、數(shù)據(jù)下載合成的壓力；

4)由于節(jié)點(diǎn)儀器沒有電纜的束縛，使得有線節(jié)點(diǎn)聯(lián)合采集系統(tǒng)平均單道重量較純有線方式輕，降低了野外排列收放作業(yè)的工作量和施工作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)；

5)有線和節(jié)點(diǎn)聯(lián)合采集系統(tǒng)可以根據(jù)工區(qū)地表、工農(nóng)等情況靈活布設(shè)，可減少對(duì)環(huán)境的破壞，更符合環(huán)保要求。

5 結(jié) 論

近年來，隨著物探技術(shù)的不斷進(jìn)步，野外地震采集道數(shù)也不斷增長，在未來5至10年內(nèi)20萬道級(jí)的地震采集規(guī)模或?qū)⒊蔀槌B(tài)。由于實(shí)時(shí)帶道能力(包括系統(tǒng)總實(shí)時(shí)帶道能力和單線實(shí)時(shí)帶道能力)、超大排列管理能力、復(fù)雜地表穿越能力以及電瓶續(xù)航時(shí)間等多方面因素的限制，有線儀器在面對(duì)20萬道級(jí)地震數(shù)據(jù)采集規(guī)模時(shí)將十分吃力。由于本身設(shè)計(jì)理念的原因，節(jié)點(diǎn)儀器在進(jìn)行大道數(shù)地震數(shù)據(jù)采集時(shí)，營地設(shè)備充電、數(shù)據(jù)下載合成環(huán)節(jié)的壓力將十分巨大，道數(shù)越大，這一限制瓶頸表現(xiàn)的越為明顯。有線和節(jié)點(diǎn)聯(lián)合采集技術(shù)通過對(duì)兩種不同設(shè)計(jì)理念采集設(shè)備的靈活應(yīng)用，有效提升了采集系統(tǒng)對(duì)大道數(shù)地震勘探作業(yè)的適應(yīng)能力，具有廣闊的應(yīng)用空間。