508XT陸地采集單元的特性與應(yīng)用

楊秀泉

(大慶鉆探工程公司地球物理勘探一公司 黑龍江 大慶市 163000)

0 引 言

在當(dāng)今的勘探行業(yè)里，各勘探公司主要應(yīng)用的地震儀器是Sercel公司的428XL。428XL地震儀器的陸地采集單元在野外布設(shè)時(shí)，2個(gè)電源站之間通常連接48個(gè)采集站。當(dāng)采集排列出現(xiàn)故障時(shí)，需要派人立即處理，否則會(huì)因工作道數(shù)的缺失而耽誤正常生產(chǎn)。然而，隨著地震勘探采集道數(shù)的加大，施工炮數(shù)的增多，48個(gè)采集站的排列布設(shè)方式以及因排列故障而被迫停產(chǎn)的工作模式會(huì)使得工作難度加大，降低采集的工作效率。Sercel公司推出的508XT陸地采集單元采用了全新的跨平臺(tái)新技術(shù)(X-Tech)，在正常生產(chǎn)的情況下就可以處理排列的故障，對(duì)備用排列進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試。一塊電瓶的電量可提供近百個(gè)采集站使用，低功耗的設(shè)計(jì)以及強(qiáng)大的帶道能力降低了野外鋪設(shè)排列的難度。大線采用新的材質(zhì)減輕了質(zhì)量，增加了強(qiáng)度，與采集站的接口采用了雙側(cè)咬合結(jié)構(gòu)方便了現(xiàn)場(chǎng)操作。新一代的節(jié)點(diǎn)單元WTU-508可將QC實(shí)時(shí)傳輸?shù)街醒雴卧?，在地形?fù)雜的勘探區(qū)域確保了數(shù)據(jù)的安全性。

1 508XT主要陸地采集單元概述

508XT的陸地采集單元主要有SCI-508、CX-508、FDU-508、DSU1-508、508大線、TFOI-508、WTU-508。SCI-508是連接外部排列和內(nèi)部?jī)x器的接口，采用了網(wǎng)絡(luò)化的管理模式，統(tǒng)籌管理野外的采集單元。CX-508是野外有線排列上唯一的供電單元，負(fù)責(zé)對(duì)野外排列的管理，包括對(duì)整個(gè)排列的供電、采集站的時(shí)間同步、野外與儀器的測(cè)試、數(shù)據(jù)的傳輸與恢復(fù)等。FDU-508和DSU1-508是野外排列上的采集站，負(fù)責(zé)對(duì)地震數(shù)據(jù)的濾波、壓縮和采樣，不同的是FDU-508需要外接模擬檢波器而DSU1-508為數(shù)字單分量檢波器并不需要外接模擬檢波器。508大線材質(zhì)上有了改進(jìn)，變的輕便而且結(jié)實(shí)，在使用維護(hù)上更加的方便；內(nèi)部采用兩對(duì)雙絞線傳輸數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。TFOI-508為交叉線，負(fù)責(zé)CX-508彼此之間的連接以及CX-508和SCI-508之間的連接，傳輸速率為1Gb/s，最大長(zhǎng)度為2KM。新一代的節(jié)點(diǎn)單元WTU-508含有自主適應(yīng)QC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(XT-Pathfinder)，可以自動(dòng)尋找傳輸路徑實(shí)時(shí)的將QC指標(biāo)回傳給中央單元(CU)。

2 SCI-508、CX-508

2.1 SCI-508

它類似于上一代地震儀428XL的lCI-428，將野外排列與內(nèi)部?jī)x器相連接，同時(shí)控制著DPG、爆炸系統(tǒng)、GPS以及輔助道。但與LCI-428不同的是，它必須通過(guò)外接GPS授時(shí)，與排列上的CX-508內(nèi)在GPS授時(shí)進(jìn)行時(shí)間同步。它像是一個(gè)巨大的千兆網(wǎng)絡(luò)路由器，管理著野外的采集單元，但它并不直接回收數(shù)據(jù)。所以即使在采集道數(shù)達(dá)到百萬(wàn)道時(shí)，也只需配備一臺(tái)SCI-508即可。箱體的正面有電源開(kāi)關(guān)，藍(lán)色的LED燈表示著GPS同步良好；背面接口有110/220 V的交流電源、保險(xiǎn)絲、接地端、Blaster接口、連接GPS的XDEV2接口、低端接口、交叉線接口和千兆網(wǎng)線接口。

2.2 CX-508

2.2.1 CX-508技術(shù)優(yōu)勢(shì)

CX-508是整個(gè)野外數(shù)據(jù)采集的中樞，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)排列的統(tǒng)籌管理。它將CU下達(dá)的控制命令實(shí)時(shí)的傳輸?shù)脚帕猩?，并將從FDU-508/DSU1-508接收的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的回傳到CU。在斷排列的情況下，它可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在自身的內(nèi)存中(32 G)，當(dāng)排列恢復(fù)后根據(jù)CX-508中每個(gè)子樣的GPS時(shí)間來(lái)選取Tb時(shí)間后記錄長(zhǎng)度內(nèi)的數(shù)據(jù)自動(dòng)回收。CX-508具有實(shí)時(shí)QC功能，將電瓶電量、檢波器狀態(tài)、環(huán)境噪音、CX的內(nèi)存狀態(tài)、GPS的同步狀態(tài)實(shí)時(shí)的傳輸給CU，當(dāng)與CU的有線連接斷開(kāi)時(shí)，外接有LRC-508(可連接在CX-508上的無(wú)線收發(fā)裝置)的CX-508可以通過(guò)LRC-508的無(wú)線功能將QC傳送出去，最大的回傳距離為1 km。CX-508提供三種工作模式，分別為采集模式、備用模式、測(cè)試模式，用戶可根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。

CX-508具有數(shù)傳冗余的功能，在排列里可以任意添加交叉線(TFOI-508)，如果出現(xiàn)某處排列斷開(kāi)，CX-508會(huì)自動(dòng)尋找與之相連接的傳輸路線。當(dāng)沒(méi)有其它傳輸路線時(shí)，這部分排列將自動(dòng)進(jìn)入自主模式，它們?nèi)耘f可以進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)，傳輸路線恢復(fù)后，可將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)回傳到中央單元。

CX-508具有同步冗余功能，可以通過(guò)自身攜帶的GPS模塊對(duì)野外單元進(jìn)行同步授時(shí)，即使有某個(gè)或者幾個(gè)CX-508出現(xiàn)故障無(wú)法授時(shí)，排列上的單元還是可以通過(guò)其它相連接的CX-508進(jìn)行授時(shí)，保證了數(shù)據(jù)記錄的同步性。

CX-508具有電源冗余功能，在一個(gè)排列段范圍內(nèi)，如果兩端都連接有CX-508，那么它們都提供供電服務(wù)，如果這段排列某處出現(xiàn)故障，只要排列任意一端保持與CX-508的正常連接，那么設(shè)備都能正常工作。如果這個(gè)排列段的采集站數(shù)量超出CX-508的帶道能力，那么是不能保證超出范圍的這部分采集站正常工作的。廠家公布的2個(gè)CX-508之間最大的帶道數(shù)量參考值，CX-508的最大帶道數(shù)量見(jiàn)表1(取決于采集站之間的電纜長(zhǎng)度)。

表1 CX-508的最大帶道數(shù)量

2.2.2 CX-508技術(shù)規(guī)格

CX-508的硬件接口包括：2個(gè)大線接口、2個(gè)交叉線接口、2個(gè)電源接口、1個(gè)XDP接口。面板上有6個(gè)LED指示燈：2個(gè)電源接口指示燈、2個(gè)交叉線傳輸指示燈、1個(gè)小旗狀的指示燈(常亮表示與CU連接；不亮表示與CU斷開(kāi))、1個(gè)齒輪狀指示燈(閃亮表示正在同步；長(zhǎng)亮表示已經(jīng)同步完成)。CX-508整體質(zhì)量為3.8 kg。在2 ms采樣下每條線實(shí)時(shí)傳輸?shù)淖畲蟮罃?shù)為2 400道。大線端口功耗采集時(shí)為3 W、備用時(shí)為1W；交叉線端口功耗傳輸時(shí)為7 W、備用時(shí)為2 W。低功耗的設(shè)計(jì)降低了電量的消耗。CX-508還可以通過(guò)其他手持設(shè)備如DT-508、FT-508、DH-508對(duì)排列進(jìn)行樁號(hào)的設(shè)置、指標(biāo)的測(cè)試、QC的監(jiān)測(cè)、繞道的設(shè)置、數(shù)據(jù)的回傳等等方便快捷的操作。

3 FDU-508、DSU1-508及其大線

FDU-508和DSU1-508統(tǒng)稱為508XT的采集站，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的濾波、壓縮、采樣和記錄。FDU-508采用24位A/D轉(zhuǎn)換器，采用CRC循環(huán)冗余碼進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。DSU1-508采用新一代的QuietSeis MEMS加速度計(jì)，有效的降低了DSU1-508內(nèi)部噪音，尾椎的改進(jìn)也更加小巧靈活，方便施工的鋪設(shè)。它們內(nèi)置了一個(gè)可以循環(huán)存儲(chǔ)5 s地震數(shù)據(jù)的緩存，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行地震數(shù)據(jù)以及QC指標(biāo)的傳輸和續(xù)傳，形成了一個(gè)X-Tech構(gòu)架下的基本節(jié)點(diǎn)單元(X-Tech base nodes)。508XT大線與采集站的接口采用了雙側(cè)咬合結(jié)構(gòu)，這使得在實(shí)際生產(chǎn)中更換大線更加的方便容易操作。這一靈活的設(shè)計(jì)可以滿足不同道距的設(shè)計(jì)要求，施工隊(duì)伍只需要根據(jù)當(dāng)前的設(shè)計(jì)要求來(lái)選擇大線的長(zhǎng)度即可，能夠充分的發(fā)揮野外基本節(jié)點(diǎn)單元的優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)DU-508、DSU1-508、大線的快接插口如圖1所示。大線的質(zhì)量和強(qiáng)度也較以往有了更進(jìn)一步的提升，在質(zhì)量上要比428XL大線輕10%，但是在強(qiáng)度上要增強(qiáng)50%，這點(diǎn)在施工過(guò)程中會(huì)使得大線的鋪設(shè)更加輕便。508XT大線內(nèi)部采用四根線進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸，兩兩一對(duì)。即使有任意一根線出現(xiàn)問(wèn)題，數(shù)據(jù)仍舊能夠通過(guò)另一對(duì)線束進(jìn)行滿速率的傳輸，可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性和安全性。

圖1 FDU-508、DSU1-508、大線的快接插口

4 WTU-508

WTU-508外形如圖2所示。WTU-508是建立在X-Tech構(gòu)架下的新一代的節(jié)點(diǎn)單元，質(zhì)量在2.1 kg左右。單站單道，當(dāng)有檢波器連接上時(shí)自動(dòng)供電。內(nèi)部有大容量?jī)?nèi)存卡，在2 ms采樣的情況下，可以連續(xù)采集60 d的數(shù)據(jù)。自帶電池可以支持連續(xù)30 d的數(shù)據(jù)采集。

圖2 WTU-508

WTU-508含有的自主適應(yīng)QC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，XT-Pathfinder，如圖3所示。

在允許的范圍內(nèi)，WTU會(huì)自動(dòng)尋找路徑進(jìn)行相互通訊，2個(gè)WTU之間允許的最大距離為100 m?？梢詫?shí)時(shí)的將QC(電瓶電量、檢波器狀態(tài)、內(nèi)存卡狀態(tài)、GPS狀態(tài)和環(huán)境噪音)指標(biāo)回傳給CU，如有超標(biāo)QC可以發(fā)出警報(bào)，默認(rèn)為每30 min一次報(bào)告或者用戶可以自定義報(bào)告時(shí)間。數(shù)據(jù)回收的最大距離為800 m，在新一代的通訊技術(shù)下，速度可以提升50%，確保高效的將數(shù)據(jù)回收到儀器。在XT-Pathfinder network的幫助下，實(shí)現(xiàn)了QC的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在數(shù)據(jù)的質(zhì)量和安全性上有了很大的提升。

圖3 XT-Pathfinder

5 508XT采集單元在沙特地區(qū)某三維項(xiàng)目中的應(yīng)用

在沙特地區(qū)Turayqa氣田附近某三維項(xiàng)目中，共投入508XT采集外設(shè)50 000道，采集道數(shù)為15 000多道，震源車30臺(tái)，2臺(tái)1組采用動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描的施工方式，每天可對(duì)10 000多個(gè)震源點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，508XT陸地采集單元強(qiáng)大的特性保證了項(xiàng)目?jī)?yōu)質(zhì)高效的進(jìn)行。

5.1 排列鋪設(shè)

在野外排列布設(shè)時(shí)，2個(gè)CX-508之間連接72個(gè)FDU-508，F(xiàn)DU-508之間大線長(zhǎng)度為27.5 m，道距25 m，相比較官方公布的最大帶道數(shù)量少連接了8個(gè)FDU-508，這樣能更加保障排列的穩(wěn)定性。當(dāng)將2個(gè)CX-508之間FDU-508個(gè)數(shù)增加至132個(gè)時(shí)，仍能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，但隨著FDU-508數(shù)量的增加，排列的穩(wěn)定性逐漸下降。因此，在排列鋪設(shè)時(shí)，最好參考廠家公布的帶道數(shù)量，以免浪費(fèi)資源或者影響排列的穩(wěn)定性。如果CX-508的數(shù)量不夠，采用單邊帶道時(shí)，排列末端FDU-508的數(shù)量最好為2個(gè)CX-508之間FDU-508數(shù)量的一半或者更少，否則容易出現(xiàn)末端排列不工作或者經(jīng)常斷開(kāi)的情況。在電瓶的使用上，50 000道的外設(shè)大約使用七百塊電瓶進(jìn)行輪換，如果采用相同數(shù)量的外設(shè)配置使用428XL外設(shè)將會(huì)使用一千多塊電瓶，日常電瓶的鋪設(shè)和維護(hù)上節(jié)省了大量的人員和車輛。在這一點(diǎn)上，可以看出508XT陸地采集單元的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。

5.2 排列遇到的狀況及應(yīng)對(duì)措施

生產(chǎn)過(guò)程中，野外會(huì)遇到幾種常見(jiàn)的排列狀況，如圖4所示。

圖4 野外排列的幾種情況

圖中粗實(shí)線代表交叉線(TFOI-508)，CX-508之間相連的虛線代表508大線。

排列遇到的幾種情況及應(yīng)對(duì)措施：狀況1：從斷開(kāi)處到最左側(cè)的QC狀態(tài)丟失，但這部分排列可以自動(dòng)進(jìn)入自主模式采集數(shù)據(jù)，進(jìn)入自主模式后，可以記錄20個(gè)震源點(diǎn)(VPS)，當(dāng)排列恢復(fù)后數(shù)據(jù)成功回傳到中央單元。當(dāng)排列能夠進(jìn)入自主模式時(shí)，可根據(jù)資源進(jìn)行合理分配，不需要像使用428XL時(shí)立即讓排列員進(jìn)行故障的排除。狀況2：當(dāng)遇到特殊的地表情況時(shí)，可以通過(guò)增添交叉線的方法，規(guī)避排列斷開(kāi)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)，斷開(kāi)處兩側(cè)的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)找到相通的路徑進(jìn)行傳輸，虛線箭頭表示數(shù)據(jù)回傳路徑，這使得在排列的布設(shè)上更加的靈活。狀況3：由于斷開(kāi)處兩側(cè)的CX-508都接有LRC-508，那么從斷開(kāi)處到最右側(cè)的QC狀態(tài)可以回傳到CU，但是地震數(shù)據(jù)不會(huì)回傳，右側(cè)的CX-508會(huì)進(jìn)入自主模式，記錄的數(shù)據(jù)將會(huì)存儲(chǔ)到自身的內(nèi)存中。狀況4：如果從斷開(kāi)處至末端正在接收數(shù)據(jù)，由于此段沒(méi)有CX-508無(wú)法進(jìn)入自主模式，所以此段的數(shù)據(jù)丟失，需要排除故障后重新補(bǔ)震。狀況5：右上角虛線框中的部分排列如果不是工作排列，它們可以處在備用模式或者測(cè)試模式以用來(lái)減少排列用電功耗或者進(jìn)行排列的測(cè)試工作，這些可以在正常生產(chǎn)的過(guò)程中進(jìn)行，并不需要停產(chǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

508XT陸地采集單元強(qiáng)大的性能和野外排列上各種設(shè)備的兼容性，在當(dāng)今高密度大道數(shù)的勘探采集趨勢(shì)下具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。先進(jìn)的X-Tech技術(shù)構(gòu)架可以確保實(shí)現(xiàn)真正意義上的零等待生產(chǎn)采集(Zero down-time)，同時(shí)在野外數(shù)據(jù)的質(zhì)量和安全性上有了很大的保證。采集單元低功耗的設(shè)計(jì)以及強(qiáng)大的帶道能力，減少了野外排列電瓶的使用數(shù)量。當(dāng)排列出現(xiàn)故障時(shí)，可以根據(jù)現(xiàn)有的資源分配，擇時(shí)的去處理排列，這樣既節(jié)省了人力也節(jié)省了車輛油料的消耗。現(xiàn)在508XT的軟件版本已經(jīng)升級(jí)到了V2，野外采集單元的性能上又有了很大的提升， 508XT陸地采集單元的前景會(huì)更加令人期待。