SmartSolo節(jié)點式地震儀質(zhì)控方法研究

張家聲，聶明濤，周剛，鄒磊，劉凱

(1.中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所，河北廊坊 065000；2.河北省地震災害儀器與監(jiān)測技術重點實驗室，河北廊坊 065000； 3. 中國石油集團東方地球物理公司，河北涿州 072750；4.中國石油東方地球物理勘探公司大慶一公司，黑龍江大慶 163000；5.深圳面元智能科技公司，廣東深圳 518000;6.西安石油大學，西安 710065)

0 引言

隨著電子技術的快速發(fā)展，地球物理儀器開始向小型化、智能化方向發(fā)展，一體化節(jié)點式地震采集儀器取代有線采集設備的呼聲也愈發(fā)顯著[1-2]。一體化節(jié)點式地震采集儀器相比有線采集設備具有體積小、質(zhì)量輕、便于收放等優(yōu)點。為了實現(xiàn)輕便和低功耗的設計理念，大部分節(jié)點式地震儀均不具備在線實時質(zhì)控功能，這給用戶質(zhì)控提出了更高要求。

本文以SmartSolo節(jié)點式地震儀為例，從開工檢測到過程質(zhì)控，再到室內(nèi)數(shù)據(jù)質(zhì)控三個方面對節(jié)點地震儀質(zhì)控方法進行了研究和分析[4, 6]。

1 SmartSolo節(jié)點式地震儀

目前地震勘探用節(jié)點地震儀超過20種，實際地震采集項目中，采用節(jié)點儀器作業(yè)或者與有線儀器聯(lián)合作業(yè)方式越來越多[5]。SmartSolo節(jié)點式地震儀是DTCC公司2016年推出的產(chǎn)品。最初只有IGU-16一款內(nèi)置檢波器和電池的產(chǎn)品，后續(xù)DTCC公司根據(jù)用戶需求，相繼推出了IAU-19和IGU-16HR-IES兩款能夠外接檢波器產(chǎn)品，以及IGU-16HR 3C、IMU-3C、IGU-BD3C-5三款多分量節(jié)點式地震儀，圖1是DTCC研發(fā)的SmartSolo地震儀及其主要配套設備[7]。

(a)IGU-16；(b) IGU-16HR-IES；(c)IAU-19；(d) IMU-3C；(e) IGU-BD3C-5；(f) IGU-16HR 3C；(g) FDT；(h)ADM；(i)DMC&DCC；(j)DHR；(k)BCR

圖1(a)～(f)是SmartSolo系列不同類型地震儀和外接檢波器。圖1(g)FDT是一款搭載專業(yè)軟件的移動平板，在野外布設完成后，通過RFID技術掃描地震儀站體序列號，以記錄每個IGU部署的GPS位置，用于室內(nèi)進行站體與檢波點樁號的匹配。圖1(h)ADM是一款協(xié)助用戶進行站體電池包拆卸的裝置，可以提高用戶數(shù)據(jù)下載前或地震儀野外布設前電池包的拆分和組裝工作效率。圖1(i)中DCC是數(shù)據(jù)收集器控制臺程序提供與地震儀的接口，主要記錄在地震儀內(nèi)置TF卡上的數(shù)據(jù)下載[8]；DMC程序用于在地震儀野外部署前進行采集參數(shù)設置，主要包括采樣率、前放增益等。在DCC完成數(shù)據(jù)下載后，使用DMC程序執(zhí)行數(shù)據(jù)分選與輸出，輸入格式可以是SEGD或SEGY，數(shù)據(jù)形式可以是共檢波點道集、炮集，也可以直接輸出未經(jīng)分選的連續(xù)道集。DMC和DCC程序在高速服務器上運行，服務器需外接大容量RAID存儲，滿足生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理需要。圖1(j)中DHR是數(shù)據(jù)下載架，主要是地震儀站體與DCC軟件系統(tǒng)的接口，從中讀取生產(chǎn)和輔助質(zhì)控數(shù)據(jù)信息，每個DHR有32個插槽，每個插槽的平均下載速度為20 MB/s。圖1(k)BCR是地震儀電池包充電裝置，每個BCR上有48個插槽，每個插槽都有一個LED指示燈來顯示該插槽的充電狀態(tài)，一般3 h左右可完成電池包充滿電。

2 開工檢測

節(jié)點式地震儀與有線遙測地震儀不同，每個地震儀都是獨立的，內(nèi)置了檢波器、電池、ADC和TF卡，雖然開工測試項目與有線儀器大致相同，但是測試方式卻差異很大。SmartSolo一體化節(jié)點式地震采集設備投入開工前，應根據(jù)技術規(guī)范要求，事前進行指標檢測和狀態(tài)測試，以確保地震儀各項指標符合用戶要求。

2.1 開工參數(shù)測試

SmartSolo地震儀開工或者新設備驗收測試參照Q/SY BGP.KS 018-2019中技術規(guī)定步驟進行操作，逐一測試，主要包括站體自然頻率、直流電阻、檢波器畸變、靈敏度、阻尼，全參數(shù)抽測率應不低于5%，主要參數(shù)抽測率應達100%。

開工儀器測試結果包含設置不同前放增益(0 dB，12 dB，18 dB，30 dB)和不同采樣率(0.25 ms，0.5 ms，1 ms，2 ms)參數(shù)時，每臺地震儀的等效輸入噪聲、直流分量、動態(tài)范圍、總諧波失真、共模抑制比[9]、增益精度、外接檢波器開路電阻、阻尼、頻率、噪聲、總諧波失真、阻抗、TF卡狀態(tài)、測試溫度以及測試時間等信息均要進行開工測試。

2.2 極性測試

美國SEG協(xié)會把地震記錄的極性規(guī)定為SEG正極性和SEG反極性，大部分油田公司要求采集地震數(shù)據(jù)為SEG正極性。同一項目中保證采集數(shù)據(jù)極性一致非常關鍵，否則采集極性相反數(shù)據(jù)會導致數(shù)據(jù)處理疊加時發(fā)生抵消，因此采集項目啟動前，應對配備的所有節(jié)點單元進行系統(tǒng)極性測試。

測試排列宜采用小道距，圓形中間脈沖源激發(fā)或直線排列端點脈沖源激發(fā)，保證采集地震數(shù)據(jù)的初至起跳極性清晰。開工前全部一體化節(jié)點式地震采集設備應進行抽測率100%的極性檢測。如圖2所示，開工前進行IGU-16節(jié)點鋪設成多個同心圓，圓的中心位置采用重錘激發(fā)。圖3是室內(nèi)對比采集的共偏移距道集數(shù)據(jù)，根據(jù)初至起跳方向判斷地震儀采集站極性。

圖2 野外極性測試

圖3 測試結果

3 過程質(zhì)控

SmartSolo一體化節(jié)點式地震儀是典型的盲采儀器，生產(chǎn)采集過程中不能實時監(jiān)控野外排列工作狀態(tài)，存在諸多質(zhì)量隱患，因此建立一套行之有效的過程質(zhì)控，對節(jié)點式地震儀生產(chǎn)采集項目非常重要。

3.1 布設要求

節(jié)點式地震儀不同于有線儀器，不能實時檢測在線排列，所以需要嚴把放線質(zhì)量。圖4是根據(jù)工區(qū)不同地表類型，制定不同的設備埋置和布設方式。

圖4 不同地表地震儀布設流程

3.1.1 設備埋置標準

針對不同地貌制定檢波器埋置的不同操作流程，固化埋置操作工藝，保證檢波器與地表耦合良好，內(nèi)置檢波器垂直地表，達到響應地表振動信號最優(yōu)化。對于每天新進排列進行100%質(zhì)控，保證設備各項指標符合施工要求，存在問題道及時整改，整改合格后才能進行采集。

3.1.2 部署位置及設備工作狀態(tài)

一體化節(jié)點式地震采集設備埋置自校正，采用手機掃描站體上的二維碼，當綠燈亮時自動拍照，并生成帶線號、樁號水印的自證照片和掃描部署文件，當日即可上報驗證。通過放線人員拍照和GPS定位信息[3]，對埋置狀態(tài)和埋置位置進行室內(nèi)100%質(zhì)控。對于放線偏差較大的檢波點進行野外現(xiàn)場驗證和測量點位成果復測，保證成果吻合。

3.2 排列巡檢

(1)每日對在線節(jié)點式地震儀進行巡檢，保證在線設備100%覆蓋；

(2)及時安排整改巡檢中發(fā)現(xiàn)問題的儀器，可通過FDT巡查回收地震儀的質(zhì)控信息[10]；

(3)對布設在村莊、農(nóng)田、公路等重點區(qū)域的地震儀要加大巡查力度，對于丟失設備及時上報，并補充新設備。

4 回收數(shù)據(jù)質(zhì)控

每天回收的節(jié)點地震儀通過對DCC和DHR進行數(shù)據(jù)下載[12]，同時獲得包含每個地震儀在線期間衛(wèi)星數(shù)和時鐘精度信息，利用包含TB信號，通過DMC軟件進行數(shù)據(jù)分選和數(shù)據(jù)輸出。

由于數(shù)據(jù)分選是利用炮點GPS TB信號從原始連續(xù)道集分選出有效信息，所以每個節(jié)點自身GPS授時精度直接決定著采集數(shù)據(jù)的精度。圖5是通過讀取下載文本內(nèi)信息，成圖進行每個存儲式地震儀時鐘精度質(zhì)控[13]。對于精度超限設備及時查找原因，對于因設備自身原因出現(xiàn)問題的及時維修，杜絕問題設備再次上線。出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常道應及時進行剔除，避免無效或錯誤數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)處理階段。圖6是當設備時鐘漂移量出現(xiàn)較大誤差時，分選的共檢波點道集，一般是由于設備授時模塊出問題或者野外采集過程中，設備受外界因素影響導致與衛(wèi)星授時通訊出現(xiàn)問題[11]。對于這樣的地震道在炮集數(shù)據(jù)合成輸出前要及時剔除，避免對后續(xù)資料疊加造成干擾。

圖5 地震儀GPS衛(wèi)星數(shù)(左)和時鐘漂移量質(zhì)控(右)

5 結語

存儲式地震儀不同于有線儀器的“盲采”模式，對施工各環(huán)節(jié)有更加嚴格的質(zhì)控要求。開工測試應對所有設備進行全參數(shù)質(zhì)量檢測[14]；生產(chǎn)采集過程中，要嚴格巡查設備布設和定期排列情況；數(shù)據(jù)回收后，及時對時鐘漂移、GPS狀態(tài)等信息檢查，及時將施工中暴露出的問題反饋給野外各班組。

通過采用科學規(guī)范的質(zhì)控流程，確保節(jié)點式地震儀使用過程中能夠獲得優(yōu)質(zhì)的地震數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，也保障了高質(zhì)量數(shù)據(jù)回收率[15]。隨著地震儀器采集技術的不斷進步與發(fā)展，節(jié)點式地震采集設備智能化、集約化使得地震數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的監(jiān)控手段更多樣化，也將會為石油地震勘探的數(shù)據(jù)采集帶來更高的效率與質(zhì)量[16]。