同步性質(zhì)控在海洋地震采集中的重要應(yīng)用

張安寶 陳琳

中海油服物探事業(yè)部 天津 300451

海洋物探采集設(shè)備發(fā)展至今，設(shè)備集成化程度、精準(zhǔn)度都達(dá)到一定高度。因此實(shí)際采集過(guò)程除了在項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)做同步性論證外，作業(yè)過(guò)程中常常默認(rèn)各系統(tǒng)之間的同步性不存在異常，從而忽略了同步性質(zhì)控。一旦發(fā)生同步異常，由于人為及質(zhì)控流程不完善等因素通常是難以發(fā)現(xiàn)的，尤其是誤差量相對(duì)較小時(shí)更難以發(fā)現(xiàn)。進(jìn)入后處理過(guò)程再發(fā)現(xiàn)，就會(huì)造成重大質(zhì)量事故，也會(huì)造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

目前海上拖纜通常采用單船采集，偶爾采用多船采集，海底電纜船隊(duì)采用多船采集。單船采集時(shí)，設(shè)備之間可以直接相連。多船采集時(shí)震源船與儀器船（負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集）以及各類(lèi)輔助船之間無(wú)法直接相連，只能采用無(wú)線方式相互通訊。不管哪種通訊方式，都有可能發(fā)生同步異常[1]。

1 同步原理

海上分布式多通道地震勘探觸發(fā)信號(hào)來(lái)自導(dǎo)航和震源系統(tǒng)，彼此之間有著嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，見(jiàn)圖1。

圖1 海上分布式多通道地震勘探儀器系統(tǒng)觸發(fā)控制時(shí)序

單船作業(yè)觸發(fā)模式見(jiàn)圖2a，當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)點(diǎn)后，導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)出起始信號(hào)給震源系統(tǒng)，定義此點(diǎn)時(shí)刻提前量較大，通常大于2000ms。當(dāng)接收到該信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)停止響應(yīng)外界信號(hào)以防止誤觸發(fā)，直到系統(tǒng)采集停止后恢復(fù)。導(dǎo)航系統(tǒng)-160ms時(shí)，發(fā)送點(diǎn)火信號(hào)至震源控制系統(tǒng)使其準(zhǔn)備激發(fā)氣槍陣列。在0時(shí)刻真正激發(fā)震源，并由震源系統(tǒng)返回信號(hào)給導(dǎo)航系統(tǒng)及記錄系統(tǒng)，觸發(fā)記錄系統(tǒng)的同時(shí)將觸發(fā)信號(hào)記錄到輔助道中。多船作業(yè)觸發(fā)模式見(jiàn)圖2b，與單船作業(yè)不同之處在于0時(shí)刻震源系統(tǒng)返回信號(hào)給導(dǎo)航系統(tǒng)，由導(dǎo)航系統(tǒng)觸發(fā)記錄系統(tǒng)開(kāi)始記錄[2]。

圖2a 單船常用系統(tǒng)觸發(fā)模式圖

圖3a TB信號(hào)異常

2 問(wèn)題的成因分析

在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，由于線路老化、系統(tǒng)受到干擾、軟硬件設(shè)計(jì)缺陷等諸多因素可能導(dǎo)致同步異常。通常情況下由于數(shù)據(jù)采樣間隔大于延遲（提前）量，很難直接測(cè)量出誤差量。在系統(tǒng)誤差允許范圍內(nèi)，采集數(shù)據(jù)是可用的，在系統(tǒng)誤差范圍外，因無(wú)法獲得準(zhǔn)確的誤差量可能導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)作廢。

2.1 觸發(fā)信號(hào)異常

TB信號(hào)受到電磁干擾，可能是由于TB連線接觸不良，造成抗干擾能力降低，導(dǎo)致TB信號(hào)變化，致使記錄啟動(dòng)推遲。

2.2 GPS 授時(shí)異常

多船作業(yè)時(shí)主、輔綜合導(dǎo)航系統(tǒng)都有獨(dú)立的GPS時(shí)鐘拾取裝置，雙方都是以GPS時(shí)間為基準(zhǔn)（系統(tǒng)顯示為UTC時(shí)間）。GatorII綜合導(dǎo)航系統(tǒng)的許可證控制方式為，當(dāng)主導(dǎo)航系統(tǒng)缺少UTC授時(shí)超過(guò)24小時(shí)，綜合導(dǎo)航系統(tǒng)許可證自動(dòng)失效，從而無(wú)法作業(yè)生產(chǎn)。但是輔助導(dǎo)航系統(tǒng)在沒(méi)有UTC授時(shí)條件下，可以進(jìn)行作業(yè)。

當(dāng)儀器船輔助導(dǎo)航系統(tǒng)GPS授時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致輔導(dǎo)航系統(tǒng)使用RTNU內(nèi)部時(shí)鐘，如果該內(nèi)部時(shí)鐘與震源船主導(dǎo)航GPS時(shí)鐘出現(xiàn)差異，將會(huì)造成震源激發(fā)與記錄系統(tǒng)不同步。并且這種不同步隨著時(shí)間的推移不斷放大。如圖4所示，從左到右隨著授時(shí)發(fā)生異常發(fā)生時(shí)間的累積，主、輔導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間偏差不斷累積[4]。

圖4 主、輔導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間有偏差并且不斷累積

3 改進(jìn)方案

3.1 初至波定量檢測(cè)

通過(guò)擬合地震資料初至波在單道剖面的位置，與理論位置進(jìn)行對(duì)比，兩者之間時(shí)間差在一個(gè)采樣率內(nèi)，則表示同步，大于一個(gè)采樣率，則表示不同步，由此來(lái)定量判斷地震采集資料的同步性。

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程在電纜與炮線平行作業(yè)模式下，此方法能夠精確、直觀的檢測(cè)出地震采集的不同步異常及不同步的時(shí)間大小，但也存在不少缺點(diǎn)。初至波定量檢測(cè)本身是依靠等效速度定量計(jì)算初至波理論到達(dá)時(shí)間，等效速度受到水速、地層速度影響較大，需要在根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)試。項(xiàng)目開(kāi)始初期，由于沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)做支撐，無(wú)法通過(guò)此方法進(jìn)行同步性質(zhì)控[3]。

3.2 TB 反饋脈沖信號(hào)展寬器

海底電纜作業(yè)中，采集儀器使用SeaBed428系統(tǒng)，它收到輔導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)出的觸發(fā)TB信號(hào)后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較窄的信號(hào)脈沖以確認(rèn)收到觸發(fā)，把該信號(hào)用作反饋信號(hào)輸出，并制作信號(hào)線，將該反饋信號(hào)的脈沖寬度加寬以后發(fā)送給副導(dǎo)航系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，設(shè)計(jì)一種用于海底電纜地震采集作業(yè)的反饋信號(hào)放大裝置，該反饋信號(hào)放大裝置包括放大器和顯示屏。