GSR無線節點采集技術在地震勘探中的應用

聶明濤，張慕剛，丁冠東，劉仁武，黃艷林

(中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司　河北　涿州　072751)

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·儀器設備與應用·

GSR無線節點采集技術在地震勘探中的應用

聶明濤，張慕剛，丁冠東，劉仁武，黃艷林

(中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司河北涿州072751)

通過分析GSR無線節點技術在地震勘探項目的應用實例，對GSR采集儀器的優缺點做出了客觀的評價，并總結出GSR節點設備的優勢和適用特點，為以后在野外推廣應用提供可借鑒的經驗。

GSR；無線節點；采集儀器

0　引　言

伴隨著高覆蓋過萬道觀測系統的設計應用和可控震源滑動掃描、ISS(Independent Simultaneous Sweep)、DS3、HFVS(High Fidelity Vibratory Seismic)等高效采集作業方式的推廣應用，常規采集儀器在滿足生產需求方面出現了瓶頸，因此，就需要開發一種采集通道數可任意擴展、排列布設方便且適應多種作業環境的新式地震儀器，GSR以其穩定的連續長記錄能力受到廣泛關注。GSR(GeoSpace Seismic Recorder)是由美國OYO GeoSpace公司研發的無線節點采集設備，由于節點儀器不涉及信息通訊，理論上采集的道數可以任意擴展，能適合任何作業環境。獨立的工作模式使得GSR節點儀器大大降低了查排列和建排列工序的時間，施工效率高且生產組織簡單，受到了國內外地震服務公司的一致青睞。東方地球物理公司(BGP)于2010年引進GSR采集設備，但是該套設備在突破儀器帶道能力束縛的同時，作為不同地震采集方法的配套采集儀器，是否產生了其他方面的采集缺陷呢，這需要生產實踐的檢驗。

1　技術介紹

1.1采集設備簡介

GSR是一種新型無線地震數據采集系統,輕便、靈活、操作簡單、穩定可靠、可適應不同環境要求的自主存儲式節點式地震數據采集儀器[1]。

1)野外采集部分

GSR采集系統的野外數據采集部分由采集站、電池(如圖1所示)和檢波器串三部分組成。GSR采集站功能齊全,內置24位模數轉換器、高靈敏度內置GPS接收器等。

圖1　GSR節點與供電電瓶

2)質控部分Line view查線助手

Line view外形類似便攜式的手提電腦，如圖2所示, 具有無線監測功能,能夠藍牙搜索到設定范圍內采集單元查線時刻多種信息，主要包括已采集數據量、GPS 信號、坐標、檢波器連接、檢波器埋置等常規采集儀器所能獲得的一切質控信息。查線過程中或者室內質控時發現該道存在任何問題，可及時采取相應整改措施，如更換電瓶、重新連接和埋置檢波器等[2]。

圖2　GSR配套設施(查線助手、數據下載間、充電房)

3)數據處理部分

主要包括數據下載單元、磁盤陣列、數據管理單元(工作站)、電池充電設備(如圖2所示)等。正常的倒排列期間需要將GSR采集單元和電瓶分別拉回營地進行數據下載和充電工作。GSR節點采集儀器的關鍵在于高精度的時鐘系統和穩定的記錄系統。數據采集過程中GSR內置每6 min左右時鐘與GPS進行時鐘校準，確保內部時鐘的精度，室內數據處理時使用GoeMerge軟件進行數據處理時將這些時間信息標記在數據道頭上，作為后續數據切割的標記。切分用的每一炮的TB來自于激發系統信號發生器，由安裝在激發源上的輔助記錄設備如SDR或DSG進行記錄。數據切分主要是按照每一炮的TB將對應的有效地震信息從連續道集內分割出來，并完成數據的相關[3]。

1.2應用配套技術

1.2.1炮點無樁號施工技術

由于近年來社會對環保要求的提高和常規勘探中測量工序存在的不足，同時伴隨著高密度觀測系統和可控震源高效采集技術的推廣應用，對測量工序的作業效率也提出了更高的要求[4]。

BGP國際部研發了數字化地震隊系統(DSS)實現炮點無樁號施工作業。DSS(Digital Seismic System)由DSC(Digital-Seismic Command)生產指揮系統和DSG(Digital-Seismic Guidance)震源導航系統兩部分組成。其中DSG部分主要完成本次炮點無樁號施工技術應用的技術基礎。推土機安裝DSG導航系統，清線過程中直接對無法到位炮點進行優化，室內優化推圖機航跡，作為震源施工過程中的導航線，減少震源繞路時間，提高震源施工效率；為推土機和可控震源安裝DSG導航系統和高精度OmniStar GPS接收機，為DSS系統提供了高精度炮點成果的基礎，用OmniStar成果替代物探測量RTK放樣激發點成果。指揮車安裝DSS系統，實時監控每臺震源位置及施工狀態參數等信息，如圖3所示。

圖3　炮點無樁號技術施工作業流程

1.2.2海量地震數據處理技術

由于GSR節點是從電瓶連接后開始記錄檢波器接收到的一切震動信息，無論震源是否在施工，所以在采集方法不變的情況下，原始數據量與施工效率成反比，即日效越低原始總數據量越大。

GSR在線期間的所有數據都通過正常的倒排列期間，由儀器組進行數據下載合成，每天的數據量在2 T左右，解釋組將儀器組合成的原始數據拷貝到解釋組后進行數據的切分形成共檢波點道集。每天2 T的海量數據給數據傳輸和數據處理速度提出了很大的挑戰，如圖4所示是GSR采集項目配備的主要現場處理設備拓撲圖，通過光纖連接配備的高速數據存儲盤陣提高設備的數據傳輸速度，成功解決了項目海量數據現場處理任務。

圖4　現場處理設備拓撲圖

1.3GSR現場質控

GSR無線節點采集儀器除了應用配備的源驅動技術保證可控震源的實際激發點位能夠與測量成果完全一致外，因為GSR采集站內置GPS定位系統可以進行檢波點點位的質控，保證野外接收點位與測量成果完全一致，從激發和接收兩方面確保資料的高精度。

1.3.1激發質控

用來切分原始數據的sit表數據來自DSD生成的原始DSD擴展質控文本文件。室內采用的是用Vibrator Node Qc軟件分析DSD擴展質控文件，并且生成SIT文件(炮點信息表)。SIT表可以顯示每次掃描的所有信息，包括：炮線號，炮點號，掃描參數，重復放過的炮或不合格的震次的旗標，坐標，TB時間，GPS狀態指標，以及可控震源所有的屬性(相位、畸變、出力等)等信息，并且軟件可以自動輸出有效炮和無效炮的信息供檢查。最終可得到當天所有震源的有效震次信息，可進行的炮點質控主要包括炮點點位、震源激發參數、震源輔助道分析、震源組合圖形分析、組合高差分析等。

1.3.2檢波點質控

針對回收的節點數據同時會產生具有位置信息(GPS)和信號強度信息(RMS)的文本數據，利用這兩個數據可以對節點在野外記錄期間進行全方位的監控，包括節點的位置是否有移動、節點GPS質控因子是否超標、節點的電瓶狀態監控、節點的環境噪音水平及環境溫度等[5]。

如圖5所示是節點數據的位置質控結果，圖中的藍色散點是每隔約6分鐘記錄的GPS位置信息，這些點的離散程度是評價GSR內置GPS的依據；紅色點是通過計算散點聚焦處坐標得到的實際坐標位置，灰色邊框是RTK測量點位的5 m半徑圓，通過對比兩個5 m半徑圓的吻合程度可以很直觀的看到放樣情況和節點在野外工作狀況，對于類似圖5(b)中的情況需要安排測量組重新復測檢波點成果，嚴格保證提交成果與GSR實際工作位置吻合，保證資料的準確性。

圖5　GSR節點坐標質控圖

1.3.3數據質控

由于GSR 存在工作狀態不穩定的情況，造成GSR記錄的GPS 時間與標準時間有飄移，結果顯示為節點記錄數據的初至時間有時移，這種情況必須檢查出來并及時將GSR剔除。將每個節點的近偏移距抽取一炮，生成整條線上每個節點的初至時間線如圖6所示，通過橫向對比每道初至時間來確認節點是否有時移[6]。

圖6　共檢波點道集時間切片和GSR時鐘漂移檢查

2　BGP應用實例

BGP先后使用GSR無線節點先后進行了ISSN、滑動掃描、混源激發技術等項目地震采集技術在野外應用，均取得了預期的效果。如圖7所示是GSR與ISS結合施工的ISSN技術采集效率圖，該項目采用日光作業，平均日效達到5 000炮以上，實現了可控震源高效采集；如圖8所示是某GSR采集項目新老剖面效果對比，新采集資料在資料信噪比、連續性等方面均有重大突破。

圖7　某ISSN地震采集項目時效統計圖

圖8　某海外項目GSR采集資料與老資料效果對比

3　實例對比分析

3.1GSR應用優勢

GSR無線節點采集儀器是當前存儲式無線儀器的代表，采用GSR采集儀器具有以下四方面的優勢：

1)節點儀器可以實現無限大道數采集,采集設備的減少使得野外施工人員和運載車輛大幅減少,從而降低項目運作成本[7]。

2)節點采集儀器的盲采技術完全是基于自身相對穩定的特性，穩定的工作特性使得節點儀器大大減少建排列和查排列的時間，不會出現有線儀器因為個別電源站或者大線不通導致停止采集現象，為野外生產贏得了寶貴的時間。

3)觀察系統可以任意設計,迭加次數可以任意抽取,不受系統的制約;采集站之間無大線連接，避免了常規有線儀器電纜受刮風等外界因素產生的干擾，降低采集站噪音水平，提高資料信噪比。

4)降低施工作業風險，減少了占輜重70%以上的有線儀器大線，尤其適用于復雜地表，應用GSR 采集系統可以很好地滿足在諸如山地、城區和高風險雷區以及居民區、牧區及密林區等各種復雜地帶及地形多變區域的施工要求，避免了常規有線儀器架設過路線所造成的安全風險隱患；同時節點施工減少了對環境的破環，更加符合當前國際社會對環保高標準的要求，這使得無線儀器更受施工方和甲方的青睞[8]。

3.2GSR應用特點

通過BGP海外項目實際應用，GSR以及其他存儲式采集儀器都有它本身特性所造成的共同的缺點,即電瓶持續供電時間和不能實現實時地對野外排列進行監控,不能及時發現排列上出現的突發情況并及時采取相應的措施。

1)采用GSR 節點儀器采集生產效率較高，但是由于不能實時監控噪音，也不能實時監控電池的電量，即所謂的“盲采”[9]，導致單炮中噪音干擾無法及時掌控，以及由于電池掉電后，不能及時更換所造成的單道信息的部分缺失，導致個別區域覆蓋次數降低。所以GSR盲采技術需要和高覆蓋采集技術相結合，通過高覆蓋彌補其單炮上的道缺失現象。

2)由于電瓶持續供電能力，需要優化作業方式，提高放炮效率，縮短排列在線時間，以降低在線時長減少由于電瓶斷電造成的數據丟失現象。加大野外Line View查線頻次及時更換新的電瓶，能夠在一定程度上緩解電瓶掉電問題，但是這與無線節點式儀器的降低野外工作量的出發點相左。

3)從項目的應用情況分析，電瓶連續供電能力是制約GSR節點儀器施工作業方式和造成數據采集數據丟失的重要原因，如果能夠增加電瓶連續供電能力，將對GSR節點儀器在市場青睞程度上有更大的提高。

4　結束語

儀器的大道數能力是未來地震數據采集儀器不可或缺的一項指標，而節點式地震儀器很好的規避了常規有線儀器主機帶道能力和數據傳輸等方面的限制，突破了有線儀器大道數的極限。無線節點儀器正在向著穩定的系統和更長的連續采集能力方面快速的發展，近年來無線采集儀器在勘探市場上占的份額越來越大 將來或許有取代有線采集儀器的可能。但是任何產品在市場上的推廣應用，都需要經過長期的市場檢驗及儀器廠商根據市場反饋所做出的及時有效的產品技術更新，二者缺一不可。

[1] 盧濤,靳春光,張希浩. 一種新型自主、節點式地震數據采集系統-GSR[J]. 物探裝備,2010,20(3):207-210.

[2] 封召鵬. 節點技術在新一代地震勘探采集儀器中的應用[J]. 石油管材與儀器,2015,1(3):84-86+89.

[3] 高立兵,Jack Caldwell,李慶喜. 無線地震采集系統在不同地區的應用實例[J]. 物探裝備,2011,21(2):101-106.

[4] 雷坤乾,聶明濤,唐丹秋,等. 無樁號施工技術在石油地震勘探中的應用[J]. 中國石油和化工標準與量,2016,36(2):50-52.

[5] 易碧金. 地震數據采集系統的實時性探討[J]. 物探裝備,2013,23(4):211-214+231.

[6] 黃艷林,尚永生. 無線節點GSR質量控制與現場處理技術[J]. 物探裝備,2014,24(6):411-415.

[7] 高立兵,靳春光. 陸地無纜地震儀的現狀與展望[J]. 物探裝備,2014,24(3):141-146.

[8] 張瑋,詹仕凡,張少華,等. 石油地球物理勘探技術進展與發展方向[J]. 中國工程科學,2010,12(5):97-101+112.

[9] 郭建,劉光鼎. 無纜存儲式數字地震儀的現狀及展望[J]. 地球物理學進展,2009,24(5):1540-1549.

Application of GSR Wireless Node Technology to theSeismic Exploration

NIE Mingtao,ZHANG Mugang,DING Guandong,LIU Renwu,HUANG Yanlin

(BGPINC.,ChinaNationalPetroleumCorporation,Zhuozhou,Hebei072751,China)

Through analysis of the projects acquisition with GSR wireless nodes, an objective evaluation of the advantages and disadvantages of GSR was given, and a summary of advantages and applicable limitations of GSR was made. Finally, referential experiences for the popularization and application in the field was provided.

GSR ;wireless nodes；acquisition instrument

聶明濤，男，1983年生，2008年畢業于大慶石油學院地球物理學專業，現主要從事GSR采集方法研究與應用工作。E-mail: niemingtao@cnpc.com

P631.4

A

2096-0077(2016)04-0068-04

2015-11-17編輯：馬小芳)