基于508XT的動態滑動掃描高效采集質量控制方法研究及應用

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(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)

0 引 言

高密度高效寬頻采集以其兼顧成本和成像精度的優勢，已經成為陸上地震勘探新趨勢。國際勘探市場上先后推出了交替掃描(FF)、滑動掃描(SS)、距離分離同步掃描(DS3)、距離分離同步滑動掃描(DS4)及獨立同步掃描(ISS)之后，近幾年又推出了動態滑動掃描技術。動態滑動掃描是通過距離和時間靈活優化組合包括滑動掃描、距離分離同步掃描、距離分離同步滑動掃描等多種高效采集混合的一種采集技術。

中東某大道數可控震源動態滑動掃描采集項目，投入30多臺震源，四萬多道采集設備，采用交替掃描、DS3和DS4相結合的動態滑動掃描高效采集方法施工。尤其是項目在物探業界首次使用新一代508XT儀器系統及采集設備，新型508XT系統在數據存儲和采集理念方面有著顛覆性的革新，生成海量SEGD3.0格式數據，對室內質控提出了新的更高要求。

傳統以小排列單線束、有樁號、炮數少、SEGD2.1及G級數據量等為中心的質控技術，從方法和效率上都不再滿足跨線束超級排列作業、無樁號、數據量巨大、SEGD3.0數據格式及T級數據量的質控要求。

1 質量控制難點

相對于常規三維采集，高密度三維采集的炮點密度增大4～5倍、炮點距則減少2～5倍，由于是高效作業，生產效率較常規三維成倍的增加。如果按照常規施工，測量需要對每個炮點樁號進行詳細勘探，再加上高效采集精度要求較高，使得測量期望的單日產量和工作量呈現井噴式的增加，無法滿足作業要求。

野外在用的超級排列多達四萬多道，如何確保過大型障礙物時的二級排列或蛇形排列設置和斷線后更換排列的正確性，成為提高野外施工效率和質控的難點。

508XT新儀器系統下，野外采集數據可以實現自適應存儲和多路回傳，有線采集和無線采集相結合，采集、數傳以及輸出都有著巨大變化，新格式的原始輔助數據包含的信息更為豐富、數據量更大， SPS處理以及單炮質控手段和方法都需要相應的更新。

生產數據為SEGD3.0格式，這對全球地震勘探業內高效采集項目都是首次使用，SEGD3.0和SEGD2.1的格式和內容存在很大差異，相應的SEGD3.0磁帶存儲結構要求也發生了很大變化，每天生成上T級的海量數據，如何實現數據高效拷貝、轉儲及質控成為數據采集面臨的全新挑戰。

2 高效采集質量控制

2.1 野外采集作業質控

2.1.1 野外現場排列檢查及質控

多線束施工以及超級排列的設置成為高效采集的必要前提。在復雜施工區域，障礙物繁多，更換大線或者遇到超大障礙物設置二級排列、蛇形排列的情況經常發生，在如此大道數的情況下如何確保重新更換或設置后排列的正確性，成為影響施工質量和施工效率的難題。

室內質控人員也要對每天的FDU表進行核查，并與查線工每天記錄的現場物理點信息做比對，保證二者的匹配；為進一步確保排列信息和實際生產的原始數據所用排列一致，QC人員需要每天從首次結束的線束以及新進線束的SEGD數據道頭中，在數據從野外返回的NAS拷貝到存儲陣列過程中，提取檢波線點號以及FDU信息，并將這些信息與FDU表和查線工記錄的信息分別比對。將當天生產所用排列全部包括在內，最大限度的保證SEGD數據和排列信息的一致,以防止野外串道或錯道發生。

2.1.2 可控震源無樁號施工質控

可控震源無樁號施工質控技術在可控震源無樁號施工中，最終的坐標都來自于震源的GPS系統，坐標的準確性直接影響處理解釋結果。完善的質量控制是無樁號采集技術的最后保障。

震源無樁號施工技術的技術流程如下：首先，測量人員通過對工區進行詳細勘探建立包括影響理論炮點、炮點偏移以及震源安全移動等的障礙物工區地理信息數據庫；然后，質控人員根據障礙物邊界及偏移規則進行偏點設計后給每臺震源分配任務；最后，震源操作手通過安裝在震源車上的導航系統及測量提供的地理信息系統來對震源路線進行導航，從而實現了無樁號作業。

參考站坐標檢查，在可控震源無樁號施工過程中，由于地面沒有源點標識，操作手需通過導航儀尋找振點進行作業，振點的坐標可通過參考站計算獲得。如果儀器參考站坐標有誤的話，必然產生質量事故。針對這種情況，測量組可對每束線的起始點進行實地測量確保震源到達理想點位，以確保參考站坐標設置無誤。

震源GPS異常檢查，震源GPS異常意味著返回坐標可能有問題，這對于高效作業而言也可能產生較大的質量事故。目前通過高程差異常及GGA代碼可以進行GPS精度檢查。如果相鄰點的高程差較大，則需要進行實地檢查。另外，震源返回的日志里，對于精度不夠的GGA代碼，需通過實地測量和震源維修，確保震源正常工作[1]。

2.2 SEGD3.0原始數據多手段質控

2.2.1 異常振幅值自動識別

利用BGP研發的新一代Seispro，可以根據單炮數據有效信號和能量分布，設置不同的時窗范圍，并在時窗范圍內計算出單炮的振幅值，實現在數據拷貝的同時，自動篩選出振幅能量異常炮，摒除了傳統視覺翻單炮的傳統質控方法，質控人員只需對可疑炮及其前后幾炮進行顯示、判別即可，大大提高了日均萬炮以上、2 T以上數據的質控效率。自主研發軟件批量質控中自動剔出干擾噪音的單炮記錄如圖1所示。

2.2.2 輔助道相減質控

輔助道信息，尤其是用于原始記錄數據相關的真參考信號，對于可控震源采集至關重要，真參考信號是否異常直接關系著相關后地震記錄是否合格。各種原因引發的輔助道異常(電臺干擾、GPS時間漂移等)造成廢炮的情況屢見不鮮。傳統從視覺上判斷是否有異常輔助道的方法不適用于海量數據的高效采集項目，輔助道細微的差別從視覺上很難甄別。輔助道時間漂移499 ms，通過視覺質控很難發現。真參考信號相似，實際存在時差造成數據延遲。自動質控后存在初至延遲的單炮記錄如圖2所示。

圖1 Seispro自動剔出干擾噪音的單炮記錄

圖2 自動質控后存在初至延遲的單炮記錄

將輔助道與標準輔助道的振幅值相減，只顯示相減后的幅值，如果相減后的幅值均為零，則輔助道完全正確；否則說明存在異常輔助道。該方法更容易識別異常道，更適合于高效采集，并取得了良好的應用效果。

2.2.3 Channel Set和通道號檢查

508XT系統生成的SEGD3.0數據的單個Channel Set最多可以包括百萬(106-1)地震數據道信息，所以SEGD3.0數據所有地震道均可以在一個Channel Set里面，加上單獨的輔助道Channel Set， SEGD3.0數據通常有2個Channel Set，包括輔助道信息和有效地震道數據。Channel Set和通道號的檢查往往很容易被忽略，而且難以識別。數據采集過程中，受大風靜電等因素干擾，FDU的增益有時會發生變化，帶來Channel Set的增加和通道號的錯亂，進而造成生產的原始數據排列順序錯誤和與XPS不匹配的情況。

為檢查Channel Set和通道號是否異常，需要將數據頭塊信息中Channel Set提取，直接檢查Channel Set數目是否正確，并從SEGD 道頭中提取的首末通道號以及接收點線點號信息與儀器返回的 XPS中同一炮點相對應的排列的首末通道號以及線點號信息進行比對，如果出現不一致的情況，通常是 SEGD 數據有部分丟失或者通道號和Channel Set有問題。

2.2.4 SEGD3.0頭塊信息檢查

震源Position Block信息檢查: 與SEGD2.1版本相比，SEGD3.0數據的頭塊信息更為豐富。根據SEGD3.0格式數據頭塊的規定，每個相關的信息都定義一個Header Block Type，每炮的震源相關坐標等信息都儲存在不同頭塊類型中,如：15(線點樁號等信息),20(震源TB時間及采集狀態),50(TB時間及震源坐標類型信息。

對于每組2臺震源施工的項目，正常情況下每炮完整General Header頭塊數固定(因震源組數而異)。由于電臺傳輸及地形等因素影響，實際施工當中，有時候單臺或者雙臺震源的實際坐標在SEGD數據生成之前不能完全返回到儀器，從而導致該炮頭塊中的震源信息偶爾丟失，造成頭塊信息不完整。

為了實現每天返回的SEGD數據頭塊完整性檢查，每次野外數據拷貝過程中，增加了提取每炮的頭塊總數、震源的Position Block及震源狀態的相關信息，然后通過自編軟件剔出由于震源頭塊信息缺失造成的廢炮。

重要參數信息檢查: 在野外采集過程中，儀器死機重啟或者參數設置等原因導致采集參數錯誤，而室內質控又沒有監控到位，對于高效采集項目而言后果將是災難性的。為了達到更精確的質控，原始SEGD數據的關鍵參數也是每天必須檢查的重要項。

為此一些重要參數信息，儀器類型、總道數、極性、EGD版本號、采樣率、記錄長度、處理類型、掃描長度、聽時間、DC_Offset、高/低切濾波、帶盤號等關鍵采集參數都將在數據拷貝過程中實時提取，并將每炮的這些信息文本導入標準參數定義好的自編軟件進行比對，及時確保SEGD有效數據的完整性及正確性。

2.3 多線束質控技術

對于動態滑動掃描而言，只有按照動態滑動掃描的時間-距離規則，增加滑掃距離、減少滑掃時間，才能提高效率。這就要求野外震源由傳統的單線束集中式布設轉變為多線束分散式布設；其作業模式也就由傳統的單線束轉變為多線束。與常規三維相比，高效采集通常采用多線束施工，常規通過炮點索引號來剔出廢炮整理SPS的質控方法已經不再適用。為此，發展了多線束質控技術。

多線束質控技術內嵌了絕大部分野外質控手段，包括震源屬性、COG檢查、掃描長度、掃描類型、觀測系統檢查等，基本實現了質控智能化。多線束質控技術流程圖如圖3所示。

多線束質控技術為后續工作提供安全可靠的數據，對基礎數據的正確性和工作效率的提高有著重要的意義[2]。

圖3 多線束采集質控流程圖

新的質控方法將采用震源屬性文件與電子班報文件相結合的辦法，剔出震源狀態代碼異常文件，以及震源屬性、坐標等相關信息在屬性文件中均顯示為零值炮點，同時剔出班報中提示有“Dead Trace”的炮。此外，創新引與了SCI和DPG 之間GPS TB時間的對比法用于質控后續服務器對采集的非相關數據的互相關處理。

2.4 磁帶拷貝質控

2.4.1 高效海量數據拷貝

考慮海量數據高效拷貝并保證磁帶拷貝是按照單炮開始采集時間順序[3]，BGP開發了“地震數據轉儲與質量監控”軟件。其中，新增了一項按照時間順序拷貝的功能，將拷貝數據的GPS TB時間從SEGD頭塊中提取出來，并排序排列文件。質控人員可以根據文件號對應的炮點信息，快速對SPS順序進行重新編排，進而達到SPS、XPS以及磁帶內數據文件號順序的一致，避免了手動根據班報中GPS時間調整拷帶文件號順序。軟件在保證大數據快速拷貝的同時，還進行便捷、智能化的質控。包括：輔助道的質控、噪音分析、掉排列分析(采集錯誤)、數據匹配檢查(與XPS文件相比)、壞道檢查，有效提高了磁帶拷貝的質量和效率。

2.4.2 TOC定義及質控

TOC(Table of Content)文件是SEGD V3.0磁帶拷貝特有的一個概述性文件。根據TOC信息就可以快速、準確的找出數據的具體位置。由于TOC中的Header及Entry體現了磁帶的關鍵信息及每炮的采集內容，所以確保TOC Header及Entry內容與磁帶拷貝的實際數據是否匹配就顯得尤為重要，一旦TOC內容有誤，讀帶很容易將數據定位錯誤或者內容不匹配。根據TOC文件的特性，在拷帶過程中錄入TOC信息并為每炮生成TOC Entry文件的功能，滿足了SEGD3.0磁帶拷貝標準的要求。

為了確保TOC Header及Entry內容的準確性，每盤拷貝磁帶都必須進行反讀，將每炮數據信息、TOC Header內容以及每炮的TOC Entry內容也逐條輸出，并與最終上交的XPS文件中的文件號順序進行匹配對比。

3 質控應用效果分析

3.1 野外采集作業質控

現場和室內排列質控相結合。排列變動前后的 FDU 列表對比，新進排列生產之前讓查線工做物理點核對，查線工隨機記錄的信息與日檢生成的 FDU列表信息進行比對，室內提取SEGD道頭中的FDU信息并與日檢FDU列表對比等方法的結合應用最大限度地保證了排列的正確性。項目開工以來，盡管排列設置或更換繁多，但沒有發生一次排列錯動造成數據不合格的情況。

震源無樁號施工技術人力成本低、環保，與傳統施工方法相比，無樁號施工技術在提高測量精度的同時，可以節省約10多個測量員及其對應的工資支出。另外無樁號施工技術的應用省去了用于標志炮點的旗子，更為環保[4，5]。

3.2 SEGD3.0原始數據多元化檢查

SEGD3.0原始數據多元化檢查，有效提高單炮檢查質量。針對數據采集過程中沒加低切的情況，采取了先應用帶通濾波后進行幅值統計分析的方法，有效解決了直流偏移造成的低頻段高振幅值的影響，而且該方法是與數據拷貝同步進行，效率非常高，每天萬炮以上的數據檢查僅用3個小時。輔助道相減質控、Channel Set和通道號檢查、SEGD頭塊中Position Block信息以及重要參數信息檢查等方法的綜合應用，進一步完善了對海量SEGD3.0原始單炮的質控，開創了單炮質控先例，取得了良好的應用效果。

3.3 多線束質控技術

通過研究508XT系統輸出的輔助數據格式和內容的新特性，摸索出一套廢炮剔出標準。尤其是采用震源屬性文件與電子班報文件相結合的辦法，創新性地引入SCI和DPG GPS TB時間的對比質控，更加嚴格了剔除廢炮的標準。同時根據標準編寫多線程SPS并行處理軟件，將每天6～7束線甚至更多的原始輔助數據輸入，5 min之內即可輸出有效SPS、廢炮信息以及補炮文件等，大大提高了SPS處理效率和準確性。

3.4 磁帶拷貝質控新方法

磁帶拷貝質控新方法，滿足海量SEGD3.0轉儲標準要求。新型的Seispro根據SEGD3.0磁帶拷貝標準要求實現了對TOC文件的編輯與拷貝，并在數據拷貝過程中直接從頭塊信息讀取單炮開始采集時的GPS時間信息的功能，并根據GPS時間順序進行磁帶拷貝，避免了拷帶前先根據SPS時間逐個調整文件號順序，大大減低了人工操作的失誤率。拷貝完成后，質控人員根據拷貝生成的Log信息即可對拷貝的數據信息及TOC信息進行精準高效的質控。尤其是拷貝過程中根據硬件配備以及CPU的運行情況，實現多通道同步拷貝，數據拷貝速率得到大幅提高，較好地解決現場海量數據的拷貝效率低的問題。

4 結束語

對于可控震源高效采集項目而言，常規質控手段顯然不能滿足質控要求，質控方法需要根據實際采用的施工模式以及儀器設備而不斷創新，結合實際生產過程中遇到的難點研究更加高效、精確的質控方法。結合508XT系統在大道數可控震源高效采集項目的應用，研究出了高效采集產生的海量數據的質控方法，并取得了良好的應用效果。新技術的應用在提高工作效率、減小工作失誤率的同時，有效縮減了項目運作成本，為項目高質高效運作提供有力保障，新技術也可為后續類似高效采集海量數據的質控研究提供有效借鑒。