有線和節點儀器聯合采集技術的應用與展望

甘志強，劉 麗，張 健

(1.東方地球物理公司裝備服務處儀器服務中心 河北 涿州 072751；2.遼河油田勘探開發研究院 遼寧 盤錦 124010； 3.東方地球物理公司裝備服務處北疆作業部 新疆 烏魯木齊 830016)

0 引 言

隨著勘探向復雜區域的不斷延伸和高效高密度采集技術的廣泛應用，野外地震數據采集道數越來越大，為傳統有線儀器的性能和功能帶來了新的挑戰，主要表現在系統總帶道能力、單線帶道能力、供電電池續航能力、使用便利性等方面[1，2]。同時，也對傳統有線儀器的復雜地表穿越能力、平均單道重量、平均單道體積等提出新的要求。在這一大背景下，節點儀器應運而生，其突出特點是每個采集站都配備有GPS裝置，能夠自主連續的記錄地震數據，并插入精確的時間和位置信息，用于后期的數據分離。這種采用分布記錄地震數據的采集方式，摒棄了傳統的傳輸線纜，極大簡化了系統的結構，且不受地形和帶道能力的限制，為野外施工提供了便捷。但是，由于節點儀器本身設計理念的原因，無法實現采集數據的現場實時下載和質控，數據交付相對滯后[3]。

有線、節點聯合采集技術可以有效集合兩種具有不同設計理念儀器的優勢，能夠滿足大道數、高密度以及地表復雜區域采集對地震儀器的需求，具有廣闊的應用前景。本文首先對聯合采集的技術優勢、實現的基本要求等進行分析，并給出基于iX1系統的聯合采集應用案例，最后結合地震勘探需求對有線和節點聯合采集技術的應用前景進行了探討。

1 聯合采集技術的基本原理及優勢

1.1 基本原理

在進行聯合采集時，有線儀器、節點儀器根據施工設計各自鋪設對應的排列，參與采集的儀器系統采用衛星授時方式實現數據樣點的時間同步，工作流程如圖1所示。

圖1 有線、節點聯合采集工作流程

1.2 技術優勢

由于設計結構和工作方式的不同，有線和節點地震數據采集系統具有不同的特點，同時在大道數采集施工過程中表現出各自的優點和劣勢，見表1[4，5]。

表1 有線、節點儀器主要特點一覽表

有線和節點聯合采集技術可以充分集合有線、節點儀器的優良特點，使得地震數據采集更加便捷、高效，在施工作業過程中具有較為明顯的技術優勢：

1)充分發揮節點儀器無需布設電纜的優點，可滿足山地、人員密集區、大型江河湖泊、機場、軍事禁區、無工農許可等地震電纜不易布設區域的高效作業需求，增強數據采集的完整性與靈活性 ；

2)在施工設計時，對于地震電纜容易布設的區域，可使用有線地震儀器實現地震數據的高效采集，實現排列噪音實時監控，降低數據丟失風險，提升采集數據質量；

3)由于采用了二者聯合采集的方式，使得平均單道重量相對較輕，減少了放線工作量，降低了HSE風險。排列用車的數量將明顯減少，也給后勤保障減輕壓力。

2 實現聯合采集的基本要求

由于有線、節點聯合采集涉及地震儀器的設計理念、工作原理和質量控制方式等方面都存在很大不同，為確保采集地震數據質量，聯合采集需要滿足以下基本技術條件：

1)參與采集的地震儀器時間延遲特性應一致，若不一致則系統之間的時間延遲差值應固定，達到記錄地震數據初至時間無樣點差的目的；

2)參與采集的地震儀器能夠支持相同采集參數(包括前放增益、濾波類型、采樣間隔等)且采集電路響應特性基本相當，確保采集地震數據形態相吻合，最終地震資料的幅頻特性一致；

3)參與采集的有線儀器主機需具備GPS授時功能，可以將自身記錄的地震數據標記GPS時間，并能夠輸出包括有炮點樁號、激發GPS時間等信息的輔助數據；

4)在進行脈沖源激發方式采集時，可使用儀器主機系統軟件或其他專用軟件根據施工設計較為方便地實現有線、節點儀器采集地震數據的合成，輸出單炮記錄、SPS文件、采集班報等輔助數據；

5)在進行可控震源激發方式采集時，可使用儀器主機系統軟件或其他專用軟件較為方便地實現有線、節點儀器采集地震數據的合成和相關處理，輸出單炮記錄、SPS文件、采集班報以及可控震源掃描屬性報告等輔助數據。

3 應用案例

3.1 采集系統

iX1地震數據采集系統是INOVA公司在原G3i有線儀器和Hawk節點儀器的基礎上設計開發的綜合性管理與控制平臺，其組成設備如圖2所示。該系統的核心是由G3i有線設備和Hawk節點設備組成，并將系統的中央采集控制集成到原G3i主機中，形成新的iX1主機控制設備，而后續的數據處理功能集成到原Hawk系統的T3主機中，形成新的數據處理系統TX1。通過對G3i有線儀器和Hawk節點儀器的有效集成，為復雜地形下勘探作業以及加密排列等生產方式提供了靈活的解決方案。

3.2 數據一致性測試

為充分驗證iX1系統有線和節點設備采集數據的一致性，兩種儀器每個檢波點均使用完全相同的3串30DX檢波器接收地震波，試驗排列的檢波器連接示意圖如圖3所示。

1)初至比對。初至比對包括記錄比對和初至拾取時間比對，使用處理軟件上將來自兩種儀器的同一樁號的采集數據抽取并依次相鄰排列進行比對，結果如圖4所示[6]。

圖3 采集排列檢波器連接示意圖

圖4 G3i儀器與Hawk儀器初至對比

2)頻譜對比。在聯合采集試驗過程中，對來自不同地震儀器的同一炮點的地震記錄的頻譜進行了分析對比，圖5為全炮頻譜分析結果對比。從圖中可以看出，兩者無明顯差異。

3.3 聯合采集具體流程

在使用iX1系統進行聯合采集作業時，新的iX1主機控制設備工作于GPS授時方式下完成炮點的激發控制，記錄炮點激發信息、地震數據(有線部分)和相應的輔助道數據(可控震源生產時)并輸出至TX1主機。最終，由TX1主機合成輸出地震記錄、SPS文件及其他對應的輔助數據。iX1系統聯合采集野外作業流程如圖6所示。

圖5 單炮資料整炮(0～5 000 ms)頻譜分析結果

3.4 應用效果

2017年7至8月，iX1聯合采集平臺在國內某探區首次規模化應用，投入有線設備21 000道、節點設備14 100道，使用SN5模擬檢波器采集，激發方式涉及井炮和可控震源兩種。該項目施工區域屬于高海拔復雜山地，最高海拔4 586 m，平均海拔3 200 m。另外，工區內相對高差1 000～2 500m，局部高差達400 m，起伏劇烈。為解決復雜地形下排列收放困難的問題，在地勢較為平坦的山前帶使用有線設備采集，其余區域使用節點設備采集。通過這一聯合采集方式在該項目的成功應用，有效降低了山地作業時的排列收放工作量和施工作業的安全風險，提升了采集排列的布設質量，促進了野外生產的“提效、提速”，應用效果良好。如圖7所示為該項目典型單炮記錄。

圖6 iX1系統聯合采集野外作業流程示意圖

圖7 iX1系統聯合采集單炮數據記錄

4 聯合采集技術應用展望

隨著寬頻待、寬方位、高密度采集方法的規?；瘧茫巴獾卣鸩杉幠Ｔ絹碓酱?，目前國內配備2至3萬道采集設備的勘探項目已經十分普遍，且有逐步增大的趨勢。另外，山地、城區、河流密集、高風險雷區等特殊地區的復雜地表環境也會為地震采集排列的高效布設帶來新的挑戰[7，8]。有線和節點聯合采集技術有效集成了兩種儀器的優點，從以下幾個方面提升采集系統對大規模地震數據采集的適應能力，有良好的應用前景：

1)利用節點儀器無道數限制的特性彌補有線儀器實時帶道能力不足的缺陷，實現超大道數的地震數據采集施工；

2)借助有線儀器環境噪音監視的功能對采集現場主要噪聲源進行實時監控，確保采集數據質量；

3)通過有線和節點儀器的聯合應用，提升了采集排列的穿越能力，保證復雜地表環境下的檢波點布設精度，并減輕了節點儀器設備充電、數據下載合成的壓力；

4)由于節點儀器沒有電纜的束縛，使得有線節點聯合采集系統平均單道重量較純有線方式輕，降低了野外排列收放作業的工作量和施工作業的風險；

5)有線和節點聯合采集系統可以根據工區地表、工農等情況靈活布設，可減少對環境的破壞，更符合環保要求。

5 結 論

近年來，隨著物探技術的不斷進步，野外地震采集道數也不斷增長，在未來5至10年內20萬道級的地震采集規模或將成為常態。由于實時帶道能力(包括系統總實時帶道能力和單線實時帶道能力)、超大排列管理能力、復雜地表穿越能力以及電瓶續航時間等多方面因素的限制，有線儀器在面對20萬道級地震數據采集規模時將十分吃力。由于本身設計理念的原因，節點儀器在進行大道數地震數據采集時，營地設備充電、數據下載合成環節的壓力將十分巨大，道數越大，這一限制瓶頸表現的越為明顯。有線和節點聯合采集技術通過對兩種不同設計理念采集設備的靈活應用，有效提升了采集系統對大道數地震勘探作業的適應能力，具有廣闊的應用空間。