節點“盲采”配套單炮資料實時質控技術及應用

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A DOI：10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.20240355

Abstract：With the widespread application of node instruments in seismic exploration，their quality control （QC） problems become increasingly prominent，and their“blind acquisition”mode lacks real-time data transmission capability，making it impossible to monitor and effectively analyze the quality of single-shot data in real time.This results in delays in the synthetic analysis of seismic acquisition data and afects the timelinessof data QC and exploration decision-making responses. Therefore，based on the single-shot acquisition mode combining wired monitoring arrys and node instruments，this paper develops a real-time QC technology for singleshotdata acquisition in node instrument“blind acquisition”for the characteristics of seismic data from monitoring arrays. Firstly，the single-shot energy is calculated based on the spherical spreading principle to achieve an accurate analysis of single-shot energy. Secondly，an environmental noise analysis technique based on the number of disturbed channels is employed，with the proportion of disturbed channels calculated to assess environ mental noise.Finall，supporting real-time monitoring software is developed to enable real-time monitoring of single-hot excitation energy and noise. This technology is applied to the full-node 3D seismic acquisition project in the NCB area of the Sichuan Basin.The results show a high correlation between the energy of the monitoring array and the full-shot energy，as wellas high consistency in the proportion of disturbed channels.This significantly improves seismic exploration efficiency and data quality，providesan effective method for real-time QCof blind acquisition seismic data，and holds significance in the commercial application of 5G real-time data transmission of nodes.

Keywords： node instrument， blind acquisition，single-shot data，real-time monitoring，excitation energy，exter nal interference

羅文，王勤耕，李明翼，等：節點\"盲采\"配套單炮資料實時質控技術及應用[J].石油地球物理勘探，2025，60（4）： 870-878. LUO Wen，WANG Qingeng，LI Mingyi，et al.Real-time quality control technology and application for singleshotdata innode instrument“blindacquisition\"[J].OilGeophysical Prospecting，2025，60（4）：870-878.

0 引言

在地震勘探中，常規有線地震采集系統通過實時獲取采集的地震數據，分析單炮的能量、環境噪聲、爆炸信號、井口信號、不正常道、炮點位置等，同時基于質量標準進行多因素評價，形成野外質量評價班報來及時反饋質量問題和指導生產[1-3]。隨著人工智能時代的到來，人工智能也開始應用在地震采集現場的資料評價中，可滿足海量地震數據采集現場的質控需求[4。另外，節點地震采集的全面應用，為地震勘探提高生產效率、降低勘探成本、解決復雜地區勘探難題提供了技術及設備保障[5-6]。特別是在復雜山地，基于節點無線纜的特點因地制宜設計接收排列，極大提高了技術應用及施工方案的靈活性，既提高了資料品質又降低了安全風險及施工難度。然而，對于節點而言，由于缺乏實時數據傳輸能力，現有的質控方法多依賴于在數據回收合成后進行與有線采集相同的單炮資料質量評價、分析。

自前，對于節點的質控，有無人機巡檢和人工巡檢等方法[8-9]，雖然能夠在一定程度上監控節點工作狀態和檢波器工作狀態，但仍無法實現對單炮數據質量的實時監控。節點采集質控存在兩個問題：一是現有技術無法實時監控噪聲和單炮數據的質量，導致質量問題不能被及時發現和糾正；二是地震采集數據的合成分析滯后，常規節點采集從節點上線到回收、下載、切割、合成單炮，往往耗費數十天時間，影響了數據的時效性和勘探決策的快速響應。當前，Wifi、ZigBee、Bluetooth以及ROLA等無線通訊技術已取得顯著發展，極大地促進了節點現場實時質量控制的實現。然而，相較于QC節點工作狀態數據，節點所采集的地震數據量異常龐大，對通訊覆蓋范圍、傳輸帶寬及數據處理的實時性提出了更嚴苛的要求，通訊技術仍難以圓滿解決節點采集數據在現場的即時回傳問題[10]。幸運的是，5G技術的崛起為節點的遠程實時數據傳輸開辟了新的可能，但是基于5G通訊技術的節點采集系統目前仍處于研發初期，尚未達到大規模應用。在此背景下，地震采集數據的實時回傳成為了該領域亟待攻克的關鍵發展方向之一。

鑒于無線傳輸地震數據技術尚需進一步完善，當前油公司要求物探隊在地震采集作業時，每隔一定距離與節點同坑埋置有線檢波器，以此實現對地震數據的實時監控。然而，該方式獲取的數據僅覆蓋監控排列范圍，屬于缺失大量接收道的不完整單炮數據，無法直接沿用傳統全排列數據的質量分析方法。為解決不完整單炮數據的能量評估與干擾分析難題，本文基于球面擴散理論與干擾道統計原理，研究了針對性技術手段，配套開發的實時監控軟件集成上述算法，可在儀器車端實時呈現單炮能量與噪聲干擾狀態，有效解決了傳統節點采集質控滯后的行業痛點。

1節點“盲采”的生產質量控制措施

1.1節點采集有線實時監控排列布設

在節點采集項自中，石油公司通常要求按照一定的布設原則布設有線監控線，來確保采集資料的質量。布設原則為在常規區域以8至10條接收線為基準，布設一條監控排列線，主要用于監控干擾和單炮激發的能量，而不參與最終的數據合成。有線檢波器埋置間距通常為1倍道距。同時，有線檢波器按照節點的埋置標準與節點同坑埋置，以確保數據的一致性。在特殊情況下，布設方案會根據具體地質條件和環境因素適當調整。通過這種布設方式，可以像全有線采集一樣，在地震儀器車上實時獲取單炮數據，通過軟件實時監控，為后續的質量控制提供有力的數據支持。

1.2監控排列數據分析面臨的問題

通過監控排列線實時獲取的地震數據是不完整的（圖1a），而且監控排列的檢波器也是隔道埋置（圖1b），傳統的單炮質量分析方法滿足不了采集生產的質控需要。特別是對單炮激發能量和外界干擾的監控，達不到監控效果。

常規的能量分析方法通過累積有效道能量來求平均值[11]，但由于監控排列線位置固定，不隨激發點位置移動，得到的能量并不能準確反映真實激發能量。如圖2所示，監控排列數據計算出的均方根能量值與完整單炮的均方根能量值存在較大差異。在環境噪聲分析方面，傳統的方法是計算每一道初至

前的道能量，并將單炮的環境噪聲值累加后求取平均值。由于監控排列環境噪聲數據的缺失，此方法計算出的單炮環境噪聲與完整單炮的環境噪聲相關性差（圖3）。如果監控排列數據的能量和外界干擾分析問題得不到有效解決，即使布設了有線監控排列，其監控作用也將受限。為此，針對監控排列數據，提出了兩種全新的分析方法更準確地分析單炮能量和干擾情況，并開發了配套實時監控軟件安裝在地震儀器車上供儀器操作人員使用，實現節點采集的單炮激發能量和噪聲的實時監控。

圖3完整炮與監控排列環境噪聲分析對比曲線

2監控排列數據分析技術

針對節點采集項目中監控排列數據的特殊性，本文提出了兩種創新的分析技術。

2.1球面擴散單炮能量分析技術

在地震波傳播過程中，能量沿波陣面擴散，形成球面波前。在均勻介質中，體波的點震源波前以球面形式擴展，盡管總能量保持恒定，但單位面積上的能量隨傳播距離 r 的增加而減小，振幅按 1/r 的規律衰減，能量則按 1/r² 衰減[2]。基于此球面擴散原理，本文提出了一種單炮能量的近似計算方法，以單道初至時窗的能量為基礎，忽略巖石物理特性對地震波的衰減影響。

具體而言，首先計算單炮單道初至能量

e_i=e_a-e_b

式中： e_i 為單道的初至均方根能量； e_a 與 e_b 分別為初至后和初至前時窗的能量，以均方根值計算。為消

除背景噪聲的影響，將初至后能量減去初至前能量作為道能量的近似。

e_s 表示單炮激發能量，根據球面擴散原理，近似有

式中： r_i 為第 i 道的炮檢距； K 為能量計算系數。若有 N 道初至數據，則單炮激發能量的總和為

此方法允許根據單炮任意數量的道數對單炮能量近似估計。

為驗證算法的有效性，選取完整單炮數據不同位置和不同排列數量的道（圖4）進行能量估計，其中包含3個單排列和3個雙排列，兼顧遠、中、近炮檢距，估算結果表明不同位置排列的能量估算整體平穩（圖5）。

圖4單炮剖面及估算能量排列位置

進一步分析不同單炮的能量值，查看是否能夠較準確地反映單炮間能量強弱的變化。抽取完整單炮中的兩個排列，對兩個排列的數據和全排列的能量用上述能量分析方法計算。從圖6估算的能量變化曲線結果來看，抽取的兩個排列與全排列能量趨勢吻合良好。

圖5不同排列能量對比

圖6不同單炮能量估算對比曲線圖

為考察能量值是否反映了真實的激發能量大小，將單炮中每一道的能量投影到平面上，模擬爆炸效果（圖7），可以明顯看出激發能量的大小。與圖6結合來看，文件69能量值最大，對應圖7e能量團最大；文件71能量值最小，對應圖7f能量團最小。其他文件兩兩比較來看，估算能量值的變化與實際激發能量大小吻合良好，表明計算的部分單炮數據的能量值能有效代表完整單炮的能量值。

2.2基于干擾道數的環境噪聲分析

環境噪聲分析是單炮數據質量監控的另一關鍵方面。按照地震采集階段噪聲的出現規律，魏繼東等[13認為環境噪聲是隨機噪聲的一種，包括風吹草動等具有隨機特征的、由環境擾動形成的干擾。而在分析單炮環境噪聲時，通常將初至前的隨機干擾和工業生產、交通運輸、建筑施工等產生的外界干擾波統稱為環境噪聲。在目前的山地地震勘探實際生產中，采用RMS值轉化為微伏值的方法進行量化，經過大量工區的實際統計應用，四川盆地地震項目中的單道環境噪聲超過 34μV 的道被視為嚴重干擾道[14]。

依據陸上石油地震勘探資料采集技術規程[15]，評價單炮記錄質量的一個重要因素是每炮的工作不正常道數，包括嚴重干擾造成的波形畸變道。工作不正常道數超過總道數的 1/24 ，即干擾道占比達到4.2% 時，資料品質評價為降級品。對于監控排列單炮數據，采用下式計算干擾道占比

式中： ? 為單炮環境噪聲強弱的表征： n 為監控數據中超過一定微伏值門檻的監控排列干擾道數; m 為監控排列總道數。

為驗證監控線干擾道占比與完整單炮干擾道占比的一致性，采用2021年川西北MSB項目的7953炮井震聯合施工數據進行分析。

圖7對應單炮激發能量平面分析

首先選取覆蓋全接收點的單炮數據，提取環境噪聲值并進行平面展布，以確定干擾分布特征。基于干擾分布特征，設計12條監控線（如圖8粉色線），圖中灰色檢波點為井炮未覆蓋的接收點。通過抽取整炮數據中監控線對應道數據分析，并與完整單炮評價結果對比。表1顯示，監控線干擾比例與完整單炮干擾比例具有較高一致性，且監控線分析評價中干擾比例超1/24的炮數，與完整單炮吻合度達 95.03% ，驗證了監控線用于工區干擾監控的有效性。

上述分析結果不僅證實了監控排列線干擾監控的有效性，更指導了實際生產中監控線的布設原則，即優先穿過干擾嚴重區域。考慮到城區有線施工的復雜性，為優化施工效率與成本，監控線穿越城區段未埋設檢波器，故將式（4）改進為式（5）計算監控數據干擾道占比

式中 u 為監控線通過城區的未埋置檢波器道數。通常將監控線過城區未埋置檢波器的道默認為嚴重干擾道，該計算方式已被應用于實際生產。

表1比例超1/24炮數對比表

圖8MSB項目監控排列模擬布設方案

整布設密度，共布設22條監控排列，包含16733道有線監控道（圖9）。根據踏勘結果，無干擾區域未布設監控線。完整單炮數據合成后，將監控線分析結果與完整單炮數據對比。

圖92024年四川盆地NCB地震項目監控排列分布

3 應用實例

在2024年四川盆地大川中NCB全節點三維采集地震項目實施了監控排列線布設，并應用節點“盲采”單炮資料質控技術及配套監控軟件，對全區68542炮井炮實時監控。項目按每8條接收線布設1條監控線的密度施工，結合干擾分布特征局部調

3.1 監控排列能量分析

選取50炮數據生成能量對比曲線（圖10），結果顯示監控排列能量與完整單炮能量相關系數達0.92，二者變化趨勢高度一致。盡管因能量計算方法差異導致數值不同，但能量值變化能夠準確反映激發能量的相對強弱，且平面投影顯示整體能量分布趨勢一致（圖11）。

3.2 外界干擾分析

在環境噪聲對比分析中，采用式（5）對完整單炮分析時（ ，監控數據評價干擾道比例超 1/24 的炮數占比為 21.64% ，與完整單炮同類炮數的吻合率達81. 96% 。由圖12可見，監控排列與完整單炮的干擾道比例分布基本一致，同比例區間吻合炮數占比達 70% ，差異較大的區域主要因連續穿越嘉陵江區域，未布設監控線所致。監控排列評價中干擾比例超 1/24 的單炮數量多于完整單炮，表明其評價標準更嚴格，對現場干擾控制具有一定的指導意義。

圖11NCB項目完整炮能量（左）與監控炮能量（右）分布

圖12NCB項目完整炮與監控炮干擾分析對比

表2比例超1/24炮數對比

監控排列評價效果受監控線與干擾源相對位置影響，實際生產中需合理布設監控線并實時監控，針對在建工地等干擾嚴重區域，可在允許布設范圍內均勻加密監控線。

生產應用結果表明，實時質控技術顯著提升了地震勘探效率和資料質量。NCB項目中，資料問題發現時間縮短了 80% ；通過干擾監控優化放炮時段，噪聲干擾對資料的影響程度降低了 20% ；項目資料一級品率達 85.15% ，為節點“盲采”地震資料的實時質控提供了有效支撐。

4結論

本文通過研究節點“盲采\"模式下單炮數據實時質控難題，采用有線監控排列與節點結合的采集模式，研究針對性分析技術并開展現場應用，得出了以下結論。

（1）成功構建了適用于節點“盲采”的單炮資料實時質控技術體系。針對監控排列獲取的不完整單炮數據，提出球面擴散單炮能量分析技術，基于地震波球面擴散原理，通過單道能量計算與炮檢距權重修正，實現對單炮激發能量的準確估算；建立基于干擾道數的環境噪聲分析方法，通過設定干擾閾值計算干擾道占比，配套開發實時監控軟件，解決了傳統方法無法實時分析單炮能量與干擾的問題，為節點“盲采\"提供了關鍵技術支撐。

（2）該技術在四川盆地NCB全節點儀采集項目中實現高效應用，監控排列能量與完整炮能量相關系數達0.92，環境噪聲評估吻合率超 70% ，顯著提升了地震勘探效率與資料質量。同時，明確了監控線布設需結合干擾源位置、干擾嚴重區需加密等策略，驗證了其在5G實時傳輸節點商業化前的重要實用價值，為節點“盲采”質控提供了可推廣的有效方案。

參考文獻

［1］段云卿．地震資料品質自動評價系統[J].勘探地球物 理進展，2006，（3）：220-224. DUAN Yunqing. Automatic evaluation system for seismic data quality[J]. Progressin Exploration Geophysics，2006，（3）：220-224.

[2] 黃有暉，朱運紅，蔡明，等．實時質量監控技術在復 雜山地三維地震采集中的應用[J].天然氣勘探與開 發，2015，38（2）：31-34. HUANG Youhui，ZHU Yunhong，CAI Ming，et al. Application of real-time quality monitoring technology in 3D seismic acquisition of complex mountainous areas [J].Natural Gas Exploration and Development，2015， 38（2）：31-34.

[3] 田春林，成云．野外地震資料采集質量監控技術的研 究與應用[J].復雜油氣藏，2011，（1）：25-27. TIAN Chunlin，CHENG Yun. Research and application ofqualitycontrol technology for field seismic data acquisition [J]. Complex Hydrocarbon Reservoirs，2Oll，（1）： 25-27.

[4] 徐雷良，徐維秀．海量地震采集資料現場質量評價方 法探討[J].石油地球物理勘探，2021，56（6）：1205-1213. XULeiliang，XU Weixiu.Field quality evaluation method of massive seismic acquisition data[J].Oil Geophysical Prospecting，2021，56（6）：1205-1213.

［5］張少華，鄧小江，馮許魁，等．川南地區深層頁巖氣 地球物理勘探技術新進展與攻關方向[J].石油地球 物理勘探，2023，58（1）：238-248. ZHANG Shaohua，DENG Xiaojiang，FENG Xukui， et al.New progress and research direction of geophysical prospecting techniques fordeep shale gasin southern Sichuan Basin[J]. Oil Geophysical Prospecting， 2023，58（1）：238-248.

[6] 趙改善，何展翔．節點地震勘探技術發展的系統性思 考[J].石油物探，2024，63（4）：718-734. ZHAO Gaishan，HE Zhanxiang. Comprehensive view of the development of nodal seismic technology[J]. GeophysicalProspecting forPetroleum，2024，63（4）：718-734.

[7] 陳學強，王彥峰，呂景峰，等．庫車坳陷復雜山地地 震采集適用技術及應用效果[J].石油地球物理勘探， 2022，57（4）：806-814. CHEN Xueqiang，WANGYanfeng，LYUJingfeng， et al. Seismic exploration technologies and applicationsin complex mountain areas of Kuqa Depression [J].Oil Geophysical Prospecting，2022，57（4） ： 806-814.

［8］張偉，張劍，丁鋼彬，等．節點儀巡檢質控技術及軟 件研發[J].石油物探，2024，63（2）：380-391. ZHANG Wei，ZHANG Jian，DING Gangbin，et al. Technology and software for inspection and quality control of node seismometer[J]. Geophysical Prospec ting forPetroleum，2024，63（2）： 380-391.

［9］王玉偉，王銘義，徐文瑞，等．無線節點采集技術及 應用[J].石油物探，2022，61（6）：975-984. WANG Yuwei，WANG Mingyi， XU Wenrui， et al. Wireless node acquisition technology and its applications[J].Geo physicalProspecting for Petroleum，2022，61（6） ： 975-984.

[10] 吳學兵．中國石化節點采集技術應用進展與展望[J]. 石油物探，2023，62（3）：452-461. WU Xuebing. Prospect and application progress of nodal acquisition technology in Sinopec[J]. Geophysical Prospecting forPetroleum，2023，62（3）： 452-461.

[11] 張翊孟，劉秋林，張永科．地震資料品質定量分析和 采集參數優選[J].石油地球物理勘探，2008，43（增 刊2）：1-5. ZHANG Yimeng，LIU Qiulin，ZHANG Yongke. Quantitative analysis of seismic data quality and optimi zation of acquisition parameters[J]. Oil Geophysical Prospecting，2008，43（S2）： 1-5.

[12] 郝召兵，秦靜欣，伍向陽．地震波品質因子Q研究進 展綜述[J].地球物理學進展，2009，24（2）：375-381. HAO Zhaobing，QIN Jingxin，WU Xiangyang.Over viewof research on the seismicwave quality factor（Q） [J]. Progress in Geophysics，2009，24（2）： 375-381.

[13] 魏繼東，李建軍．野外采集階段噪音的歸類與衰減 方法[J].地球物理學進展，2011，26（5）：1632-1641. WEI Jidong，LI Jianjun.Classification and attenuation of noise in acquisition stage[J]. Progress in Geophy sics，2011，26（5）：1632-1641.

[14］耿春，張曉斌，胡峰，等．四川盆地強噪音環境下高 密度地震采集技術實踐[J].物探化探計算技術， 2023，45（6）：689-697. GENG Chun，ZHANG Xiaobin，HU Feng，et al. High-density seismic acquisition technology practice in strong noise environment of Sichuan Basin[J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration，2023，45（6）： 689-697.

[15]GB/T33583-2017，陸上石油地震勘探資料采集技術 規程[S].

（本文編輯：趙君）

作者簡介

羅文碩士研究生，高級工程師，1989年出生；2011年獲西南石油大學勘查技術與工程專業學士學位，2016年獲西南石油大學地球探測與信息技術碩士學位；現就職于中國石油集團，從事地震采集方法研究與軟件開發。