楊秀泉

(大慶鉆探工程公司地球物理勘探一公司 黑龍江 大慶市 163000)

0 引 言

在當今的勘探行業(yè)里，各勘探公司主要應用的地震儀器是Sercel公司的428XL。428XL地震儀器的陸地采集單元在野外布設時，2個電源站之間通常連接48個采集站。當采集排列出現(xiàn)故障時，需要派人立即處理，否則會因工作道數(shù)的缺失而耽誤正常生產(chǎn)。然而，隨著地震勘探采集道數(shù)的加大，施工炮數(shù)的增多，48個采集站的排列布設方式以及因排列故障而被迫停產(chǎn)的工作模式會使得工作難度加大，降低采集的工作效率。Sercel公司推出的508XT陸地采集單元采用了全新的跨平臺新技術(X-Tech)，在正常生產(chǎn)的情況下就可以處理排列的故障，對備用排列進行各項指標的測試。一塊電瓶的電量可提供近百個采集站使用，低功耗的設計以及強大的帶道能力降低了野外鋪設排列的難度。大線采用新的材質(zhì)減輕了質(zhì)量，增加了強度，與采集站的接口采用了雙側(cè)咬合結(jié)構方便了現(xiàn)場操作。新一代的節(jié)點單元WTU-508可將QC實時傳輸?shù)街醒雴卧?，在地形復雜的勘探區(qū)域確保了數(shù)據(jù)的安全性。

1 508XT主要陸地采集單元概述

508XT的陸地采集單元主要有SCI-508、CX-508、FDU-508、DSU1-508、508大線、TFOI-508、WTU-508。SCI-508是連接外部排列和內(nèi)部儀器的接口，采用了網(wǎng)絡化的管理模式，統(tǒng)籌管理野外的采集單元。CX-508是野外有線排列上唯一的供電單元，負責對野外排列的管理，包括對整個排列的供電、采集站的時間同步、野外與儀器的測試、數(shù)據(jù)的傳輸與恢復等。FDU-508和DSU1-508是野外排列上的采集站，負責對地震數(shù)據(jù)的濾波、壓縮和采樣，不同的是FDU-508需要外接模擬檢波器而DSU1-508為數(shù)字單分量檢波器并不需要外接模擬檢波器。508大線材質(zhì)上有了改進，變的輕便而且結(jié)實，在使用維護上更加的方便；內(nèi)部采用兩對雙絞線傳輸數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴FOI-508為交叉線，負責CX-508彼此之間的連接以及CX-508和SCI-508之間的連接，傳輸速率為1Gb/s，最大長度為2KM。新一代的節(jié)點單元WTU-508含有自主適應QC網(wǎng)絡技術(XT-Pathfinder)，可以自動尋找傳輸路徑實時的將QC指標回傳給中央單元(CU)。

2 SCI-508、CX-508

2.1 SCI-508

它類似于上一代地震儀428XL的lCI-428，將野外排列與內(nèi)部儀器相連接，同時控制著DPG、爆炸系統(tǒng)、GPS以及輔助道。但與LCI-428不同的是，它必須通過外接GPS授時，與排列上的CX-508內(nèi)在GPS授時進行時間同步。它像是一個巨大的千兆網(wǎng)絡路由器，管理著野外的采集單元，但它并不直接回收數(shù)據(jù)。所以即使在采集道數(shù)達到百萬道時，也只需配備一臺SCI-508即可。箱體的正面有電源開關，藍色的LED燈表示著GPS同步良好；背面接口有110/220 V的交流電源、保險絲、接地端、Blaster接口、連接GPS的XDEV2接口、低端接口、交叉線接口和千兆網(wǎng)線接口。

2.2 CX-508

2.2.1 CX-508技術優(yōu)勢

CX-508是整個野外數(shù)據(jù)采集的中樞，負責對整個排列的統(tǒng)籌管理。它將CU下達的控制命令實時的傳輸?shù)脚帕猩?，并將從FDU-508/DSU1-508接收的數(shù)據(jù)實時的回傳到CU。在斷排列的情況下，它可以將數(shù)據(jù)存儲在自身的內(nèi)存中(32 G)，當排列恢復后根據(jù)CX-508中每個子樣的GPS時間來選取Tb時間后記錄長度內(nèi)的數(shù)據(jù)自動回收。CX-508具有實時QC功能，將電瓶電量、檢波器狀態(tài)、環(huán)境噪音、CX的內(nèi)存狀態(tài)、GPS的同步狀態(tài)實時的傳輸給CU，當與CU的有線連接斷開時，外接有LRC-508(可連接在CX-508上的無線收發(fā)裝置)的CX-508可以通過LRC-508的無線功能將QC傳送出去，最大的回傳距離為1 km。CX-508提供三種工作模式，分別為采集模式、備用模式、測試模式，用戶可根據(jù)具體需求進行選擇。

CX-508具有數(shù)傳冗余的功能，在排列里可以任意添加交叉線(TFOI-508)，如果出現(xiàn)某處排列斷開，CX-508會自動尋找與之相連接的傳輸路線。當沒有其它傳輸路線時，這部分排列將自動進入自主模式，它們?nèi)耘f可以進行實時采集并存儲，傳輸路線恢復后，可將存儲的數(shù)據(jù)回傳到中央單元。

CX-508具有同步冗余功能，可以通過自身攜帶的GPS模塊對野外單元進行同步授時，即使有某個或者幾個CX-508出現(xiàn)故障無法授時，排列上的單元還是可以通過其它相連接的CX-508進行授時，保證了數(shù)據(jù)記錄的同步性。

CX-508具有電源冗余功能，在一個排列段范圍內(nèi)，如果兩端都連接有CX-508，那么它們都提供供電服務，如果這段排列某處出現(xiàn)故障，只要排列任意一端保持與CX-508的正常連接，那么設備都能正常工作。如果這個排列段的采集站數(shù)量超出CX-508的帶道能力，那么是不能保證超出范圍的這部分采集站正常工作的。廠家公布的2個CX-508之間最大的帶道數(shù)量參考值，CX-508的最大帶道數(shù)量見表1(取決于采集站之間的電纜長度)。

表1 CX-508的最大帶道數(shù)量

2.2.2 CX-508技術規(guī)格

CX-508的硬件接口包括：2個大線接口、2個交叉線接口、2個電源接口、1個XDP接口。面板上有6個LED指示燈：2個電源接口指示燈、2個交叉線傳輸指示燈、1個小旗狀的指示燈(常亮表示與CU連接；不亮表示與CU斷開)、1個齒輪狀指示燈(閃亮表示正在同步；長亮表示已經(jīng)同步完成)。CX-508整體質(zhì)量為3.8 kg。在2 ms采樣下每條線實時傳輸?shù)淖畲蟮罃?shù)為2 400道。大線端口功耗采集時為3 W、備用時為1W；交叉線端口功耗傳輸時為7 W、備用時為2 W。低功耗的設計降低了電量的消耗。CX-508還可以通過其他手持設備如DT-508、FT-508、DH-508對排列進行樁號的設置、指標的測試、QC的監(jiān)測、繞道的設置、數(shù)據(jù)的回傳等等方便快捷的操作。

3 FDU-508、DSU1-508及其大線

FDU-508和DSU1-508統(tǒng)稱為508XT的采集站，負責對數(shù)據(jù)的濾波、壓縮、采樣和記錄。FDU-508采用24位A/D轉(zhuǎn)換器，采用CRC循環(huán)冗余碼進行數(shù)據(jù)傳輸。DSU1-508采用新一代的QuietSeis MEMS加速度計，有效的降低了DSU1-508內(nèi)部噪音，尾椎的改進也更加小巧靈活，方便施工的鋪設。它們內(nèi)置了一個可以循環(huán)存儲5 s地震數(shù)據(jù)的緩存，并且通過網(wǎng)絡協(xié)議進行地震數(shù)據(jù)以及QC指標的傳輸和續(xù)傳，形成了一個X-Tech構架下的基本節(jié)點單元(X-Tech base nodes)。508XT大線與采集站的接口采用了雙側(cè)咬合結(jié)構，這使得在實際生產(chǎn)中更換大線更加的方便容易操作。這一靈活的設計可以滿足不同道距的設計要求，施工隊伍只需要根據(jù)當前的設計要求來選擇大線的長度即可，能夠充分的發(fā)揮野外基本節(jié)點單元的優(yōu)勢，F(xiàn)DU-508、DSU1-508、大線的快接插口如圖1所示。大線的質(zhì)量和強度也較以往有了更進一步的提升，在質(zhì)量上要比428XL大線輕10%，但是在強度上要增強50%，這點在施工過程中會使得大線的鋪設更加輕便。508XT大線內(nèi)部采用四根線進行數(shù)據(jù)的雙向傳輸，兩兩一對。即使有任意一根線出現(xiàn)問題，數(shù)據(jù)仍舊能夠通過另一對線束進行滿速率的傳輸，可以保持數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

圖1 FDU-508、DSU1-508、大線的快接插口

4 WTU-508

WTU-508外形如圖2所示。WTU-508是建立在X-Tech構架下的新一代的節(jié)點單元，質(zhì)量在2.1 kg左右。單站單道，當有檢波器連接上時自動供電。內(nèi)部有大容量內(nèi)存卡，在2 ms采樣的情況下，可以連續(xù)采集60 d的數(shù)據(jù)。自帶電池可以支持連續(xù)30 d的數(shù)據(jù)采集。

圖2 WTU-508

WTU-508含有的自主適應QC網(wǎng)絡技術，XT-Pathfinder，如圖3所示。

在允許的范圍內(nèi)，WTU會自動尋找路徑進行相互通訊，2個WTU之間允許的最大距離為100 m?？梢詫崟r的將QC(電瓶電量、檢波器狀態(tài)、內(nèi)存卡狀態(tài)、GPS狀態(tài)和環(huán)境噪音)指標回傳給CU，如有超標QC可以發(fā)出警報，默認為每30 min一次報告或者用戶可以自定義報告時間。數(shù)據(jù)回收的最大距離為800 m，在新一代的通訊技術下，速度可以提升50%，確保高效的將數(shù)據(jù)回收到儀器。在XT-Pathfinder network的幫助下，實現(xiàn)了QC的實時監(jiān)測，在數(shù)據(jù)的質(zhì)量和安全性上有了很大的提升。

圖3 XT-Pathfinder

5 508XT采集單元在沙特地區(qū)某三維項目中的應用

在沙特地區(qū)Turayqa氣田附近某三維項目中，共投入508XT采集外設50 000道，采集道數(shù)為15 000多道，震源車30臺，2臺1組采用動態(tài)滑動掃描的施工方式，每天可對10 000多個震源點進行數(shù)據(jù)采集，508XT陸地采集單元強大的特性保證了項目優(yōu)質(zhì)高效的進行。

5.1 排列鋪設

在野外排列布設時，2個CX-508之間連接72個FDU-508，F(xiàn)DU-508之間大線長度為27.5 m，道距25 m，相比較官方公布的最大帶道數(shù)量少連接了8個FDU-508，這樣能更加保障排列的穩(wěn)定性。當將2個CX-508之間FDU-508個數(shù)增加至132個時，仍能夠?qū)崿F(xiàn)實時的數(shù)據(jù)傳輸，但隨著FDU-508數(shù)量的增加，排列的穩(wěn)定性逐漸下降。因此，在排列鋪設時，最好參考廠家公布的帶道數(shù)量，以免浪費資源或者影響排列的穩(wěn)定性。如果CX-508的數(shù)量不夠，采用單邊帶道時，排列末端FDU-508的數(shù)量最好為2個CX-508之間FDU-508數(shù)量的一半或者更少，否則容易出現(xiàn)末端排列不工作或者經(jīng)常斷開的情況。在電瓶的使用上，50 000道的外設大約使用七百塊電瓶進行輪換，如果采用相同數(shù)量的外設配置使用428XL外設將會使用一千多塊電瓶，日常電瓶的鋪設和維護上節(jié)省了大量的人員和車輛。在這一點上，可以看出508XT陸地采集單元的優(yōu)勢是非常明顯的。

5.2 排列遇到的狀況及應對措施

生產(chǎn)過程中，野外會遇到幾種常見的排列狀況，如圖4所示。

圖4 野外排列的幾種情況

圖中粗實線代表交叉線(TFOI-508)，CX-508之間相連的虛線代表508大線。

排列遇到的幾種情況及應對措施：狀況1：從斷開處到最左側(cè)的QC狀態(tài)丟失，但這部分排列可以自動進入自主模式采集數(shù)據(jù)，進入自主模式后，可以記錄20個震源點(VPS)，當排列恢復后數(shù)據(jù)成功回傳到中央單元。當排列能夠進入自主模式時，可根據(jù)資源進行合理分配，不需要像使用428XL時立即讓排列員進行故障的排除。狀況2：當遇到特殊的地表情況時，可以通過增添交叉線的方法，規(guī)避排列斷開而導致數(shù)據(jù)丟失的風險，斷開處兩側(cè)的數(shù)據(jù)會自動找到相通的路徑進行傳輸，虛線箭頭表示數(shù)據(jù)回傳路徑，這使得在排列的布設上更加的靈活。狀況3：由于斷開處兩側(cè)的CX-508都接有LRC-508，那么從斷開處到最右側(cè)的QC狀態(tài)可以回傳到CU，但是地震數(shù)據(jù)不會回傳，右側(cè)的CX-508會進入自主模式，記錄的數(shù)據(jù)將會存儲到自身的內(nèi)存中。狀況4：如果從斷開處至末端正在接收數(shù)據(jù)，由于此段沒有CX-508無法進入自主模式，所以此段的數(shù)據(jù)丟失，需要排除故障后重新補震。狀況5：右上角虛線框中的部分排列如果不是工作排列，它們可以處在備用模式或者測試模式以用來減少排列用電功耗或者進行排列的測試工作，這些可以在正常生產(chǎn)的過程中進行，并不需要停產(chǎn)。

6 結(jié)束語

508XT陸地采集單元強大的性能和野外排列上各種設備的兼容性，在當今高密度大道數(shù)的勘探采集趨勢下具有獨特的優(yōu)勢。先進的X-Tech技術構架可以確保實現(xiàn)真正意義上的零等待生產(chǎn)采集(Zero down-time)，同時在野外數(shù)據(jù)的質(zhì)量和安全性上有了很大的保證。采集單元低功耗的設計以及強大的帶道能力，減少了野外排列電瓶的使用數(shù)量。當排列出現(xiàn)故障時，可以根據(jù)現(xiàn)有的資源分配，擇時的去處理排列，這樣既節(jié)省了人力也節(jié)省了車輛油料的消耗?，F(xiàn)在508XT的軟件版本已經(jīng)升級到了V2，野外采集單元的性能上又有了很大的提升， 508XT陸地采集單元的前景會更加令人期待。