羅福龍
(東方地球物理勘探有限責任公司裝備服務(wù)處 河北 涿州 072751)
鑒于地震儀器的技術(shù)含量、經(jīng)濟價值、耐用程度和發(fā)展規(guī)律,一般地震儀器的應(yīng)用壽命都在十年以上。在整個生命周期中,如何最大限度地發(fā)揮好地震儀器作用來充分滿足地震資料采集需求,需要一整套的操作應(yīng)用技巧和技能做支撐,以及持續(xù)完善和提升地震儀器技術(shù)性能的實力。習慣上將圍繞地震儀器的生產(chǎn)應(yīng)用、性能保持、功能擴展和潛力發(fā)揮等所需要或形成的技術(shù)集合統(tǒng)稱為地震儀器應(yīng)用技術(shù)。
本質(zhì)上,地震儀器應(yīng)用技術(shù)就是保障地震數(shù)據(jù)采集工程質(zhì)量和效益的一項關(guān)鍵能力,基本內(nèi)容包括地震儀器的創(chuàng)新應(yīng)用能力、維修保障能力、特性提升和擴展能力、相關(guān)技術(shù)標準制定能力等。根據(jù)內(nèi)容和功效可知,地震儀器應(yīng)用技術(shù)的直接作用包括但不限于:一是挖潛系統(tǒng)的技術(shù)特性充分滿足地震數(shù)據(jù)采集質(zhì)量、方法、效率等方面的需求,二是解決系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)的各種技術(shù)問題,三是改進系統(tǒng)不適應(yīng)生產(chǎn)需求的技術(shù)性能,四是補充或擴展系統(tǒng)適應(yīng)發(fā)展需求的技術(shù)能力,五是根據(jù)生產(chǎn)需要制定相關(guān)技術(shù)標準等。
地震儀器應(yīng)用技術(shù)從屬地震儀器技術(shù)[1],經(jīng)歷過與地震儀器技術(shù)類似的發(fā)展軌跡。早期的地震儀器應(yīng)用技術(shù)主要是參量調(diào)校和故障維修技能,為適應(yīng)地球物理勘探技術(shù)和地震儀器技術(shù)的不斷發(fā)展進步,后來又發(fā)展了地震儀器的支持保障技術(shù)、高端維修技術(shù)、性能改造技術(shù)、功能擴展技術(shù)等。當下的地震儀器應(yīng)用技術(shù)豐富多彩且自成體系,已經(jīng)成為競爭高端物探市場的重要保障,也是油氣地震勘探項目提速、提效、提質(zhì)、降本的關(guān)鍵支撐。在一定意義上,地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的歷程就是地球物理勘探技術(shù)發(fā)展和地震儀器技術(shù)發(fā)展互相適應(yīng)、融合、促進的映像軌跡。
雖然為適應(yīng)油氣地震勘探項目提速、提效的需要,地震儀器應(yīng)用技術(shù)得到了空前的豐富和發(fā)展,但與不斷發(fā)展的地球物理勘探技術(shù)需求相比,仍有許多待充實和提升的空間。這是因為當下的地震勘探生產(chǎn)能力和成效還在一定程度上受地震儀器應(yīng)用技術(shù)水平制約,例如還時常會因地震儀器的技術(shù)問題而影響生產(chǎn)效率或質(zhì)量。所以,以地球物理勘探技術(shù)發(fā)展為引擎,以地震儀器技術(shù)現(xiàn)狀為基礎(chǔ),與時俱進地創(chuàng)新地震儀器應(yīng)用技術(shù)就顯得十分重要和必要。因此,作為一種嘗試性的前瞻技術(shù)探索,下面將站在用戶的角度,以地球物理勘探技術(shù)發(fā)展為指針,以地震儀器應(yīng)用效果最大化為目標,以電子工程技術(shù)等發(fā)展態(tài)勢為依托,來探討今后地震儀器應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展路線。
地震儀器應(yīng)用技術(shù)由來已久,廣義上講自從有了地震儀器就有了地震儀器應(yīng)用技術(shù)。早期的地震儀器是以模擬電子器件為基礎(chǔ)構(gòu)建的電信號測量系統(tǒng),其放大倍數(shù)、濾波頻率、匹配電阻等技術(shù)參數(shù)都會隨著時間、環(huán)境的變化而變化,為了保持地震儀器工作在合適的技術(shù)狀態(tài),在生產(chǎn)使用過程中就需要經(jīng)常通過調(diào)整有關(guān)元器件的量值大小位置來確保技術(shù)參數(shù)始終處于允許的范圍[2]。為了確保地震儀器的地震信號響應(yīng)效果,所做的技術(shù)參數(shù)調(diào)整和校對需要經(jīng)驗和技能,同時元器件故障的查找和排除也需要經(jīng)驗和技能,這種經(jīng)驗和技能本質(zhì)上就是一種應(yīng)用技術(shù),只是這種用來保持地震儀器技術(shù)性能的經(jīng)驗和技能還處在地震儀器應(yīng)用技術(shù)初級階段。
與地震儀器技術(shù)發(fā)展類似,地震儀器應(yīng)用技術(shù)也一直在不斷發(fā)展、豐富和變革之中。由于早期的地震儀器能力簡單且全部由硬件構(gòu)成,所以當時的應(yīng)用技術(shù)主要體現(xiàn)在技術(shù)參數(shù)的調(diào)校和元器件的維修能力上。隨著地震儀器能力的增強,特別是油氣地震勘探方法的進步,對地震儀器應(yīng)用技術(shù)也提出了更多要求,例如為了擴展地震道接收能力就需要兩臺或多臺地震儀器組合一起同步工作,這就涉及到多臺地震儀器的聯(lián)機技術(shù);又如為適應(yīng)電磁法勘探中傳感器的高輸出阻抗,就得通過提高地震儀器中地震道的輸入阻抗來匹配,這又涉及到地震儀器的改進技術(shù)。所以,中期的地震儀器應(yīng)用技術(shù)主要由元器件維修技術(shù)、參數(shù)指標調(diào)校技術(shù)、功能擴展技術(shù)、性能改造技術(shù)等組成,特點是以地震儀器固有特性為基礎(chǔ),從硬件方面開展性能保持、完善、擴展等工作,這便是地震儀器應(yīng)用技術(shù)的中級階段。
隨著地球物理勘探技術(shù)發(fā)展,野外地震數(shù)據(jù)采集的方法、模式和流程等也都發(fā)生了本質(zhì)的變化,反映在地震儀器能力方面的突出變化是,實時接收的地震道數(shù)達到幾萬甚至幾十萬,日采集的數(shù)據(jù)文件少則上千張多則幾萬張。與此同時,地震儀器組成也從過去以模擬器件為基礎(chǔ)的純硬件系統(tǒng),發(fā)展到今天以超大規(guī)模器件和計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的軟硬件融合系統(tǒng)[3],對應(yīng)的地震儀器應(yīng)用技術(shù)也從初、中級階段發(fā)展當今的高級階段。時下的地震儀器應(yīng)用技術(shù)除以維修保障技術(shù)為基礎(chǔ)外,更關(guān)鍵的是地震儀器配套技術(shù),例如地震數(shù)據(jù)無線橋、電臺信號中繼器、井口坐標采集器等設(shè)備研制技術(shù),輔助數(shù)據(jù)管理、篩選、計算、傳輸?shù)溶浖_發(fā)技術(shù)等。綜合國內(nèi)外地震儀器的應(yīng)用現(xiàn)狀,地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展到今天在內(nèi)容上主要有:硬件維修支持保障技術(shù)、性能完善與提升技術(shù)[4]、配套設(shè)備和方法研究技術(shù)、潛力挖掘和創(chuàng)新應(yīng)用技術(shù)、基礎(chǔ)部件替代技術(shù)等。表1以今昔對比方式示意性地列出了地震儀器應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展變化。從表1可以看出,地震儀器應(yīng)用技術(shù)的進步是快速的,對油氣地震勘探項目的支撐作用也是越來越大的。需求無止境,表1也說明待創(chuàng)新的技術(shù)仍然不少。
表1 地震儀器應(yīng)用技術(shù)今昔對比
地震儀器應(yīng)用技術(shù)的內(nèi)涵和外延一直隨著地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展,基本規(guī)律是以滿足野外地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)需求為引擎,以提升地震儀器綜合應(yīng)用效果為目標,不斷根據(jù)生產(chǎn)需要從硬件和軟件性能完善、改進、擴展等進行技術(shù)創(chuàng)新,這就是地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展歷程的基本路線。
雖然地震儀器應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的故障維修和參量調(diào)校為主要內(nèi)容發(fā)展到時下以性能保持、完善、提升、擴展為主要特征的新階段,并成為地震勘探項目“提速、提效、提質(zhì)、降本”不可或缺的重要支撐,但與地球物理勘探技術(shù)發(fā)展速度,特別是當前“兩寬一高”油氣地震勘探技術(shù)需求相比,仍然顯得滯后和薄弱,還有諸多技術(shù)需要加強和創(chuàng)新。時下國際國內(nèi)高端物探市場普遍追求寬頻、寬方位、高密度、高效率采集地震數(shù)據(jù),實時接收的道數(shù)已經(jīng)超過十萬并有向幾十萬甚至百萬發(fā)展的趨勢,日采集的數(shù)據(jù)量達到10 TB級甚至更多,有效工作時間也精確到分秒計算。這就要求地震儀器及其配套設(shè)備不僅性能強大,能支持幾十萬道地震數(shù)據(jù)實時采集、傳輸、記錄,更重要的是能在應(yīng)用技術(shù)支持下達到極好的穩(wěn)定性和可靠性,甚至能全天候做到“零”等待時間。也即,高端的地震勘探項目對地震儀器應(yīng)用技術(shù)提出了更多的需求和挑戰(zhàn),進而促使地震儀器應(yīng)用技術(shù)邁入新的發(fā)展階段。
面對不斷發(fā)展的地球物理勘探技術(shù)給地震儀器等帶來的新需求,地震儀器應(yīng)用技術(shù)一方面顯得越來越重要,另一方面也顯得越來越單薄和不足。實際上,地震儀器應(yīng)用技術(shù)當前面臨的挑戰(zhàn)是前所未有的,因為在其它條件等同的情況下,油氣勘探項目的“提速、提效、降本”能力主要取決地震儀器應(yīng)用技術(shù)的能力。為了更充分地說明這點,下面將統(tǒng)計近年國內(nèi)外有關(guān)油氣地震勘探項目在實施過程中,地震儀器所發(fā)生的技術(shù)問題及其應(yīng)用技術(shù)遇到的挑戰(zhàn)。表2 列舉了幾項有代表性的具體問題和相應(yīng)的對策措施及其對地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展提出的創(chuàng)新要點。
從表2所列舉的挑戰(zhàn)事件可見,當前的地震儀器應(yīng)用技術(shù)還不能有效解決涉及系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、協(xié)議、固件、軟件等設(shè)計方面的技術(shù)問題,而實際工作中經(jīng)常影響地震勘探項目速度、效率、質(zhì)量、成本的關(guān)鍵因素往往就是地震儀器的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、協(xié)議、固件、軟件等設(shè)計方面的缺陷或不足。所以,地震儀器應(yīng)用技術(shù)面臨的一方挑戰(zhàn),就是如何圍繞當前地震儀器在系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、協(xié)議、固件、軟件等設(shè)計方面存在的固有缺陷或不足,設(shè)計相應(yīng)的解決方案和開發(fā)先進、高效、實用的軟硬件。
表2 地震儀器應(yīng)用技術(shù)面臨挑戰(zhàn)舉例
地震儀器應(yīng)用技術(shù)面臨的另一方挑戰(zhàn),就是在地震儀器現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上,如何實現(xiàn)功能增強和配套技術(shù)開發(fā)。地球物理勘探技術(shù)發(fā)展帶來的新變化和新需求,也給地震儀器應(yīng)用技術(shù)提出了更多更高的能力要求,當下迫切需要解決的是如何在地震儀器的整個生命周期中,將所有不能滿足或適應(yīng)油氣地震勘探技術(shù)需求的功能缺項都開發(fā)補齊。例如,遠程操控功能、數(shù)據(jù)異地傳輸功能、自動排查故障功能、自動收放功能、防丟失功能等等,都是當前地震儀器不具備而勘探生產(chǎn)提速、提效又迫切需要的功能。以往,但凡涉及地震儀器核心技術(shù)的后續(xù)補充功能開發(fā)都得依靠原設(shè)計制造廠商來做,這勢必要用戶來承擔相應(yīng)的技術(shù)和經(jīng)濟風險。因為廠商追求的是利益最大化,更注重研究新技術(shù)和新產(chǎn)品,對于無利或少利可圖的既往產(chǎn)品升級完善并不積極,所以地震儀器的后續(xù)補充功能開發(fā)和配套技術(shù)研究更多地要依靠用戶去完成,這就給地震儀器應(yīng)用技術(shù)提出了全新的研究課題。因此,圍繞勘探項目“提速、提效、提質(zhì)、降本”研發(fā)出先進、經(jīng)濟的地震儀器配套功能或技術(shù),便是地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的另一主軸。
地震儀器應(yīng)用技術(shù)之所以面臨兩大方面的挑戰(zhàn)是因為有內(nèi)在的主觀和客觀原因,只有明確了引起挑戰(zhàn)的本質(zhì)原因才能找到將挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)換為機遇的出路,為此有必要先行就導致地震儀器應(yīng)用技術(shù)面臨當前困境的關(guān)鍵因素進行分析研究。與事物發(fā)展的一般規(guī)律一樣,地震儀器應(yīng)用技術(shù)當前的困境也是由內(nèi)因和外因兩個要素導致的,為了準確把握影響發(fā)展質(zhì)量和速度的癥結(jié),下面將從主觀和客觀兩方面來討論地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的制約因素。
主觀因素來自地震儀器廠商和用戶兩個方面。用戶通常都習慣地認為凡因地震儀器設(shè)計缺陷引起的問題不屬于應(yīng)用技術(shù)服務(wù)范疇,致使長期以來這類問題都依靠廠商解決。在這一傳統(tǒng)觀念支配下用戶一般不愿意也沒有能力去破解與設(shè)計缺陷有關(guān)的難題,導致地震儀器應(yīng)用技術(shù)在這方面一直是空白。另一方面,廠商從來都是利益至上,在地震儀器的關(guān)鍵技術(shù)上不僅進行技術(shù)封鎖不向用戶提供任何設(shè)計細節(jié),而且還不允許用戶觸及任何核心技術(shù),導致地震儀器購置方(用戶)一直沒有機會和條件去發(fā)展這方面的應(yīng)用技術(shù)。
制約地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的客觀因素也不少。一是地震儀器技術(shù)既先進又復雜,通常用戶不具備全面系統(tǒng)掌握地震儀器內(nèi)核技術(shù)的能力,特別是對涉及協(xié)議的軟件或固件技術(shù)到目前為止全球還沒有任何一個用戶可以完全掌控。二是系統(tǒng)設(shè)計標準化不夠,無論是硬件結(jié)構(gòu)還是軟件設(shè)計現(xiàn)行的地震儀器都沒有國際通行的技術(shù)標準可依,導致地震儀器結(jié)構(gòu)千姿百態(tài),以至于用戶極難參考有關(guān)標準去破譯其中的奧秘。三是地震儀器技術(shù)專業(yè)性強,所涉及的許多理念和原理不常用也不通用,用戶很難借助社會通用技術(shù)來解決實際問題。四是尚未建立技術(shù)精湛的專業(yè)團隊,由于當前的地震儀器應(yīng)用技術(shù)主要依附于生產(chǎn)應(yīng)用,還沒有專業(yè)的組織或部門從事應(yīng)用技術(shù)研究,致使高端技術(shù)人才奇缺。五是地球物理勘探技術(shù)發(fā)展快,不斷有新的需求問世導致地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展相對滯后。
正是因為主客觀制約因素的存在,使得地震儀器應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展面臨重重挑戰(zhàn)。為了充分滿足地球物理勘探技術(shù)發(fā)展需求,特別是從地震儀器方面為地震勘探項目“提速、提效、提質(zhì)、降本”提供技術(shù)支撐,針對面臨的挑戰(zhàn)和制約因素,快速發(fā)展地震儀器應(yīng)用技術(shù),應(yīng)該是今后提升地震儀器綜合應(yīng)用效果的必然選擇。
通過對地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和制約因素的分析討論,總體明確了當前地震儀器應(yīng)用技術(shù)存在問題的癥結(jié)和需要創(chuàng)新的關(guān)鍵內(nèi)容。下面將結(jié)合地球物理勘探技術(shù)發(fā)展給地震儀器技術(shù)帶來的新要求,以全面提升地震勘探項目“提速、提效、提質(zhì)、降本”為目標,系統(tǒng)性探討今后地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的方向。
首先是做好技術(shù)規(guī)劃和頂層設(shè)計。地震儀器應(yīng)用技術(shù)應(yīng)該如何發(fā)展,主動權(quán)掌握在用戶手上。為改變以往的被動發(fā)展模式就得根據(jù)地球物理勘探技術(shù)發(fā)展態(tài)勢,超前做好地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的頂層設(shè)計和技術(shù)規(guī)劃。在這一環(huán)節(jié)中重點要明確地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展方向、目標、內(nèi)容,規(guī)劃好重點技術(shù)攻關(guān)項目和應(yīng)解決的具體問題,制定好發(fā)展的技術(shù)路線,建設(shè)相應(yīng)的技術(shù)團隊和機構(gòu)。
其次是參與制定引領(lǐng)性、基礎(chǔ)性、普適性技術(shù)標準。地震儀器向什么方向發(fā)展,以什么方式和技術(shù)路線發(fā)展,不能只由廠商一方說了算,否則還會走浪費資源、效能低下的老路,應(yīng)該在全球范圍內(nèi)制定引領(lǐng)性、指導性的技術(shù)標準來規(guī)范地震儀器的技術(shù)發(fā)展。為了充分發(fā)揮地球物理勘探技術(shù)的指引作用,也為了增強用戶的參與度,應(yīng)以國際地球物理學為平臺組織地球物理學家、設(shè)計制造廠商和末端用戶參加的團隊,制定統(tǒng)領(lǐng)地震儀器技術(shù)發(fā)展的通用技術(shù)標準,進而為減少資源浪費、共享發(fā)展成果、加速技術(shù)創(chuàng)新提供基礎(chǔ)平臺。
第三是改變傳統(tǒng)習慣思維模式和工作模式。以往對地震儀器應(yīng)用技術(shù)的界定是狹義的,實際上地震儀器應(yīng)用技術(shù)的范疇沒有上限,只要方法得當,功能先進、效果突出的應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新就沒有止境。為了突破以往發(fā)展觀念的約束,需要改變傳統(tǒng)的思維模式和工作模式,樹立地震儀器應(yīng)用過程中的一切技術(shù)問題都可以通過應(yīng)用技術(shù)解決的理念,進而擴展地震儀器應(yīng)用技術(shù)的外延和內(nèi)涵。
第四是針對性地培養(yǎng)技術(shù)人才和建設(shè)專業(yè)團隊。人才是提升技術(shù)能力的關(guān)鍵,以往解決不了的技術(shù)問題很大程度是缺少相應(yīng)的技術(shù)人才。根據(jù)當前面臨的挑戰(zhàn)可知,尤其缺少的是系統(tǒng)設(shè)計、工藝設(shè)計、軟件和固件設(shè)計等方面人才,以后應(yīng)針對性地培養(yǎng)這方面的技術(shù)團隊,建設(shè)相應(yīng)的專業(yè)機構(gòu),補足過去的技術(shù)短板,這也應(yīng)是地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的內(nèi)容。
第五是研發(fā)設(shè)計與保障應(yīng)用深度融合。在此之前地震儀器的設(shè)計制造與生產(chǎn)應(yīng)用是互相獨立的,導致技術(shù)資源不能共創(chuàng)共享,也導致需要什么和研發(fā)什么不協(xié)調(diào)同步。今后應(yīng)加強研發(fā)技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)的深度融合,實現(xiàn)研究與應(yīng)用技術(shù)一體化發(fā)展。
第六是發(fā)展先進且高效的地震儀器配套技術(shù)。任何地震儀器都不可能做到面面俱到,實際應(yīng)用中的不足只能通過配套技術(shù)來補充。所以,圍繞地震勘探項目的提速、提效,不斷開發(fā)配套地震儀器的自動化、智能化技術(shù)也將是地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的重要方向。
第七是充分利用社會先進技術(shù)資源服務(wù)地震儀器。一切依靠自己是困難的,也是不現(xiàn)實的,充分借助公共技術(shù)資源為我所用也應(yīng)該是今后地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的又一特征。社會的技術(shù)資源是廣泛而豐富的,地震儀器用到的基本原理和基礎(chǔ)技術(shù)都是某些行業(yè)或領(lǐng)域普遍應(yīng)用的,只要掌握了個體技術(shù)與整體技術(shù)之間的邏輯關(guān)系,應(yīng)用社會技術(shù)資源解決先進地震儀器的技術(shù)問題是切實可行的。所以,今后地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的另一路線,是建設(shè)社會技術(shù)資源共享網(wǎng)絡(luò),借助社會化先進成熟技術(shù)解決地震儀器面臨的具體問題。
盡管地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展沒有止境,但就近期而言,發(fā)展重點應(yīng)該是針對面臨的挑戰(zhàn)開展技術(shù)創(chuàng)新,經(jīng)過五到十年甚至更長時間的積累,相信地震儀器的綜合應(yīng)用技術(shù)水平和能力將會達到全新的高度。作為地震儀器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的預(yù)測和展望,表3 選擇性地列舉了幾項未來地震儀器應(yīng)用技術(shù)可能具備的基本特征。這種預(yù)測的前提是,今后的地震儀器應(yīng)用技術(shù)與研發(fā)制造不再相互獨立而是高度一體化。在開發(fā)設(shè)計方面,用戶提出具體的技術(shù)需求并參與概念的設(shè)計,廠商完成產(chǎn)品的設(shè)計制造;在生產(chǎn)應(yīng)用方面,廠商提供產(chǎn)品的技術(shù)設(shè)計,用戶保障產(chǎn)品全生命周期的支持服務(wù)。
表3 未來地震儀器應(yīng)用技術(shù)特征展望
技術(shù)的進步源于不竭的需求,隨著地球物理勘探技術(shù)及地震儀器技術(shù)的快速發(fā)展,地震儀器應(yīng)用技術(shù)的內(nèi)涵、外延也在不斷豐富、擴展,且對地震勘探項目的“提速、提效、提質(zhì)、降本”的支撐作用也越來越強。目前地震儀器應(yīng)用技術(shù)正處在全新高速發(fā)展階段,提前規(guī)劃和設(shè)計好發(fā)展的技術(shù)路線就顯得尤其重要和必要,因此超前的探索和研究就勢在必行,這也正是撰寫此文的動機所在。需要說明的是,這里所展望的地震儀器應(yīng)用技術(shù),主要是想突破觀念上的束縛,并站在全球資源共享角度去提升發(fā)展空間,目的是希望喚起全行業(yè)對地震儀器應(yīng)用技術(shù)的重視和關(guān)注。