張家聲，聶明濤，周剛，鄒磊，劉凱

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北廊坊 065000；2.河北省地震災(zāi)害儀器與監(jiān)測(cè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北廊坊 065000； 3. 中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司，河北涿州 072750；4.中國(guó)石油東方地球物理勘探公司大慶一公司，黑龍江大慶 163000；5.深圳面元智能科技公司，廣東深圳 518000;6.西安石油大學(xué)，西安 710065)

0 引言

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，地球物理儀器開始向小型化、智能化方向發(fā)展，一體化節(jié)點(diǎn)式地震采集儀器取代有線采集設(shè)備的呼聲也愈發(fā)顯著[1-2]。一體化節(jié)點(diǎn)式地震采集儀器相比有線采集設(shè)備具有體積小、質(zhì)量輕、便于收放等優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)輕便和低功耗的設(shè)計(jì)理念，大部分節(jié)點(diǎn)式地震儀均不具備在線實(shí)時(shí)質(zhì)控功能，這給用戶質(zhì)控提出了更高要求。

本文以SmartSolo節(jié)點(diǎn)式地震儀為例，從開工檢測(cè)到過程質(zhì)控，再到室內(nèi)數(shù)據(jù)質(zhì)控三個(gè)方面對(duì)節(jié)點(diǎn)地震儀質(zhì)控方法進(jìn)行了研究和分析[4, 6]。

1 SmartSolo節(jié)點(diǎn)式地震儀

目前地震勘探用節(jié)點(diǎn)地震儀超過20種，實(shí)際地震采集項(xiàng)目中，采用節(jié)點(diǎn)儀器作業(yè)或者與有線儀器聯(lián)合作業(yè)方式越來越多[5]。SmartSolo節(jié)點(diǎn)式地震儀是DTCC公司2016年推出的產(chǎn)品。最初只有IGU-16一款內(nèi)置檢波器和電池的產(chǎn)品，后續(xù)DTCC公司根據(jù)用戶需求，相繼推出了IAU-19和IGU-16HR-IES兩款能夠外接檢波器產(chǎn)品，以及IGU-16HR 3C、IMU-3C、IGU-BD3C-5三款多分量節(jié)點(diǎn)式地震儀，圖1是DTCC研發(fā)的SmartSolo地震儀及其主要配套設(shè)備[7]。

(a)IGU-16；(b) IGU-16HR-IES；(c)IAU-19；(d) IMU-3C；(e) IGU-BD3C-5；(f) IGU-16HR 3C；(g) FDT；(h)ADM；(i)DMC&DCC；(j)DHR；(k)BCR

圖1(a)～(f)是SmartSolo系列不同類型地震儀和外接檢波器。圖1(g)FDT是一款搭載專業(yè)軟件的移動(dòng)平板，在野外布設(shè)完成后，通過RFID技術(shù)掃描地震儀站體序列號(hào)，以記錄每個(gè)IGU部署的GPS位置，用于室內(nèi)進(jìn)行站體與檢波點(diǎn)樁號(hào)的匹配。圖1(h)ADM是一款協(xié)助用戶進(jìn)行站體電池包拆卸的裝置，可以提高用戶數(shù)據(jù)下載前或地震儀野外布設(shè)前電池包的拆分和組裝工作效率。圖1(i)中DCC是數(shù)據(jù)收集器控制臺(tái)程序提供與地震儀的接口，主要記錄在地震儀內(nèi)置TF卡上的數(shù)據(jù)下載[8]；DMC程序用于在地震儀野外部署前進(jìn)行采集參數(shù)設(shè)置，主要包括采樣率、前放增益等。在DCC完成數(shù)據(jù)下載后，使用DMC程序執(zhí)行數(shù)據(jù)分選與輸出，輸入格式可以是SEGD或SEGY，數(shù)據(jù)形式可以是共檢波點(diǎn)道集、炮集，也可以直接輸出未經(jīng)分選的連續(xù)道集。DMC和DCC程序在高速服務(wù)器上運(yùn)行，服務(wù)器需外接大容量RAID存儲(chǔ)，滿足生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理需要。圖1(j)中DHR是數(shù)據(jù)下載架，主要是地震儀站體與DCC軟件系統(tǒng)的接口，從中讀取生產(chǎn)和輔助質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)信息，每個(gè)DHR有32個(gè)插槽，每個(gè)插槽的平均下載速度為20 MB/s。圖1(k)BCR是地震儀電池包充電裝置，每個(gè)BCR上有48個(gè)插槽，每個(gè)插槽都有一個(gè)LED指示燈來顯示該插槽的充電狀態(tài)，一般3 h左右可完成電池包充滿電。

2 開工檢測(cè)

節(jié)點(diǎn)式地震儀與有線遙測(cè)地震儀不同，每個(gè)地震儀都是獨(dú)立的，內(nèi)置了檢波器、電池、ADC和TF卡，雖然開工測(cè)試項(xiàng)目與有線儀器大致相同，但是測(cè)試方式卻差異很大。SmartSolo一體化節(jié)點(diǎn)式地震采集設(shè)備投入開工前，應(yīng)根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求，事前進(jìn)行指標(biāo)檢測(cè)和狀態(tài)測(cè)試，以確保地震儀各項(xiàng)指標(biāo)符合用戶要求。

2.1 開工參數(shù)測(cè)試

SmartSolo地震儀開工或者新設(shè)備驗(yàn)收測(cè)試參照Q/SY BGP.KS 018-2019中技術(shù)規(guī)定步驟進(jìn)行操作，逐一測(cè)試，主要包括站體自然頻率、直流電阻、檢波器畸變、靈敏度、阻尼，全參數(shù)抽測(cè)率應(yīng)不低于5%，主要參數(shù)抽測(cè)率應(yīng)達(dá)100%。

開工儀器測(cè)試結(jié)果包含設(shè)置不同前放增益(0 dB，12 dB，18 dB，30 dB)和不同采樣率(0.25 ms，0.5 ms，1 ms，2 ms)參數(shù)時(shí)，每臺(tái)地震儀的等效輸入噪聲、直流分量、動(dòng)態(tài)范圍、總諧波失真、共模抑制比[9]、增益精度、外接檢波器開路電阻、阻尼、頻率、噪聲、總諧波失真、阻抗、TF卡狀態(tài)、測(cè)試溫度以及測(cè)試時(shí)間等信息均要進(jìn)行開工測(cè)試。

2.2 極性測(cè)試

美國(guó)SEG協(xié)會(huì)把地震記錄的極性規(guī)定為SEG正極性和SEG反極性，大部分油田公司要求采集地震數(shù)據(jù)為SEG正極性。同一項(xiàng)目中保證采集數(shù)據(jù)極性一致非常關(guān)鍵，否則采集極性相反數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理疊加時(shí)發(fā)生抵消，因此采集項(xiàng)目啟動(dòng)前，應(yīng)對(duì)配備的所有節(jié)點(diǎn)單元進(jìn)行系統(tǒng)極性測(cè)試。

測(cè)試排列宜采用小道距，圓形中間脈沖源激發(fā)或直線排列端點(diǎn)脈沖源激發(fā)，保證采集地震數(shù)據(jù)的初至起跳極性清晰。開工前全部一體化節(jié)點(diǎn)式地震采集設(shè)備應(yīng)進(jìn)行抽測(cè)率100%的極性檢測(cè)。如圖2所示，開工前進(jìn)行IGU-16節(jié)點(diǎn)鋪設(shè)成多個(gè)同心圓，圓的中心位置采用重錘激發(fā)。圖3是室內(nèi)對(duì)比采集的共偏移距道集數(shù)據(jù)，根據(jù)初至起跳方向判斷地震儀采集站極性。

圖2 野外極性測(cè)試

圖3 測(cè)試結(jié)果

3 過程質(zhì)控

SmartSolo一體化節(jié)點(diǎn)式地震儀是典型的盲采儀器，生產(chǎn)采集過程中不能實(shí)時(shí)監(jiān)控野外排列工作狀態(tài)，存在諸多質(zhì)量隱患，因此建立一套行之有效的過程質(zhì)控，對(duì)節(jié)點(diǎn)式地震儀生產(chǎn)采集項(xiàng)目非常重要。

3.1 布設(shè)要求

節(jié)點(diǎn)式地震儀不同于有線儀器，不能實(shí)時(shí)檢測(cè)在線排列，所以需要嚴(yán)把放線質(zhì)量。圖4是根據(jù)工區(qū)不同地表類型，制定不同的設(shè)備埋置和布設(shè)方式。

圖4 不同地表地震儀布設(shè)流程

3.1.1 設(shè)備埋置標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)不同地貌制定檢波器埋置的不同操作流程，固化埋置操作工藝，保證檢波器與地表耦合良好，內(nèi)置檢波器垂直地表，達(dá)到響應(yīng)地表振動(dòng)信號(hào)最優(yōu)化。對(duì)于每天新進(jìn)排列進(jìn)行100%質(zhì)控，保證設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)符合施工要求，存在問題道及時(shí)整改，整改合格后才能進(jìn)行采集。

3.1.2 部署位置及設(shè)備工作狀態(tài)

一體化節(jié)點(diǎn)式地震采集設(shè)備埋置自校正，采用手機(jī)掃描站體上的二維碼，當(dāng)綠燈亮?xí)r自動(dòng)拍照，并生成帶線號(hào)、樁號(hào)水印的自證照片和掃描部署文件，當(dāng)日即可上報(bào)驗(yàn)證。通過放線人員拍照和GPS定位信息[3]，對(duì)埋置狀態(tài)和埋置位置進(jìn)行室內(nèi)100%質(zhì)控。對(duì)于放線偏差較大的檢波點(diǎn)進(jìn)行野外現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證和測(cè)量點(diǎn)位成果復(fù)測(cè)，保證成果吻合。

3.2 排列巡檢

(1)每日對(duì)在線節(jié)點(diǎn)式地震儀進(jìn)行巡檢，保證在線設(shè)備100%覆蓋；

(2)及時(shí)安排整改巡檢中發(fā)現(xiàn)問題的儀器，可通過FDT巡查回收地震儀的質(zhì)控信息[10]；

(3)對(duì)布設(shè)在村莊、農(nóng)田、公路等重點(diǎn)區(qū)域的地震儀要加大巡查力度，對(duì)于丟失設(shè)備及時(shí)上報(bào)，并補(bǔ)充新設(shè)備。

4 回收數(shù)據(jù)質(zhì)控

每天回收的節(jié)點(diǎn)地震儀通過對(duì)DCC和DHR進(jìn)行數(shù)據(jù)下載[12]，同時(shí)獲得包含每個(gè)地震儀在線期間衛(wèi)星數(shù)和時(shí)鐘精度信息，利用包含TB信號(hào)，通過DMC軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分選和數(shù)據(jù)輸出。

由于數(shù)據(jù)分選是利用炮點(diǎn)GPS TB信號(hào)從原始連續(xù)道集分選出有效信息，所以每個(gè)節(jié)點(diǎn)自身GPS授時(shí)精度直接決定著采集數(shù)據(jù)的精度。圖5是通過讀取下載文本內(nèi)信息，成圖進(jìn)行每個(gè)存儲(chǔ)式地震儀時(shí)鐘精度質(zhì)控[13]。對(duì)于精度超限設(shè)備及時(shí)查找原因，對(duì)于因設(shè)備自身原因出現(xiàn)問題的及時(shí)維修，杜絕問題設(shè)備再次上線。出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常道應(yīng)及時(shí)進(jìn)行剔除，避免無效或錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)處理階段。圖6是當(dāng)設(shè)備時(shí)鐘漂移量出現(xiàn)較大誤差時(shí)，分選的共檢波點(diǎn)道集，一般是由于設(shè)備授時(shí)模塊出問題或者野外采集過程中，設(shè)備受外界因素影響導(dǎo)致與衛(wèi)星授時(shí)通訊出現(xiàn)問題[11]。對(duì)于這樣的地震道在炮集數(shù)據(jù)合成輸出前要及時(shí)剔除，避免對(duì)后續(xù)資料疊加造成干擾。

圖5 地震儀GPS衛(wèi)星數(shù)(左)和時(shí)鐘漂移量質(zhì)控(右)

5 結(jié)語(yǔ)

存儲(chǔ)式地震儀不同于有線儀器的“盲采”模式，對(duì)施工各環(huán)節(jié)有更加嚴(yán)格的質(zhì)控要求。開工測(cè)試應(yīng)對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行全參數(shù)質(zhì)量檢測(cè)[14]；生產(chǎn)采集過程中，要嚴(yán)格巡查設(shè)備布設(shè)和定期排列情況；數(shù)據(jù)回收后，及時(shí)對(duì)時(shí)鐘漂移、GPS狀態(tài)等信息檢查，及時(shí)將施工中暴露出的問題反饋給野外各班組。

通過采用科學(xué)規(guī)范的質(zhì)控流程，確保節(jié)點(diǎn)式地震儀使用過程中能夠獲得優(yōu)質(zhì)的地震數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，也保障了高質(zhì)量數(shù)據(jù)回收率[15]。隨著地震儀器采集技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，節(jié)點(diǎn)式地震采集設(shè)備智能化、集約化使得地震數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的監(jiān)控手段更多樣化，也將會(huì)為石油地震勘探的數(shù)據(jù)采集帶來更高的效率與質(zhì)量[16]。