有线和节点仪器联合采集技术的应用与展望

甘志强，刘 丽，张 健

(1.东方地球物理公司装备服务处仪器服务中心 河北 涿州 072751；2.辽河油田勘探开发研究院 辽宁 盘锦 124010； 3.东方地球物理公司装备服务处北疆作业部 新疆 乌鲁木齐 830016)

0 引 言

随着勘探向复杂区域的不断延伸和高效高密度采集技术的广泛应用，野外地震数据采集道数越来越大，为传统有线仪器的性能和功能带来了新的挑战，主要表现在系统总带道能力、单线带道能力、供电电池续航能力、使用便利性等方面[1，2]。同时，也对传统有线仪器的复杂地表穿越能力、平均单道重量、平均单道体积等提出新的要求。在这一大背景下，节点仪器应运而生，其突出特点是每个采集站都配备有GPS装置，能够自主连续的记录地震数据，并插入精确的时间和位置信息，用于后期的数据分离。这种采用分布记录地震数据的采集方式，摒弃了传统的传输线缆，极大简化了系统的结构，且不受地形和带道能力的限制，为野外施工提供了便捷。但是，由于节点仪器本身设计理念的原因，无法实现采集数据的现场实时下载和质控，数据交付相对滞后[3]。

有线、节点联合采集技术可以有效集合两种具有不同设计理念仪器的优势，能够满足大道数、高密度以及地表复杂区域采集对地震仪器的需求，具有广阔的应用前景。本文首先对联合采集的技术优势、实现的基本要求等进行分析，并给出基于iX1系统的联合采集应用案例，最后结合地震勘探需求对有线和节点联合采集技术的应用前景进行了探讨。

1 联合采集技术的基本原理及优势

1.1 基本原理

在进行联合采集时，有线仪器、节点仪器根据施工设计各自铺设对应的排列，参与采集的仪器系统采用卫星授时方式实现数据样点的时间同步，工作流程如图1所示。

图1 有线、节点联合采集工作流程

1.2 技术优势

由于设计结构和工作方式的不同，有线和节点地震数据采集系统具有不同的特点，同时在大道数采集施工过程中表现出各自的优点和劣势，见表1[4，5]。

表1 有线、节点仪器主要特点一览表

有线和节点联合采集技术可以充分集合有线、节点仪器的优良特点，使得地震数据采集更加便捷、高效，在施工作业过程中具有较为明显的技术优势：

1)充分发挥节点仪器无需布设电缆的优点，可满足山地、人员密集区、大型江河湖泊、机场、军事禁区、无工农许可等地震电缆不易布设区域的高效作业需求，增强数据采集的完整性与灵活性 ；

2)在施工设计时，对于地震电缆容易布设的区域，可使用有线地震仪器实现地震数据的高效采集，实现排列噪音实时监控，降低数据丢失风险，提升采集数据质量；

3)由于采用了二者联合采集的方式，使得平均单道重量相对较轻，减少了放线工作量，降低了HSE风险。排列用车的数量将明显减少，也给后勤保障减轻压力。

2 实现联合采集的基本要求

由于有线、节点联合采集涉及地震仪器的设计理念、工作原理和质量控制方式等方面都存在很大不同，为确保采集地震数据质量，联合采集需要满足以下基本技术条件：

1)参与采集的地震仪器时间延迟特性应一致，若不一致则系统之间的时间延迟差值应固定，达到记录地震数据初至时间无样点差的目的；

2)参与采集的地震仪器能够支持相同采集参数(包括前放增益、滤波类型、采样间隔等)且采集电路响应特性基本相当，确保采集地震数据形态相吻合，最终地震资料的幅频特性一致；

3)参与采集的有线仪器主机需具备GPS授时功能，可以将自身记录的地震数据标记GPS时间，并能够输出包括有炮点桩号、激发GPS时间等信息的辅助数据；

4)在进行脉冲源激发方式采集时，可使用仪器主机系统软件或其他专用软件根据施工设计较为方便地实现有线、节点仪器采集地震数据的合成，输出单炮记录、SPS文件、采集班报等辅助数据；

5)在进行可控震源激发方式采集时，可使用仪器主机系统软件或其他专用软件较为方便地实现有线、节点仪器采集地震数据的合成和相关处理，输出单炮记录、SPS文件、采集班报以及可控震源扫描属性报告等辅助数据。

3 应用案例

3.1 采集系统

iX1地震数据采集系统是INOVA公司在原G3i有线仪器和Hawk节点仪器的基础上设计开发的综合性管理与控制平台，其组成设备如图2所示。该系统的核心是由G3i有线设备和Hawk节点设备组成，并将系统的中央采集控制集成到原G3i主机中，形成新的iX1主机控制设备，而后续的数据处理功能集成到原Hawk系统的T3主机中，形成新的数据处理系统TX1。通过对G3i有线仪器和Hawk节点仪器的有效集成，为复杂地形下勘探作业以及加密排列等生产方式提供了灵活的解决方案。

3.2 数据一致性测试

为充分验证iX1系统有线和节点设备采集数据的一致性，两种仪器每个检波点均使用完全相同的3串30DX检波器接收地震波，试验排列的检波器连接示意图如图3所示。

1)初至比对。初至比对包括记录比对和初至拾取时间比对，使用处理软件上将来自两种仪器的同一桩号的采集数据抽取并依次相邻排列进行比对，结果如图4所示[6]。

图3 采集排列检波器连接示意图

图4 G3i仪器与Hawk仪器初至对比

2)频谱对比。在联合采集试验过程中，对来自不同地震仪器的同一炮点的地震记录的频谱进行了分析对比，图5为全炮频谱分析结果对比。从图中可以看出，两者无明显差异。

3.3 联合采集具体流程

在使用iX1系统进行联合采集作业时，新的iX1主机控制设备工作于GPS授时方式下完成炮点的激发控制，记录炮点激发信息、地震数据(有线部分)和相应的辅助道数据(可控震源生产时)并输出至TX1主机。最终，由TX1主机合成输出地震记录、SPS文件及其他对应的辅助数据。iX1系统联合采集野外作业流程如图6所示。

图5 单炮资料整炮(0～5 000 ms)频谱分析结果

3.4 应用效果

2017年7至8月，iX1联合采集平台在国内某探区首次规模化应用，投入有线设备21 000道、节点设备14 100道，使用SN5模拟检波器采集，激发方式涉及井炮和可控震源两种。该项目施工区域属于高海拔复杂山地，最高海拔4 586 m，平均海拔3 200 m。另外，工区内相对高差1 000～2 500m，局部高差达400 m，起伏剧烈。为解决复杂地形下排列收放困难的问题，在地势较为平坦的山前带使用有线设备采集，其余区域使用节点设备采集。通过这一联合采集方式在该项目的成功应用，有效降低了山地作业时的排列收放工作量和施工作业的安全风险，提升了采集排列的布设质量，促进了野外生产的“提效、提速”，应用效果良好。如图7所示为该项目典型单炮记录。

图6 iX1系统联合采集野外作业流程示意图

图7 iX1系统联合采集单炮数据记录

4 联合采集技术应用展望

随着宽频待、宽方位、高密度采集方法的规模化应用，野外地震采集规模越来越大，目前国内配备2至3万道采集设备的勘探项目已经十分普遍，且有逐步增大的趋势。另外，山地、城区、河流密集、高风险雷区等特殊地区的复杂地表环境也会为地震采集排列的高效布设带来新的挑战[7，8]。有线和节点联合采集技术有效集成了两种仪器的优点，从以下几个方面提升采集系统对大规模地震数据采集的适应能力，有良好的应用前景：

1)利用节点仪器无道数限制的特性弥补有线仪器实时带道能力不足的缺陷，实现超大道数的地震数据采集施工；

2)借助有线仪器环境噪音监视的功能对采集现场主要噪声源进行实时监控，确保采集数据质量；

3)通过有线和节点仪器的联合应用，提升了采集排列的穿越能力，保证复杂地表环境下的检波点布设精度，并减轻了节点仪器设备充电、数据下载合成的压力；

4)由于节点仪器没有电缆的束缚，使得有线节点联合采集系统平均单道重量较纯有线方式轻，降低了野外排列收放作业的工作量和施工作业的风险；

5)有线和节点联合采集系统可以根据工区地表、工农等情况灵活布设，可减少对环境的破坏，更符合环保要求。

5 结 论

近年来，随着物探技术的不断进步，野外地震采集道数也不断增长，在未来5至10年内20万道级的地震采集规模或将成为常态。由于实时带道能力(包括系统总实时带道能力和单线实时带道能力)、超大排列管理能力、复杂地表穿越能力以及电瓶续航时间等多方面因素的限制，有线仪器在面对20万道级地震数据采集规模时将十分吃力。由于本身设计理念的原因，节点仪器在进行大道数地震数据采集时，营地设备充电、数据下载合成环节的压力将十分巨大，道数越大，这一限制瓶颈表现的越为明显。有线和节点联合采集技术通过对两种不同设计理念采集设备的灵活应用，有效提升了采集系统对大道数地震勘探作业的适应能力，具有广阔的应用空间。