地震仪器“审计”技术探讨*

2020-11-05 03:06罗福龙

石油管材与仪器 2020年5期

罗福龙

(东方地球物理勘探有限责任公司装备服务处河北涿州 072751)

0 引言

随着地球物理勘探技术朝着宽频、宽方位、高密度、高效率等方向发展，地震勘探项目的单位面积数据量成几何级数增加，进而导致施工作业量也快速增加。为保持应有的经济利益就要求勘探项目的作业效率同步提升，以致当前地震队的作业时间精确到分秒计算。这不仅要求地震仪器有超强的地震道采集能力和上百台套的可控震源管理能力，还要求地震仪器有高速的运行管控能力和全天候的作业能力。

地震仪器是实施野外地震数据采集的关键装备[1]，无论是所采集地震数据的质量，还是地震勘探工程的综合效益都与地震仪器密切相关。所以，油气地震勘探项目实施过程中都特别重视地震仪器，尤其重视地震仪器的应用效果。

从实际工作情况看，地震仪器的应用效果与油气地震勘探项目实施的成效密切相关是毋容置疑的，所以想方设法提高地震仪器应用效果一直是野外地震队努力的目标。可实际工作应该通过什么方法和途径来提高地震仪器的应用成效并没有现存的经验可用，更没有通用的规律可循，多数情况下是凭习惯凭感觉去做，进而导致同等条件下地震仪器的实际应用效果千差万别。

综合当前国际国内油气地震勘探项目的一般做法可知，通常都是根据合同要求和施工方法去选配地震仪器类型、地面站道数、地震检波器串数、辅助设备等，并在项目开工前对所有设备按技术检验标准进行严格的测试。应该说这种流传已久的习惯做法作用是明显的，也基本能够确保参与施工作业的个体地震采集设备技术性能正常，但作为一个整体工作的地震仪器系统能否完全满足地震勘探生产需求还得通过实际生产来验证。以往的地震勘探项目运作效果都证明，在生产过程地震仪器一般总是会出现这样或那样的技术问题，轻者影响野外地震数据采集的作业效率，严重时还可能导致停工停产。那么，这些可能发生在生产过程中且与地震仪器系统关系密切的技术问题有没有机会提前发现和提前解决呢？根据所有事故都可以预防和规避理念，只要方法得当且有详细、周密、慎重的谋略，做到所有问题事先发现并及时解决是可能的，这就是地震仪器“审计”技术提出的初衷。

1 地震仪器应用现状

为了理清当前地震仪器在应用上存在的问题，有必要事先回顾地震仪器生产应用的发展轨迹[2]。几十年前，因当时的技术能力所致，地震仪器一般就配置几百道，可能出现的技术问题也就相对简单。今天的油气地震勘探项目特别是高密度勘探项目，地震仪器的配置可能达到几万甚至几十道，那么生产中遇到的技术问题就可能层出不穷且错综复杂。实质上，对比几十年来的发展变迁，地震仪器在应用环境、方法、条件、技术、模式等方面的主要变化是：实时接收的地震道数从几十发展到几万甚至几十万；日生产的“炮”数从几十发展到几千甚至几万；日作业时间从阳光作业发展到全天候作业；日待工时间从允许几个小时到争分夺秒；作业环境从以平坦地表为主到山地复杂区无所不能；作业技术从常规的地震勘探方法发展到以“两宽一高”为特征的高端地震勘探方法；同步方式从简单的命令同步模式发展到以授时同步、定时同步、连续采集等为特征的精准同步模式；扫描技术从单一的线性扫描发展到以滑动扫描为基础的各种先进高效扫描方式；等等。所有这些发展变化一方面得益于地震仪器综合技术能力的增强，另一方面也要求提升配套的应用能力，因此与时俱进地创新地震仪器的应用方法便是适应发展变化的必然选择。

虽然几十年来地震仪器的应用条件、技术、模式等发生了天翻地覆的变化，但油气地震勘探项目的实施对地震仪器的选型、配置、管理、测试、质控等措施基本上还是沿用传统的习惯做法。归结起来这些做法主要是：按合同要求(也可能是甲方指定或施工方建议)选择能够满足勘探方法的地震仪器类型；按观测方式、作业环境和制度文件等确定地面设备配置类型和数量(包括采集站道数、地震电缆或光缆根数、地震检波器串数等)；依据相应的技术检验标准对地震仪器及所有配套设备进行测试验收，确保参与生产的设备功能正常且性能合格；投入生产应用期间按相应技术标准进行质量控制，若发现技术问题及时解决；野外生产结束后收集整理归类地震仪器及其配套设备，并进行简单测试再库存或转交，这便是几十年来应用地震仪器进行地震勘探大致要经过的选型、配置、质控和验收流程。

显然，这种传统应用地震仪器的习惯做法与当前油气地震勘探工程新特点不相适应，还有许多特别需要改进或创新的方面，这是因为绝大多数油气地震勘探项目在实施过程中，地震仪器都会不同程度出现影响生产成效的技术问题。为进一步说明这一点，下面将以近些年地震队实际运作的油气地震勘探项目为例，系统地总结有关地震队在项目运作过程中所用地震仪器及其配套设备在技术方面出现的问题，具体内容见表1。

表1中仅列举了部分有代表性的技术问题，实际上几乎每一台地震仪器在施工过程中都或多或少地会遇到某些技术问题，常见的有地面设备配置多了或少了，地面设备接插件坏了，需要的辅助设备未配置，地震资料遭遇特殊干扰，电台通信不畅，激发与接收不同步，数据不能相关，等等。这些问题的危害是明显的，轻则浪费资源、影响生产效率、增加设备故障率，严重时导致停工停产、质量事故、设备事故。所以，努力防范和规避地震仪器在生产过程可能出现影响生产和质量的问题，特别将可能的问题解决在正式生产之前，就成为提高地震仪器应用效果的重要课题。

表1 地震仪器施工中出现的问题举例

2 原因分析

地震仪器出现的任何技术问题都有其内在的形成条件，问题和条件是一对性能和表现的因果关系。实际工作时，只有明确了导致地震仪器问题的本质原因，才有机会找到解决问题的路径。为了一般性地说明地震仪器施工期间出现问题的成因时间，下面仍以表1列出的问题为对象来分析其中的原因。通过对每一个问题的反向查找和分析都能找到产生相应问题的原因，具体细节见表2。

表2 地震仪器技术问题原因分析

从这些具体的原因背后可以看到，表2列出地震仪器问题的成因并不是在施工过程产生的，而是在投入施工之前就已经形成，只是前期工作没有识别而已。那么，为什么在施工之前没有发现这些客观存在的问题诱因呢？理由还是应该归结到开工之前的地震仪器“审计”工作没有到位。如果正式生产前，能够结合地震仪器及其配套设备固有特性，充分调查研究过施工环境，就可以发现1.5 m引线的数字地震检波器不适用2 m水深的池塘；还可以发现山高林密地区使用电台通讯存在信号盲区；如果开工前能够严格检测电瓶的容量，并结合地面设备的功耗就可以识别小容量电瓶不适合野外生产；如果在铺设野外排列前能够按照施工设计的最大地震排列进行极限能力测试，就可以发现地震仪器当时用错网口通信连线以及系统采集能力不足等问题。根据表2所分析得到的内在客观原因可知，只要在正式开工生产前做好充分相关准备工作，也就是做好详细、周密、慎重的地震仪器谋划工作(参见表2列项“提前发现解决问题措施”)，表1列述的所有客观问题都能暴露并解决在正式开工生产之前。由此可见，导致地震仪器及其配套设备在施工过程中频繁出现的客观问题，绝大多数是可以提前发现并解决在正式生产之前的，关键是在正式开工生产前要做好有针对性的调查研究、系统设计、精细测试、仿真考核等技术审计工作。

3 隐患识别方法探究

正如此前所描述的，地震仪器及其配套设备在施工过程出现的多数技术问题，都是在投入正式生产前就形成了相应条件，只是因缺少规模化生产应用没能在施工之前将客观条件以问题形式暴露出来。那么，对于这些事先就客观存在的问题诱因，用什么方法可以做到提前发现并解决在正式开工之前呢？为此，下面将围绕如何提前暴露地震仪器客观存在的问题诱因，并将诱因排除在开工生产之前这一目标，从多个方面来探讨具体的工作思路。

3.1 地震仪器配置技术设计

对于特定的油气地震勘探项目，首先要解决的是配置什么类型的地震仪器及其什么样的辅助设备问题，也即地震仪器配置技术设计先行。做好本项工作需要调查研究做支持，第一要根据合同规定的地震数据采集方法，明确观测系统设计、采集参数设计、施工作业模式(高效采集作业或常规采集作业等)、质量控制要求等具体内容，由此去定向选型可以满足需求的地震仪器类型和确定地面设备的基本配置量。第二要充分调查研究施工作业环境，通过对地表作业环境的核实，进一步明确选择特定的地震仪器或地震仪器组合，同时结合施工设计效率精确地测算出地面设备配置的需求量，并根据地表条件的特殊性选配相应的辅助技术或设备(如无线桥、独立激发控制系统、井口坐标采集器等)。通过地震仪器配置技术设计主要是解决配置什么和配置多少问题，基本要求是保证配置设备能充分满足施工需求，但又不过分富余导致资源浪费。

3.2 地震仪器常规测试

完成地震仪器配置技术设计后，就进入设备聚集和常规测试阶段。作为一种精密电子设备地震仪器及其配套设备经过使用和搬迁，总免不了有个别设备故障或性能下降，为了保证参与生产的设备性能都合格有效，就得对所有设备进行性能测试[3]，并依据相应技术标准来剔除不合格设备。这项工作是必要的也是重要的，常规测试不仅可以剔除性能不合格设备，更重要的是可以发现潜在的隐患(例如接插件老化、线缆内伤、功耗大等)，进而将隐患消除在正式生产之前。地震仪器常规测试[4]实质上可以理解为传统的开工检验，相当于做一次地震仪器年检验。需要强调的是，做常规测试的同时还要做好系统基础支持条件[5]的检查和确认，包括供电是否合格、接地是否规范、物理连接是否正确、安装固定是否牢靠、外观组成是否完整有效，等等。

3.3 极限能力验证

常规测试的功效重点是确保组成地震仪器的每一个独立部件功能正常性能合格，但地震仪器的工作成效要靠按特定物理联接关系形成的部件集合体来实现，例如能否满足观测系统定义的实时接收通道数[6]，就得通过整体联机测试才能验证。极限能力验证泛指特定的油气地震勘探项目中地震仪器可能用到的各种极端技术条件进行仿真测试，常见的极端条件主要包括最大激活排列支持能力、单接收线的道能力、系统的道能力、最大负荷下的记录速度、电瓶最大续航时间、最严格的时距规则适应能力等。极限能力测试主要是验证地震仪器系统能否满足各种极端技术条件下的需要，通常这样做能发现许多潜在的技术缺陷，进而把所有可能影响项目生产的风险解决在正式开工之前。

3.4 个性化功能测试

为了满足特殊需求就应该配置特殊功能的设备或技术，对于这些特殊功能的硬件和软件在正式生产前完成仿真测试同样意义重大。例如，针对河流湖泊等一般会选择无线桥通信技术进行数据传输[7]，那么所选择的无线桥通信技术在通信距离、速率，环境适应性等方面能否满足实际生产需求，也得进行测试验证才能得出正确结论。又例如，针对高速公路、城镇等地表施工环境需要选择地震仪器的多级排列或自由路径技术，这时也需要事先对这些特殊技术进行测试验证才能做到万无一失。总之，针对油气地震勘探项目的个性化需求，特别是针对某些特殊的环境所配置的特殊技术，开工生产前进行全面仿真测试[8]也是规避或减少地震仪器在生产过程中出现问题的必经之路。

3.5 生产流程演练

做完上述工作虽然总体上确保了地震仪器及其配套设备能够满足生产需求，但还不能百分百地说明所有的问题诱因都能暴露或发现，为此还需要按实际生产模式进行联机演练。地震仪器的工作是一个系统工程，不仅直接涉及到地震波的传感、数字化、传输、记录等多个工序，还涉及到地震波激发、现场处理、资料解释等相关工序。联机进行生产流程演练就是完全仿真生产方式完成所有工序的测试，以此验证联机工作、通信距离、生产运行、生产数据、质量控制等是否正常。从头到尾走一遍生产流程，一般都能暴露存在于工序间衔接上的问题，进而把存在的隐患解决在正式生产之前。

3.6 设备的维护与更新

通过一系列的测试和验证肯定能发现一些地震仪器及其配套设备固有的技术问题，有些技术问题可以借助软件手段等解决，但更多的问题需要通过硬件更换或维修才能解决，这就涉及地震仪器的维护与更新。所以，对于前期地震仪器技术审计中发现的隐患通过设备维修或更新加以排除，便是把问题解决在正式生产前的又一道关口。设备的维护与更新需要特定的基础条件，首先要准备数量充足且性能合格的维修备件和材料，其次要具备支持维修的检测设备、专用工具、空间环境和操作技术。

以上所探讨的六大方法本质上就是地震仪器审计技术主体，可见审计技术越齐全先进地震仪器的应用成效就越有保障。实际应用效果也证明，只要以上六项工作在正式开工生产前做实、做全、做准，多数隐患都能够得到有效识别，地震仪器在生产过程中出的技术问题就少甚至不出。坚持地震仪器的所有技术问题是可以预防和规避的理念，超前做好地震仪器技术的审计，是进一步提高地震仪器应用成效的最佳途径。

4 地震仪器审计技术要素

通过对地震仪器问题隐患识别方法的路线讨论，结合实际工作效果可以初步认定，除特殊情况外(如自然灾害、不可抗力事件、人为失误等)，特定的地震仪器及其配套设备在整个油气地震勘探项目中可能出现的技术问题总量基本一定，暂且称其为总量一定法则。如果能将可能出现的问题基本解决在正式开工生产前，自然生产过程中就有更少的误工时间和更高工作效率，这就是地震仪器审计技术的内涵和功效。

4.1 审计流程

地震仪器审计技术的核心就是强化正式开工前的准备工作，主要内容包括地震仪器配置技术设计、常规性能测试、极限能力验证、个性化功能测试、联机模拟生产方式运行和带有性能缺陷设备的维护更新等。地震仪器审计技术提出的依据是基于特定地震仪器及其配套设备的一切技术问题都是可以预防和规避的理念，目的在于将所有潜在的地震仪器系统技术性能隐患充分地暴露并排除在地震勘探项目正式开工生产之前。地震仪器审计技术的关键创新点是打破传统的地震仪器应用习惯，建立全新的操作标准和流程，并根据地球物理勘探技术的发展需求和地震仪器技术的当下状态，与时俱进地提出能使地震仪器应用成效最大化的作业技术方案。本质上，在正式生产前详细、周密、慎重谋划地震仪器及其配套设备的准备工作就是地震仪器审计技术的核心，突出的是计划性、针对性、前瞻性和有效性，图1展示的是地震仪器审计技术的基本流程和主要内容。

图1 地震仪器审计技术流程图

4.2 审计依据与要素

实施地震仪器技术状态审计时，自然应遵循一定的规矩和条件，考虑到地震仪器的根本作用是将动态的地震波转换为静态的地震数据，那么以满足本质需求为目标的技术审计通常遵循和依据的基本要素应包括但不限于如下内容：

项目合同约束条款；

厂商公布的技术指标；

行业通用技术要求；

4.3 审计追求的目标

地震仪器技术性能审计的终极目标是把潜在的技术问题解决在正式开工生产之前，进而从地震仪器技术方面为提高油气地震勘探项目综合成效创造条件。那么，地震仪器技术性能审计具体应达到什么效果，实现什么目标呢？结合国际上应用地震仪器的先进经验和实际工作成效，总体上认为地震仪器技术性能审计至少应围绕以下目标进行：

结合环境、合同和方法选择最优的系统配置方案；

掌握系统的技术性能状态；

识别系统可能存在的技术风险；

制定排除所识别隐患的方案；

系统的综合能力得到验证；

设备性能满足地表环境需求；

系统的实际工作流程得到验证；

制定系统性能优化与增强方案；

制定维护备件材料计划；

提出生产组织模式建议；

明确系统的质量控制要点。

以上对地震仪器审计技术的论述是以当前油气地震勘探习惯做法为前提，如果地震仪器应用技术发展到新的阶段，相应的地震仪器审计技术也会有新的内涵。相信，只要所有的地震勘探项目都做到与时俱进、科学合理地应用地震仪器，自然就会实现最佳的应用效果，地震仪器的审计技术也就达到了最高境界。

5 结束语

探索就有成功的机会，不探索肯定不会成功。提出地震仪器审计技术就是想改变当前不切实际的习惯做法，相信只要有创新的意识和信心，坚持一切性能隐患都是可以识别和排除的理念，地震仪器的综合应用效果就一定能够持续提升。当下需要做的是，在地震勘探行业范围内制定一项统一的技术标准，规范地震仪器审计技术要素，进而更好地推动和引领地震仪器审计技术的发展。

地震仪器的应用技术广泛而精深，这里讨论的地震仪器审计技术只是地震仪器应用技术的一个侧面，探讨内容的深度和广度有待进一步提高，特别是文中提出的有些观点还有待实际工作的检验。