孫 哲,杜清波,翟金浩,王秋成,劉進(jìn)寶,靳恒杰,接銘麗

(1.中國石油東方地球物理公司采集技術(shù)中心,河北涿州072751;2.中國石油東方地球物理公司地震儀器研發(fā)項(xiàng)目組,河北涿州072751)

隨著人們對(duì)地震采集設(shè)備工作原理和特性的認(rèn)知不斷深入,以及地震勘探采集設(shè)備研發(fā)技術(shù)的飛速發(fā)展[1-3],地震采集儀器帶道能力大幅提升。為適應(yīng)未來超高密度地震技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展,目前已出現(xiàn)具備百萬道帶道能力的地震儀器[4]。如今的油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域,所面臨的地質(zhì)問題越來越復(fù)雜,難度越來越大[5],為了更加充分地利用地質(zhì)和地震資料進(jìn)行油氣勘探,使地震的作用最大化,“兩寬一高”地震勘探在近些年不斷取得進(jìn)展,并在國內(nèi)外得到廣泛認(rèn)可和應(yīng)用[6-8]。這也進(jìn)一步推動(dòng)了可控震源高效采集技術(shù)的深入研究和快速推廣[9-14],并朝著更大數(shù)據(jù)量和更加高效的趨勢(shì)發(fā)展。

由于以往采用人工查看單炮記錄進(jìn)行質(zhì)控的方式存在漏查、主觀性強(qiáng)、效率低等缺點(diǎn),因而這種方式根本無法滿足高效采集對(duì)質(zhì)控的要求,為此必須要形成一套快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)的地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)以取代這種人工質(zhì)控方式[15-18]。該項(xiàng)技術(shù)通過實(shí)時(shí)讀取由地震采集儀器生成的單炮數(shù)據(jù)文件并對(duì)其進(jìn)行分析,對(duì)出現(xiàn)質(zhì)量問題的排列和炮點(diǎn)進(jìn)行信息提示,達(dá)到及時(shí)提醒野外整改排列或補(bǔ)炮的目的。隨著近些年來的研究和應(yīng)用,地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)不斷得到完善并日漸成熟[19-21]。

然而,隨著可控震源高效采集技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,可控震源超高效混疊地震采集作為一項(xiàng)新技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。該項(xiàng)采集技術(shù)理念興起于中東地區(qū),并在近些年進(jìn)行過多次試驗(yàn),2017年由BGP公司在阿曼實(shí)現(xiàn)了全球首次實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。該技術(shù)融合了獨(dú)立同步掃描技術(shù)、動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描技術(shù)及滑動(dòng)掃描技術(shù)等幾項(xiàng)高效采集技術(shù)。針對(duì)震源組之間的不同距離范圍,分別采用不同的激發(fā)方式進(jìn)行放炮生產(chǎn)。實(shí)際生產(chǎn)中,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)震源的調(diào)度安排,大多數(shù)震源往往處于獨(dú)立掃描方式。因此,可控震源超高效混疊地震采集施工的效率極高,日效可達(dá)數(shù)萬炮。這使得該生產(chǎn)方式下的野外質(zhì)控也面臨著多項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在:①激活排列可達(dá)數(shù)萬道,這使得原始記錄數(shù)據(jù)量較大,單文件可達(dá)數(shù)百M(fèi)B,單日數(shù)據(jù)總量可達(dá)數(shù)個(gè)TB;②原始數(shù)據(jù)記錄為儀器在微地震模式下生成的連續(xù)記錄,因此,數(shù)據(jù)記錄中不再包含炮點(diǎn)信息;③儀器在微地震模式下生成的連續(xù)記錄會(huì)存在數(shù)據(jù)丟失這一新問題;④生產(chǎn)使用單獨(dú)的可控震源指揮系統(tǒng)來控制震源起震,但該系統(tǒng)無法直接獲取到排列狀態(tài)和質(zhì)控信息,從而無法保證生產(chǎn)質(zhì)量。這些在超高效混疊地震采集作業(yè)方式下出現(xiàn)的質(zhì)控難題,均是以往常規(guī)實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)無法解決的。因此,需要研發(fā)一套能夠應(yīng)對(duì)以上挑戰(zhàn)的地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù),為超高效混疊地震采集作業(yè)提供質(zhì)控保障。

針對(duì)上述問題,本文提出了一種適用于應(yīng)用有線儀器進(jìn)行地震采集的超高效混疊地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)。通過搭建光纖網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、利用連續(xù)記錄的時(shí)間連續(xù)性特征、采用UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及分析問題排列出現(xiàn)的時(shí)空位置與炮點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了連續(xù)記錄的大數(shù)據(jù)文件高效傳輸、連續(xù)記錄的數(shù)據(jù)丟失檢查、實(shí)時(shí)質(zhì)控系統(tǒng)與可控震源指揮系統(tǒng)間的排列信息通訊以及不合格炮點(diǎn)實(shí)時(shí)定位功能。最后展示了該技術(shù)在實(shí)際野外采集生產(chǎn)中的成功應(yīng)用效果。

1 超高效混疊地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)控挑戰(zhàn)

可控震源超高效混疊地震采集是一種較新的高效采集作業(yè)方式,目前已經(jīng)在海外地震勘探生產(chǎn)中得到應(yīng)用。該作業(yè)方式通過采用數(shù)萬道有線檢波器在工區(qū)中進(jìn)行大范圍鋪設(shè),24h不間斷采集地震數(shù)據(jù),其橫向排列長(zhǎng)度可達(dá)40～50km。施工過程中,當(dāng)震源組間距超過預(yù)先規(guī)定的距離門檻Db時(shí),采用獨(dú)立掃描方式進(jìn)行放炮生產(chǎn);當(dāng)震源組之間的距離介于距離門檻Db與距離門檻Ds之間時(shí)(Db>Ds),采用動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描方式進(jìn)行放炮生產(chǎn);當(dāng)震源組之間的距離小于距離門檻Ds時(shí),采用滑動(dòng)掃描方式進(jìn)行放炮生產(chǎn)。結(jié)合目前已具備的室內(nèi)單炮數(shù)據(jù)分離能力,實(shí)際生產(chǎn)中通常將距離門檻Db與Ds設(shè)置成數(shù)百米。目前,可控震源超高效混疊地震采集技術(shù)采用有線儀器在微地震模式下進(jìn)行數(shù)據(jù)連續(xù)記錄。這種生產(chǎn)方式效率極高,通常12～14組震源的每日生產(chǎn)效率超過3×104炮。此外,由于相鄰震源之間的距離相對(duì)較近,因此,在數(shù)據(jù)記錄中會(huì)表現(xiàn)出明顯的炮記錄混疊現(xiàn)象。這種超高效混疊地震采集技術(shù)使得生產(chǎn)運(yùn)作方式較以往有大幅變動(dòng),與以往陸上有線設(shè)備地震采集作業(yè)方式相比,超高效混疊地震采集施工的主要特點(diǎn)如下。

1) 施工過程中,為了適度拉開各組震源的間距,從而發(fā)揮獨(dú)立掃描的高效作業(yè)優(yōu)勢(shì),通常鋪設(shè)的檢波器道數(shù)較多,范圍較廣,目前生產(chǎn)中應(yīng)用的接收道數(shù)已超過5×104道,因此,生產(chǎn)采集的數(shù)據(jù)量較大,單個(gè)數(shù)據(jù)文件已接近400MB。

2) 地震采集儀器被設(shè)置成微地震模式對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行24h不間斷采集,因此,生成的數(shù)據(jù)文件包括了生產(chǎn)在用的全部激活排列所接收的地震道數(shù)據(jù),并且是具有固定時(shí)間長(zhǎng)度的連續(xù)記錄文件,即文件號(hào)相鄰的數(shù)據(jù)文件在時(shí)間上連續(xù),且為原始未相關(guān)記錄,而非相關(guān)后的單炮記錄。

3) 由于地震采集儀器被設(shè)置成微地震模式,從而不再控制可控震源放炮。因此,生產(chǎn)中需要使用單獨(dú)的可控震源指揮系統(tǒng)實(shí)時(shí)管理可控震源進(jìn)行采集放炮,以保證對(duì)十幾臺(tái)甚至幾十臺(tái)可控震源的調(diào)度指揮和激發(fā)控制。地震采集儀器只負(fù)責(zé)記錄數(shù)據(jù)。

對(duì)于采用有線設(shè)備進(jìn)行地震數(shù)據(jù)采集的可控震源超高效混疊地震采集施工方式,斷排列問題仍然是生產(chǎn)中的一項(xiàng)嚴(yán)重質(zhì)量問題。該問題通常是由于在進(jìn)行地震采集過程中,負(fù)責(zé)傳輸采集數(shù)據(jù)的纜線,由于自身出現(xiàn)硬件固障或受到外部因素干擾甚至破壞,使得采集排列斷開而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或傳輸錯(cuò)誤的一種現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)斷排列問題后,通常需要立即停炮,并及時(shí)對(duì)問題排列進(jìn)行整改,且還需要對(duì)之前在斷排列情況下采集過的炮點(diǎn)實(shí)施補(bǔ)炮。此外,在該生產(chǎn)方式下,還會(huì)出現(xiàn)如連續(xù)記錄的數(shù)據(jù)丟失這種以往采集作業(yè)方式下所不曾遇到的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量問題,同樣需要被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決,這些都表明可控震源超高效混疊地震采集必須要有新的實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)作保障。針對(duì)上述問題,提出了新的實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)。

1) 可控震源超高效混疊地震采集需要鋪設(shè)的排列范圍大,接收道數(shù)多,采集到的地震數(shù)據(jù)文件大,這使得以往使用的常規(guī)網(wǎng)絡(luò)通訊媒介已經(jīng)無法滿足實(shí)際生產(chǎn)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸效率的要求,因而要求實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)必須具備更加高效的數(shù)據(jù)傳輸能力。

2) 對(duì)于地震采集儀器在微地震模式下生成的連續(xù)記錄文件,由于儀器系統(tǒng)本身或者人工誤操作等原因,時(shí)而會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況,即相鄰文件號(hào)的兩個(gè)數(shù)據(jù)文件記錄之間存在某個(gè)時(shí)間范圍的數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象。對(duì)于這種現(xiàn)象,必須要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提醒現(xiàn)場(chǎng)施工人員快速應(yīng)對(duì)。

3) 當(dāng)管理可控震源采集放炮的任務(wù)交由可控震源指揮系統(tǒng)時(shí),必須要有一套能夠?qū)崟r(shí)將排列狀態(tài)和質(zhì)控結(jié)果信息傳輸?shù)娇煽卣鹪粗笓]系統(tǒng)的方法。并且還要在可控震源指揮系統(tǒng)中,形成一套對(duì)受到所獲取的排列狀態(tài)和質(zhì)控信息影響的炮點(diǎn)進(jìn)行快速反饋的方法。從而達(dá)到有效控制可控震源及時(shí)進(jìn)行停炮或補(bǔ)炮的目的,保證生產(chǎn)質(zhì)量。

2 混疊地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)控對(duì)策

2.1 高效數(shù)據(jù)文件傳輸

在實(shí)時(shí)質(zhì)控過程中,需要由實(shí)時(shí)質(zhì)控系統(tǒng)對(duì)地震采集儀器主機(jī)向其推送的地震數(shù)據(jù)文件進(jìn)行實(shí)時(shí)分析,從而得到質(zhì)控評(píng)價(jià)結(jié)果。對(duì)于可控震源超高效混疊地震采集而言,由于接收道數(shù)多,地震數(shù)據(jù)文件大,并且24h不間斷施工作業(yè),因此,在進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的過程中,要實(shí)現(xiàn)由地震采集儀器主機(jī)向?qū)崟r(shí)質(zhì)控主機(jī)快速、穩(wěn)定地傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)文件,同時(shí)又不對(duì)儀器放炮產(chǎn)生影響,是非常重要的。數(shù)據(jù)傳輸效率延遲,會(huì)導(dǎo)致儀器中的數(shù)據(jù)積壓或數(shù)據(jù)傳輸堵塞等問題,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成地震儀器主機(jī)死機(jī),從而嚴(yán)重影響野外地震采集效率。此外,如果數(shù)據(jù)傳輸或質(zhì)控效率滿足不了生產(chǎn)進(jìn)度,就會(huì)導(dǎo)致實(shí)時(shí)質(zhì)控結(jié)果的反饋滯后,尤其是在遇到需要停炮整改或者補(bǔ)炮的情況下,如果不能及時(shí)處理,會(huì)造成生產(chǎn)成本的增加。

現(xiàn)有的實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)已經(jīng)具備針對(duì)大數(shù)據(jù)文件進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)控的能力。為了在實(shí)際生產(chǎn)過程中保證高效的數(shù)據(jù)計(jì)算能力,引入多線程并行技術(shù),將每個(gè)排列數(shù)據(jù)單獨(dú)使用一個(gè)線程來進(jìn)行計(jì)算,從而有效保證數(shù)據(jù)質(zhì)控的計(jì)算效率達(dá)到200MB/s以上[17],滿足超高效混疊采集作業(yè)對(duì)質(zhì)控計(jì)算效率的要求。但是在數(shù)據(jù)傳輸方面,以往使用常規(guī)的六類或超六類雙絞線網(wǎng)線和千兆網(wǎng)卡作為網(wǎng)絡(luò)通訊媒介,數(shù)據(jù)傳輸速率不超過100MB/s,完全無法滿足超高效混疊地震采集對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。為了提高?shù)據(jù)傳輸效率,通過在儀器主機(jī)和質(zhì)控機(jī)器上安裝萬兆光纖網(wǎng)卡,并使用光纖網(wǎng)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,可使得傳輸速率達(dá)到150～200MB/s。聯(lián)合應(yīng)用這種高效數(shù)據(jù)傳輸方法與已有的高效并行計(jì)算方法,可以滿足超高效混疊地震采集對(duì)實(shí)時(shí)質(zhì)控的整體效率要求。

2.2 連續(xù)記錄數(shù)據(jù)質(zhì)控

可控震源超高效混疊地震采集的生產(chǎn)效率高,但鄰炮干擾嚴(yán)重,這也使其在生產(chǎn)中需要關(guān)注的質(zhì)控內(nèi)容與常規(guī)采集不同。如在以往地震采集施工中需要質(zhì)控的能量、噪聲等指標(biāo),已經(jīng)不再作為超高效混疊地震采集的質(zhì)控重點(diǎn)。對(duì)于采用有線設(shè)備進(jìn)行地震數(shù)據(jù)采集的可控震源超高效混疊地震采集作業(yè)而言,斷排列仍是重點(diǎn)質(zhì)控內(nèi)容?，F(xiàn)有的實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)已經(jīng)具備了成熟的斷排列監(jiān)控方法[21],但在超高效混疊地震采集作業(yè)方式下,除了斷排列情況外,還存在一項(xiàng)更為嚴(yán)重的質(zhì)量問題,即前面提到的連續(xù)記錄數(shù)據(jù)丟失問題,此問題必須要在現(xiàn)場(chǎng)施工中被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。地震采集儀器在微地震模式下生成的數(shù)據(jù)記錄為連續(xù)的未相關(guān)記錄,而各炮點(diǎn)所采集的相關(guān)后單炮記錄則需要通過后期室內(nèi)處理得到(公式(1))。

S(t)?W(t)=X(t)

(1)

式中:S(t)為可控震源掃描信號(hào);W(t)為采集到的相關(guān)前的連續(xù)記錄文件;X(t)為相關(guān)后單炮記錄:?為相關(guān)計(jì)算符號(hào)。前面提到,在有線儀器超高效混疊地震采集作業(yè)方式下,在文件號(hào)相鄰的兩個(gè)數(shù)據(jù)文件之間,偶爾會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象,這會(huì)造成后期室內(nèi)處理中,許多炮點(diǎn)無法得到完整的相關(guān)單炮記錄。圖1a 給出了原始未相關(guān)記錄,記錄中兩條紅色虛線間部分為參與相關(guān)運(yùn)算的部分?jǐn)?shù)據(jù),綠色陰影區(qū)域?yàn)閿?shù)據(jù)丟失部分;圖1b為掃描信號(hào)。二者進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算得到相關(guān)后單炮記錄。若參與相關(guān)運(yùn)算的原始未

圖1 連續(xù)記錄(a)與掃描信號(hào)(b)

相關(guān)數(shù)據(jù)中,涉及到了圖中綠色陰影部分所示的數(shù)據(jù)丟失范圍,就會(huì)造成無法得到該炮點(diǎn)對(duì)應(yīng)的完整的相關(guān)單炮記錄。因此,這就需要在超高效混疊地震采集施工過程中,有一套針對(duì)連續(xù)記錄文件數(shù)據(jù)丟失問題的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法技術(shù),以保證在實(shí)際生產(chǎn)中能夠及時(shí)提醒野外施工人員發(fā)現(xiàn)和處理數(shù)據(jù)丟失問題。

在現(xiàn)場(chǎng)生成的原始相關(guān)前的連續(xù)記錄文件頭中,存儲(chǔ)著該數(shù)據(jù)文件的記錄起始時(shí)間信息及數(shù)據(jù)實(shí)際記錄長(zhǎng)度。當(dāng)滿足公式(2)時(shí),即當(dāng)文件號(hào)相鄰的兩個(gè)數(shù)據(jù)文件的起始時(shí)間間隔大于數(shù)據(jù)記錄長(zhǎng)度,即可判定存在數(shù)據(jù)丟失的情況。

T′s-Ts>L

(2)

式中:Ts表示前一數(shù)據(jù)文件的記錄起始時(shí)間;T′s表示后一數(shù)據(jù)文件的記錄起始時(shí)間;L表示數(shù)據(jù)記錄長(zhǎng)度。由此可知,發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的時(shí)間范圍為Ts+L～T′s。此外,在實(shí)際生產(chǎn)中,出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤時(shí),由地震采集儀器記錄得到的數(shù)據(jù)文件中將會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)值異常的現(xiàn)象。此時(shí),采集到的數(shù)據(jù)同樣不能夠用于后期的室內(nèi)處理。對(duì)于此類數(shù)據(jù),通常表現(xiàn)為道頭與數(shù)據(jù)均為異常的現(xiàn)象(圖2)。因此,通過檢查數(shù)據(jù)道頭中的線、點(diǎn)號(hào)范圍是否超過SPS的規(guī)定范圍,即可對(duì)其進(jìn)行識(shí)別。由于這些數(shù)據(jù)異常道的道頭本身已經(jīng)存在問題,因此,無法通過直接讀取道頭的方式來得到數(shù)據(jù)異常范圍信息。但由于可控震源超高效混疊地震采集在生產(chǎn)中始終采用全排列進(jìn)行接收,因此,相鄰數(shù)據(jù)文件的排列范圍是相同的。從而通過比對(duì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的連續(xù)記錄文件與前一連續(xù)記錄文件的正常數(shù)據(jù)道的排列范圍,即可得到數(shù)據(jù)異常的地震道范圍:對(duì)于前一連續(xù)記錄文件中多出的正常數(shù)據(jù)道范圍,即為當(dāng)前連續(xù)記錄文件的數(shù)據(jù)異常道范圍。

2.3 排列狀態(tài)與質(zhì)控信息傳輸

鑒于可控震源超高效混疊地震采集施工中,需要使用單獨(dú)的可控震源指揮系統(tǒng)來實(shí)時(shí)管理可控震源進(jìn)行采集放炮,因此,為了保證野外放炮質(zhì)量,而不是在生產(chǎn)中進(jìn)行“盲采”,需要可控震源指揮系統(tǒng)能夠在“了解”排列狀態(tài)和質(zhì)控信息的情況下,準(zhǔn)確指揮震源放炮。

圖2 數(shù)據(jù)異常地震記錄

由于實(shí)時(shí)質(zhì)控系統(tǒng)可以在本地主機(jī)中讀取和分析由地震采集儀器主機(jī)通過局域網(wǎng)向其實(shí)時(shí)推送的連續(xù)記錄文件,以獲取排列狀態(tài)信息,并通過對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行質(zhì)控以得到質(zhì)控結(jié)果,因此,通過在實(shí)時(shí)質(zhì)控主機(jī)和可控震源指揮系統(tǒng)主機(jī)之間搭建基于UDP協(xié)議的局域網(wǎng),由實(shí)時(shí)質(zhì)控系統(tǒng)將本地的排列狀態(tài)和質(zhì)控結(jié)果信息通過網(wǎng)絡(luò)推送到可控震源指揮系統(tǒng)中。之后,由可控震源指揮系統(tǒng)將所接收信息與本地的震源放炮信息相結(jié)合,從而能夠在排列范圍不滿足放炮條件,或者存在質(zhì)量問題時(shí),判斷出哪些炮點(diǎn)需要重新放炮或者停止放炮。因此,在進(jìn)行可控震源超高效混疊地震采集生產(chǎn)時(shí),需要搭建如圖3所示的質(zhì)控主機(jī)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)環(huán)境:將地震采集儀器主機(jī)、實(shí)時(shí)質(zhì)控主機(jī)以及可控震源指揮系統(tǒng)主機(jī)三者之間同時(shí)進(jìn)行局域網(wǎng)聯(lián)機(jī),并以實(shí)時(shí)質(zhì)控主機(jī)為橋梁,實(shí)現(xiàn)將排列狀態(tài)與質(zhì)控信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇煽卣鹪粗笓]系統(tǒng)中。

圖3 質(zhì)控主機(jī)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)環(huán)境

在超高效混疊地震采集生產(chǎn)中,除了生產(chǎn)中激活的排列狀態(tài)會(huì)直接影響到可控震源是否能夠繼續(xù)放炮以外,生產(chǎn)中時(shí)而出現(xiàn)的斷排列、數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤問題,也是直接影響生產(chǎn)停炮或補(bǔ)炮的因素。因此,由實(shí)時(shí)質(zhì)控主機(jī)向可控震源指揮系統(tǒng)主機(jī)推送的排列狀態(tài)與質(zhì)控信息,主要包括:①當(dāng)前激活排列范圍;②出現(xiàn)斷排列,數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤的地震道線、點(diǎn)號(hào)范圍;③出現(xiàn)斷排列,數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤的地震道的時(shí)間范圍。由于這些信息所占的數(shù)據(jù)流量很小,因此,在實(shí)時(shí)質(zhì)控主機(jī)與可控震源指揮系統(tǒng)主機(jī)之間,使用常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可滿足其實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

2.4 問題炮信息反饋

為了在生產(chǎn)中能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)提醒野外停炮或補(bǔ)炮的目的,當(dāng)可控震源指揮系統(tǒng)接收到由實(shí)時(shí)質(zhì)控系統(tǒng)推送的排列狀態(tài)和質(zhì)控結(jié)果信息之后,還需要建立一套能夠利用這些信息對(duì)需要進(jìn)行停炮或補(bǔ)炮處理的問題炮點(diǎn)進(jìn)行快速反饋的方法。

對(duì)于可控震源指揮系統(tǒng)而言,在接收到排列狀態(tài)和質(zhì)控結(jié)果信息后,需要完成兩方面的任務(wù):①利用獲取的激活排列范圍及出現(xiàn)斷排列、數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤的地震道線、點(diǎn)號(hào)范圍信息,判斷請(qǐng)求起震的炮點(diǎn)是否能夠起震,即是否需要停炮;②利用獲取的斷排列、數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤的地震道線、點(diǎn)號(hào)及時(shí)間范圍信息,判斷已經(jīng)起震的炮點(diǎn)是否需要重新放炮,即是否需要補(bǔ)炮。

由可控震源指揮系統(tǒng)判斷是否需要停炮或補(bǔ)炮的技術(shù)流程如圖4所示,對(duì)圖4a所展示的停炮監(jiān)控流程,具體描述如下:

1) 可控震源指揮系統(tǒng)通過局域網(wǎng)接收由實(shí)時(shí)質(zhì)控主機(jī)向其推送的當(dāng)前生產(chǎn)中激活的排列范圍信息以及質(zhì)控得到的斷排列、數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤的地震道線、點(diǎn)號(hào)范圍等信息;

2) 當(dāng)任一組可控震源移至炮點(diǎn)位置并準(zhǔn)備起震時(shí),會(huì)先向可控震源指揮系統(tǒng)發(fā)送起震請(qǐng)求,當(dāng)可控震源指揮系統(tǒng)接收到此請(qǐng)求之后,需根據(jù)SPS找出此炮點(diǎn)對(duì)應(yīng)的排列片;

3) 可控震源指揮系統(tǒng)將請(qǐng)求起震的炮點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的排列片與質(zhì)控主機(jī)實(shí)時(shí)發(fā)送過來的激活排列范圍進(jìn)行比較,判斷當(dāng)前炮點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的排列片是否完全屬于此激活排列范圍,若是,則執(zhí)行步驟4),若否,則暫停向請(qǐng)求起震的可控震源回傳起震指令,執(zhí)行停炮處理;

4) 可控震源指揮系統(tǒng)將當(dāng)前請(qǐng)求起震的炮點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的排列片與質(zhì)控主機(jī)實(shí)時(shí)推送過來的斷排列、數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤的地震道線、點(diǎn)號(hào)范圍進(jìn)行比較,判斷當(dāng)前炮點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的排列片是否包含出現(xiàn)質(zhì)量問題的地震道,若否,則執(zhí)行步驟5),若是,則暫停向請(qǐng)求起震的可控震源回傳起震指令,執(zhí)行停炮處理;

5) 由可控震源指揮系統(tǒng)向請(qǐng)求起震的可控震源發(fā)送起震指令,可控震源接收到起震指令后起震,進(jìn)行正常地震數(shù)據(jù)采集。

對(duì)圖4b所展示的補(bǔ)炮監(jiān)控流程,具體描述如下:

1) 可控震源指揮系統(tǒng)通過局域網(wǎng)接收由實(shí)時(shí)質(zhì)控主機(jī)向其推送的斷排列、數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤的地震道線、點(diǎn)號(hào)范圍及時(shí)間范圍信息;

2) 當(dāng)任一組可控震源完成放炮之后,會(huì)將震源起震的炮線、點(diǎn)號(hào)和起震時(shí)間等信息通過電臺(tái)傳送到可控震源指揮系統(tǒng)中,之后,可控震源指揮系統(tǒng)會(huì)根據(jù)SPS找出此炮點(diǎn)對(duì)應(yīng)的排列片;

3) 可控震源指揮系統(tǒng)將當(dāng)前起震炮點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的排列片與質(zhì)控主機(jī)實(shí)時(shí)推送過來的斷排列、數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤的地震道線、點(diǎn)號(hào)范圍進(jìn)行比較,判斷當(dāng)前起震炮點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的排列片是否包含出現(xiàn)質(zhì)量問題的地震道,若是,則執(zhí)行步驟4),若否,則可確認(rèn)當(dāng)前起震炮點(diǎn)不存在排列或數(shù)據(jù)質(zhì)量問題;

4) 可控震源指揮系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前起震炮點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的排列片內(nèi)的問題地震道的時(shí)間范圍Tcs～Tce,可以計(jì)算出受影響炮點(diǎn)的起震時(shí)間范圍為Tcs-SL-CL～Tce,其中,Tcs表示問題地震道的起始時(shí)間,Tce表示問題地震道的終止時(shí)間,SL表示掃描信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)度,CL表示相關(guān)單炮記錄時(shí)間長(zhǎng)度,并判斷當(dāng)前炮點(diǎn)的起震時(shí)間是否在此范圍內(nèi),若是,則對(duì)此炮點(diǎn)給出警示,提示此線、點(diǎn)號(hào)位置處的炮點(diǎn)需要補(bǔ)炮。

圖4 停炮(a)、補(bǔ)炮(b)監(jiān)控流程

3 應(yīng)用實(shí)例

超高效混疊地震采集技術(shù)目前已經(jīng)在中東地區(qū)正式投入應(yīng)用。施工地區(qū)地表?xiàng)l件單一,以戈壁沙漠為主,地勢(shì)平坦,便于進(jìn)行接收排列的大范圍布設(shè),并投入多臺(tái)震源車進(jìn)行24h的超高效混疊地震采集施工,每天實(shí)際放炮時(shí)間超過20h。實(shí)際施工過程中采用6×104道超級(jí)排列以及12～14組可控震源進(jìn)行地震采集施工,單日平均產(chǎn)量超過3×104炮。如此高生產(chǎn)效率的作業(yè)方式,給現(xiàn)場(chǎng)采集施工的實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控工作帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。

表1給出了實(shí)際生產(chǎn)中連續(xù)5天的記錄質(zhì)控統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從表1可以看出,當(dāng)?shù)卣鸩杉瘍x器采用微地震模式進(jìn)行采集時(shí),所生成的連續(xù)記錄數(shù)據(jù)文件的個(gè)數(shù)要遠(yuǎn)低于當(dāng)前高效混疊地震采集作業(yè)下每天的實(shí)際生產(chǎn)炮數(shù),這一方面是由于在震源獨(dú)立激發(fā)的模式下,每個(gè)連續(xù)記錄文件通常會(huì)同時(shí)包含幾組不同震源所激發(fā)的炮數(shù)據(jù)信息,如圖5所示;另一方面是由于實(shí)際施工過程中會(huì)存在排列整改、滾動(dòng),以及震源車司機(jī)換班等情況,使得地震采集儀器通常無法做到每天完全24h的地震數(shù)據(jù)采集作業(yè)。但該作業(yè)方式下每天所生成的連續(xù)記錄文件數(shù)量仍超過12000個(gè)。并且由于每個(gè)連續(xù)記錄所包含的地震道范圍為全部的激活排列,因此,每組連續(xù)記錄的數(shù)據(jù)量接近400MB。這就使得超高效混疊地震采集作業(yè)每日采集的數(shù)據(jù)總量超過5TB。在實(shí)際應(yīng)用過程中,本文所提出的超高效混疊地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)完全可以滿足實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)實(shí)時(shí)質(zhì)控效率的要求。

此外,從表1還可以看出,針對(duì)超高效混疊地震采集生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的連續(xù)記錄數(shù)據(jù)問題和斷排列問題,應(yīng)用本文提出的技術(shù)均能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地將其發(fā)現(xiàn)。圖6則是應(yīng)用本文提出的實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控時(shí)所得到的部分現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控記錄。其中,圖6a 中用紅色背景標(biāo)注的信息行表示現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控所發(fā)現(xiàn)的出現(xiàn)數(shù)據(jù)問題或斷排列問題的連續(xù)記錄;圖6b所表示的監(jiān)控結(jié)果柱狀圖中,同樣在出現(xiàn)問題的監(jiān)控項(xiàng)上,用紅色對(duì)相應(yīng)文件號(hào)所對(duì)應(yīng)的柱狀圖進(jìn)行了標(biāo)注。

圖7則是在實(shí)際生產(chǎn)中,可控震源指揮系統(tǒng)利用從地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)控系統(tǒng)獲取的排列狀態(tài)和質(zhì)控信息,對(duì)已放炮震源進(jìn)行質(zhì)控的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。其中用紅色背景標(biāo)注的信息行表示需要補(bǔ)炮的炮信息。由于此項(xiàng)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)廢炮并提醒野外施工人員進(jìn)行補(bǔ)炮,從而提高了補(bǔ)炮和停炮的及時(shí)性,使得實(shí)際生產(chǎn)的空炮率大大降低,進(jìn)而提升了野外施工質(zhì)量與效率。

表1 連續(xù)記錄質(zhì)控統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖5 原始混疊連續(xù)記錄

圖6 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控結(jié)果(a)及柱狀圖(b)

圖7 可控震源指揮系統(tǒng)生產(chǎn)信息統(tǒng)計(jì)

總體來看,本文提出的超高效混疊地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中既能夠滿足超高效混疊地震采集作業(yè)方式對(duì)質(zhì)控效率的要求,又能夠保證對(duì)生產(chǎn)中所關(guān)注的斷排列進(jìn)行有效監(jiān)控,與此同時(shí),又能準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)地震采集儀器在微地震模式下進(jìn)行采集的過程中出現(xiàn)的連續(xù)記錄文件的數(shù)據(jù)丟失問題。特別是該技術(shù)解決了超高效混疊地震采集作業(yè)方式下如何通過獲取和利用排列狀態(tài)和質(zhì)控信息,實(shí)時(shí)控制可控震源執(zhí)行停炮或補(bǔ)炮的技術(shù)難題。

4 結(jié)束語

本文主要以滿足超高效混疊地震采集作業(yè)方式的實(shí)時(shí)質(zhì)控需求為目標(biāo),提出了應(yīng)對(duì)各項(xiàng)實(shí)時(shí)質(zhì)控挑戰(zhàn)的方法,形成了一套較為完善的超高效混疊地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)。目前,該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在中東地區(qū)的超高效混疊地震采集施工中得到應(yīng)用,并取得了理想的效果。分析和總結(jié)實(shí)際應(yīng)用成果,主要得到以下認(rèn)識(shí):

1) 針對(duì)超高效混疊地震采集勘探施工中數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn),本文通過采用搭建光纖網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的方式,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)文件的高效傳輸,滿足了實(shí)際生產(chǎn)對(duì)質(zhì)控效率的要求;

2) 針對(duì)地震采集儀器在微震模式下采集,生成的連續(xù)記錄存在數(shù)據(jù)丟失的問題,本文利用連續(xù)記錄的時(shí)間連續(xù)特征,實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)丟失問題的實(shí)時(shí)質(zhì)控;

3) 針對(duì)可控震源指揮系統(tǒng)如何結(jié)合排列信息控制震源進(jìn)行停炮和補(bǔ)炮的難點(diǎn),本文提出的實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù),一方面,通過利用UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議搭建局域網(wǎng)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)了對(duì)排列狀態(tài)和質(zhì)控信息實(shí)時(shí)向可控震源指揮系統(tǒng)的傳輸;另一方面,通過建立問題排列出現(xiàn)的時(shí)空位置與炮點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了對(duì)問題炮的實(shí)時(shí)定位。最終達(dá)到了及時(shí)提醒野外施工人員進(jìn)行停炮和補(bǔ)炮的目的。

超高效混疊地震采集作業(yè)方式憑借其高效的作業(yè)施工優(yōu)勢(shì),未來會(huì)得到更多的關(guān)注與推廣,進(jìn)而會(huì)使得配套的實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。