石延兵
摘? 要:今年地震勘探進(jìn)入復(fù)雜南方山地施工,428儀器有線采集接收在施工中已經(jīng)出現(xiàn)明顯的不足之處。隨著科技不斷地發(fā)展,勘探界涌出了各式各樣的節(jié)點(diǎn)儀器,已解決有線采集帶來(lái)的弊端。本次采用才用Smartsolo節(jié)點(diǎn)儀器在沐川地區(qū)開(kāi)展頁(yè)巖氣調(diào)查,該節(jié)點(diǎn)儀器5Hz速度型檢波器,低頻段接收到的信號(hào)要較Sercel有線檢波器豐富,歸一化后幅頻特征曲線更為明顯。
關(guān)鍵詞:南方山地節(jié)點(diǎn)儀器;428儀器幅頻特征; 檢波器頁(yè)巖氣
中圖分類號(hào):TD178? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI:10.12296/j.2096-3475.2021.05.186
前言:南方山地因其獨(dú)特的地形、氣候等因素,多年來(lái)一直采用有線地震儀器,隨著施工區(qū)域的復(fù)雜性越來(lái)越高,地形條件越來(lái)越困難,加上經(jīng)營(yíng)壓力,多年來(lái)嘗試了單點(diǎn)檢波器等降本增效措施,但一直未能得到業(yè)主認(rèn)可,只停留在試驗(yàn)階段,未能形成生產(chǎn)規(guī)模,有線地震儀器配套六串兩并的20DX-10Hz檢波器依然是生產(chǎn)主力軍。
2019年,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心在沐川地區(qū)開(kāi)展了頁(yè)巖氣調(diào)查,進(jìn)行有線-節(jié)點(diǎn)混合采集試驗(yàn),對(duì)比了兩種采集設(shè)備的資料差異,最終批量采用DTCC公司的SmartSolo節(jié)點(diǎn)儀器,取得了較好的地震資料,也降低了生產(chǎn)成本,本文就取得的成果做簡(jiǎn)要介紹。
一、兩種采集設(shè)備性能指標(biāo)分析
1.? 基本參數(shù)
SmartSolo是DTCC公司于2015年推出市場(chǎng)的一款節(jié)點(diǎn)設(shè)備,內(nèi)置了DT-SOLO高靈敏度檢波器(有10Hz、5Hz兩種),本文分析的是傳感器為5Hz的SmartSolo節(jié)點(diǎn)設(shè)備(下文簡(jiǎn)稱SmartSolo),Sercel 428XL為有線地震設(shè)備,傳感器采用的是六串兩并20DX-10Hz檢波器(下文簡(jiǎn)稱Sercel有線)。
通過(guò)兩種采集設(shè)備的基本參數(shù)可知,節(jié)點(diǎn)儀器動(dòng)態(tài)范圍較有線地震儀器稍低,但在帶道能力、功耗、重量、電池續(xù)航上有著較大的優(yōu)勢(shì),減少了人員、運(yùn)輸車輛的投入,另外SmartSolo只要部署完成,就可以直接采集,相比傳統(tǒng)采集減少了查線時(shí)間,拉寬了野外生產(chǎn)采集窗口,生產(chǎn)效率顯著提高。
2.傳感器幅頻響應(yīng)對(duì)比
兩種設(shè)備采用的傳感器都屬于速度型檢波器,但技術(shù)指標(biāo)上有一定差異,SmartSolo是自然頻率為5Hz的檢波器,Sercel有線為自然頻率為10Hz的檢波器。表2為兩種傳感器的技術(shù)參數(shù)。
速度型檢波器幅頻特性表達(dá)式為式1,其中為檢波器的靈敏度,為阻尼系數(shù),為檢波器自然角頻率,為振動(dòng)角頻率。從幅頻特征曲線來(lái)看(圖1a),SmarSolo檢波器約在7Hz時(shí)達(dá)到穩(wěn)定輸出,而10Hz檢波器約在15Hz時(shí)達(dá)到穩(wěn)定輸出,意味著SmarSolo檢波器在低頻段接收到的信號(hào)要較Sercel有線檢波器豐富,歸一化后幅頻特征曲線更為明顯。
3. 兩種傳感器對(duì)雷克子波的響應(yīng)測(cè)試
采用地震勘探正演中最常用的雷克子波,主頻25Hz,分別對(duì)SmartSolo檢波器、Sercel有線檢波器進(jìn)行響應(yīng)模擬,為突出頻率響應(yīng)特征,將振幅做歸一化處理。從波形特征來(lái)看,SmartSolo檢波器周期較常規(guī)檢波器長(zhǎng),波形較“胖”,表明其低頻信息較豐富。
對(duì)上述3種信號(hào)進(jìn)行歸一化頻率分析,檢波器整體趨勢(shì)是隨著自然頻率的降低對(duì)低頻段的響應(yīng)也逐步提高,頻帶寬度有小幅增加。對(duì)測(cè)試檢波器主頻及頻寬進(jìn)行統(tǒng)計(jì),表明SmartSolo檢波器較Sercel有線檢波器在低頻段響應(yīng)較為豐富,頻帶寬2Hz,主頻低3Hz。
二、施工模式
SmartSolo節(jié)點(diǎn)儀器支持自主采集,野外施工時(shí)每個(gè)爆破小組配備一套可記錄GPS時(shí)間的遙爆設(shè)備(如Boom Box Ⅲ),劃定各自的采集時(shí)窗進(jìn)行自主放炮而不需要其他采集儀器的介入。
目前地震勘探行業(yè)中存量較大的遙爆設(shè)備為Boom BoxⅡ,配合Sercel儀器組合一個(gè)遙爆系統(tǒng),即Sercel儀器記錄激發(fā)本地時(shí)間,遙爆設(shè)備只進(jìn)行激發(fā)引爆作業(yè),不記錄時(shí)間。
為了盡可能利用以往的遙爆設(shè)備,同時(shí)考慮到節(jié)點(diǎn)儀器的數(shù)據(jù)切割方式,遙爆系統(tǒng)選擇外接GPS授時(shí)模塊的Sercel 428XL與Boom Box Ⅱ,即由Sercel 428XL儀器記錄激發(fā)GPS時(shí)間,SmartSolo節(jié)點(diǎn)儀器采集的數(shù)據(jù)在室內(nèi)切割時(shí)采用該時(shí)間作為起始時(shí)間。
三、資料效果分析
1. 系統(tǒng)時(shí)差分析
兩種采集設(shè)備分屬于不同的儀器廠商,可能存在一致性的差異,因此要先驗(yàn)證兩套儀器的之間的系統(tǒng)時(shí)差是否滿足行業(yè)規(guī)范。
因SmartSolo節(jié)點(diǎn)儀器是在室內(nèi)按照激發(fā)時(shí)間進(jìn)行分據(jù)切割,這就要求兩種儀器具有高度精準(zhǔn)的系統(tǒng)時(shí)間,通過(guò)分析兩種設(shè)備采集單炮真值及起跳時(shí)間,發(fā)現(xiàn)兩套設(shè)備存在1ms以內(nèi)的系統(tǒng)時(shí)差,雖然滿足行業(yè)規(guī)范要求,但按照施工模式是不應(yīng)該存在系統(tǒng)時(shí)差的,在查閱了前人的研究成果后,認(rèn)為最大的可能就是兩種儀器在非整數(shù)毫秒激發(fā)時(shí)對(duì)首采樣點(diǎn)選擇的差異造成的。
428XL有線儀器對(duì)首樣點(diǎn)的選擇為就近原則,即當(dāng)激發(fā)時(shí)間落在2個(gè)樣點(diǎn)之間時(shí),采用“四舍五入”的方式就近選擇距離時(shí)刻較近的樣點(diǎn)作為首樣點(diǎn),而SmartSolo儀器對(duì)首樣點(diǎn)的處理方式為按照GPS時(shí)間按照舍位方式取首樣點(diǎn)。是以一、ms采樣率為例,當(dāng)激發(fā)時(shí)間落在2個(gè)樣點(diǎn)之間不同位置時(shí),兩種儀器對(duì)首樣點(diǎn)選擇方式的示意圖,這也解釋兩種設(shè)備時(shí)差為何統(tǒng)計(jì)上表現(xiàn)為1ms以內(nèi)。
2. 單炮分析
兩種儀器單炮面貌有一定差異,最明顯的差別是面波的差異,SmartSolo-較Sercel有線面波重(圖6紅框處)。由于是同一激發(fā)點(diǎn),不同儀器單炮記錄呈現(xiàn)的差別就是對(duì)低頻信息可記錄性的差別,。通過(guò)頻譜分析可見(jiàn),3-6Hz段SmartSolo較Sercel有線高27.42%,SmartSolo在保持與Sercel有線較為一致的高頻信息的基礎(chǔ)上提高了低頻段響應(yīng),豐富了對(duì)改善地震剖面成像至關(guān)重要的低頻信息。
四、結(jié)語(yǔ)
節(jié)點(diǎn)儀器在山地施工效果能夠滿足現(xiàn)行技術(shù)要求,同時(shí)在復(fù)雜地區(qū)特別是高山懸崖等地段,節(jié)點(diǎn)儀器能夠降低施工安全風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)節(jié)點(diǎn)儀器在切割數(shù)據(jù)時(shí)能夠采用更大的偏移距,可以獲得更多的遠(yuǎn)道數(shù)據(jù),提高成像質(zhì)量。
(中石化石油工程地球物理有限公司南方分公司? 四川成都? 610016)