可控震源超高效混疊地震采集實時質(zhì)控技術(shù)研究

可控震源超高效混疊地震采集實時質(zhì)控技術(shù)研究

隨著地震探測設(shè)備的工作原則和特點的深入理解，以及地震勘探設(shè)備研發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展，地震勘探設(shè)備的應用。由于以往采用人工查看單炮記錄進行質(zhì)控的方式存在漏查、主觀性強、效率低等缺點,因而這種方式根本無法滿足高效采集對質(zhì)控的要求,為此必須要形成一套快速、準確、自動的地震采集實時質(zhì)控技術(shù)以取代這種人工質(zhì)控方式然而,隨著可控震源高效采集技術(shù)的進一步發(fā)展,可控震源超高效混疊地震采集作為一項新技術(shù)已經(jīng)應用于實際生產(chǎn)。該項采集技術(shù)理念興起于中東地區(qū),并在近些年進行過多次試驗,2017年由BGP公司在阿曼實現(xiàn)了全球首次實際生產(chǎn)應用。該技術(shù)融合了獨立同步掃描技術(shù)、動態(tài)滑動掃描技術(shù)及滑動掃描技術(shù)等幾項高效采集技術(shù)。針對震源組之間的不同距離范圍,分別采用不同的激發(fā)方式進行放炮生產(chǎn)。實際生產(chǎn)中,根據(jù)現(xiàn)場對震源的調(diào)度安排,大多數(shù)震源往往處于獨立掃描方式。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)控也面臨著多項技術(shù)挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在:①激活排列可達數(shù)萬道,這使得原始記錄數(shù)據(jù)量較大,單文件可達數(shù)百MB,單日數(shù)據(jù)總量可達數(shù)個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信息;③儀器在微地震模式下生成的連續(xù)記錄會存在數(shù)據(jù)丟失這一新問題;④生產(chǎn)使用單獨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)實時質(zhì)控技術(shù)無法解決的。因此,需要研發(fā)一套能夠應對以上挑戰(zhàn)的地震采集實時質(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。針對上述問題,本文提出了一種適用于應用有線儀器進行地震采集的超高效混疊地震采集實時質(zhì)控技術(shù)。通過搭建光纖網(wǎng)絡環(huán)境、利用連續(xù)記錄的時間連續(xù)性特征、采用UDP網(wǎng)絡協(xié)議以及分析問題排列出現(xiàn)的時空位置與炮點對應關(guān)系,實現(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、實時質(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實時定位功能。最后展示了該技術(shù)在實際野外采集生產(chǎn)中的成功應用效果。1連續(xù)記錄數(shù)據(jù)的采集不管定時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),其橫向排列長度可達40～50km。施工過程中,當震源組間距超過預先規(guī)定的距離門檻1)施工過程中,為了適度拉開各組震源的間距,從而發(fā)揮獨立掃描的高效作業(yè)優(yōu)勢,通常鋪設(shè)的檢波器道數(shù)較多,范圍較廣,目前生產(chǎn)中應用的接收道數(shù)已超過5×102)地震采集儀器被設(shè)置成微地震模式對地震數(shù)據(jù)進行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),并且是具有固定時間長度的連續(xù)記錄文件,即文件號相鄰的數(shù)據(jù)文件在時間上連續(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)中需要使用單獨的可控震源指揮系統(tǒng)實時管理可控震源進行采集放炮,以保證對十幾臺甚至幾十臺可控震源的調(diào)度指揮和激發(fā)控制。地震采集儀器只負責記錄數(shù)據(jù)。對于采用有線設(shè)備進行地震數(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)中的一項嚴重質(zhì)量問題。該問題通常是由于在進行地震采集過程中,負責傳輸采集數(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致數(shù)據(jù)丟失或傳輸錯誤的一種現(xiàn)象。當出現(xiàn)斷排列問題后,通常需要立即停炮,并及時對問題排列進行整改,且還需要對之前在斷排列情況下采集過的炮點實施補炮。此外,在該生產(chǎn)方式下,還會出現(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)場質(zhì)量問題,同樣需要被及時發(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時質(zhì)控技術(shù)作保障。針對上述問題,提出了新的實時質(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)絡通訊媒介已經(jīng)無法滿足實際生產(chǎn)對數(shù)據(jù)傳輸效率的要求,因而要求實時質(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,時而會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況,即相鄰文件號的兩個數(shù)據(jù)文件記錄之間存在某個時間范圍的數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象。對于這種現(xiàn)象,必須要及時發(fā)現(xiàn)并提醒現(xiàn)場施工人員快速應對。3)當管理可控震源采集放炮的任務交由可控震源指揮系統(tǒng)時,必須要有一套能夠?qū)崟r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,形成一套對受到所獲取的排列狀態(tài)和質(zhì)控信息影響的炮點進行快速反饋的方法。從而達到有效控制可控震源及時進行停炮或補炮的目的,保證生產(chǎn)質(zhì)量。2混合疊加地震采集的實時質(zhì)量控制對策數(shù)據(jù)傳輸效率在實時質(zhì)控過程中,需要由實時質(zhì)控系統(tǒng)對地震采集儀器主機向其推送的地震數(shù)據(jù)文件進行實時分析,從而得到質(zhì)控評價結(jié)果。對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,在進行實時監(jiān)控的過程中,要實現(xiàn)由地震采集儀器主機向?qū)崟r質(zhì)控主機快速、穩(wěn)定地傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)文件,同時又不對儀器放炮產(chǎn)生影響,是非常重要的。數(shù)據(jù)傳輸效率延遲,會導致儀器中的數(shù)據(jù)積壓或數(shù)據(jù)傳輸堵塞等問題,嚴重時還會造成地震儀器主機死機,從而嚴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)進度,就會導致實時質(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炮的情況下,如果不能及時處理,會造成生產(chǎn)成本的增加?，F(xiàn)有的實時質(zhì)控技術(shù)已經(jīng)具備針對大數(shù)據(jù)文件進行實時質(zhì)控的能力。為了在實際生產(chǎn)過程中保證高效的數(shù)據(jù)計算能力,引入多線程并行技術(shù),將每個排列數(shù)據(jù)單獨使用一個線程來進行計算,從而有效保證數(shù)據(jù)質(zhì)控的計算效率達到200MB/s以上國內(nèi)實時質(zhì)控技術(shù)已成熟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,已經(jīng)不再作為超高效混疊地震采集的質(zhì)控重點。對于采用有線設(shè)備進行地震數(shù)據(jù)采集的可控震源超高效混疊地震采集作業(yè)而言,斷排列仍是重點質(zhì)控內(nèi)容。現(xiàn)有的實時質(zhì)控技術(shù)已經(jīng)具備了成熟的斷排列監(jiān)控方法(式中:在現(xiàn)場生成的原始相關(guān)前的連續(xù)記錄文件頭中,存儲著該數(shù)據(jù)文件的記錄起始時間信息及數(shù)據(jù)實際記錄長度。當滿足公式(2)時,即當文件號相鄰的兩個數(shù)據(jù)文件的起始時間間隔大于數(shù)據(jù)記錄長度,即可判定存在數(shù)據(jù)丟失的情況。′式中:udp協(xié)議的建立鑒于可控震源超高效混疊地震采集施工中,需要使用單獨的可控震源指揮系統(tǒng)來實時管理可控震源進行采集放炮,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,準確指揮震源放炮。由于實時質(zhì)控系統(tǒng)可以在本地主機中讀取和分析由地震采集儀器主機通過局域網(wǎng)向其實時推送的連續(xù)記錄文件,以獲取排列狀態(tài)信息,并通過對數(shù)據(jù)文件進行質(zhì)控以得到質(zhì)控結(jié)果,因此,通過在實時質(zhì)控主機和可控震源指揮系統(tǒng)主機之間搭建基于UDP協(xié)議的局域網(wǎng),由實時質(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,判斷出哪些炮點需要重新放炮或者停止放炮。因此,在進行可控震源超高效混疊地震采集生產(chǎn)時,需要搭建如圖3所示的質(zhì)控主機現(xiàn)場聯(lián)機環(huán)境:將地震采集儀器主機、實時質(zhì)控主機以及可控震源指揮系統(tǒng)主機三者之間同時進行局域網(wǎng)聯(lián)機,并以實時質(zhì)控主機為橋梁,實現(xiàn)將排列狀態(tài)與質(zhì)控信息實時傳輸?shù)娇煽卣鹪粗笓]系統(tǒng)中。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)中時而出現(xiàn)的斷排列、數(shù)據(jù)丟失或錯誤問題,也是直接影響生產(chǎn)停炮或補炮的因素。因此,由實時質(zhì)控主機向可控震源指揮系統(tǒng)主機推送的排列狀態(tài)與質(zhì)控信息,主要包括:①當前激活排列范圍;②出現(xiàn)斷排列,數(shù)據(jù)丟失或錯誤的地震道線、點號范圍;③出現(xiàn)斷排列,數(shù)據(jù)丟失或錯誤的地震道的時間范圍。由于這些信息所占的數(shù)據(jù)流量很小,因此,在實時質(zhì)控主機與可控震源指揮系統(tǒng)主機之間,使用常規(guī)的網(wǎng)絡設(shè)備即可滿足其實時傳輸?shù)男枨?。停炮或補炮的監(jiān)控流程為了在生產(chǎn)中能夠?qū)崿F(xiàn)及時提醒野外停炮或補炮的目的,當可控震源指揮系統(tǒng)接收到由實時質(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需要進行停炮或補炮處理的問題炮點進行快速反饋的方法。對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:①利用獲取的激活排列范圍及出現(xiàn)斷排列、數(shù)據(jù)丟失或錯誤的地震道線、點號范圍信息,判斷請求起震的炮點是否能夠起震,即是否需要停炮;②利用獲取的斷排列、數(shù)據(jù)丟失或錯誤的地震道線、點號及時間范圍信息,判斷已經(jīng)起震的炮點是否需要重新放炮,即是否需要補炮。由可控震源指揮系統(tǒng)判斷是否需要停炮或補炮的技術(shù)流程如圖4所示,對圖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)接收由實時質(zhì)控主機向其推送的當前生產(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)丟失或錯誤的地震道線、點號范圍等信息;2)當任一組可控震源移至炮點位置并準備起震時,會先向可控震源指揮系統(tǒng)發(fā)送起震請求,當可控震源指揮系統(tǒng)接收到此請求之后,需根據(jù)SPS找出此炮點對應的排列片;3)可控震源指揮系統(tǒng)將請求起震的炮點所對應的排列片與質(zhì)控主機實時發(fā)送過來的激活排列范圍進行比較,判斷當前炮點所對應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)將當前請求起震的炮點所對應的排列片與質(zhì)控主機實時推送過來的斷排列、數(shù)據(jù)丟失或錯誤的地震道線、點號范圍進行比較,判斷當前炮點所對應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,進行正常地震數(shù)據(jù)采集。對圖4b所展示的補炮監(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)接收由實時質(zhì)控主機向其推送的斷排列、數(shù)據(jù)丟失或錯誤的地震道線、點號范圍及時間范圍信息;2)當任一組可控震源完成放炮之后,會將震源起震的炮線、點號和起震時間等信息通過電臺傳送到可控震源指揮系統(tǒng)中,之后,可控震源指揮系統(tǒng)會根據(jù)SPS找出此炮點對應的排列片;3)可控震源指揮系統(tǒng)將當前起震炮點所對應的排列片與質(zhì)控主機實時推送過來的斷排列、數(shù)據(jù)丟失或錯誤的地震道線、點號范圍進行比較,判斷當前起震炮點所對應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,則可確認當前起震炮點不存在排列或數(shù)據(jù)質(zhì)量問題;4)可控震源指揮系統(tǒng)根據(jù)當前起震炮點所對應的排列片內(nèi)的問題地震道的時間范圍3超高效混疊地震采集實時質(zhì)控技術(shù)超高效混疊地震采集技術(shù)目前已經(jīng)在中東地區(qū)正式投入應用。施工地區(qū)地表條件單一,以戈壁沙漠為主,地勢平坦,便于進行接收排列的大范圍布設(shè),并投入多臺震源車進行24h的超高效混疊地震采集施工,每天實際放炮時間超過20h。實際施工過程中采用6×10表1給出了實際生產(chǎn)中連續(xù)5天的記錄質(zhì)控統(tǒng)計結(jié)果。從表1可以看出,當?shù)卣鸩杉瘍x器采用微地震模式進行采集時,所生成的連續(xù)記錄數(shù)據(jù)文件的個數(shù)要遠低于當前高效混疊地震采集作業(yè)下每天的實際生產(chǎn)炮數(shù),這一方面是由于在震源獨立激發(fā)的模式下,每個連續(xù)記錄文件通常會同時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;另一方面是由于實際施工過程中會存在排列整改、滾動,以及震源車司機換班等情況,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。并且由于每個連續(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。在實際應用過程中,本文所提出的超高效混疊地震采集實時質(zhì)控技術(shù)完全可以滿足實際生產(chǎn)中對實時質(zhì)控效率的要求。此外,從表1還可以看出,針對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,應用本文提出的技術(shù)均能夠準確、及時地將其發(fā)現(xiàn)。圖6則是應用本文提出的實時質(zhì)控技術(shù)進行現(xiàn)場質(zhì)控時所得到的部分現(xiàn)場監(jiān)控記錄。其中,圖6a中用紅色背景標注的信息行表示現(xiàn)場監(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)控項上,用紅色對相應文件號所對應的柱狀圖進行了標注。圖7則是在實際生產(chǎn)中,可控震源指揮系統(tǒng)利用從地震采集實時質(zhì)控系統(tǒng)獲取的排列狀態(tài)和質(zhì)控信息,對已放炮震源進行質(zhì)控的統(tǒng)計結(jié)果。其中用紅色背景標注的信息行表示需要補炮的炮信息。由于此項實時監(jiān)控技術(shù)能夠及時發(fā)現(xiàn)廢炮并提醒野外施工人員進行補炮,從而提高了補炮和停炮的及時性,使得實際生產(chǎn)的空炮率大大降低,進而提升了野外施工質(zhì)量與效率?？傮w來看,本文提出的超高效混疊地震采集實時質(zhì)控技術(shù)在實際生產(chǎn)中既能夠滿足超高效混疊地震采集作業(yè)方式對質(zhì)控效率的要求,又能夠保證對生產(chǎn)中所關(guān)注的斷排列進行有效監(jiān)控,與此同時,又能準確及時地發(fā)現(xiàn)地震采集