可控震源高效采集技術(shù)的效率分析

可控震源高效采集技術(shù)的效率分析

0細(xì)作的時代隨著勘探目標(biāo)從結(jié)構(gòu)分析發(fā)展到儲量分析，逐步擴展到油藏領(lǐng)域，物探技術(shù)進入了精細(xì)管理時代。寬方位、寬頻、高密度、大道數(shù)、高覆蓋次數(shù)成為精細(xì)勘探的基本需求相比傳統(tǒng)炸藥震源,可控震源激發(fā)信號可控、安全環(huán)保,逐漸成為主要的施工震源2008年,東方地球物理公司基于利比亞項目的經(jīng)驗,從生產(chǎn)組織的角度探討了震源施工效率的估算1u3000震源信號的觸發(fā)fo指令可控震源高效采集技術(shù)的實質(zhì)是地震儀器對多組震源的激發(fā)管理,通過地震儀器按照一定的時序規(guī)則對每個震源組的激發(fā)來實現(xiàn)。其實現(xiàn)的基本單元是儀器與單組震源間的協(xié)作施工,工作流程如圖1所示。其中,假設(shè)掃描時間為tT1時刻:震源到達炮點Sweep1后向儀器發(fā)出Ready信號,表明進入待命Standby狀態(tài);地震儀器接收到Ready信號后,根據(jù)排列及現(xiàn)場情況判斷是否以及何時發(fā)出FO激發(fā)指令。T2時刻:震源接收到FO指令后,啟動掃描作業(yè),并向儀器返回TB信號,表明激發(fā)成功;震源返回的TB時刻信息就是當(dāng)前炮的起始時刻;地震儀器根據(jù)TB信息確定記錄的起始時刻,確保激發(fā)與采集同步。T3時刻:震源完成掃描作業(yè)Sweep1后,提起平板向下一炮點移動;此時地震儀器仍處于采集、記錄數(shù)據(jù)的狀態(tài),經(jīng)過聽時間后,Sweep1原始記錄完成,儀器進入空閑狀態(tài)。T4時刻:震源到達炮點Sweep2,進入待命Standby狀態(tài),準(zhǔn)備Sweep2的掃描作業(yè)。其中,震源每次掃描作業(yè)前都有一段從Ready到TB啟動的時間間隔,儀器與震源在這段時間內(nèi)完成啟動控制交互。自動放炮模式下,地震儀器接收到Ready信號后,自動觸發(fā)FO指令。FO指令與TB信號間是固定的時間間隔,只計入通信延遲和系統(tǒng)指令處理時延,通過一致性校準(zhǔn)可以確保以毫秒為單位的時間間隔,記為Δt單組震源常規(guī)施工的放炮間隔為:單組震源的理論最高日效為:從上述流程中可以看出,地震儀器和可控震源都有一段施工空閑,可以利用多組震源施工的方式來填補空閑狀態(tài),提高施工效率。以下,從激發(fā)管理、采集管理和放炮效率三方面分別分析Flip-Flop、Slip-Sweep、DSSS和ISS。2高效源采集效率分析2.1swiep2地震掃描及采集Flip-Flop交替掃描工作流程如圖2所示。前一炮采集完成的同時啟動下一炮的采集,填補單組震源施工的采集空閑,兩組震源互不干擾、交替施工。激發(fā)管理:交替掃描在如圖T3時刻,震源組1進行掃描及聽記錄的過程中,震源組2已到達Sweep2炮點并進入待命狀態(tài);在儀器完成Sweep1掃描和聽紀(jì)錄的同時T4時刻,震源組2啟動Sweep2作業(yè)。兩組震源交替激發(fā),兩次掃描作業(yè)之間無間隙地記錄采集。采集管理:在交替掃描中,因為不同炮點對應(yīng)的接收排列不同,地震儀器需要及時切換接收排列。在地震儀器發(fā)出FO指令時,它也將同步激活對應(yīng)的接收排列,并以TB時刻為采集起始時刻記錄地震數(shù)據(jù)。放炮效率:交替掃描中放炮間隔為一個原始炮記錄的時間長度,即:交替掃描的理論最高日效為:2.2pss數(shù)據(jù)采集Slip-Sweep滑動掃描工作流程如圖3所示。在前一組震源仍處在掃描過程中,下一組震源就啟動作業(yè)。兩次作業(yè)的間隔時間定義為滑動時間t激發(fā)管理:滑動掃描按照約定的滑動時間t采集管理:在滑動掃描啟動前,地震儀器會根據(jù)預(yù)計的施工范圍設(shè)置超級排列;隨著滑動掃描啟動,儀器處于連續(xù)記錄狀態(tài),記錄整個超級排列的采集數(shù)據(jù),并與GPS時刻保持同步;根據(jù)震源返回的PSS信息確定對應(yīng)的炮點、TB時刻,從連續(xù)記錄中按照對應(yīng)的接收排列和記錄起至?xí)r刻,分離出單炮原始記錄。放炮效率:滑動掃描中放炮間隔等于設(shè)定的滑動時間t2.3炮點激發(fā)及放炮效率DSSS施工示意圖如圖4所示。將多個震源組Fleet以不小于12km的間距分為多個Cluster,每個Cluster中抽出一組Fleet綁定為一個Group,所有震源組可分為多個Group(總Fleet數(shù)/Cluster數(shù))。激發(fā)管理:相對普通滑動掃描,DSSS的區(qū)別在于儀器激發(fā)的對象由單組震源變?yōu)橐粋€Group的所有震源。同Group中的震源同步激發(fā);不同Group之間按滑動時間間隔激發(fā)。采集管理:地震儀器需要建立超級排列并連續(xù)記錄;每次激發(fā)后,地震儀器需要處理同一個Group里同時激發(fā)的多炮數(shù)據(jù)。放炮效率:DSSS下的放炮間隔是不同Group之間的滑動時間:在同一Group中,多個Fleet在不同Cluster同時施工。因此DSSS的理論最高日效為:2.4iss模式下炮點記錄方式ISS是將施工區(qū)按震源組數(shù)劃分為多個區(qū)塊,每組震源在各自的工作區(qū)塊分別獨立作業(yè);不同震源組采用不同的掃描參數(shù)。激發(fā)管理:ISS模式如圖5所示?？煽卣鹪醋灾髌鹫癫⒂涗浥邳cGPS位置和時刻,通過PSS報告返回放炮信息,也可在震源本地存儲放炮日志;地震儀器不再激發(fā)、管理震源組。采集管理:ISS模式下地震儀器建立超級排列并連續(xù)記錄;在后期數(shù)據(jù)處理時,儀器根據(jù)PSS報告或放炮日志中的GPS時刻和炮點坐標(biāo),從連續(xù)紀(jì)錄中分離出原始炮記錄。放炮效率:由于震源組間均獨立施工,ISS的理論日效為:2.5生產(chǎn)組織技術(shù)假設(shè)震源參數(shù)一致,掃描時間t圖6中可以明顯看出,隨著震源組數(shù)的增加,施工效率也相應(yīng)成倍增長,施工效率與震源組數(shù)近似成正比關(guān)系。可見,震源高效采集技術(shù)是通過增加震源數(shù)量來提高施工效率。由于生產(chǎn)組織和裝備技術(shù)的因素,實際生產(chǎn)過程中施工效率與理論效率仍有較大差異。生產(chǎn)組織方面,觀測系統(tǒng)、設(shè)備配備、震源參數(shù)以及地表通過性等生產(chǎn)因素都會對施工效率產(chǎn)生影響;可通過提前勘察、模擬估算選擇合適的高效采集技術(shù),最大化地優(yōu)化效率3影響施工效率的技術(shù)因素3.1高效采集無線通信無線通信能力包括傳輸帶寬和通信距離。在震源高效采集中,震源與儀器之間通過無線電臺建立通信,交互激發(fā)控制命令和設(shè)備狀態(tài)。隨著震源組數(shù)成倍增長,相應(yīng)的帶寬需求也成倍增長,施工范圍也擴展至25~30km。如果無線通信的傳輸帶寬過低或者通信距離過短,則高效采集不能有效運行,導(dǎo)致施工效率降低。目前在野外施工中常用兩類電臺通訊方案提高無線通信能力:TDMA電臺和UHF/VHF模擬電臺。TDMA電臺利用并發(fā)功能管理更多的震源組,而VHF/UHF模擬電臺通過提高傳輸帶寬輪詢管理更多的震源組,從不同的角度解決了高效采集下傳輸帶寬的問題;兩種方案均可使用電臺中繼功能,從而提高通信距離;保障地震儀器與震源組之間的信息交互。3.2差分gps技術(shù)提高導(dǎo)航能力高效采集利用GPS導(dǎo)航能力,收集每臺震源的位置坐標(biāo),實時與測網(wǎng)炮點校準(zhǔn)、修正震源位置,確保激發(fā)位置的準(zhǔn)確。當(dāng)GPS信號較弱或沒有時,導(dǎo)航能力失去保障,無法確認(rèn)炮點位置則高效采集將被迫中斷,導(dǎo)致效率下降。目前人們通過差分GPS技術(shù)提高導(dǎo)航能力。該技術(shù)可將定位精度提升至1內(nèi);并通過設(shè)置GPS參考站,利用參考站信號解決局部信號弱的問題。保障GPS導(dǎo)航、無樁號施工等功能,有效提高施工效率。3.3數(shù)據(jù)的接入及存儲壓力震源高效采集中,地震儀器需要建立超級排列、連續(xù)采集、同時處理多炮數(shù)據(jù),每天處理的數(shù)據(jù)量達到TB級。數(shù)據(jù)的接入、計算及存儲均承受著巨大的壓力。因此,儀器的處理能力成為制約高效采集效率的重要因素之一。隨著IT技術(shù)的發(fā)展,計算資源顯著提升;應(yīng)用萬兆網(wǎng)絡(luò)、磁盤陣列擴展數(shù)據(jù)流量和容量;搭建并行主機系統(tǒng),合理調(diào)配計算資源、并發(fā)處理采集任務(wù),能夠有效提高儀器處理能力;從而保障高效采集的穩(wěn)定運行。4可控震源高效采集技術(shù)施工效率提升的重要意義通過增加可控震源數(shù)量、合理控制震源間距、有效管理激發(fā)時序,人們實