可控震源高效采集技术的效率分析

可控震源高效采集技术的效率分析

0细作的时代随着勘探目标从结构分析发展到储量分析，逐步扩展到油藏领域，物探技术进入了精细管理时代。宽方位、宽频、高密度、大道数、高覆盖次数成为精细勘探的基本需求相比传统炸药震源,可控震源激发信号可控、安全环保,逐渐成为主要的施工震源2008年,东方地球物理公司基于利比亚项目的经验,从生产组织的角度探讨了震源施工效率的估算1u3000震源信号的触发fo指令可控震源高效采集技术的实质是地震仪器对多组震源的激发管理,通过地震仪器按照一定的时序规则对每个震源组的激发来实现。其实现的基本单元是仪器与单组震源间的协作施工,工作流程如图1所示。其中,假设扫描时间为tT1时刻:震源到达炮点Sweep1后向仪器发出Ready信号,表明进入待命Standby状态;地震仪器接收到Ready信号后,根据排列及现场情况判断是否以及何时发出FO激发指令。T2时刻:震源接收到FO指令后,启动扫描作业,并向仪器返回TB信号,表明激发成功;震源返回的TB时刻信息就是当前炮的起始时刻;地震仪器根据TB信息确定记录的起始时刻,确保激发与采集同步。T3时刻:震源完成扫描作业Sweep1后,提起平板向下一炮点移动;此时地震仪器仍处于采集、记录数据的状态,经过听时间后,Sweep1原始记录完成,仪器进入空闲状态。T4时刻:震源到达炮点Sweep2,进入待命Standby状态,准备Sweep2的扫描作业。其中,震源每次扫描作业前都有一段从Ready到TB启动的时间间隔,仪器与震源在这段时间内完成启动控制交互。自动放炮模式下,地震仪器接收到Ready信号后,自动触发FO指令。FO指令与TB信号间是固定的时间间隔,只计入通信延迟和系统指令处理时延,通过一致性校准可以确保以毫秒为单位的时间间隔,记为Δt单组震源常规施工的放炮间隔为:单组震源的理论最高日效为:从上述流程中可以看出,地震仪器和可控震源都有一段施工空闲,可以利用多组震源施工的方式来填补空闲状态,提高施工效率。以下,从激发管理、采集管理和放炮效率三方面分别分析Flip-Flop、Slip-Sweep、DSSS和ISS。2高效源采集效率分析2.1swiep2地震扫描及采集Flip-Flop交替扫描工作流程如图2所示。前一炮采集完成的同时启动下一炮的采集,填补单组震源施工的采集空闲,两组震源互不干扰、交替施工。激发管理:交替扫描在如图T3时刻,震源组1进行扫描及听记录的过程中,震源组2已到达Sweep2炮点并进入待命状态;在仪器完成Sweep1扫描和听纪录的同时T4时刻,震源组2启动Sweep2作业。两组震源交替激发,两次扫描作业之间无间隙地记录采集。采集管理:在交替扫描中,因为不同炮点对应的接收排列不同,地震仪器需要及时切换接收排列。在地震仪器发出FO指令时,它也将同步激活对应的接收排列,并以TB时刻为采集起始时刻记录地震数据。放炮效率:交替扫描中放炮间隔为一个原始炮记录的时间长度,即:交替扫描的理论最高日效为:2.2pss数据采集Slip-Sweep滑动扫描工作流程如图3所示。在前一组震源仍处在扫描过程中,下一组震源就启动作业。两次作业的间隔时间定义为滑动时间t激发管理:滑动扫描按照约定的滑动时间t采集管理:在滑动扫描启动前,地震仪器会根据预计的施工范围设置超级排列;随着滑动扫描启动,仪器处于连续记录状态,记录整个超级排列的采集数据,并与GPS时刻保持同步;根据震源返回的PSS信息确定对应的炮点、TB时刻,从连续记录中按照对应的接收排列和记录起至时刻,分离出单炮原始记录。放炮效率:滑动扫描中放炮间隔等于设定的滑动时间t2.3炮点激发及放炮效率DSSS施工示意图如图4所示。将多个震源组Fleet以不小于12km的间距分为多个Cluster,每个Cluster中抽出一组Fleet绑定为一个Group,所有震源组可分为多个Group(总Fleet数/Cluster数)。激发管理:相对普通滑动扫描,DSSS的区别在于仪器激发的对象由单组震源变为一个Group的所有震源。同Group中的震源同步激发;不同Group之间按滑动时间间隔激发。采集管理:地震仪器需要建立超级排列并连续记录;每次激发后,地震仪器需要处理同一个Group里同时激发的多炮数据。放炮效率:DSSS下的放炮间隔是不同Group之间的滑动时间:在同一Group中,多个Fleet在不同Cluster同时施工。因此DSSS的理论最高日效为:2.4iss模式下炮点记录方式ISS是将施工区按震源组数划分为多个区块,每组震源在各自的工作区块分别独立作业;不同震源组采用不同的扫描参数。激发管理:ISS模式如图5所示。可控震源自主起振并记录炮点GPS位置和时刻,通过PSS报告返回放炮信息,也可在震源本地存储放炮日志;地震仪器不再激发、管理震源组。采集管理:ISS模式下地震仪器建立超级排列并连续记录;在后期数据处理时,仪器根据PSS报告或放炮日志中的GPS时刻和炮点坐标,从连续纪录中分离出原始炮记录。放炮效率:由于震源组间均独立施工,ISS的理论日效为:2.5生产组织技术假设震源参数一致,扫描时间t图6中可以明显看出,随着震源组数的增加,施工效率也相应成倍增长,施工效率与震源组数近似成正比关系。可见,震源高效采集技术是通过增加震源数量来提高施工效率。由于生产组织和装备技术的因素,实际生产过程中施工效率与理论效率仍有较大差异。生产组织方面,观测系统、设备配备、震源参数以及地表通过性等生产因素都会对施工效率产生影响;可通过提前勘察、模拟估算选择合适的高效采集技术,最大化地优化效率3影响施工效率的技术因素3.1高效采集无线通信无线通信能力包括传输带宽和通信距离。在震源高效采集中,震源与仪器之间通过无线电台建立通信,交互激发控制命令和设备状态。随着震源组数成倍增长,相应的带宽需求也成倍增长,施工范围也扩展至25~30km。如果无线通信的传输带宽过低或者通信距离过短,则高效采集不能有效运行,导致施工效率降低。目前在野外施工中常用两类电台通讯方案提高无线通信能力:TDMA电台和UHF/VHF模拟电台。TDMA电台利用并发功能管理更多的震源组,而VHF/UHF模拟电台通过提高传输带宽轮询管理更多的震源组,从不同的角度解决了高效采集下传输带宽的问题;两种方案均可使用电台中继功能,从而提高通信距离;保障地震仪器与震源组之间的信息交互。3.2差分gps技术提高导航能力高效采集利用GPS导航能力,收集每台震源的位置坐标,实时与测网炮点校准、修正震源位置,确保激发位置的准确。当GPS信号较弱或没有时,导航能力失去保障,无法确认炮点位置则高效采集将被迫中断,导致效率下降。目前人们通过差分GPS技术提高导航能力。该技术可将定位精度提升至1内;并通过设置GPS参考站,利用参考站信号解决局部信号弱的问题。保障GPS导航、无桩号施工等功能,有效提高施工效率。3.3数据的接入及存储压力震源高效采集中,地震仪器需要建立超级排列、连续采集、同时处理多炮数据,每天处理的数据量达到TB级。数据的接入、计算及存储均承受着巨大的压力。因此,仪器的处理能力成为制约高效采集效率的重要因素之一。随着IT技术的发展,计算资源显著提升;应用万兆网络、磁盘阵列扩展数据流量和容量;搭建并行主机系统,合理调配计算资源、并发处理采集任务,能够有效提高仪器处理能力;从而保障高效采集的稳定运行。4可控震源高效采集技术施工效率提升的重要意义通过增加可控震源数量、合理控制震源间距、有效管理激发时序,人们实