基于无线网络的单点检波器地震采集技术

2022-09-11

1 高密度采集技术的发展

高密度地震采集技术一方面要求缩小形面元, 保证空间采样足够和面元属性均匀, 提高数据分辨率;另一方面要求接收道数多, 提高覆盖次数。目前陆上高密度采集会达到上万道甚至几万道, 检波器间距在5m~30m, 检波点密度会达到每平方公里2000~3000道, 每条测线会达到1000~2000有效接收道, 近来CGGveritas在阿曼的一块高密度三维地震采集正常接收道数达到25, 000道, 而且预计在2025年将达到250, 000道, 这么庞大的设备投入以及生产管理要通过检波器组合和依靠线缆连接, 实现是非常困难的。而基于无线网络的单点检波器并通过采用无线网络传输技术可以实现这高密度大三维地震数据采集。

2 基于无线网络的单点检波器采集技术

常规地震采集技术是把野外多串检波器进行组合并通过线缆连接把采集到的地震数据传输到地震记录仪, 实时数据传输必须保证线缆联通才能保证数据传输到仪器而且在时间上有一定的滞后。而基于无线网络的单点检波器采集技术是野外采集时每个地震道采用单个检波器, 取消野外多个检波器组合, 检波器道之间去除线缆连接, 检波器所采集到的地震数据存储检波器自带的存贮器里。几个或一组单点检波器组成一个局域无线检波器网络, 并通过其中的一个自身装有的无线接收发射器, 发送自身数据或转发其他单点检波器数据给中央存储器或采集仪器内, 达到数据传输目的。每个检波器内装有很小的微处理器和存储单元可以进行数据处理, 数字化或缓存地震数据。每个单个检波器有电瓶供电。

2.1 实现高密度空间采样

单点单检波器技术彻底抛弃了传统检波器串的概念, 无假频地真实记录噪声, 方便后期组合, 设计数字滤波器, 衰减相干噪声。它可以在组合前, 对每一点进行静校正、振幅和相位校正处理, 克服常规检波器串接收中的频率和相位破坏。另外引起采集足迹的一个主要原因就是空间采样率不足, 而空间采样率不足是由于野外地震道数受限制, 野外线距和道距过大所引起的。单检波器接收时道距可达到5m~30m, 提高了空间采样率, 弥补了有线传输空间采用不足的问题, 有效消除了采集足迹现象。另一方面可以极大地提高地震资料的纵横向分辨率及信息精度, 促进勘探开发技术向特高精度发展, 对山地勘探和小断块、薄储层、小砂体、小尺度孔洞的识别, AVO分析以及精细油藏描述具有重要意义。国外正在加强推广应用高密度空间采样技术在陆地上对该技术的研究主要集中在阿曼、沙特等沙漠地区。

2.2 实现高效经济施工

无线单点检波器系统相对于有线传输采集系统有从设备费用、人力资源使用、设备重量、设备管理上有很大的优势。一个3, 000道的地震采集, 无线单点采集系统其设备配备成本和施工费用在有线采集设备的80%~85%左右, 但是要实现高密度12, 500道的地震采集, 其设备投入和施工费用只有有线采集系统的50%~60%。其中检波器线缆和数据传输线缆占采集设备重量的80%左右而且摆放排列、查号、检查线缆连接问题以及排列滚动都耗费大量的人力, 据统计25%~50%的人员都投入在这些工作上50%~75%的查号人员在处理有关因线缆连接引起的故障问题, 施工因此野外采集大部分工作都集中在线缆方面的工作上同时铜芯电缆或光缆线缆占去了采集设备一半左右的投入成本, 而且线缆维修的费用也不低。

3 无线单点检波器地震采集技术要求

3.1 短程和远程通讯网络及传输技术

高密度大三维采集需要采用短程传输技术来保证近程即短距离的检波器之间的通讯和远程的有效传输即数据传输给记录仪器和远程QC, 该通讯距离可达数公里。从通讯方面考虑, 一个无线检波器网络是基于混合式的无线网络协作模式, 一组无线单点检波器组成局域无线网络, 可以同时运作使用不同频率或接收道进行记录和传输。同时, 每一个无线网络可以通过远程无线连接可以一个可开放性的大区 (大空间) 网络。该大区网络支持远程连接下载每个单点检波器的采集数据并传输到中央控制单元或存贮器。

3.2 通讯协议和多接口技术

协议规定和限制每个节点或无线检波器保证在每个无线接收道上传输信息, 并能实现如下通讯协议。

支持大量的无线单点检波器节点, 并能保证同时接收和传输。

支持网络多次 (重新) 配置方法, 解决出错连接问题。

统一识别技术 (如单一的设备地址分配) , 保证每个单点检波器单元的虚拟通讯连接。

支持连续记录。

3.3 精确定位和同步技术

常规有线地震采集要求对每个炮检点进行GPS定位来得到坐标高程等信息。同时受地表或人为的障碍物影响, 实际点位要偏离理论设计点。但带有GPS的无线检波器定位误差范围在1米以内。超宽频带的无线技术 (频宽超过500MHz) , 近来已被用于定位领域, 并且误差精度在0.5m以内。超宽频带的无线技术使用使得不用全部配置GPS就可以定位和同步, 而且可以省钱省电。如OYO Geospace公司开发的无线系统, 地震资料采集时不需要对震源或炮点与地震仪器进行同步, 而是可控震源或爆炸机激发时通过卫星直接触发无线检波器进行计时, 当野外检波器进行数据采集时, 就会自动进行计时。零计时、参考扫描信号、地面处理等都会纪录在安装在震源车的无线检波器上, 这些数据都存贮在检波器的存贮卡内并用于后续分析。

3.4 超低能耗

无线检波器中的传感器单元必须耗电少, 保证野外施工足够的施工时间而不需要充电。无线检波器需配备可反复多次充电的电瓶或电池。无线网络传输技术设计一个基本目标就是提供最小化电源消耗和最大化电池使用的协议和技术。关键的一点就是通讯系统中从硬件到网络的所有阶层能够地址化。相对用于无线检波器中的数据接收和传输来说, 采集和数字化处理所用的电源消耗要小得多。

4 技术发展和应用

从三维地震的发展历程可以看出, 高密度技术的发展、采集面元越来越小、野外接收道数不断增加, 这样大地震数据量的采集, 促使地震采集设备的发展来满足高效的地震数据采集。OYO Geospace公司新推出了一套无线数据记录仪Geospace Seismic Recorder (GSR) , 内置GPS、大容量固态闪存、信号发生器等, 可在野外连续使用30天。ION公司也推出了适用于全波地震的Vector Seis sensor和带GPS装置的Fire Fly field station unit (FSU) 。

摘要：小面元采集, 覆盖次数及横向偏移距的增加, 成像分辨率及精度的提高, 宽方位高密度三维技术的推广和应用, 推动采集设备向无线通信、网络技术、微电子学及软件技术的发展。基于无线网络的单点检波器地震采集技术不仅能够满足当前高道数地震资料采集, 提供宽方位高质量的地震资料, 而且在采集能力、施工方案设计、施工效率及HSE等方面拥有很大的优势。

关键词：高密度地震采集,单点检波器,无线传输,无线网络