王春田 閆志武 趙 忠

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 北京) (2.勝利油田物探公司 山東東營(yíng))

新型無(wú)纜采集系統(tǒng)功能特點(diǎn)及發(fā)展前景

王春田1、2閆志武2趙 忠2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 北京) (2.勝利油田物探公司 山東東營(yíng))

隨著物探采集技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展,一種新型的無(wú)纜采集系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生,文章介紹了幾種典型無(wú)纜系統(tǒng)的功能特點(diǎn),與有線系統(tǒng)相比無(wú)線系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),部分無(wú)纜系統(tǒng)的應(yīng)用情況,對(duì)無(wú)纜系統(tǒng)應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

無(wú)纜系統(tǒng);功能特點(diǎn);應(yīng)用前景

0 引 言

地震勘探技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了地震儀器的發(fā)展,目前先進(jìn)的有線采集系統(tǒng)可以完成超萬(wàn)道復(fù)雜地震數(shù)據(jù)采集任務(wù),并且兼容目前最先進(jìn)的數(shù)字檢波器。近幾年,無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展,促進(jìn)了無(wú)纜采集系統(tǒng)的發(fā)展。多個(gè)地球物理儀器生產(chǎn)商正在推出無(wú)線地震勘探采集系統(tǒng),其中有些系統(tǒng)已完成了實(shí)驗(yàn)階段,本文將結(jié)合不同無(wú)纜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn),對(duì)無(wú)纜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

1 無(wú)纜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目前國(guó)際上約有10家儀器公司推出了無(wú)纜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),根據(jù)數(shù)據(jù)采集和管理的特點(diǎn)可分為三類:盲采-自主數(shù)據(jù)采集、可進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)QC監(jiān)控、可進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回收采集。幾種具有代表性的產(chǎn)品介紹如下。

1.1 法國(guó)SERCEL公司的Unite系統(tǒng)[1]

該系統(tǒng)是Sercel公司在IT無(wú)纜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,與428XL系統(tǒng)技術(shù)整合生產(chǎn)的新型采集系統(tǒng)。系統(tǒng)利用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和蜂窩技術(shù),由獨(dú)立的野外采集單元RAU和控制各個(gè)蜂窩內(nèi)RAU集群的CAN組成,如圖1所示。

野外采集單元RAU是獨(dú)立的單元,單個(gè)RAU具有四個(gè)輸入道,可以接四道模擬檢波器或者接一個(gè)數(shù)字三分量點(diǎn)(428DSU3)。采集站內(nèi)置鋰電池,也可以外接電池。內(nèi)置內(nèi)存可以擴(kuò)大到16 G B。自主記錄模式下,可以記錄數(shù)天。內(nèi)置高靈敏度的GPS可以提供精確的同步時(shí)鐘。

圖1 unite采集單元

蜂窩節(jié)點(diǎn)CAN通過(guò)無(wú)線蜂窩技術(shù)控制在其范圍內(nèi)的各個(gè)野外采集單元RAU,在野外施工區(qū)域根據(jù)需要設(shè)置若干CAN,CAN接收主機(jī)指令,將其發(fā)送給蜂窩內(nèi)的各RAU;RAU返回QC或部分地震數(shù)據(jù)給CAN,由CAN發(fā)送給主機(jī)。CAN與主機(jī)可以通過(guò)5.8 GHz頻帶的免許可無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換也可以由光纜將數(shù)據(jù)回傳到主機(jī)。數(shù)據(jù)回傳模式如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)回傳模式

數(shù)據(jù)回收方式有三種:小道數(shù)野外生產(chǎn)時(shí),可實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回收;高密度、大數(shù)據(jù)采集時(shí),僅回收部分壓縮的QC數(shù)據(jù)用來(lái)進(jìn)行質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控分析;自主數(shù)據(jù)記錄,可以用SERCEL提供了便攜的手持?jǐn)?shù)據(jù)回收裝置,在由作業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)回收數(shù)據(jù)或生產(chǎn)結(jié)束后進(jìn)行數(shù)據(jù)回收。

1.2 美國(guó)I-Seis公司的SIGMA

該公司是美國(guó)SSC(Seismic Source Company)旗下子公司,SSC公司以QC和震源控制系統(tǒng)聞名,現(xiàn)在普遍使用的Boombox遙爆系統(tǒng)就是該公司的產(chǎn)品。該公司總結(jié)顧其它公司無(wú)纜采集系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足,推出無(wú)纜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)——SIGMA。

SIGMA可以兼容任何種類的遙爆系統(tǒng),配合本公司的FORCE2電控箱體,可以實(shí)現(xiàn)包括滑動(dòng)掃描技術(shù)在內(nèi)最新的震源掃描技術(shù)。它可以工作在任何地形,包括淺水、過(guò)渡帶地表。SIGMA具有多種數(shù)據(jù)采集和傳輸模式,集成的操作軟件界面友好,易操作。

采集站內(nèi)置GPS接收器,在自主記錄時(shí),為數(shù)據(jù)提取提供準(zhǔn)確的爆炸時(shí)刻時(shí)鐘。

采集站類型為單站三道,可以設(shè)置為單道、兩道或三道接收,可接三分量檢波器。

采集站內(nèi)置16G B固態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可保證數(shù)天的連續(xù)記錄。

SIGMA提供兩種天線,分別是無(wú)線mesh模式和WI-FI模式,其作用距離最大為7km。

該系統(tǒng)三種采集模式分別是:自主記錄模式、網(wǎng)絡(luò)無(wú)線模式、WI-FI全數(shù)據(jù)返回模式。

自主模式的工作原理同上述其它儀器類似。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模式(mesh)方式其內(nèi)置天線可以在平坦地區(qū)傳輸傳輸150 m,滿足兩道之間的距離傳輸,即可單獨(dú)使用,也可配合MESH使用。在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中,任何無(wú)線設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可以作為接入點(diǎn)和路由器,網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號(hào)。各個(gè)采集站之間可以進(jìn)行自由數(shù)據(jù)交換,克服了傳統(tǒng)無(wú)線儀器只能主機(jī)與采集站之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換的瓶頸,適合于萬(wàn)道高密度地震采集。

WI-FI全數(shù)據(jù)回收模式是利用WI-FI無(wú)線傳輸技術(shù)和采集單元之間的中繼功能,可以將全部數(shù)據(jù)回傳到中央記錄單元。

1.3 美國(guó)FAIRFIELD公司的Z系列

該系統(tǒng)屬于自主采集型,美國(guó)Fairfield公司主要生產(chǎn)無(wú)線遙測(cè)地震儀,該公司生產(chǎn)的Telseis、Box無(wú)線遙測(cè)地震儀在中國(guó)灘淺海地震勘探中曾經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用,近幾年,Fairfield公司利用先進(jìn)的無(wú)線技術(shù),研制了新一代無(wú)纜采集系統(tǒng)“Z system”,包括“Z Land”、“Z 700”、“Z 3000”等產(chǎn)品,適用于從陸地到深海的廣大領(lǐng)域。

“Z system”中采集站、檢波器、電池、GPS合為一體?！癦Land”采用了高硬度塑料做外殼,內(nèi)置可重復(fù)充電的高性能鋰電池,十分便于陸地施工。“Z 700”、“Z 3000”可用于海上二維或三維勘探,內(nèi)置了聲納二次定位系統(tǒng)?！癦 700”投放深度最深可達(dá)700 m,“Z 3000”,投放深度最深可達(dá)3 000 m。采集結(jié)束后,通過(guò)聲納系統(tǒng)控制使其浮起,電纜船將其收起。當(dāng)“Z 700”和“Z 3000”下水前用 GPS授時(shí),放入水下后靠?jī)?nèi)部精密的晶振提供時(shí)鐘。

美國(guó)Fairfield公司的Z-land陸地?zé)o纜系統(tǒng)在美國(guó)已完成了千道以上的采集實(shí)驗(yàn),在沙特紅海海深海區(qū)1350道z700正在施工。

另外還有幾家公司的無(wú)纜系統(tǒng)也處于試驗(yàn)和試生產(chǎn)階段。

美國(guó)ASCENT GEO公司ULTRA G5無(wú)纜系統(tǒng)。自2001年開始第一代無(wú)纜系統(tǒng)G1發(fā)展到現(xiàn)在G5,功能逐漸完善,系統(tǒng)逐步成熟。2009年該公司G5系統(tǒng)在天津塘沽和428儀器進(jìn)行了聯(lián)合采集。

美國(guó)Geospace公司GSR系統(tǒng),內(nèi)置GPS天線和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘,現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)WIFI方式進(jìn)行QC和數(shù)據(jù)回收。目前已完成地震勘探項(xiàng)目4個(gè),另有兩個(gè)勘探項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中。09年美國(guó)DAWSON地球物理公司一次性購(gòu)買了幾千道 GSR。該系統(tǒng)已在美國(guó)、加拿大、墨西哥等十幾個(gè)地區(qū)做了測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。

美國(guó)ION公司Firefly(螢火蟲)無(wú)纜陸上地震采集系統(tǒng)采用微型采集站方式、無(wú)纜連接、單站單道、三分量(全波)數(shù)字檢波器采集;系統(tǒng)集地震儀器、測(cè)量、采集設(shè)計(jì)于一體,可以實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的施工生產(chǎn)計(jì)劃和坐標(biāo)定位。2008年Firefly 2螢火蟲系統(tǒng)第一次在美國(guó)北科羅拉多投入商業(yè)化生產(chǎn)。2009年?yáng)|方物探引進(jìn)了一套FireFly地震采集系統(tǒng)并進(jìn)行了野外生產(chǎn)試驗(yàn)。

2 無(wú)纜系統(tǒng)的特點(diǎn)[2、3]

2.1 優(yōu) 點(diǎn)

無(wú)電纜,自主數(shù)據(jù)記錄。獨(dú)立式的采集站內(nèi)置高靈敏度GPS接收器、大容量的固態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和大容量電池,具有連續(xù)記錄十幾天以上的能力。通過(guò)爆炸系統(tǒng)記錄的GPS時(shí)間辨別每個(gè)激發(fā)點(diǎn)的爆炸零時(shí),根據(jù)需要從記錄體中靈活提取出每道的記錄數(shù)據(jù)。

采取先進(jìn)的無(wú)線通訊技術(shù),無(wú)需無(wú)線電入網(wǎng)許可。由于傳輸方式的多樣化,克服了傳統(tǒng)無(wú)線儀器只能儀器主機(jī)與采集站之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信距離短的不足,更加適合高密度布點(diǎn)。

新型儀器通過(guò)數(shù)據(jù)編輯軟件,采用SEG數(shù)據(jù)格式與目前在用地震采集系統(tǒng)同時(shí)使用,較好地解決了不同儀器系統(tǒng)傳輸協(xié)議的問(wèn)題。

理論上不受道數(shù)限制,可無(wú)限布設(shè),適合于高密度地震采集。

由于無(wú)纜,減少了有線系統(tǒng)中的電纜,減少設(shè)備運(yùn)輸量和野外工作量,減少了由于電纜連接引起的排列接觸問(wèn)題,節(jié)省了定期更換電纜的費(fèi)用。

由于是自主采集,減輕了操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度,后期數(shù)據(jù)回收和數(shù)據(jù)整理造成的工作增加和減少野外工作量相比是值得的。

2.2 缺 點(diǎn)

大部分無(wú)纜系統(tǒng)都是自主采集,不能實(shí)時(shí)回傳數(shù)據(jù)將不能對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控,不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,數(shù)據(jù)回收后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題會(huì)面臨補(bǔ)炮的經(jīng)濟(jì)損失。另外,采集單元一旦丟失會(huì)造成數(shù)據(jù)缺失,影響采集效果,嚴(yán)重的情況需補(bǔ)炮。即使可以回收QC或全部數(shù)據(jù),由于地形復(fù)雜性,無(wú)線傳輸一定受到影響,施工中可操作性不強(qiáng)。

數(shù)據(jù)不論是現(xiàn)場(chǎng)回收或是基地回收,回收工作量非常大,特別是在復(fù)雜地形,人員必須靠近采集單元。數(shù)量大時(shí)容易出現(xiàn)錯(cuò)誤,數(shù)據(jù)的合并工作量也很大。

布設(shè)時(shí)單點(diǎn)設(shè)定位置和參數(shù)工作量大,現(xiàn)場(chǎng)施工人員多人操作容易出錯(cuò)。

3 無(wú)纜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用前景

無(wú)纜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要推廣和發(fā)展,首先看它比現(xiàn)有有線采集系統(tǒng)具備的優(yōu)勢(shì),對(duì)用戶來(lái)說(shuō)看重該系統(tǒng)能否提高采集質(zhì)量、能否具有高的穩(wěn)定性、能否提高生產(chǎn)效率,方便組織施工,減少施工成本、能否解決有線系統(tǒng)不能解決的問(wèn)題。

從技術(shù)性能和數(shù)據(jù)采集方式看,無(wú)纜系統(tǒng)對(duì)地震采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量沒(méi)有提高。但無(wú)纜系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)是道數(shù)可以無(wú)限擴(kuò)展,而有線系統(tǒng)隨著道數(shù)的增加會(huì)存在建立排列難、主機(jī)數(shù)據(jù)管理難度大等缺點(diǎn)。無(wú)纜系統(tǒng)最大的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)回傳和質(zhì)量監(jiān)控問(wèn)題。

目前情況下,無(wú)纜采集系統(tǒng)施工觀念的接受需要一個(gè)過(guò)程,在萬(wàn)道以內(nèi),地形不太復(fù)雜的環(huán)境下施工,有線系統(tǒng)還是存在一定的優(yōu)勢(shì),無(wú)纜系統(tǒng)要推廣只能作為有線系統(tǒng)的補(bǔ)充,與有線系統(tǒng)聯(lián)合采集。

無(wú)纜系統(tǒng)目前發(fā)展的著力點(diǎn)是:與目前有線系統(tǒng)的結(jié)合,分不同區(qū)域采集,不方便有纜系統(tǒng)布放的特殊地形用無(wú)纜系統(tǒng),將無(wú)線系統(tǒng)和有線系統(tǒng)共用一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái),數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和整合,有三種方式:

一種是像SERCEL公司UNITE系統(tǒng),有線428設(shè)備和無(wú)線的UNITE設(shè)備共用一個(gè)中央控制單元,工區(qū)中根據(jù)不同的地表?xiàng)l件,對(duì)不同的設(shè)備進(jìn)行布設(shè),428主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和記錄,這種情況根據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)一炮中的數(shù)據(jù)可能來(lái)自有線系統(tǒng)和無(wú)線系統(tǒng),有主機(jī)進(jìn)行編排合成一個(gè)SEG格式的文件,這種方式因無(wú)纜部分道數(shù)少,數(shù)據(jù)能夠回傳,數(shù)據(jù)的合并與管理難度小;

另一種方式是一個(gè)工區(qū)分為兩部分,一部分用有線系統(tǒng),另一部分用無(wú)線系統(tǒng),兩種系統(tǒng)單獨(dú)采集,根據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)單獨(dú)施工,最后數(shù)據(jù)合并。但這種方式由于滿足滿覆蓋要求,施工中會(huì)增加一定的工作量;

第三種是將無(wú)線系統(tǒng)采集單元插在有纜系統(tǒng)中間作為接收點(diǎn)的加密,用有線系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控,由于密度大,在高密度高覆蓋次數(shù)采集時(shí),即使部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失對(duì)整個(gè)采集效果幾乎沒(méi)有影響。

需要解決的幾個(gè)問(wèn)題:

1)因數(shù)據(jù)不能回傳,數(shù)據(jù)回收工作量大,后期的數(shù)據(jù)合并整合易出錯(cuò),廠家應(yīng)在數(shù)據(jù)回收和整合的軟件方面多下功夫,特別是選擇有用的數(shù)據(jù)回收,否則回收數(shù)據(jù)量太大。

2)數(shù)據(jù)能夠及時(shí)回傳,質(zhì)量能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控是任何甲方喜歡的方式,隨著無(wú)線傳輸線技術(shù)的發(fā)展和更成熟,能夠傳回QC和整個(gè)數(shù)據(jù)將更有前景。

3)野外布設(shè)的方便性,特別是參數(shù)設(shè)置和與測(cè)量成果的對(duì)應(yīng)性,數(shù)據(jù)回收盡量在現(xiàn)場(chǎng)回收,解決好電池及充電問(wèn)題,方便于野外施工。

4 結(jié)束語(yǔ)

地球物理勘探儀器向低功耗、小型化、高精度和智能化發(fā)展。一方面是地球物理勘探技術(shù)對(duì)地球物理勘探儀器不斷提出要求,另一方面,MEMS、無(wú)線通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)不斷飛速發(fā)展,為新一代勘探儀器的發(fā)展提供了可能。

新型儀器從推出到實(shí)際推廣應(yīng)用還有一定的距離,許多軟硬件對(duì)采集方法及施工作業(yè)的適應(yīng)性還需要在實(shí)際應(yīng)用中改進(jìn)與完善,相信隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)可以快速回傳到中央處理單元,或者人們認(rèn)可自主采集的方式,基于無(wú)線通信技術(shù)的地球物理勘探儀器將得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

[1] 法國(guó)Sercel公司.unite技術(shù)手冊(cè).2008(資料)

[2] CPS/SEG北京2009國(guó)際地球物理會(huì)議暨展覽論文集.2009

[3] 易碧金.GPS時(shí)鐘同步法地震勘探儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].石油儀器,2005,19(1)

Features and prospects of the cableless seismic acquisition sys- tem.

Wang Chuntian,Yan Zhiwu and Zhao Zhong.

Advanced radio transmission technology has promoted the development of a new kind of cableless seismic acquisition system.This paper mainly introduces the features of the typical cableless system,including the advantages and disadvantages compared with the cable system.It also predicts the future application and prospects of the cableless system.

cableless system;feature;prospect

P631.4+3

A

1004-9134(2010)05-0001-03

王春田,男,1966年生,高級(jí)工程師,1989年畢業(yè)于石油大學(xué),現(xiàn)在勝利油田物探公司儀器管理中心從事儀器技術(shù)工作。郵編:257001

2010-04-10編輯梁保江)

PI,2010,24(5):1～3

·儀器設(shè)備·