張安寶 陳琳
中海油服物探事業部 天津 300451
海洋物探采集設備發展至今,設備集成化程度、精準度都達到一定高度。因此實際采集過程除了在項目開始時做同步性論證外,作業過程中常常默認各系統之間的同步性不存在異常,從而忽略了同步性質控。一旦發生同步異常,由于人為及質控流程不完善等因素通常是難以發現的,尤其是誤差量相對較小時更難以發現。進入后處理過程再發現,就會造成重大質量事故,也會造成較大經濟損失。
目前海上拖纜通常采用單船采集,偶爾采用多船采集,海底電纜船隊采用多船采集。單船采集時,設備之間可以直接相連。多船采集時震源船與儀器船(負責數據采集)以及各類輔助船之間無法直接相連,只能采用無線方式相互通訊。不管哪種通訊方式,都有可能發生同步異常[1]。
海上分布式多通道地震勘探觸發信號來自導航和震源系統,彼此之間有著嚴格的時序關系,見圖1。
圖1 海上分布式多通道地震勘探儀器系統觸發控制時序
單船作業觸發模式見圖2a,當到達目標點后,導航系統發出起始信號給震源系統,定義此點時刻提前量較大,通常大于2000ms。當接收到該信號時,系統將會停止響應外界信號以防止誤觸發,直到系統采集停止后恢復。導航系統-160ms時,發送點火信號至震源控制系統使其準備激發氣槍陣列。在0時刻真正激發震源,并由震源系統返回信號給導航系統及記錄系統,觸發記錄系統的同時將觸發信號記錄到輔助道中。多船作業觸發模式見圖2b,與單船作業不同之處在于0時刻震源系統返回信號給導航系統,由導航系統觸發記錄系統開始記錄[2]。
圖2a 單船常用系統觸發模式圖
圖3a TB信號異常
在實際應用當中,由于線路老化、系統受到干擾、軟硬件設計缺陷等諸多因素可能導致同步異常。通常情況下由于數據采樣間隔大于延遲(提前)量,很難直接測量出誤差量。在系統誤差允許范圍內,采集數據是可用的,在系統誤差范圍外,因無法獲得準確的誤差量可能導致采集數據作廢。
TB信號受到電磁干擾,可能是由于TB連線接觸不良,造成抗干擾能力降低,導致TB信號變化,致使記錄啟動推遲。
多船作業時主、輔綜合導航系統都有獨立的GPS時鐘拾取裝置,雙方都是以GPS時間為基準(系統顯示為UTC時間)。GatorII綜合導航系統的許可證控制方式為,當主導航系統缺少UTC授時超過24小時,綜合導航系統許可證自動失效,從而無法作業生產。但是輔助導航系統在沒有UTC授時條件下,可以進行作業。
當儀器船輔助導航系統GPS授時出現問題時,將會導致輔導航系統使用RTNU內部時鐘,如果該內部時鐘與震源船主導航GPS時鐘出現差異,將會造成震源激發與記錄系統不同步。并且這種不同步隨著時間的推移不斷放大。如圖4所示,從左到右隨著授時發生異常發生時間的累積,主、輔導航系統時間偏差不斷累積[4]。
圖4 主、輔導航系統時間有偏差并且不斷累積
通過擬合地震資料初至波在單道剖面的位置,與理論位置進行對比,兩者之間時間差在一個采樣率內,則表示同步,大于一個采樣率,則表示不同步,由此來定量判斷地震采集資料的同步性。
實際應用過程在電纜與炮線平行作業模式下,此方法能夠精確、直觀的檢測出地震采集的不同步異常及不同步的時間大小,但也存在不少缺點。初至波定量檢測本身是依靠等效速度定量計算初至波理論到達時間,等效速度受到水速、地層速度影響較大,需要在根據實際情況進行調試。項目開始初期,由于沒有足夠的數據做支撐,無法通過此方法進行同步性質控[3]。
海底電纜作業中,采集儀器使用SeaBed428系統,它收到輔導航系統發出的觸發TB信號后,會產生一個較窄的信號脈沖以確認收到觸發,把該信號用作反饋信號輸出,并制作信號線,將該反饋信號的脈沖寬度加寬以后發送給副導航系統。為了達到上述目的,設計一種用于海底電纜地震采集作業的反饋信號放大裝置,該反饋信號放大裝置包括放大器和顯示屏。