地震勘探井炮作業中防重炮技術應用

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摘要：相鄰地震勘探項目之間井炮采集所產生的相互能量干擾制約著采集效率的提升，在激發能量消散較慢的工區顯得尤為明顯。東方地球物理公司裝備服務處根據地震隊需要，開發出了一種井炮作業中防重炮系統，有效地避免了由于工區之間距離過近而產生的采集能量干擾，并在多個地震采集項目中進行了應用。本文對防重炮系統工作原理和使用進行了介紹，并對使用過程中的注意要點進行了探討。

關鍵詞：相鄰工區；井炮作業；能量干擾；防重炮系統

0引言

相對于可控震源在高效采集中為避免能量干擾經常使用的DSSS技術（距離分離同步激發技術）井炮作業中防重炮技術難題一直未得到有效解決。2020年東方地球物理公司裝備服務處根據地震隊需要研發了一種地震采集現場使用的井炮防重炮系統，成功地解決了相鄰地震隊同時間段采集而造成的能量互相干擾問題。防重炮系統的工作原理：地震儀器主機（以下稱儀器主機）使用專用饋線連接防重炮控制器（以下簡稱控制器）和編碼器，控制器完成GPS時間授時；儀器主機發送點火信號FO到控制器，控制器運用時間槽控制技術，在預定的啟爆時刻發送點火信號FO至編碼器，從而實現爆炸機的按照約定時間點啟爆。通過控制不同控制器和編碼器的啟爆時間點，實現防止不同儀器主機野外采集放炮能量的相互影響。防重炮控制器可以控制不同的儀器主機進行同時激發或者輪流激發。同時激發，即不同的儀器主機約定在相同的時間點啟動爆炸機；輪流激發，即不同的儀器主機約定在各自不同的時間點啟動爆炸機。一般情況下，使用同時激發不僅可以規避能量干擾的問題，而且不影響各自的采集生產效率。當工區之間距離過近時，需要采用輪流激發。

1防重炮系統的使用

1．1硬件連接方法

一套完整的防重炮系統一般由防重炮控制器．電源線、GPS天線、專用儀器連線饋線等組成，如圖1所示為井炮防重炮控制器。由于不同型號地震儀器之間在控制遙爆系統工作的觸發機制上有所差別，在使用不同型號儀器主機連接控制器的連接饋線上也有所差別。在專用連接饋線上，一般采用BNC口或串口將FO信號從地震儀器主機引至控制器，控制器通過BNC口將FO信號送出至編碼器，編碼器采用BNC口或串口將返回的TB信號和串口信息返回至控制器和儀器主機。

1．2儀器參數設置

428XL在JOperation－ProcessTypeSetup窗口中設置井炮采集類型并設置TBWindow長度W（推薦設置10000？15000ms），如圖2所示。G3i儀器在SourceType－RecordingParameters－SrcCtri中選擇TimeBreak，設置PreTzeroRecord為0ms，Window中設置時間TB時間窗口長度W（推薦設置10000？15000ms），如圖3所示。

1．3防重炮控制器參數設置

防重炮系統采用配置軟件（NetAssist或Release）進行配置。使用RJ45網線連接配置電腦和控制器，更改配置電腦的IP地址為：10．8．2．1；子網掩碼：255．255．255．0，并關閉配置電腦的防火墻。使用配置軟件（NetAssist或Release）進行配置不同的控制器時需要注意基準時間是否相同。正確連接配置軟件后，對儀器類型、源同步類型、波特率、控制器總臺數．當前控制器ID、時間槽長度、延遲時間等參數進行配置。下面對幾種常見的配置方法進行舉例說明。（1）采用同步激發，當控制器臺數為2、每臺的激發時間間隔相同時的配置方法（以激發時間間隔均為30s為例）：總臺數為2，設置相同的ID號（1號或2號），每臺時間槽長度均為激發時間間隔的r半（例如均為15s）；（2）采用輪流激發，當控制器臺數為2、每臺的激發時間間隔相同時的配置方法（以激發時間間隔均為30s為例）：總臺數為2，設置不同的ID號（1號和2號），每臺時間槽長度與激發時間間隔相同（例如均為30s）；（3）采用輪流激發，當控制器臺數為2、每臺的激發時間間隔不相同時，需要通過增加虛擬控制器的ID號來改變一臺或兩臺的激發時間間隔，具體配置方法（以一臺控制器的激發時間間隔為40s、另一臺控制器的激發時間間隔為20s為例）：總臺數為3，第1臺控制器ID號為1，第2臺控制器ID號為3，每臺控制器時間槽長度為20s。

1．4激發時間數據的下載

當兩個及以上相鄰工區同時使用防重炮系統時，在每天完成采集后進行激發時間數據的下載并整理，可以有效地對不同工區激發點之間的距離進行監控分析，并結合地震資料能量和干擾的變化及時調整激發模式和激發時間間隔，保證地震資料品質。使用RJ45網線連接控制器和數據下載電腦，使用數據下載電腦中的Release軟件進行激發GPS時間數據下載。下載數據之前需要連接FTP并關閉數據下載電腦的防火墻，下載后的時間格式為UTC時間。當控制器中記錄的炮數達到65535時，炮數序號從1開始重新計數。

1．5防重炮系統使用規則

使用防重炮系統時，儀器主機的TBWindow—般設置為10？15s，即儀器操作員在放炮時需要觀察控制器上的倒計時在設置的TBWindow時間范圍內按下放炮鍵，通常情況下可以先通知炮班充電再按放炮鍵，也可以按下放炮鍵再通知炮班充電。當儀器操作員按下放炮按鈕后，儀器主機開始采集的同時等待編碼器返回的TB信號。若在TBWindow設置的時間范圍內接收到編碼器返回的TB信號，儀器主機開始切分和記錄地震數據，形成單炮數據記錄。在地震勘探中，地震儀器的同步激發通訊方式有兩種：其一是以有線通訊的方式控制編譯碼器的同步激發。如SN388、SYSTEMTWO、ARIES等早期的地震儀器在大線上含有一對通訊線，在地震儀器主機箱體和采集站上留有通訊接口。當無線通訊受阻時，使用有線通訊線連接具有有線通訊功能的編譯碼器實現同步激發；其二是以無線通訊的方式控制編譯碼的同步激發。地震儀器編譯碼器之間通過電臺以無線通訊的方式完成同步激發。有線通訊方式的優點是不受外界電磁干擾的限制，避免了通訊困難地區無線通訊問題。缺點是增加了大線的重量，譯碼器必須通過連接線連接到采集站或電源站上，缺乏靈活性。無線通訊方式的優點是使用靈活方便，只要通訊良好，譯碼器可以分布到排列任何位置。但是，在一些特殊地區，單一的通訊模式受地形以及外界電磁場的干擾，嚴重制約了通訊的質量。雖然人們采取了很多措施，例如增加儀器車天線高度，使用高增益天線、電臺中繼、爆炸機中繼等方法，但是仍然不能滿足生產的需求。為此，一種結合有線、無線混合源驅動同步激發技術開始進入人們的視野。

2關鍵參數的確定及使用注意事項

2．1激發時間間隔的確定

無論是采用同步激發還是輪流激發，激發時間間隔的確定必要滿足兩個條件：一是在激發時間間隔內，鄰區和本區上一炮的能量干擾己經消散；二是鄰區下一炮的能量在當前儀器記錄長度內還未到來。其中，條件一需要根據當前工區能量消散快慢的經驗和采集背景千擾等試驗來確定；條件二可以根據工區之間激發點與接受點之間的最小距離除以初至波速度來確定。同步激發時間間隔確定的方法：以2020年新疆相鄰兩個三維項目為例，兩個三維項目的儀器記錄時間都為10s。該地區初至波速度大約為3000m／s，同時根據觀測系統參數和鄰區的相對方位可以算出激發點到對應觀測系統接受點的最遠距離為8．425km。由此可以算出使用同步激發時，兩個三維之間的激發點保守最小距離為3000m／sxlOs＋8．425km＝38．425km。如果兩個三維在采集施工使用同步激發時，需要確保激發點之間的相互距離大于38．425km，否則需要使用輪流激發。由于野外激發點采集都是整排或者整束線的形式進行，當相鄰采集項目激發點相鄰最小距離較近達不到同步激發距離要求、而激發點相鄰最大距離能達到同步激發距離要求時，可以采用劃片區的方式進行同步激發。如圖4所示，由于A、B兩個工區激發點之間的距離較近，A工區與B工區同步激發陰影區域的炮點，其余區域的炮點輪流激發。

2．2使用注意事項

使用防重炮系統時，若通知炮班充電后出現斷排列情況，應立即提醒炮班人員松手并按住電臺話筒或者關閉電臺，等待當前采集周期過后，再提醒炮班人員充電。若己經提醒炮班充電，儀器點下放炮按鈕后遇到激活排列卡頓、準備時間較長或者己經到倒計時末尾時間2？3s處，此時不建議在儀器中按下點火按鈕，應及時通知炮班人員松手并按住電臺話筒或者關閉電臺，Abort當前采集炮點等待下一輪采集周期。防重炮控制器在接上電源和GPS天線后需要7？10min完成GPS授時并在控制器顯示屏上顯示出來。未完成GPS時間授時，儀器主機不能進行采集放炮。

3結束語

使用防重炮系統不僅可以有效地規避相鄰工區放炮的能量干擾，也可以通過控制固定的放炮間隔時間達到防止本工區自身能量消散不徹底帶來的干擾問題。防重炮系統已經在新疆多個采集項目得到了應用，解決了相鄰工區采集能量干擾、相互制約的難題，實現了生產的提質增效。

作者:張鉆 朱蘋 春振蘭 吳杲 祁索農 單位:東方地球物理公司裝備服務處 儀器服務中心