地震仪器智能化现状及前景展望*

甘志强，刘 帅，朱 萍，段晋华

(中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司装备服务处 河北 涿州 072751)

0 引 言

随着科学技术的不断发展和油气勘探对数据采集设备要求的不断提高，地震仪器在系统带道能力、支持作业方法、数据采集精度等方面都得到了持续的完善和提升。近些年来，随着油田勘探开发的不断深入，油气勘探条件越来越复杂，勘探目标已由原先的构造油气藏逐步转向寻找复杂构造油气藏、地层岩性油气藏、剩余油气藏等。为改善地震剖面成像质量，提高岩性识别和油气预测符合率，地震数据采集开始向全方位采样、充分采样、均匀采样、对称采样发展。随之而来，地震勘探也由常规三维、精细三维发展到目前的宽频、宽方位、高密度(以下简称“两宽一高”)高精度三维勘探技术。这些技术进步为野外生产带来巨大工作量的同时，也给地震仪器应用带来新的挑战[1-2]。

智能化技术是一项集电子信息、数据处理、网络通讯等多项技术为一体的综合性技术，通过该项技术的应用能够大幅提高野外地震勘探施工的工作效率和工作质量，促进野外生产“提质、提效、提速、降本”。

1 地震勘探采集的技术现状

由于“两宽一高”勘探技术的规模化应用，以及勘探作业成本等多方面原因，对包括地震仪器的技术性能、野外施工作业效率以及技术保障手段等都提出了更高的要求。采集规模越大，这些要求就表现得越为迫切。地震勘探采集的技术现状如下：

1)各种新型高效采集技术大规模应用。高密度、宽方位或全方位三维地震勘探技术是提高地震勘探精度的一种有效技术手段[3]。但是，随之也会带来工作量和施工成本显著增加的问题，仅靠单纯地增加劳动力不是解决问题的根本办法。地震仪器的进步同物探技术的发展是相辅相成的，随着各种高效采集技术的大规模应用，地震仪器高效采集配套功能需要、也必将得到持续的完善和更新。

2)超大道数采集成为常态。目前，万道以上采集规模的项目已经十分普遍，如何实现高效作业，在短时间内快速、高质量地完成地质勘探任务也成为了衡量一款仪器性能优劣的重要指标。当前陆地勘探在用的主流地震仪器能够满足10万道，甚至20万道级的地震数据采集要求[4]。但是，超大采集道数的数据传输、预处理和储存会给地震仪器排列、仪器系统的硬件、软件及固件带来严峻的考验。

3)施工日效成倍增加。由于各种高效施工方法的大规模应用，地震勘探施工效率大幅度提高，三维勘探项目日效由原来的千炮左右，提高到现在的万炮以上， INOVA公司的G3i仪器在国内某探区的生产项目最高日效达到12 316炮。因此，如何通过相应配套技术的攻关研究，确保地震仪器的优良性能得到充分发挥，高效率、高质量地完成地震数据采集任务也就成为了当前地震仪器应用技术人员重点解决的问题之一。

4)传统的地震仪器保障手段已不能满足大规模、高效率的施工需求。现场技术支持是传统地震仪器技术保障的主要手段，而物探采集技术的进步使得地震仪器各项功能发挥到极致，也对地震仪器故障的排查效率提出了更高的要求。因此，迫切需求一种低成本、低风险、高效的技术支持方式保障生产的顺利进行。

5)更高的采集排列准备效率。地震仪器排列管理是整个采集工作的基础，排列收放、故障排查、工作状态的统计分析的效率将直接影响地震勘探生产进程。在野外生产过程中，影响地震采集排列准备效率的因素有地表复杂程度、故障排列信息分发效率、排列排查效率、排列管理效率以及排列工作稳定程度等，采集规模越大，这些因素的影响程度就越大。

2 地震仪器智能化技术现状

近些年来，基于相关支撑技术的发展，智能化技术在地震仪器领域也有一些初步的应用，对减轻工作人员劳动强度、提高地震数据采集效率和提升采集数据质量起到了积极作用。

2.1 设备技术状态的自动分析与统计

目前，对于地震数据采集系统而言，年、月、日检验是衡量其地面采集设备能否满足地震勘探要求的主要依据。面对万道或数万道地面采集设备，单纯依赖人工完成日、月、年检验结果的分析和统计在效率和准确度方面显然不能满足野外生产需求。为解决这一问题，当前主流地震仪器，如INOVA公司的G3i、Sercel公司的428XL等的主机应用软件均能够根据预先设置参数进行测试结果的自动分析和分类统计，在提高测试结果分析效率和准确度的同时，大幅减少了现场仪器技术人员的劳动强度，保障了采集数据的质量。G3i仪器测试结果统计显示界面如图1所示[5]。

图1 G3i测试结果统计显示

2.2 地震数据采集网络的智能管理

采集排列是构成地震数据采集网络的基础，地面电子设备的接入方式以及异常情况处理能力和供电电源的续航时间等均会影响地震数据采集网络的稳定性，进而决定着地震勘探施工的进度。目前，地震仪器大都采用分布式体系结构设计，每个电源站和交叉站都作为控制节点，完成命令转发、相应状态信息的拾取和数据上传，最终实现对采集排列涉及的地面电子设备的智能化或半智能化管理：1)当有新的采集排列接入时，新设备会根据仪器主机的指令自动、快速地接入地震数据采集网络；2)在数据采集过程中，如果采集排列断开，仪器主机会及时拾取相应控制节点返回的信息并给出报警提示；3)每个控制节点会及时拾取其对应供电电源(电瓶)的电压，当出现低电情况时，仪器主机应用软件会根据设置的参数及时给出警告，部分仪器的电源站或交叉站也会通过指示灯给出报警，提示操作人员及时更换，避免因供电电源“亏电”而导致的数据采集进程中断[5-6]。

2.3 源驱动激发控制

在源驱动作业模式下，源同步控制系统译码器自动锁定炮点位置坐标并通过无线电台最终发送给仪器主机。仪器主机根据设置的参数要求，自动锁定位置坐标对应的炮点桩号并激活相应的采集排列，启动采集进程。通过这一基于卫星定位技术的新型作业模式的应用，有效避免了由于大量人工参与而导致的误选炮点情况的发生，提高了仪器采集的自动化水平，保障了野外生产的高质、高效运行。图2为G3i可控震源采集时某组震源位置及组合中心(Center of Gravity，缩写为COG)显示[5]。

图2 G3i可控震源COG显示

2.4 可控震源指标的分析与自动提示

随着基于可控震源技术的高效采集作业方法的逐步规模化应用，野外生产日激发炮数成倍增长，最高达到了1万余炮。因此，如何高效、无误地进行可控震源激发质量控制就成为高效地震勘探作业需要解决的关键问题之一。现有地震仪器都集成了可控震源质控功能，能够自动接收、分析和统计可控震源扫描属性参数，并对应用不同的颜色标记分析结果，提示操作员进行相应操作，提高了现场可控震源采集质控水平和效率。G3i可控震源扫描属性监视窗口如图3所示[5]。

图3 G3i可控震源扫描属性监视窗口

2.5 辅助设备的智能管理

辅助设备是地震数据采集不可或缺的重要部件，地震仪器能否实时获取其技术状态数据，并根据野外生产需求进行相应的智能控制和管理对于野外生产十分重要。当前地震仪器大都具备对自身卫星授时设备、编码器等关键辅助设备技术状态的监视能力，图4为采集过程中卫星授时不成功的自动提示窗口，图5所示为编码器连接断开提示窗口。

图4 卫星授时不成功提示

图5 编码器连接断开提示

3 地震仪器智能化技术发展前景

随着勘探的不断深入和各种高效采集方法的逐步规模化应用，对地震仪器功能和性能也提出了更高的要求。智能化技术作为一种新兴的技术，能够替代或协助现场工作人员完成质量控制、采集排列布设、故障排列排查等工作，提升地震仪器对于大规模、复杂地表环境下地震数据勘探施工的适应能力，有较好的应用前景。

3.1 缩短采集排列准备时间

高效采集为地震仪器带来了更大的工作负荷，也对采集排列准备，特别是排列故障排查效率提出了更高的要求。传统勘探施工作业时，大都采用人工语音播报的方式将排列中的不正常道信息播报给查线工，待查线工排查后，再通过语音电台通知仪器查看该不正常道是否恢复正常，耗时费力，不能满足6万道以上超大规模地震勘探施工的要求。在地震仪器中增加采集排列信息智能化管理功能，及时将故障道信息以数字化的方式发送给查线人员，并以数字化的方式接收来自查线人员的反馈信息，替代仪器操作员实现采集排列的自动、高效管理，将对排列准备时间的缩短起到积极作用。

3.2 提高仪器故障检测的准确性和及时性

随着相关技术的发展和地球物理勘探需求的提高，作为地震勘探数据采集核心设备的地震仪器也向着更大道数、更强环境适应能力以及能够支持多种新型勘探方法的方向发展。在地震勘探施工过程中，若发生难以解决的故障时，需要技术支持人员到达现场解决。近年来，国内外勘探业务的迅猛发展，各种高效施工方法迅速推广，现场技术支持的方式显然已经满足不了野外勘探的实际需求，而基于网络或卫星通讯的智能化远程技术保障将有助于摆脱这一困境。

3.3 提升采集设备的故障自适应能力

在野外地震勘探施工过程中，经常出现由于电瓶低电、动物啃咬或车辆碾压等原因而引起的采集排列断开，导致采集中断，影响施工进程。目前各物探装备厂商的有线仪器产品均提供了冗余路径功能，但在出现排列故障后，大都需要手动操作才能使备用传输路径生效，影响采集进程和数据质量。随着卫星授时、数据存储和数据传输控制等技术的进步，地震仪器若能对排列断开等影响施工效率的突发故障进行自适应处理，比如能够根据需要自动切换传输路径、无备用路径时能够将采集数据标记时间并本地存储，从而实现对排列突发故障的自动化、智能化处理，提高地震仪器大规模地震数据采集的适应能力。

3.4 采集排列的区块化管理

当前主流地震数据采集系统，如INOVA公司的G3i仪器和Sercel公司的428XL仪器在地震数据采集时，无法同时对地面电子设备进行测试工作，在一定程度上影响了野外施工效率，其影响程度在大道数采集项目时表现得尤为突出。可考虑根据施工计划、施工进度、地表地形等在地震仪器中采用智能“区块化”的方式对采集排列进行管理，实现地面电子设备测试和数据采集同步进行，可大幅提高野外生产效率。

3.5 仪器主机智能化功能完善

目前，地震仪器虽然具备了一些初步的智能化功能，如测试结果的自动分析与统计、可控震源指标超限自动提示、辅助设备技术状态实时监视和智能提示等，虽然在一定程度上解决了当前采集所面临的限制生产效率进一步提升或影响采集数据质量的问题，但随着地震勘探规模的不断增大，仪器现有的智能化功能显然是不能满足要求的。为满足未来百万道级地震勘探施工的需求，地震仪器主机在某些方面的智能化功能还需进一步优化和补充，比如海量设备管理、海量数据管理、工作参数的智能管理、采集自动控制管理等，将仪器技术人员从繁重的工作量中解脱出来，提升大道数地震勘探施工的效率。

4 结束语

随着勘探的不断深入和各种高效采集方法逐步规模化应用，对采集数据的精度要求越来越高，野外地震采集道数和激发点数也快速增长。2018年由东方地球物理公司承担的科威特西三维采集项目使20万道级地震数据采集变为现实。面对如此大的勘探规模，大量依赖人工参与的传统地震仪器已显得力不从心。在这一应用背景下，智能化技术将在地震勘探领域得到发展和更广泛的应用，未来地震仪器将更进一步智能化，代替人的一部分脑力劳动，为以“两宽一高”为特征的高精度地震勘探提供技术支撑。