地震仪器应用技术展望*

罗福龙

(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

鉴于地震仪器的技术含量、经济价值、耐用程度和发展规律，一般地震仪器的应用寿命都在十年以上。在整个生命周期中，如何最大限度地发挥好地震仪器作用来充分满足地震资料采集需求，需要一整套的操作应用技巧和技能做支撑，以及持续完善和提升地震仪器技术性能的实力。习惯上将围绕地震仪器的生产应用、性能保持、功能扩展和潜力发挥等所需要或形成的技术集合统称为地震仪器应用技术。

本质上，地震仪器应用技术就是保障地震数据采集工程质量和效益的一项关键能力，基本内容包括地震仪器的创新应用能力、维修保障能力、特性提升和扩展能力、相关技术标准制定能力等。根据内容和功效可知，地震仪器应用技术的直接作用包括但不限于：一是挖潜系统的技术特性充分满足地震数据采集质量、方法、效率等方面的需求，二是解决系统在运行过程中出现的各种技术问题，三是改进系统不适应生产需求的技术性能，四是补充或扩展系统适应发展需求的技术能力，五是根据生产需要制定相关技术标准等。

地震仪器应用技术从属地震仪器技术[1]，经历过与地震仪器技术类似的发展轨迹。早期的地震仪器应用技术主要是参量调校和故障维修技能，为适应地球物理勘探技术和地震仪器技术的不断发展进步，后来又发展了地震仪器的支持保障技术、高端维修技术、性能改造技术、功能扩展技术等。当下的地震仪器应用技术丰富多彩且自成体系，已经成为竞争高端物探市场的重要保障，也是油气地震勘探项目提速、提效、提质、降本的关键支撑。在一定意义上，地震仪器应用技术发展的历程就是地球物理勘探技术发展和地震仪器技术发展互相适应、融合、促进的映像轨迹。

虽然为适应油气地震勘探项目提速、提效的需要，地震仪器应用技术得到了空前的丰富和发展，但与不断发展的地球物理勘探技术需求相比，仍有许多待充实和提升的空间。这是因为当下的地震勘探生产能力和成效还在一定程度上受地震仪器应用技术水平制约，例如还时常会因地震仪器的技术问题而影响生产效率或质量。所以，以地球物理勘探技术发展为引擎，以地震仪器技术现状为基础，与时俱进地创新地震仪器应用技术就显得十分重要和必要。因此，作为一种尝试性的前瞻技术探索，下面将站在用户的角度，以地球物理勘探技术发展为指针，以地震仪器应用效果最大化为目标，以电子工程技术等发展态势为依托，来探讨今后地震仪器应用技术的创新发展路线。

1 发展历程综述

地震仪器应用技术由来已久，广义上讲自从有了地震仪器就有了地震仪器应用技术。早期的地震仪器是以模拟电子器件为基础构建的电信号测量系统，其放大倍数、滤波频率、匹配电阻等技术参数都会随着时间、环境的变化而变化，为了保持地震仪器工作在合适的技术状态，在生产使用过程中就需要经常通过调整有关元器件的量值大小位置来确保技术参数始终处于允许的范围[2]。为了确保地震仪器的地震信号响应效果，所做的技术参数调整和校对需要经验和技能，同时元器件故障的查找和排除也需要经验和技能，这种经验和技能本质上就是一种应用技术，只是这种用来保持地震仪器技术性能的经验和技能还处在地震仪器应用技术初级阶段。

与地震仪器技术发展类似，地震仪器应用技术也一直在不断发展、丰富和变革之中。由于早期的地震仪器能力简单且全部由硬件构成，所以当时的应用技术主要体现在技术参数的调校和元器件的维修能力上。随着地震仪器能力的增强，特别是油气地震勘探方法的进步，对地震仪器应用技术也提出了更多要求，例如为了扩展地震道接收能力就需要两台或多台地震仪器组合一起同步工作，这就涉及到多台地震仪器的联机技术;又如为适应电磁法勘探中传感器的高输出阻抗,就得通过提高地震仪器中地震道的输入阻抗来匹配，这又涉及到地震仪器的改进技术。所以，中期的地震仪器应用技术主要由元器件维修技术、参数指标调校技术、功能扩展技术、性能改造技术等组成，特点是以地震仪器固有特性为基础，从硬件方面开展性能保持、完善、扩展等工作，这便是地震仪器应用技术的中级阶段。

随着地球物理勘探技术发展，野外地震数据采集的方法、模式和流程等也都发生了本质的变化，反映在地震仪器能力方面的突出变化是，实时接收的地震道数达到几万甚至几十万，日采集的数据文件少则上千张多则几万张。与此同时，地震仪器组成也从过去以模拟器件为基础的纯硬件系统，发展到今天以超大规模器件和计算机技术为基础的软硬件融合系统[3]，对应的地震仪器应用技术也从初、中级阶段发展当今的高级阶段。时下的地震仪器应用技术除以维修保障技术为基础外，更关键的是地震仪器配套技术，例如地震数据无线桥、电台信号中继器、井口坐标采集器等设备研制技术，辅助数据管理、筛选、计算、传输等软件开发技术等。综合国内外地震仪器的应用现状，地震仪器应用技术发展到今天在内容上主要有：硬件维修支持保障技术、性能完善与提升技术[4]、配套设备和方法研究技术、潜力挖掘和创新应用技术、基础部件替代技术等。表1以今昔对比方式示意性地列出了地震仪器应用技术的发展变化。从表1可以看出，地震仪器应用技术的进步是快速的，对油气地震勘探项目的支撑作用也是越来越大的。需求无止境，表1也说明待创新的技术仍然不少。

表1 地震仪器应用技术今昔对比

地震仪器应用技术的内涵和外延一直随着地球物理勘探技术的发展而发展，基本规律是以满足野外地震数据采集技术需求为引擎，以提升地震仪器综合应用效果为目标，不断根据生产需要从硬件和软件性能完善、改进、扩展等进行技术创新，这就是地震仪器应用技术发展历程的基本路线。

2 面临的挑战

虽然地震仪器应用技术已经从传统的故障维修和参量调校为主要内容发展到时下以性能保持、完善、提升、扩展为主要特征的新阶段，并成为地震勘探项目“提速、提效、提质、降本”不可或缺的重要支撑，但与地球物理勘探技术发展速度，特别是当前“两宽一高”油气地震勘探技术需求相比，仍然显得滞后和薄弱，还有诸多技术需要加强和创新。时下国际国内高端物探市场普遍追求宽频、宽方位、高密度、高效率采集地震数据，实时接收的道数已经超过十万并有向几十万甚至百万发展的趋势，日采集的数据量达到10 TB级甚至更多，有效工作时间也精确到分秒计算。这就要求地震仪器及其配套设备不仅性能强大，能支持几十万道地震数据实时采集、传输、记录，更重要的是能在应用技术支持下达到极好的稳定性和可靠性，甚至能全天候做到“零”等待时间。也即，高端的地震勘探项目对地震仪器应用技术提出了更多的需求和挑战，进而促使地震仪器应用技术迈入新的发展阶段。

面对不断发展的地球物理勘探技术给地震仪器等带来的新需求，地震仪器应用技术一方面显得越来越重要，另一方面也显得越来越单薄和不足。实际上，地震仪器应用技术当前面临的挑战是前所未有的，因为在其它条件等同的情况下,油气勘探项目的“提速、提效、降本”能力主要取决地震仪器应用技术的能力。为了更充分地说明这点，下面将统计近年国内外有关油气地震勘探项目在实施过程中，地震仪器所发生的技术问题及其应用技术遇到的挑战。表2 列举了几项有代表性的具体问题和相应的对策措施及其对地震仪器应用技术发展提出的创新要点。

从表2所列举的挑战事件可见，当前的地震仪器应用技术还不能有效解决涉及系统、结构、协议、固件、软件等设计方面的技术问题，而实际工作中经常影响地震勘探项目速度、效率、质量、成本的关键因素往往就是地震仪器的系统、结构、协议、固件、软件等设计方面的缺陷或不足。所以，地震仪器应用技术面临的一方挑战，就是如何围绕当前地震仪器在系统、结构、协议、固件、软件等设计方面存在的固有缺陷或不足，设计相应的解决方案和开发先进、高效、实用的软硬件。

表2 地震仪器应用技术面临挑战举例

地震仪器应用技术面临的另一方挑战，就是在地震仪器现有技术基础上，如何实现功能增强和配套技术开发。地球物理勘探技术发展带来的新变化和新需求，也给地震仪器应用技术提出了更多更高的能力要求，当下迫切需要解决的是如何在地震仪器的整个生命周期中，将所有不能满足或适应油气地震勘探技术需求的功能缺项都开发补齐。例如，远程操控功能、数据异地传输功能、自动排查故障功能、自动收放功能、防丢失功能等等，都是当前地震仪器不具备而勘探生产提速、提效又迫切需要的功能。以往，但凡涉及地震仪器核心技术的后续补充功能开发都得依靠原设计制造厂商来做，这势必要用户来承担相应的技术和经济风险。因为厂商追求的是利益最大化，更注重研究新技术和新产品，对于无利或少利可图的既往产品升级完善并不积极，所以地震仪器的后续补充功能开发和配套技术研究更多地要依靠用户去完成，这就给地震仪器应用技术提出了全新的研究课题。因此，围绕勘探项目“提速、提效、提质、降本”研发出先进、经济的地震仪器配套功能或技术，便是地震仪器应用技术发展的另一主轴。

3 制约因素分析

地震仪器应用技术之所以面临两大方面的挑战是因为有内在的主观和客观原因，只有明确了引起挑战的本质原因才能找到将挑战转换为机遇的出路，为此有必要先行就导致地震仪器应用技术面临当前困境的关键因素进行分析研究。与事物发展的一般规律一样，地震仪器应用技术当前的困境也是由内因和外因两个要素导致的，为了准确把握影响发展质量和速度的症结，下面将从主观和客观两方面来讨论地震仪器应用技术发展的制约因素。

3.1 主观因素

主观因素来自地震仪器厂商和用户两个方面。用户通常都习惯地认为凡因地震仪器设计缺陷引起的问题不属于应用技术服务范畴，致使长期以来这类问题都依靠厂商解决。在这一传统观念支配下用户一般不愿意也没有能力去破解与设计缺陷有关的难题，导致地震仪器应用技术在这方面一直是空白。另一方面，厂商从来都是利益至上，在地震仪器的关键技术上不仅进行技术封锁不向用户提供任何设计细节，而且还不允许用户触及任何核心技术，导致地震仪器购置方(用户)一直没有机会和条件去发展这方面的应用技术。

3.2 客观因素

制约地震仪器应用技术发展的客观因素也不少。一是地震仪器技术既先进又复杂，通常用户不具备全面系统掌握地震仪器内核技术的能力，特别是对涉及协议的软件或固件技术到目前为止全球还没有任何一个用户可以完全掌控。二是系统设计标准化不够，无论是硬件结构还是软件设计现行的地震仪器都没有国际通行的技术标准可依，导致地震仪器结构千姿百态，以至于用户极难参考有关标准去破译其中的奥秘。三是地震仪器技术专业性强，所涉及的许多理念和原理不常用也不通用，用户很难借助社会通用技术来解决实际问题。四是尚未建立技术精湛的专业团队，由于当前的地震仪器应用技术主要依附于生产应用，还没有专业的组织或部门从事应用技术研究，致使高端技术人才奇缺。五是地球物理勘探技术发展快，不断有新的需求问世导致地震仪器应用技术发展相对滞后。

正是因为主客观制约因素的存在，使得地震仪器应用技术的发展面临重重挑战。为了充分满足地球物理勘探技术发展需求，特别是从地震仪器方面为地震勘探项目“提速、提效、提质、降本”提供技术支撑，针对面临的挑战和制约因素,快速发展地震仪器应用技术，应该是今后提升地震仪器综合应用效果的必然选择。

4 发展方向探讨

通过对地震仪器应用技术发展面临的挑战和制约因素的分析讨论，总体明确了当前地震仪器应用技术存在问题的症结和需要创新的关键内容。下面将结合地球物理勘探技术发展给地震仪器技术带来的新要求，以全面提升地震勘探项目“提速、提效、提质、降本”为目标，系统性探讨今后地震仪器应用技术发展的方向。

首先是做好技术规划和顶层设计。地震仪器应用技术应该如何发展，主动权掌握在用户手上。为改变以往的被动发展模式就得根据地球物理勘探技术发展态势，超前做好地震仪器应用技术发展的顶层设计和技术规划。在这一环节中重点要明确地震仪器应用技术发展方向、目标、内容，规划好重点技术攻关项目和应解决的具体问题，制定好发展的技术路线，建设相应的技术团队和机构。

其次是参与制定引领性、基础性、普适性技术标准。地震仪器向什么方向发展，以什么方式和技术路线发展，不能只由厂商一方说了算，否则还会走浪费资源、效能低下的老路，应该在全球范围内制定引领性、指导性的技术标准来规范地震仪器的技术发展。为了充分发挥地球物理勘探技术的指引作用，也为了增强用户的参与度，应以国际地球物理学为平台组织地球物理学家、设计制造厂商和末端用户参加的团队，制定统领地震仪器技术发展的通用技术标准，进而为减少资源浪费、共享发展成果、加速技术创新提供基础平台。

第三是改变传统习惯思维模式和工作模式。以往对地震仪器应用技术的界定是狭义的，实际上地震仪器应用技术的范畴没有上限，只要方法得当，功能先进、效果突出的应用技术的创新就没有止境。为了突破以往发展观念的约束，需要改变传统的思维模式和工作模式，树立地震仪器应用过程中的一切技术问题都可以通过应用技术解决的理念，进而扩展地震仪器应用技术的外延和内涵。

第四是针对性地培养技术人才和建设专业团队。人才是提升技术能力的关键，以往解决不了的技术问题很大程度是缺少相应的技术人才。根据当前面临的挑战可知，尤其缺少的是系统设计、工艺设计、软件和固件设计等方面人才，以后应针对性地培养这方面的技术团队，建设相应的专业机构，补足过去的技术短板，这也应是地震仪器应用技术发展的内容。

第五是研发设计与保障应用深度融合。在此之前地震仪器的设计制造与生产应用是互相独立的，导致技术资源不能共创共享，也导致需要什么和研发什么不协调同步。今后应加强研发技术与应用技术的深度融合，实现研究与应用技术一体化发展。

第六是发展先进且高效的地震仪器配套技术。任何地震仪器都不可能做到面面俱到，实际应用中的不足只能通过配套技术来补充。所以，围绕地震勘探项目的提速、提效,不断开发配套地震仪器的自动化、智能化技术也将是地震仪器应用技术发展的重要方向。

第七是充分利用社会先进技术资源服务地震仪器。一切依靠自己是困难的,也是不现实的，充分借助公共技术资源为我所用也应该是今后地震仪器应用技术发展的又一特征。社会的技术资源是广泛而丰富的，地震仪器用到的基本原理和基础技术都是某些行业或领域普遍应用的，只要掌握了个体技术与整体技术之间的逻辑关系，应用社会技术资源解决先进地震仪器的技术问题是切实可行的。所以，今后地震仪器应用技术发展的另一路线，是建设社会技术资源共享网络，借助社会化先进成熟技术解决地震仪器面临的具体问题。

尽管地震仪器应用技术发展没有止境，但就近期而言,发展重点应该是针对面临的挑战开展技术创新，经过五到十年甚至更长时间的积累，相信地震仪器的综合应用技术水平和能力将会达到全新的高度。作为地震仪器应用技术发展的预测和展望，表3 选择性地列举了几项未来地震仪器应用技术可能具备的基本特征。这种预测的前提是，今后的地震仪器应用技术与研发制造不再相互独立而是高度一体化。在开发设计方面，用户提出具体的技术需求并参与概念的设计，厂商完成产品的设计制造；在生产应用方面，厂商提供产品的技术设计，用户保障产品全生命周期的支持服务。

表3 未来地震仪器应用技术特征展望

5 结束语

技术的进步源于不竭的需求，随着地球物理勘探技术及地震仪器技术的快速发展，地震仪器应用技术的内涵、外延也在不断丰富、扩展，且对地震勘探项目的“提速、提效、提质、降本”的支撑作用也越来越强。目前地震仪器应用技术正处在全新高速发展阶段，提前规划和设计好发展的技术路线就显得尤其重要和必要，因此超前的探索和研究就势在必行，这也正是撰写此文的动机所在。需要说明的是，这里所展望的地震仪器应用技术，主要是想突破观念上的束缚，并站在全球资源共享角度去提升发展空间，目的是希望唤起全行业对地震仪器应用技术的重视和关注。