SmartSolo节点式地震仪质控方法研究

张家声，聂明涛，周刚，邹磊，刘凯

(1.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊 065000；2.河北省地震灾害仪器与监测技术重点实验室，河北廊坊 065000； 3. 中国石油集团东方地球物理公司，河北涿州 072750；4.中国石油东方地球物理勘探公司大庆一公司，黑龙江大庆 163000；5.深圳面元智能科技公司，广东深圳 518000;6.西安石油大学，西安 710065)

0 引言

随着电子技术的快速发展，地球物理仪器开始向小型化、智能化方向发展，一体化节点式地震采集仪器取代有线采集设备的呼声也愈发显著[1-2]。一体化节点式地震采集仪器相比有线采集设备具有体积小、质量轻、便于收放等优点。为了实现轻便和低功耗的设计理念，大部分节点式地震仪均不具备在线实时质控功能，这给用户质控提出了更高要求。

本文以SmartSolo节点式地震仪为例，从开工检测到过程质控，再到室内数据质控三个方面对节点地震仪质控方法进行了研究和分析[4, 6]。

1 SmartSolo节点式地震仪

目前地震勘探用节点地震仪超过20种，实际地震采集项目中，采用节点仪器作业或者与有线仪器联合作业方式越来越多[5]。SmartSolo节点式地震仪是DTCC公司2016年推出的产品。最初只有IGU-16一款内置检波器和电池的产品，后续DTCC公司根据用户需求，相继推出了IAU-19和IGU-16HR-IES两款能够外接检波器产品，以及IGU-16HR 3C、IMU-3C、IGU-BD3C-5三款多分量节点式地震仪，图1是DTCC研发的SmartSolo地震仪及其主要配套设备[7]。

(a)IGU-16；(b) IGU-16HR-IES；(c)IAU-19；(d) IMU-3C；(e) IGU-BD3C-5；(f) IGU-16HR 3C；(g) FDT；(h)ADM；(i)DMC&DCC；(j)DHR；(k)BCR

图1(a)～(f)是SmartSolo系列不同类型地震仪和外接检波器。图1(g)FDT是一款搭载专业软件的移动平板，在野外布设完成后，通过RFID技术扫描地震仪站体序列号，以记录每个IGU部署的GPS位置，用于室内进行站体与检波点桩号的匹配。图1(h)ADM是一款协助用户进行站体电池包拆卸的装置，可以提高用户数据下载前或地震仪野外布设前电池包的拆分和组装工作效率。图1(i)中DCC是数据收集器控制台程序提供与地震仪的接口，主要记录在地震仪内置TF卡上的数据下载[8]；DMC程序用于在地震仪野外部署前进行采集参数设置，主要包括采样率、前放增益等。在DCC完成数据下载后，使用DMC程序执行数据分选与输出，输入格式可以是SEGD或SEGY，数据形式可以是共检波点道集、炮集，也可以直接输出未经分选的连续道集。DMC和DCC程序在高速服务器上运行，服务器需外接大容量RAID存储，满足生产数据管理需要。图1(j)中DHR是数据下载架，主要是地震仪站体与DCC软件系统的接口，从中读取生产和辅助质控数据信息，每个DHR有32个插槽，每个插槽的平均下载速度为20 MB/s。图1(k)BCR是地震仪电池包充电装置，每个BCR上有48个插槽，每个插槽都有一个LED指示灯来显示该插槽的充电状态，一般3 h左右可完成电池包充满电。

2 开工检测

节点式地震仪与有线遥测地震仪不同，每个地震仪都是独立的，内置了检波器、电池、ADC和TF卡，虽然开工测试项目与有线仪器大致相同，但是测试方式却差异很大。SmartSolo一体化节点式地震采集设备投入开工前，应根据技术规范要求，事前进行指标检测和状态测试，以确保地震仪各项指标符合用户要求。

2.1 开工参数测试

SmartSolo地震仪开工或者新设备验收测试参照Q/SY BGP.KS 018-2019中技术规定步骤进行操作，逐一测试，主要包括站体自然频率、直流电阻、检波器畸变、灵敏度、阻尼，全参数抽测率应不低于5%，主要参数抽测率应达100%。

开工仪器测试结果包含设置不同前放增益(0 dB，12 dB，18 dB，30 dB)和不同采样率(0.25 ms，0.5 ms，1 ms，2 ms)参数时，每台地震仪的等效输入噪声、直流分量、动态范围、总谐波失真、共模抑制比[9]、增益精度、外接检波器开路电阻、阻尼、频率、噪声、总谐波失真、阻抗、TF卡状态、测试温度以及测试时间等信息均要进行开工测试。

2.2 极性测试

美国SEG协会把地震记录的极性规定为SEG正极性和SEG反极性，大部分油田公司要求采集地震数据为SEG正极性。同一项目中保证采集数据极性一致非常关键，否则采集极性相反数据会导致数据处理叠加时发生抵消，因此采集项目启动前，应对配备的所有节点单元进行系统极性测试。

测试排列宜采用小道距，圆形中间脉冲源激发或直线排列端点脉冲源激发，保证采集地震数据的初至起跳极性清晰。开工前全部一体化节点式地震采集设备应进行抽测率100%的极性检测。如图2所示，开工前进行IGU-16节点铺设成多个同心圆，圆的中心位置采用重锤激发。图3是室内对比采集的共偏移距道集数据，根据初至起跳方向判断地震仪采集站极性。

图2 野外极性测试

图3 测试结果

3 过程质控

SmartSolo一体化节点式地震仪是典型的盲采仪器，生产采集过程中不能实时监控野外排列工作状态，存在诸多质量隐患，因此建立一套行之有效的过程质控，对节点式地震仪生产采集项目非常重要。

3.1 布设要求

节点式地震仪不同于有线仪器，不能实时检测在线排列，所以需要严把放线质量。图4是根据工区不同地表类型，制定不同的设备埋置和布设方式。

图4 不同地表地震仪布设流程

3.1.1 设备埋置标准

针对不同地貌制定检波器埋置的不同操作流程，固化埋置操作工艺，保证检波器与地表耦合良好，内置检波器垂直地表，达到响应地表振动信号最优化。对于每天新进排列进行100%质控，保证设备各项指标符合施工要求，存在问题道及时整改，整改合格后才能进行采集。

3.1.2 部署位置及设备工作状态

一体化节点式地震采集设备埋置自校正，采用手机扫描站体上的二维码，当绿灯亮时自动拍照，并生成带线号、桩号水印的自证照片和扫描部署文件，当日即可上报验证。通过放线人员拍照和GPS定位信息[3]，对埋置状态和埋置位置进行室内100%质控。对于放线偏差较大的检波点进行野外现场验证和测量点位成果复测，保证成果吻合。

3.2 排列巡检

(1)每日对在线节点式地震仪进行巡检，保证在线设备100%覆盖；

(2)及时安排整改巡检中发现问题的仪器，可通过FDT巡查回收地震仪的质控信息[10]；

(3)对布设在村庄、农田、公路等重点区域的地震仪要加大巡查力度，对于丢失设备及时上报，并补充新设备。

4 回收数据质控

每天回收的节点地震仪通过对DCC和DHR进行数据下载[12]，同时获得包含每个地震仪在线期间卫星数和时钟精度信息，利用包含TB信号，通过DMC软件进行数据分选和数据输出。

由于数据分选是利用炮点GPS TB信号从原始连续道集分选出有效信息，所以每个节点自身GPS授时精度直接决定着采集数据的精度。图5是通过读取下载文本内信息，成图进行每个存储式地震仪时钟精度质控[13]。对于精度超限设备及时查找原因，对于因设备自身原因出现问题的及时维修，杜绝问题设备再次上线。出现数据异常道应及时进行剔除，避免无效或错误数据进入数据处理阶段。图6是当设备时钟漂移量出现较大误差时，分选的共检波点道集，一般是由于设备授时模块出问题或者野外采集过程中，设备受外界因素影响导致与卫星授时通讯出现问题[11]。对于这样的地震道在炮集数据合成输出前要及时剔除，避免对后续资料叠加造成干扰。

图5 地震仪GPS卫星数(左)和时钟漂移量质控(右)

5 结语

存储式地震仪不同于有线仪器的“盲采”模式，对施工各环节有更加严格的质控要求。开工测试应对所有设备进行全参数质量检测[14]；生产采集过程中，要严格巡查设备布设和定期排列情况；数据回收后，及时对时钟漂移、GPS状态等信息检查，及时将施工中暴露出的问题反馈给野外各班组。

通过采用科学规范的质控流程，确保节点式地震仪使用过程中能够获得优质的地震数据，保证了数据采集质量，也保障了高质量数据回收率[15]。随着地震仪器采集技术的不断进步与发展，节点式地震采集设备智能化、集约化使得地震数据采集质量的监控手段更多样化，也将会为石油地震勘探的数据采集带来更高的效率与质量[16]。