同步性质控在海洋地震采集中的重要应用

张安宝 陈琳

中海油服物探事业部 天津 300451

海洋物探采集设备发展至今，设备集成化程度、精准度都达到一定高度。因此实际采集过程除了在项目开始时做同步性论证外，作业过程中常常默认各系统之间的同步性不存在异常，从而忽略了同步性质控。一旦发生同步异常，由于人为及质控流程不完善等因素通常是难以发现的，尤其是误差量相对较小时更难以发现。进入后处理过程再发现，就会造成重大质量事故，也会造成较大经济损失。

目前海上拖缆通常采用单船采集，偶尔采用多船采集，海底电缆船队采用多船采集。单船采集时，设备之间可以直接相连。多船采集时震源船与仪器船（负责数据采集）以及各类辅助船之间无法直接相连，只能采用无线方式相互通讯。不管哪种通讯方式，都有可能发生同步异常[1]。

1 同步原理

海上分布式多通道地震勘探触发信号来自导航和震源系统，彼此之间有着严格的时序关系，见图1。

图1 海上分布式多通道地震勘探仪器系统触发控制时序

单船作业触发模式见图2a，当到达目标点后，导航系统发出起始信号给震源系统，定义此点时刻提前量较大，通常大于2000ms。当接收到该信号时，系统将会停止响应外界信号以防止误触发，直到系统采集停止后恢复。导航系统-160ms时，发送点火信号至震源控制系统使其准备激发气枪阵列。在0时刻真正激发震源，并由震源系统返回信号给导航系统及记录系统，触发记录系统的同时将触发信号记录到辅助道中。多船作业触发模式见图2b，与单船作业不同之处在于0时刻震源系统返回信号给导航系统，由导航系统触发记录系统开始记录[2]。

图2a 单船常用系统触发模式图

图3a TB信号异常

2 问题的成因分析

在实际应用当中，由于线路老化、系统受到干扰、软硬件设计缺陷等诸多因素可能导致同步异常。通常情况下由于数据采样间隔大于延迟（提前）量，很难直接测量出误差量。在系统误差允许范围内，采集数据是可用的，在系统误差范围外，因无法获得准确的误差量可能导致采集数据作废。

2.1 触发信号异常

TB信号受到电磁干扰，可能是由于TB连线接触不良，造成抗干扰能力降低，导致TB信号变化，致使记录启动推迟。

2.2 GPS 授时异常

多船作业时主、辅综合导航系统都有独立的GPS时钟拾取装置，双方都是以GPS时间为基准（系统显示为UTC时间）。GatorII综合导航系统的许可证控制方式为，当主导航系统缺少UTC授时超过24小时，综合导航系统许可证自动失效，从而无法作业生产。但是辅助导航系统在没有UTC授时条件下，可以进行作业。

当仪器船辅助导航系统GPS授时出现问题时，将会导致辅导航系统使用RTNU内部时钟，如果该内部时钟与震源船主导航GPS时钟出现差异，将会造成震源激发与记录系统不同步。并且这种不同步随着时间的推移不断放大。如图4所示，从左到右随着授时发生异常发生时间的累积，主、辅导航系统时间偏差不断累积[4]。

图4 主、辅导航系统时间有偏差并且不断累积

3 改进方案

3.1 初至波定量检测

通过拟合地震资料初至波在单道剖面的位置，与理论位置进行对比，两者之间时间差在一个采样率内，则表示同步，大于一个采样率，则表示不同步，由此来定量判断地震采集资料的同步性。

实际应用过程在电缆与炮线平行作业模式下，此方法能够精确、直观的检测出地震采集的不同步异常及不同步的时间大小，但也存在不少缺点。初至波定量检测本身是依靠等效速度定量计算初至波理论到达时间，等效速度受到水速、地层速度影响较大，需要在根据实际情况进行调试。项目开始初期，由于没有足够的数据做支撑，无法通过此方法进行同步性质控[3]。

3.2 TB 反馈脉冲信号展宽器

海底电缆作业中，采集仪器使用SeaBed428系统，它收到辅导航系统发出的触发TB信号后，会产生一个较窄的信号脉冲以确认收到触发，把该信号用作反馈信号输出，并制作信号线，将该反馈信号的脉冲宽度加宽以后发送给副导航系统。为了达到上述目的，设计一种用于海底电缆地震采集作业的反馈信号放大装置，该反馈信号放大装置包括放大器和显示屏。