地震勘探雙船作業中導航系統配置簡介

朱振華,曾凡祥,易峰

(廣州海洋地質調查局,廣州 510760)

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地震勘探雙船作業中導航系統配置簡介

朱振華,曾凡祥,易峰

(廣州海洋地質調查局,廣州 510760)

摘要：廣角反射地震合成排列法(SAP)是雙船地震作業的一種手段,該勘探方法可組成較大偏移距、較多疊加次數的共深點道集,從而增加勘探深度。本文介紹了SAP法作業原理,對雙船作業觀測網絡結構進行分析,重點關注主副船硬件組成和相關軟件配置等內容,并根據作業實例對一系列重要參數的設置方法作出經驗總結。

關鍵詞：SAP雙船作業;硬件配置;軟件配置;重要參數

0引言

長期以來,我國在某些特殊海域油氣勘探上難以取得突破性成果,比如中生代地層,其經歷多次構造改造作用,地震成像較差。雙船聯合勘探利用大容量寬頻震源,連續長偏移距接收,可望對中深層復雜地質體進行更好的地震成像,提高成像質量。相對于單船二維地震勘探,雙船聯合勘探的技術核心是兩船導航定位系統之間通訊和信號同步問題。

1作業方法與原理

地震勘探雙船作業可由不同的目的分為廣角反射地震合成排列法(SAP)[1]、折射擴展地震排列法(ESP)[1]和UnderShooting[2]等模式。2013年“探寶號”船和“奮斗四號”船執行的廣角反射地震合成排列法(SAP)雙船作業,其作業方式為兩船前后相距一定距離以相同方向、相同速度沿著同一測線等距離交替放炮并共同記錄地震數據,如圖1所示。這樣可采集到各共反射點不同偏移距的反射信號,組成較大偏移距、較多疊加次數的共深點道集,從而增加勘探深度[3]。

主船(探寶號)觀測網絡由DGPS、船參考點(NRP)、震源中心、電纜首末接收道中心、尾標RGPS節點組成;副船(奮斗四號)觀測網絡由DGPS、船參考點(NRP)、震源中心、電纜首末接收道中心組成。隨著外設數據的更新,觀測網絡動態變化。其中,主船網絡計算模塊(NCN ncc)不但可以計算本船放炮位置和放炮時間,還可以根據副船位置觀測值構成的動態網絡推算副船每一個放炮點位置,并通過無線電將放炮時間發送到副船。因此,主副船的速度和航向必須保持高度的穩定性,否則容易導致采集位置偏差或者出現丟炮現象。副船每次放炮后,主船NCN ncc模塊會立即推算出其下一放炮時間并送達,保證主副船有足夠的時間進行同步,這在無線通訊繁忙的多炮船作業或者無線通訊質量不佳的情況下顯得尤其重要。

圖1　SAP法雙船作業

2硬件描述

硬件方面除了DGPS、羅經、RGPS、水鳥等配置外,主副船均安裝了一套RF-HT+900MHz和一套RF-24027 2.4GH點對點無線通訊設備，如圖2所示，以實現數據交換。每套RF-HT+900 MHz均有自己的CallBook,其工作原理是通過相互讀取對方的CallBook而解碼出對應設備，如圖2中orca1的序列號,達到相互通訊的目的。RF-24027 2.4 GH型無線電臺工作原理是把其中一臺設置為hub,另一臺為remote遠端,通過“self-learning bridge”模式快速識別局域網內各設備地址(Concept Systems Limited.2012),適合傳輸較大數據量或工區內存在較多障礙物的情況。一般情況下默認選擇2.4 GHz電臺作為主通訊設備,900 MHz電臺為輔,以保證傳輸可靠性。

作業過程中,記錄系統、導航系統、震源系統分別在主副船上運作,信號和數據通過無線電臺相互傳輸存在不穩定性,需要充分保證時間系統的統一和觸發信號的一致。時間質檢單元(Symmetricom)可以有效檢測各信號時間誤差情況并提供多種信號收發時間對比檢驗功能,精度可達到μs級,滿足地震作業ms級精度要求[4]。如MST_NavTB&SLV_NavTB、MST_NavTB&SLV_TB,前者監測主副船觸發信號的一致性,如圖2所示,后者反映了主船預計放炮時間和副船氣槍控制系統返回信號之間的時間差。只要差值在設定的閾值范圍內,可以認為該次觸發是有效的[5]。

圖2　雙船無線通訊示意圖

3軟件配置

進行雙船作業配置前需要確認三點:1) 兩船操作系統一致;2) 兩船Orca導航系統版本及補丁一致;3) 兩船無線設備處于開通狀態。

兩船導航系統配置均以單船配置為基礎,通過修改成為雙船配置。副船新建項目,輸入項目名稱、ID、主副船名稱、主船路由器地址和通訊端口,作業角色為slave,保存配置并轉換到新項目。然后在主船的“添加副船”功能中輸入副船名稱、路由器地址和通訊端口。在主船進程中確認無線連接成功后,副船激活自身配置。最后副船設為被動模式(Passive Mode),主船合并(Merge),則副船所有配置通過無線傳送并顯示在主船導航系統上。

圖3　雙船作業Orca系統合并配置流程

4重要參數

4.1時序

圖4所示為雙船作業的時序圖,時序主要以主船的炮點預測為基礎。首先觸發水鳥傳送羅盤和深度信息,然后在預測放炮時間前50 ms向槍控系統發送觸發信息。由于使用無線傳輸會有延遲,主船不會等副船上的驗證TB信號來啟動記錄,而是在預測放炮時間自己產生一個信號來啟動儀器開始記錄。副船本身并不觸發震源系統,而是通過主船發送的炮點預測信息來觸發,并將實際的放炮信息返回給主船。

圖4　雙船作業時序圖

4.2“牛眼”模式(BullsEye)

只要設定了主副船間距和相對位置,主船導航界面可以實時生成“牛眼”,“牛眼”模式精確地指示了副船放炮點的位置,對副船自動駕駛或者人工駕駛起到了重要的指導作用。配置“牛眼”實際上是設定主副船之間炮點距離,X方向為垂直于測線偏距,Y方向為沿測線方向距離。如圖5所示,“牛眼”指示了副船放炮點位置。

圖5　“牛眼”模式

4.3自定義“凍結時間”(freeze before shot)

炮間距較長的情況下,下一炮炮點實際位置與預測時間對應炮點位置之間可能存在較大誤差。因此,如果主副船通訊狀況良好,用戶可自定義凍結時間。凍結時間是指下一實際放炮時刻前n毫秒長度。例如,凍結時間設為n=4 000 ms,則把實際放炮前4 000 ms NCN作出的最后一次炮點預測作為最終預測結果,這樣既能保證各船在4 000 ms內同步,又能最大限度地保證推算精度[5]。

4.4最少放炮時間間隔(MSI)和最大放炮距離誤差(MSE)

在惡劣的海況下作業,船速可能因水流沖擊突然加快,放炮時間間隔縮短到一個記錄長度以內,致使記錄數據不完整。例如,正常記錄長度為16 s,如果船只在較短時間內(如15 s)到達下一放炮點,則有1 s的記錄丟失。因此,應將MSI設置為正常記錄長度,同時根據海況對測船的影響合理設置MSE。當記錄系統處于記錄狀態(即在MSI時間內),測船處于MSE定義的誤差范圍內時,如果導航系統發出放炮指令,則震源會等待記錄系統完成記錄后立即放炮[6]。本次“探寶號”和“奮斗四號”雙船作業中,由于海況惡劣,副船操控狀況不佳,放炮點經常跳出“牛眼”范圍導致第一次試驗丟炮情況頻繁出現,將MSI設為一個記錄長度、距離誤差設為5 m后丟炮現象得以避免。

5結束語

無論何種雙船作業方式,除了船舶操控的穩定性外,最關鍵要解決雙船通訊和信號同步問題[6]。以本文所述的硬件、軟件配置以及相關重要參數的設置為基礎,“探寶號”船和“奮斗四號”船執行的SAP雙船作業得以順利完成,希望這些設置經驗可以為其他方式雙船或多船作業提供對比和借鑒。

參考文獻

[1] 張亞利. 雙船地震作業綜合導航定位和遙測遙控系統[J].海洋石油,1999(1):19-27.

[2] 朱連峰，羅敏學，金海燕，等.拖纜三維地震雙船作業的設備配置實例[J].物探裝備,2012,22(3):152-156.

[3] 陳永清.南海雙船地震勘探介紹[J].地球物理學進展,19927(3):58-72.

[4] 曾憲軍,韋成龍,翟繼峰.南海北部海域油氣資源調查技術及其應用研究雙船折射9廣角反射地震勘探研究[J].海洋技術,2013,32(2):39-42.

[5] Orca Technical Reference Manual. Concept Systems Limited[R].2012.

[6] 易勁松,伍忠良.雙船地震方法技術難點簡析[C].//中國地球物理學會第20屆年會論文集,2004.

朱振華(1981-),男,碩士,工程師,主要從事海洋測繪及導航定位研究工作。

曾凡祥(1981-),男,碩士,測繪高級工程師,主要從事海洋測繪及導航定位研究工作。

易鋒(1985-),男,碩士,工程師，主要從事海洋測繪及導航定位研究工作。

The Tntroduction About Configuration of Navigation System in Dual Vessel Seismic Survey

ZHU Zhenhua,ZENG Fanxiang,YI Feng

(GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou510760,China)

Abstract:SAP is one means of Dual_vessel seismic survey, though which the S-R distance and overlay of group set are increased, and so as the depth of survey.This paper mainly introduce the principle of SAP, the frame of observation network, the configuration of special hardware and navigation software, and the experiences about the configuration of some important parameters are sum up according a real dual_vessel seismic survey.

Keywords:SAP; hardware configuration; software configuration; navigation parameters

作者簡介

中圖分類號：P228.4

文獻標志碼：A

文章編號：1008-9268(2016)01-0106-04

收稿日期：2015-06-10

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.01.022

聯系人： 朱振華 E-mail: 53080704@qq.com