地震采集異常道實時監控技術與應用

孫 哲，王梅生，王建鋒，王秋成，接銘麗

(中國石油集團東方地球物理勘探有限公司采集技術支持部 河北 涿州 072751)

·儀器設備與應用·

地震采集異常道實時監控技術與應用

孫 哲，王梅生，王建鋒，王秋成，接銘麗

(中國石油集團東方地球物理勘探有限公司采集技術支持部 河北 涿州 072751)

在野外地震采集過程中，地震數據異常道是決定地震采集資料品質的最主要因素之一。隨著高密度采集和可控震源高效采集技術的推廣應用，以往人工質控方式根本無法實現對異常道的實時監控，進而使野外無法及時對異常道進行整改，或及時對異常道數較多的問題炮進行補炮，從而影響了野外生產的施工質量和施工進度。針對這一問題，從地震采集異常道的數據特征出發，通過對獲取的地震道采樣點真值進行比較與統計，提出了一種針對極大值道、掉排列道、串接道及弱振幅道等4種類型異常道的實時監控技術，實現了對地震數據異常道的實時監控。實際應用效果證明，該技術在保持高效的基礎上，具有很高的異常道識別精度，在大大緩解野外現場質控人員壓力的同時，為地震采集資料品質提供了有力保障。

地震數據；異常道；實時監控；地震采集；資料品質

0 引 言

地震數據異常道通常是由于在地震采集過程中受到各種外界破壞或地震采集儀器與設備自身故障等影響而導致的。異常道作為現場質控的一項重要指標，其數量的多少直接決定著地震采集資料品質的高低。隨著地震勘探采集設備研發技術以及可控震源高效采集技術的迅猛發展[1-3]，使得如今在野外生產中，單日激發炮數與記錄道數較以往均有大幅度提高，導致人工質控方式已經無法在短時間內完成對地震數據異常道的實時監控。

從檢波器的技術特性出發，通過地震儀器來做好施工現場的檢波器質量控制，可以在數分鐘之內完成數以萬道計的檢波器測試，進而實現對部分異常道的識別與剔除[4，5]。但這種方式仍會漏掉一些異常道，如：部分掉排列、串接道等。并且如果能夠將監控時間縮短到數秒，將會更好的適應現今高效采集施工的需求，從而做到真正的實時監控。以提高實時監控的實用性為目的，一些業內人士也在探索能夠針對各種野外關注的質控內容進行快速有效監控的自動化監控技術，并取得了一些成果[6-9]。但這些技術中，能夠監測出的地震采集異常道的種類均較少，且部分方法較為復雜，不適宜用在數萬道單炮高效采集的實時監控之中。

本文從地震勘探野外采集的實際需求出發，介紹一種能夠用于地震采集實時質量監控的地震數據異常道實時監控技術，通過解析地震采集過程中所遇到的多種類型異常道的數據特征，達到可以自動對這些地震數據異常道進行快速有效識別的目的，從而為地震采集實時質控技術提供有力的技術支撐。

1 異常道監控方法

隨著可控震源高效采集技術的不斷發展以及國內外勘探市場對采集技術的逐步認可，使得高效采集技術不斷在地震勘探采集項目中得到應用。而眾多的高效采集項目對實時質量監控技術的質控效率都有著非常高的要求。地震采集異常道實時監控技術主要是通過對地震數據樣點值進行比較和統計的方式進行異常道識別，不涉及復雜的數學變換，是一種十分高效的方法。

地震采集異常道實時監控技術，是從地震數據的角度對異常道進行識別和監控，是對野外利用檢波器檢測技術進行質控的一項補充。其核心思路主要是通過對野外采集過程中所遇到的極大值道、掉排列道、串接道及弱振幅道等4種類型異常道的數據特征進行分析，并通過設置合理的異常道識別順序，依次對地震采集異常道進行有針對性地識別。此外，在針對每種類型異常道進行識別的過程中，旨在利用這些異常道的波形特征和相互影響關系，在保證識別精度的基礎上，使用盡量簡單的數值比較和統計方式進行異常識別，實現了一套實用性極強的異常道實時監控技術。

1.1 極大值道監控

實際生產過程中，由于外界環境干擾或設備自身老化等因素，導致采集到的地震數據在纜線中傳輸的過程中會出現丟碼現象，最終體現在地震記錄上則是一系列采樣點真值數量級極大的數據道，因此，通常也被稱為極大值道或極值道。這類異常道的采樣點真值數據量級要明顯高于正常數據道的采樣點真值。因此，只需要通過設置一個合理的極大值門檻參數，即可實現對極大值類型異常道的自動識別。當設置好合適的門檻參數后，只要數據道中出現真值絕對值大于此門檻參數的采樣點時，即可將此地震數據道判別為極大值類型的數據異常道。因此，解決問題的關鍵在于如何設置合理的門檻參數。

地震波在地下傳播過程中，由于球面擴散、吸收衰減等因素，使得現場采集到的單炮記錄中絕對值較大的采樣點真值往往出現在近炮檢距的地震道中，并且主要位于這些道的初至波峰、波谷或是面波波峰、波谷位置處。因此，在對極大值異常道進行監控前，需要先從近炮檢距地震道的采樣點真值中選出一個絕對值最大值Pmax，為了保證極大值道的識別精度，需要將Pmax乘以一個門檻值系數CTh，進而得到識別極大值道的門檻值PTh。由于極大值道的采樣點真值通常要超出正常數據道真值三個數量級以上，因此，門檻值系數CTh通常要設置成100～1 000。

在設置好門檻參數之后，通過將單炮地震記錄中的各地震道的各采樣點絕對值，依次與門檻值PTh比較，若大于門檻值PTh，則此采樣點所處地震道為一道極大值類型的異常道。

1.2 掉排列道監控

與極大值道出現的原因類似，掉排列道也是由于數據傳輸錯誤所導致的。相對于極大值道而言，掉排列道現象在野外更為常見，因而在野外生產中也倍受關注。實際生產過程中，地震采集儀器可以監控出部分掉排列道，然而并非所有的掉排列道均能被儀器識別。因此，有必要通過其它方式對掉排列道進行進一步監控，如圖1所示為一組存在掉排列異常道的數據排列。該數據從3 s開始直到記錄末端，出現了明顯的掉排列現象。從特征上來看，這些掉排列道表現為地震道的采樣點真值在某一時間段連續相等。這一點從圖1中的數據真值顯示也可以看出，這也是掉排列的普遍特征。

如前面所描述，根據掉排列道在某個時間段的采樣點真值連續相等的這一特征，就可以輕而易舉地對其進行監控。首先設置好一個采樣點連續相等的門檻值Nth(實際應用中建議該值通常取100/dt即可，其中dt為地震數據的采樣率)，再對數據道中數值連續相等的采樣點個數Nspr進行統計，若Nspr>Nth，則判定此數據道為一道掉排列類型的地震數據異常道。

1.3 串接道監控

串接道現象是由于野外采集過程中出現檢波器接錯所導致的。如圖2所示為包含串接道類型異常道的炮記錄。這些在地震記錄上表現為串接道的波形幾乎完全相同，其波形、相位等差別很小。由于地震記錄的正常相鄰地震道本身也具有較高的相干特征，因此，即便是通過地震記錄回放進行查看，也很難分辨出串接道發生的位置。串接道類型的異常道監控方法，其主體思路就是通過逐點比較當前數據道與相鄰數據道在相同時刻位置處的采樣點數據的符號，來監控串接道類型的異常道[3]。

圖1 包含掉排列類型異常道的炮記錄

圖2 包含串接道類型異常道的炮記錄

需要注意的是，實際生產中，掉排列道往往是連續多道同時出現的(圖1)，并且這些道的采樣點真值都相等，如果先進行串接道的識別，就會將這些掉排列道誤判為串接道。因此，在進行異常道的識別過程中，對掉排列道的識別要先于對串接道的識別。此外，當工區中出現較強的工業電干擾時，受到此類干擾的相鄰地震道數據也會表現出較強的相似性。因此，為了避免將這些工業電干擾道誤判為串接道，在進行串接道的識別之前，首先要對這些由工業電干擾所導致的單頻干擾道進行識別[10]。

1.4 弱振幅道監控

實際野外生產中，當出現檢波器未被埋置好，或者由于設備本身出現固障，會出現某一道接收地震數據的檢波器無法工作，或是在一串組合的檢波器中，存在部分檢波器無法工作的現象。如圖3所示為一組存在弱振幅道的單炮記錄，紅框中即為兩道弱振幅道。從圖3中可以明顯看出，這些弱振幅道反映在原始單炮上，其相對于相鄰的正常數據道而言，振幅要弱很多，這也是被稱之為弱振幅道的原因，或常被野外稱之為不跳、懶跳道。

目前現有的弱振幅道監控方法或是由于精度不高，或是由于算法復雜而影響了運算效率，使得這些方法無法較好的應用在實時監控的技術中。因此，在兼顧實時質控高計算效率要求的基礎上，本研究提出了通過采用比較相鄰道振幅對弱振幅道進行監控的思路。由于地震數據的初至區域屬于地震記錄中振幅較強的采樣點分布區域，因此，在這個區域中，對于弱振幅道的識別也較為敏感，有利于提高弱振幅道的識別精度。基于這一思路，需要在進行弱振幅道的識別前，先拾取一個提取地震數據初至區域數據部分的初至區時窗。對于從地震記錄中應用初至區時窗拾取的用于進行弱振幅道識別的地震數據，可以用矩陣D來表示。具體表示形式如下：

圖3 包含弱振幅類型異常道的炮記錄

(1)

式中，D表示地震數據矩陣，m表示單道數據的樣點數，n表示數據道數，dji表示位于第i道數據的第j個數據樣點。

令各地震道的平均振幅為Ai，則有：

(2)

檢測第p道地震數據是否為弱振幅異常道，需要依據下面的公式：

Ap

(3)

即第p道平均振幅要小于其鄰近的第k道平均振幅的CAmp倍。

式中，CAmp通常取0.1～0.5。l表示道數范圍，用來限制與第p道平均振幅進行比較的道數，為了削弱能量衰減所帶來的影響，l值不宜過大，通常取10。對于k值，則要遍歷從p-l到p+l范圍內除p以外的全部索引值。通過統計能夠使上式成立的k的取值個數NP，并判斷其是否能夠滿足下式：

NP>2×l×CPer

(4)

式中，CPer表示限制與第p道平均振幅進行比較的百分比系數，通常取值0.8。因此，可以理解為，當第p道平均振幅比其左、右各相鄰l道中80%以上道數的單道平均振幅的CAmp倍還要弱時，所分析的第p道將被判定為弱振幅異常道。

綜上所述，可以知道對于極大值道、掉排列道、串接道及弱振幅道等4種類型異常道的監控，必須要有嚴格的監控順序，否則會引起異常道的漏判和誤判。關于4種異常道的整個監控流程如圖4所示。

圖4 異常道監控流程圖

2 實際應用效果

本技術在實際應用中通過以軟件為載體來實現對異常道的實時監控。監控過程中，安裝了實時監控軟件的質控主機通過局域網的方式與地震采集儀器主機進行聯機。當現場新生成的單炮數據由儀器主機通過FTP被傳輸到質控主機后，質控系統會自動對該單炮數據進行讀取，并調用異常道監控算法，從而實現對極大值道、掉排列道、串接道以及弱振幅道等4種類型異常道的實時監控。當現場質控人員看到或聽到實時監控軟件給出的報警提示后，只需查看軟件提供的異常道列表，便可馬上知道異常道的類型和位置，從而立即通知野外對異常道進行整改或是補炮。由此可見，整個實時監控過程極大提高了野外地震勘探采集的施工質量和效率，并較以往的野外質控方式而言，其投入的人力成本也有了大幅度的降低。

如圖5～圖7所示是地震采集異常道實時監控技術分別在三個不同的可控震源高效采集項目中的應用實例。圖5、圖6、圖7分別是監控出的帶有極大值、掉排列及弱振幅異常道的問題炮，以及相應的柱狀圖報警提示。三幅圖中所顯示的地震數據中出現異常道的位置，均用紅框標出，且用于監控異常道屬性的柱狀圖呈現黃色，均表示當前炮的出現了較多的異常道，需要及時進行整改。

圖5 帶有極大值類型地震數據異常道的問題炮自動監控實例

圖6 帶有掉排列類型地震數據異常道的問題炮自動監控實例

圖7 帶有弱振幅類型地震數據異常道的問題炮自動監控實例

監控過程中針對此類問題炮，除提供如圖中所示的紅色柱狀圖報警外，還將提供了詳細的異常道列表，用于提供給野外查線人員，作為排列整改的依據。三個采集項目涉及到了可控震源滑動掃描和可控震源距離同步滑動掃描等兩種高效采集施工方式。其中效率最高的一個項目要求對15 000道的單炮數據的質控時間控制在5 s內，實際應用中，本技術均滿足了以上采集項目對實時監控的效率要求。

3 結束語

通過對野外采集過程中經常遇到的極大值道、掉排列道、串接道及弱振幅道等類型異常道的數據特征進行分析，采用對各道地震數據的樣點值進行比較和統計的方法，實現了地震數據異常道自動監控技術。

1) 算法簡捷有效，通過使用盡量簡單的數值統計和比較思路，使得該方法對4類地震數據異常道的質控效率完全能夠滿足目前野外高效采集項目對野外現場實時監控的要求；

2) 監控結果準確，直接對地震數據進行監控的異常道實時監控技術，是野外利用檢波器檢測技術進行質控的有力補充，在保證快速計算的同時，能夠得到準確的監控結果；

3) 實用性強，應用該技術可以對地震采集施工中極為關心的4種異常道進行實時定位，從而在第一時間通知野外進行及時整改或補炮，有效地保證了施工質量和施工效率；

4)節省大量人力，針對地震采集異常道的實時監控技術使得現場質控人員從繁瑣枯燥的查找地震數據異常道的工作中解脫出來，節約了大量的人力成本。

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Abnormal Traces Real-time Detection Technique for Seismic Acquisition and Its Application

SUN Zhe，WANG Meisheng，WANG Jianfeng，WANG Qiucheng， JIE Mingli

(AcquisitionTechnologySupportDepartment,BGP,CNPC,Zhuozhou,Hebei072751,China)

The amount of seismic abnormal traces is one of important factors which determine the quality of seismic data in the process of seismic acquisition. With the wide application of high density acquisition and high efficient acquisition technology of the vibrator, it is impossible to execute real-time quality control for detecting abnormal traces by artificial way, which leads to correcting abnormal traces or patch shots behind time, so that the quality and progress of the acquisition project are affected. To solve this problem, according to the characteristics of abnormal traces from seismic acquisition, through the seismic data comparison and statistics, four kinds of abnormal traces including extreme value trace, missing trace, crosstalk and weak amplitude trace from seismic acquisition can be detected automatically, realizing the real-time quality control to the abnormal traces from seismic acquisition. The results of actual application show that the precision of this abnormal traces real-time detection technique is very high. This can alleviate the pressure of QC persons greatly and provide a powerful guarantee to the quality of seismic acquisition data.

seismic data; abnormal trace; real-time detection; seismic acquisition; data quality

孫 哲，男，1982年生，工程師，2009年畢業于中國石油大學(北京)地球探測與信息技術專業，獲碩士學位，現主要從事地震采集質控方法研究與軟件開發。E-mail：fantasy_spz@aliyun.com

P631.4

A

2096-0077(2017)02-0067-06

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.02.016

2016-04-22 編輯：高紅霞)