508XT陸地采集單元的特性與應用

楊秀泉

(大慶鉆探工程公司地球物理勘探一公司 黑龍江 大慶市 163000)

0 引 言

在當今的勘探行業里，各勘探公司主要應用的地震儀器是Sercel公司的428XL。428XL地震儀器的陸地采集單元在野外布設時，2個電源站之間通常連接48個采集站。當采集排列出現故障時，需要派人立即處理，否則會因工作道數的缺失而耽誤正常生產。然而，隨著地震勘探采集道數的加大，施工炮數的增多，48個采集站的排列布設方式以及因排列故障而被迫停產的工作模式會使得工作難度加大，降低采集的工作效率。Sercel公司推出的508XT陸地采集單元采用了全新的跨平臺新技術(X-Tech)，在正常生產的情況下就可以處理排列的故障，對備用排列進行各項指標的測試。一塊電瓶的電量可提供近百個采集站使用，低功耗的設計以及強大的帶道能力降低了野外鋪設排列的難度。大線采用新的材質減輕了質量，增加了強度，與采集站的接口采用了雙側咬合結構方便了現場操作。新一代的節點單元WTU-508可將QC實時傳輸到中央單元，在地形復雜的勘探區域確保了數據的安全性。

1 508XT主要陸地采集單元概述

508XT的陸地采集單元主要有SCI-508、CX-508、FDU-508、DSU1-508、508大線、TFOI-508、WTU-508。SCI-508是連接外部排列和內部儀器的接口，采用了網絡化的管理模式，統籌管理野外的采集單元。CX-508是野外有線排列上唯一的供電單元，負責對野外排列的管理，包括對整個排列的供電、采集站的時間同步、野外與儀器的測試、數據的傳輸與恢復等。FDU-508和DSU1-508是野外排列上的采集站，負責對地震數據的濾波、壓縮和采樣，不同的是FDU-508需要外接模擬檢波器而DSU1-508為數字單分量檢波器并不需要外接模擬檢波器。508大線材質上有了改進，變的輕便而且結實，在使用維護上更加的方便；內部采用兩對雙絞線傳輸數據，提高了數據傳輸的安全性。TFOI-508為交叉線，負責CX-508彼此之間的連接以及CX-508和SCI-508之間的連接，傳輸速率為1Gb/s，最大長度為2KM。新一代的節點單元WTU-508含有自主適應QC網絡技術(XT-Pathfinder)，可以自動尋找傳輸路徑實時的將QC指標回傳給中央單元(CU)。

2 SCI-508、CX-508

2.1 SCI-508

它類似于上一代地震儀428XL的lCI-428，將野外排列與內部儀器相連接，同時控制著DPG、爆炸系統、GPS以及輔助道。但與LCI-428不同的是，它必須通過外接GPS授時，與排列上的CX-508內在GPS授時進行時間同步。它像是一個巨大的千兆網絡路由器，管理著野外的采集單元，但它并不直接回收數據。所以即使在采集道數達到百萬道時，也只需配備一臺SCI-508即可。箱體的正面有電源開關，藍色的LED燈表示著GPS同步良好；背面接口有110/220 V的交流電源、保險絲、接地端、Blaster接口、連接GPS的XDEV2接口、低端接口、交叉線接口和千兆網線接口。

2.2 CX-508

2.2.1 CX-508技術優勢

CX-508是整個野外數據采集的中樞，負責對整個排列的統籌管理。它將CU下達的控制命令實時的傳輸到排列上，并將從FDU-508/DSU1-508接收的數據實時的回傳到CU。在斷排列的情況下，它可以將數據存儲在自身的內存中(32 G)，當排列恢復后根據CX-508中每個子樣的GPS時間來選取Tb時間后記錄長度內的數據自動回收。CX-508具有實時QC功能，將電瓶電量、檢波器狀態、環境噪音、CX的內存狀態、GPS的同步狀態實時的傳輸給CU，當與CU的有線連接斷開時，外接有LRC-508(可連接在CX-508上的無線收發裝置)的CX-508可以通過LRC-508的無線功能將QC傳送出去，最大的回傳距離為1 km。CX-508提供三種工作模式，分別為采集模式、備用模式、測試模式，用戶可根據具體需求進行選擇。

CX-508具有數傳冗余的功能，在排列里可以任意添加交叉線(TFOI-508)，如果出現某處排列斷開，CX-508會自動尋找與之相連接的傳輸路線。當沒有其它傳輸路線時，這部分排列將自動進入自主模式，它們仍舊可以進行實時采集并存儲，傳輸路線恢復后，可將存儲的數據回傳到中央單元。

CX-508具有同步冗余功能，可以通過自身攜帶的GPS模塊對野外單元進行同步授時，即使有某個或者幾個CX-508出現故障無法授時，排列上的單元還是可以通過其它相連接的CX-508進行授時，保證了數據記錄的同步性。

CX-508具有電源冗余功能，在一個排列段范圍內，如果兩端都連接有CX-508，那么它們都提供供電服務，如果這段排列某處出現故障，只要排列任意一端保持與CX-508的正常連接，那么設備都能正常工作。如果這個排列段的采集站數量超出CX-508的帶道能力，那么是不能保證超出范圍的這部分采集站正常工作的。廠家公布的2個CX-508之間最大的帶道數量參考值，CX-508的最大帶道數量見表1(取決于采集站之間的電纜長度)。

表1 CX-508的最大帶道數量

2.2.2 CX-508技術規格

CX-508的硬件接口包括：2個大線接口、2個交叉線接口、2個電源接口、1個XDP接口。面板上有6個LED指示燈：2個電源接口指示燈、2個交叉線傳輸指示燈、1個小旗狀的指示燈(常亮表示與CU連接；不亮表示與CU斷開)、1個齒輪狀指示燈(閃亮表示正在同步；長亮表示已經同步完成)。CX-508整體質量為3.8 kg。在2 ms采樣下每條線實時傳輸的最大道數為2 400道。大線端口功耗采集時為3 W、備用時為1W；交叉線端口功耗傳輸時為7 W、備用時為2 W。低功耗的設計降低了電量的消耗。CX-508還可以通過其他手持設備如DT-508、FT-508、DH-508對排列進行樁號的設置、指標的測試、QC的監測、繞道的設置、數據的回傳等等方便快捷的操作。

3 FDU-508、DSU1-508及其大線

FDU-508和DSU1-508統稱為508XT的采集站，負責對數據的濾波、壓縮、采樣和記錄。FDU-508采用24位A/D轉換器，采用CRC循環冗余碼進行數據傳輸。DSU1-508采用新一代的QuietSeis MEMS加速度計，有效的降低了DSU1-508內部噪音，尾椎的改進也更加小巧靈活，方便施工的鋪設。它們內置了一個可以循環存儲5 s地震數據的緩存，并且通過網絡協議進行地震數據以及QC指標的傳輸和續傳，形成了一個X-Tech構架下的基本節點單元(X-Tech base nodes)。508XT大線與采集站的接口采用了雙側咬合結構，這使得在實際生產中更換大線更加的方便容易操作。這一靈活的設計可以滿足不同道距的設計要求，施工隊伍只需要根據當前的設計要求來選擇大線的長度即可，能夠充分的發揮野外基本節點單元的優勢，FDU-508、DSU1-508、大線的快接插口如圖1所示。大線的質量和強度也較以往有了更進一步的提升，在質量上要比428XL大線輕10%，但是在強度上要增強50%，這點在施工過程中會使得大線的鋪設更加輕便。508XT大線內部采用四根線進行數據的雙向傳輸，兩兩一對。即使有任意一根線出現問題，數據仍舊能夠通過另一對線束進行滿速率的傳輸，可以保持數據的完整性和安全性。

圖1 FDU-508、DSU1-508、大線的快接插口

4 WTU-508

WTU-508外形如圖2所示。WTU-508是建立在X-Tech構架下的新一代的節點單元，質量在2.1 kg左右。單站單道，當有檢波器連接上時自動供電。內部有大容量內存卡，在2 ms采樣的情況下，可以連續采集60 d的數據。自帶電池可以支持連續30 d的數據采集。

圖2 WTU-508

WTU-508含有的自主適應QC網絡技術，XT-Pathfinder，如圖3所示。

在允許的范圍內，WTU會自動尋找路徑進行相互通訊，2個WTU之間允許的最大距離為100 m。可以實時的將QC(電瓶電量、檢波器狀態、內存卡狀態、GPS狀態和環境噪音)指標回傳給CU，如有超標QC可以發出警報，默認為每30 min一次報告或者用戶可以自定義報告時間。數據回收的最大距離為800 m，在新一代的通訊技術下，速度可以提升50%，確保高效的將數據回收到儀器。在XT-Pathfinder network的幫助下，實現了QC的實時監測，在數據的質量和安全性上有了很大的提升。

圖3 XT-Pathfinder

5 508XT采集單元在沙特地區某三維項目中的應用

在沙特地區Turayqa氣田附近某三維項目中，共投入508XT采集外設50 000道，采集道數為15 000多道，震源車30臺，2臺1組采用動態滑動掃描的施工方式，每天可對10 000多個震源點進行數據采集，508XT陸地采集單元強大的特性保證了項目優質高效的進行。

5.1 排列鋪設

在野外排列布設時，2個CX-508之間連接72個FDU-508，FDU-508之間大線長度為27.5 m，道距25 m，相比較官方公布的最大帶道數量少連接了8個FDU-508，這樣能更加保障排列的穩定性。當將2個CX-508之間FDU-508個數增加至132個時，仍能夠實現實時的數據傳輸，但隨著FDU-508數量的增加，排列的穩定性逐漸下降。因此，在排列鋪設時，最好參考廠家公布的帶道數量，以免浪費資源或者影響排列的穩定性。如果CX-508的數量不夠，采用單邊帶道時，排列末端FDU-508的數量最好為2個CX-508之間FDU-508數量的一半或者更少，否則容易出現末端排列不工作或者經常斷開的情況。在電瓶的使用上，50 000道的外設大約使用七百塊電瓶進行輪換，如果采用相同數量的外設配置使用428XL外設將會使用一千多塊電瓶，日常電瓶的鋪設和維護上節省了大量的人員和車輛。在這一點上，可以看出508XT陸地采集單元的優勢是非常明顯的。

5.2 排列遇到的狀況及應對措施

生產過程中，野外會遇到幾種常見的排列狀況，如圖4所示。

圖4 野外排列的幾種情況

圖中粗實線代表交叉線(TFOI-508)，CX-508之間相連的虛線代表508大線。

排列遇到的幾種情況及應對措施：狀況1：從斷開處到最左側的QC狀態丟失，但這部分排列可以自動進入自主模式采集數據，進入自主模式后，可以記錄20個震源點(VPS)，當排列恢復后數據成功回傳到中央單元。當排列能夠進入自主模式時，可根據資源進行合理分配，不需要像使用428XL時立即讓排列員進行故障的排除。狀況2：當遇到特殊的地表情況時，可以通過增添交叉線的方法，規避排列斷開而導致數據丟失的風險，斷開處兩側的數據會自動找到相通的路徑進行傳輸，虛線箭頭表示數據回傳路徑，這使得在排列的布設上更加的靈活。狀況3：由于斷開處兩側的CX-508都接有LRC-508，那么從斷開處到最右側的QC狀態可以回傳到CU，但是地震數據不會回傳，右側的CX-508會進入自主模式，記錄的數據將會存儲到自身的內存中。狀況4：如果從斷開處至末端正在接收數據，由于此段沒有CX-508無法進入自主模式，所以此段的數據丟失，需要排除故障后重新補震。狀況5：右上角虛線框中的部分排列如果不是工作排列，它們可以處在備用模式或者測試模式以用來減少排列用電功耗或者進行排列的測試工作，這些可以在正常生產的過程中進行，并不需要停產。

6 結束語

508XT陸地采集單元強大的性能和野外排列上各種設備的兼容性，在當今高密度大道數的勘探采集趨勢下具有獨特的優勢。先進的X-Tech技術構架可以確保實現真正意義上的零等待生產采集(Zero down-time)，同時在野外數據的質量和安全性上有了很大的保證。采集單元低功耗的設計以及強大的帶道能力，減少了野外排列電瓶的使用數量。當排列出現故障時，可以根據現有的資源分配，擇時的去處理排列，這樣既節省了人力也節省了車輛油料的消耗。現在508XT的軟件版本已經升級到了V2，野外采集單元的性能上又有了很大的提升， 508XT陸地采集單元的前景會更加令人期待。