同步性質控在海洋地震采集中的重要應用

張安寶 陳琳

中海油服物探事業部 天津 300451

海洋物探采集設備發展至今，設備集成化程度、精準度都達到一定高度。因此實際采集過程除了在項目開始時做同步性論證外，作業過程中常常默認各系統之間的同步性不存在異常，從而忽略了同步性質控。一旦發生同步異常，由于人為及質控流程不完善等因素通常是難以發現的，尤其是誤差量相對較小時更難以發現。進入后處理過程再發現，就會造成重大質量事故，也會造成較大經濟損失。

目前海上拖纜通常采用單船采集，偶爾采用多船采集，海底電纜船隊采用多船采集。單船采集時，設備之間可以直接相連。多船采集時震源船與儀器船（負責數據采集）以及各類輔助船之間無法直接相連，只能采用無線方式相互通訊。不管哪種通訊方式，都有可能發生同步異常[1]。

1 同步原理

海上分布式多通道地震勘探觸發信號來自導航和震源系統，彼此之間有著嚴格的時序關系，見圖1。

圖1 海上分布式多通道地震勘探儀器系統觸發控制時序

單船作業觸發模式見圖2a，當到達目標點后，導航系統發出起始信號給震源系統，定義此點時刻提前量較大，通常大于2000ms。當接收到該信號時，系統將會停止響應外界信號以防止誤觸發，直到系統采集停止后恢復。導航系統-160ms時，發送點火信號至震源控制系統使其準備激發氣槍陣列。在0時刻真正激發震源，并由震源系統返回信號給導航系統及記錄系統，觸發記錄系統的同時將觸發信號記錄到輔助道中。多船作業觸發模式見圖2b，與單船作業不同之處在于0時刻震源系統返回信號給導航系統，由導航系統觸發記錄系統開始記錄[2]。

圖2a 單船常用系統觸發模式圖

圖3a TB信號異常

2 問題的成因分析

在實際應用當中，由于線路老化、系統受到干擾、軟硬件設計缺陷等諸多因素可能導致同步異常。通常情況下由于數據采樣間隔大于延遲（提前）量，很難直接測量出誤差量。在系統誤差允許范圍內，采集數據是可用的，在系統誤差范圍外，因無法獲得準確的誤差量可能導致采集數據作廢。

2.1 觸發信號異常

TB信號受到電磁干擾，可能是由于TB連線接觸不良，造成抗干擾能力降低，導致TB信號變化，致使記錄啟動推遲。

2.2 GPS 授時異常

多船作業時主、輔綜合導航系統都有獨立的GPS時鐘拾取裝置，雙方都是以GPS時間為基準（系統顯示為UTC時間）。GatorII綜合導航系統的許可證控制方式為，當主導航系統缺少UTC授時超過24小時，綜合導航系統許可證自動失效，從而無法作業生產。但是輔助導航系統在沒有UTC授時條件下，可以進行作業。

當儀器船輔助導航系統GPS授時出現問題時，將會導致輔導航系統使用RTNU內部時鐘，如果該內部時鐘與震源船主導航GPS時鐘出現差異，將會造成震源激發與記錄系統不同步。并且這種不同步隨著時間的推移不斷放大。如圖4所示，從左到右隨著授時發生異常發生時間的累積，主、輔導航系統時間偏差不斷累積[4]。

圖4 主、輔導航系統時間有偏差并且不斷累積

3 改進方案

3.1 初至波定量檢測

通過擬合地震資料初至波在單道剖面的位置，與理論位置進行對比，兩者之間時間差在一個采樣率內，則表示同步，大于一個采樣率，則表示不同步，由此來定量判斷地震采集資料的同步性。

實際應用過程在電纜與炮線平行作業模式下，此方法能夠精確、直觀的檢測出地震采集的不同步異常及不同步的時間大小，但也存在不少缺點。初至波定量檢測本身是依靠等效速度定量計算初至波理論到達時間，等效速度受到水速、地層速度影響較大，需要在根據實際情況進行調試。項目開始初期，由于沒有足夠的數據做支撐，無法通過此方法進行同步性質控[3]。

3.2 TB 反饋脈沖信號展寬器

海底電纜作業中，采集儀器使用SeaBed428系統，它收到輔導航系統發出的觸發TB信號后，會產生一個較窄的信號脈沖以確認收到觸發，把該信號用作反饋信號輸出，并制作信號線，將該反饋信號的脈沖寬度加寬以后發送給副導航系統。為了達到上述目的，設計一種用于海底電纜地震采集作業的反饋信號放大裝置，該反饋信號放大裝置包括放大器和顯示屏。