地震勘探井炮作业中防重炮技术应用

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摘要：相邻地震勘探项目之间井炮采集所产生的相互能量干扰制约着采集效率的提升，在激发能量消散较慢的工区显得尤为明显。东方地球物理公司装备服务处根据地震队需要，开发出了一种井炮作业中防重炮系统，有效地避免了由于工区之间距离过近而产生的采集能量干扰，并在多个地震采集项目中进行了应用。本文对防重炮系统工作原理和使用进行了介绍，并对使用过程中的注意要点进行了探讨。

关键词：相邻工区；井炮作业；能量干扰；防重炮系统

0引言

相对于可控震源在高效采集中为避免能量干扰经常使用的DSSS技术（距离分离同步激发技术）井炮作业中防重炮技术难题一直未得到有效解决。2020年东方地球物理公司装备服务处根据地震队需要研发了一种地震采集现场使用的井炮防重炮系统，成功地解决了相邻地震队同时间段采集而造成的能量互相干扰问题。防重炮系统的工作原理：地震仪器主机（以下称仪器主机）使用专用馈线连接防重炮控制器（以下简称控制器）和编码器，控制器完成GPS时间授时；仪器主机发送点火信号FO到控制器，控制器运用时间槽控制技术，在预定的启爆时刻发送点火信号FO至编码器，从而实现爆炸机的按照约定时间点启爆。通过控制不同控制器和编码器的启爆时间点，实现防止不同仪器主机野外采集放炮能量的相互影响。防重炮控制器可以控制不同的仪器主机进行同时激发或者轮流激发。同时激发，即不同的仪器主机约定在相同的时间点启动爆炸机；轮流激发，即不同的仪器主机约定在各自不同的时间点启动爆炸机。一般情况下，使用同时激发不仅可以规避能量干扰的问题，而且不影响各自的采集生产效率。当工区之间距离过近时，需要采用轮流激发。

1防重炮系统的使用

1．1硬件连接方法

一套完整的防重炮系统一般由防重炮控制器．电源线、GPS天线、专用仪器连线馈线等组成，如图1所示为井炮防重炮控制器。由于不同型号地震仪器之间在控制遥爆系统工作的触发机制上有所差别，在使用不同型号仪器主机连接控制器的连接馈线上也有所差别。在专用连接馈线上，一般采用BNC口或串口将FO信号从地震仪器主机引至控制器，控制器通过BNC口将FO信号送出至编码器，编码器采用BNC口或串口将返回的TB信号和串口信息返回至控制器和仪器主机。

1．2仪器参数设置

428XL在JOperation－ProcessTypeSetup窗口中设置井炮采集类型并设置TBWindow长度W（推荐设置10000？15000ms），如图2所示。G3i仪器在SourceType－RecordingParameters－SrcCtri中选择TimeBreak，设置PreTzeroRecord为0ms，Window中设置时间TB时间窗口长度W（推荐设置10000？15000ms），如图3所示。

1．3防重炮控制器参数设置

防重炮系统采用配置软件（NetAssist或Release）进行配置。使用RJ45网线连接配置电脑和控制器，更改配置电脑的IP地址为：10．8．2．1；子网掩码：255．255．255．0，并关闭配置电脑的防火墙。使用配置软件（NetAssist或Release）进行配置不同的控制器时需要注意基准时间是否相同。正确连接配置软件后，对仪器类型、源同步类型、波特率、控制器总台数．当前控制器ID、时间槽长度、延迟时间等参数进行配置。下面对几种常见的配置方法进行举例说明。（1）采用同步激发，当控制器台数为2、每台的激发时间间隔相同时的配置方法（以激发时间间隔均为30s为例）：总台数为2，设置相同的ID号（1号或2号），每台时间槽长度均为激发时间间隔的r半（例如均为15s）；（2）采用轮流激发，当控制器台数为2、每台的激发时间间隔相同时的配置方法（以激发时间间隔均为30s为例）：总台数为2，设置不同的ID号（1号和2号），每台时间槽长度与激发时间间隔相同（例如均为30s）；（3）采用轮流激发，当控制器台数为2、每台的激发时间间隔不相同时，需要通过增加虚拟控制器的ID号来改变一台或两台的激发时间间隔，具体配置方法（以一台控制器的激发时间间隔为40s、另一台控制器的激发时间间隔为20s为例）：总台数为3，第1台控制器ID号为1，第2台控制器ID号为3，每台控制器时间槽长度为20s。

1．4激发时间数据的下载

当两个及以上相邻工区同时使用防重炮系统时，在每天完成采集后进行激发时间数据的下载并整理，可以有效地对不同工区激发点之间的距离进行监控分析，并结合地震资料能量和干扰的变化及时调整激发模式和激发时间间隔，保证地震资料品质。使用RJ45网线连接控制器和数据下载电脑，使用数据下载电脑中的Release软件进行激发GPS时间数据下载。下载数据之前需要连接FTP并关闭数据下载电脑的防火墙，下载后的时间格式为UTC时间。当控制器中记录的炮数达到65535时，炮数序号从1开始重新计数。

1．5防重炮系统使用规则

使用防重炮系统时，仪器主机的TBWindow—般设置为10？15s，即仪器操作员在放炮时需要观察控制器上的倒计时在设置的TBWindow时间范围内按下放炮键，通常情况下可以先通知炮班充电再按放炮键，也可以按下放炮键再通知炮班充电。当仪器操作员按下放炮按钮后，仪器主机开始采集的同时等待编码器返回的TB信号。若在TBWindow设置的时间范围内接收到编码器返回的TB信号，仪器主机开始切分和记录地震数据，形成单炮数据记录。在地震勘探中，地震仪器的同步激发通讯方式有两种：其一是以有线通讯的方式控制编译码器的同步激发。如SN388、SYSTEMTWO、ARIES等早期的地震仪器在大线上含有一对通讯线，在地震仪器主机箱体和采集站上留有通讯接口。当无线通讯受阻时，使用有线通讯线连接具有有线通讯功能的编译码器实现同步激发；其二是以无线通讯的方式控制编译码的同步激发。地震仪器编译码器之间通过电台以无线通讯的方式完成同步激发。有线通讯方式的优点是不受外界电磁干扰的限制，避免了通讯困难地区无线通讯问题。缺点是增加了大线的重量，译码器必须通过连接线连接到采集站或电源站上，缺乏灵活性。无线通讯方式的优点是使用灵活方便，只要通讯良好，译码器可以分布到排列任何位置。但是，在一些特殊地区，单一的通讯模式受地形以及外界电磁场的干扰，严重制约了通讯的质量。虽然人们采取了很多措施，例如增加仪器车天线高度，使用高增益天线、电台中继、爆炸机中继等方法，但是仍然不能满足生产的需求。为此，一种结合有线、无线混合源驱动同步激发技术开始进入人们的视野。

2关键参数的确定及使用注意事项

2．1激发时间间隔的确定

无论是采用同步激发还是轮流激发，激发时间间隔的确定必要满足两个条件：一是在激发时间间隔内，邻区和本区上一炮的能量干扰己经消散；二是邻区下一炮的能量在当前仪器记录长度内还未到来。其中，条件一需要根据当前工区能量消散快慢的经验和采集背景千扰等试验来确定；条件二可以根据工区之间激发点与接受点之间的最小距离除以初至波速度来确定。同步激发时间间隔确定的方法：以2020年新疆相邻两个三维项目为例，两个三维项目的仪器记录时间都为10s。该地区初至波速度大约为3000m／s，同时根据观测系统参数和邻区的相对方位可以算出激发点到对应观测系统接受点的最远距离为8．425km。由此可以算出使用同步激发时，两个三维之间的激发点保守最小距离为3000m／sxlOs＋8．425km＝38．425km。如果两个三维在采集施工使用同步激发时，需要确保激发点之间的相互距离大于38．425km，否则需要使用轮流激发。由于野外激发点采集都是整排或者整束线的形式进行，当相邻采集项目激发点相邻最小距离较近达不到同步激发距离要求、而激发点相邻最大距离能达到同步激发距离要求时，可以采用划片区的方式进行同步激发。如图4所示，由于A、B两个工区激发点之间的距离较近，A工区与B工区同步激发阴影区域的炮点，其余区域的炮点轮流激发。

2．2使用注意事项

使用防重炮系统时，若通知炮班充电后出现断排列情况，应立即提醒炮班人员松手并按住电台话筒或者关闭电台，等待当前采集周期过后，再提醒炮班人员充电。若己经提醒炮班充电，仪器点下放炮按钮后遇到激活排列卡顿、准备时间较长或者己经到倒计时末尾时间2？3s处，此时不建议在仪器中按下点火按钮，应及时通知炮班人员松手并按住电台话筒或者关闭电台，Abort当前采集炮点等待下一轮采集周期。防重炮控制器在接上电源和GPS天线后需要7？10min完成GPS授时并在控制器显示屏上显示出来。未完成GPS时间授时，仪器主机不能进行采集放炮。

3结束语

使用防重炮系统不仅可以有效地规避相邻工区放炮的能量干扰，也可以通过控制固定的放炮间隔时间达到防止本工区自身能量消散不彻底带来的干扰问题。防重炮系统已经在新疆多个采集项目得到了应用，解决了相邻工区采集能量干扰、相互制约的难题，实现了生产的提质增效。

作者:張钻 朱苹 春振兰 吴杲 祁索農 单位:东方地球物理公司装备服务处 仪器服务中心