可控震源與dss儀器的融合應(yīng)用

0u3000可控震源同步掃描asts（u3000sim月初，獨(dú)立掃描和采集u3000sweecne，無線節(jié)點(diǎn)獨(dú)立同步掃描和采集）技術(shù)是一種新型高效采集技術(shù)，通過多個(gè)激勵(lì)源獨(dú)立激勵(lì)，同時(shí)接收來自無線節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。無線節(jié)點(diǎn)獨(dú)立同步掃描采集方法,不能像常規(guī)儀器那樣可以實(shí)時(shí)監(jiān)控排列和震源激發(fā)質(zhì)量,使得震源激發(fā)和無線節(jié)點(diǎn)接收完全獨(dú)立且不受監(jiān)控。國(guó)外某項(xiàng)目按照甲方合同要求將ISSN無線節(jié)點(diǎn)采集技術(shù)、DSS(Digitalu3000SeismicSystem,地震數(shù)字化系統(tǒng))導(dǎo)航系統(tǒng)和428XL儀器整合到一起,實(shí)現(xiàn)了組內(nèi)兩臺(tái)震源同步激發(fā)與實(shí)時(shí)激發(fā)質(zhì)量監(jiān)控,不僅提高了采集生產(chǎn)效率,也使采集數(shù)據(jù)質(zhì)量和地震成像結(jié)果有了明顯提高。為了滿足甲方對(duì)激發(fā)能量的要求,本項(xiàng)目采用兩臺(tái)震源同步掃描的工作模式,在DSS導(dǎo)航系統(tǒng)中添加了可控震源組合中心,并引用428XL儀器來確保組內(nèi)兩臺(tái)可控震源的同步激發(fā)?？煽卣鹪囱b載的DSS導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無樁號(hào)施工,各組震源按照DSC(Digitalu3000Seismicu3000Commander,地震數(shù)字化指揮)中心發(fā)送的SPS文件進(jìn)行采集,完成一炮后,在導(dǎo)航系統(tǒng)的指引下,移動(dòng)到下一個(gè)炮點(diǎn)作業(yè)?；诘卣饠?shù)據(jù)分離及后續(xù)處理壓制諧波干擾的需求,這些技術(shù)大都需要正確記錄各臺(tái)可控震源每次掃描的振動(dòng)特征信號(hào)(真參考信號(hào)、地面力信號(hào)、重錘加速度信號(hào)、平板加速度信號(hào))。按照施工質(zhì)量要求,可控震源激發(fā)產(chǎn)生的文本信息和帶有4個(gè)輔助道信息的SEG-D數(shù)據(jù),要同時(shí)保存在DSG(Digitalu3000Seismicu3000Guiders,地震化數(shù)字導(dǎo)航)平板電腦和SDR記錄設(shè)備上。本文從生產(chǎn)管理組織的角度,對(duì)采集過程中采用的先進(jìn)質(zhì)量控制手段和檢測(cè)方法進(jìn)行介紹,包括可控震源的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、震源數(shù)據(jù)的室內(nèi)處理及質(zhì)控、以及有線一致性測(cè)試方法等。1u3000源的極性測(cè)試1.1脈沖信號(hào)檢測(cè)開工前或者更換新加速度表后,需要對(duì)震源加速度表進(jìn)行極性測(cè)試。Sercel震源控制系統(tǒng)傳感器AS1的極性確定為:輕擊AS1的上表面(裝有插座的一面),將會(huì)得到一個(gè)向上跳變的脈沖信號(hào)。由于ISSN施工模式下沒有與儀器相連的大線,為了保證脈沖信號(hào)采集的準(zhǔn)確性和完整性,同時(shí)便于對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行定性分析,我們采用Sandwichbox(獨(dú)立質(zhì)量控制和測(cè)試系統(tǒng))來檢測(cè)敲擊加速度表時(shí)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)。加速度表極性測(cè)試連線如圖1所示。在室內(nèi)將加速度表通過傳感器控制線盒與VE464箱體連接好,將兩根帶PNC端口的線焊接到有線一致性電纜上,取DSD上similarity端口的重錘加速度信號(hào)和平板加速度信號(hào),然后將焊接的兩根PNC端口線連接到Sandwichbox的小集線盒的任意2個(gè)信道,定義采集信道采集這兩個(gè)加速度信號(hào)。在敲擊加速度表的同時(shí),使用Sandwichbox采集脈沖信號(hào),截圖得出結(jié)果。在震源上可直接將加速度表拆下托在手里,連接上改進(jìn)好的端口線和Sandwichbox,即可進(jìn)行加速度表測(cè)試。1.2u3000脈沖掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)開工前或者更換震源控制系統(tǒng)設(shè)備時(shí),都需要對(duì)震源進(jìn)行極性測(cè)試,以保證同組震源的極性相同,并滿足甲方要求。驗(yàn)證震源極性,通常用有線一致性電纜將震源的重錘加速度、平板加速度、力信號(hào)、參考信號(hào)接到與儀器連接的大線采集站上用儀器來接收這些信號(hào)。在無線節(jié)點(diǎn)采集技術(shù)中,需要將有線一致性電纜的4個(gè)傳輸?shù)婪謩e與4道GSR采集站相連,使用脈沖測(cè)試信號(hào)驅(qū)動(dòng)可控震源進(jìn)行激發(fā),DSD(Digitalu3000Servou3000Drive,數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器)中的4道信號(hào)將記錄在GSR中,在DSG中將生成QC(質(zhì)量管理)數(shù)據(jù)SEG-D文件。在測(cè)試完成后將GSR交儀器下載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,同時(shí)將SEG-D文件拷貝給QC進(jìn)行分析。加速度表極性分析如圖2所示,在脈沖掃描信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下,重錘上行,平板相對(duì)下行。所以在脈沖測(cè)試中,重錘的初始移動(dòng)方向應(yīng)向上,平板的初始移動(dòng)方向應(yīng)向下。重錘上行相當(dāng)于敲擊加速表的底部會(huì)得到一個(gè)下跳的脈沖信號(hào),平板下行相當(dāng)于敲擊加速度表頂部得到一個(gè)上跳的脈沖信號(hào),在得到的四道信號(hào)中,參考信號(hào)、重錘信號(hào)、力信號(hào)三道脈沖跳變相同,平板信號(hào)與其他三道方向相反。2u3000源三維測(cè)試2.1改進(jìn)的線性一致性電纜無線節(jié)點(diǎn)技術(shù)無法直接像傳統(tǒng)儀器一樣直接利用儀器進(jìn)行有線一致性測(cè)試,為了檢驗(yàn)可控震源及附屬電子記錄設(shè)備是否保持在最佳工作狀態(tài),每周必須進(jìn)行一次GSR節(jié)點(diǎn)有線一致性測(cè)試。為了保證能將振動(dòng)信號(hào)同時(shí)保存在SDR和GSR無線節(jié)點(diǎn)上,我們對(duì)傳統(tǒng)的有線一致性電纜進(jìn)行了改進(jìn),將一根有線一致性電纜截?cái)?并將14針插口端的半截電纜線按線順序連接到另外一根有線一致性電纜上,如圖3所示。使用改進(jìn)后的雙14針插頭有線一致性電纜就可以將DSD的similarity端口輸出的信號(hào)一分為二分別輸入到SDR和4道GSR上,四道GSR分別記錄參考信號(hào)、出力信號(hào)、平板加速度信號(hào)和重錘加速度信號(hào)等4道信號(hào)。將SDR和GSR記錄的數(shù)據(jù)下載后適當(dāng)處理就得到4個(gè)輔助道的SEG-D數(shù)據(jù),然后利用第三方軟件對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行相位和畸變分析,檢查震源的性能是否滿足要求,圖4所示為有線一致性分析報(bào)告。2.2u3000dgps精度對(duì)比測(cè)試在無樁號(hào)施工作業(yè)中,可控震源使用DGPS導(dǎo)航來確定震源的激發(fā)位置,DGPS的點(diǎn)位精度是決定激發(fā)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。震源DGPS點(diǎn)位精度不準(zhǔn)確會(huì)使兩臺(tái)震源的組合中心偏離炮點(diǎn),無法保證兩臺(tái)震源的實(shí)際組合中心落在炮點(diǎn)5m容差范圍之內(nèi)造成大量不合格炮,因此在開工前,必須對(duì)震源DGPS精度進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。啟動(dòng)可控震源打開所有電子設(shè)備,等到DGPS精度達(dá)到RTKu3000ON固定解狀態(tài)時(shí),將震源開到遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)等干擾源的地方,每臺(tái)震源在單機(jī)模式下連續(xù)激發(fā)5次,因?yàn)镈SG在同一點(diǎn)連續(xù)采集5次震源點(diǎn)位坐標(biāo),可有效地杜絕數(shù)據(jù)采集的偶然性。測(cè)量人員使用GPS對(duì)震源平板的位置進(jìn)行測(cè)量記錄,對(duì)DSG記錄的DGPS坐標(biāo)偏差進(jìn)行分析,必須保證兩者之間的精度誤差控制在厘米級(jí)。在施工過程中,每周要安排測(cè)量人員對(duì)震源激發(fā)后留下的平板印進(jìn)行測(cè)點(diǎn),將測(cè)試坐標(biāo)與震源DSG記錄的坐標(biāo)進(jìn)行精度對(duì)比。表1為部分震源DGPS記錄坐標(biāo)與測(cè)量檢測(cè)GPS偏差分析結(jié)果。2.3u3000dr固定解狀態(tài)VE464箱體連接外置DGPS主機(jī)采用OmniStar模式達(dá)到RTKu3000ON固定解狀態(tài)時(shí),SDR設(shè)備需連接好內(nèi)置的GPS天線,可控震源連續(xù)振動(dòng)5次將SDR記錄的TB時(shí)間與DSG記錄的TB時(shí)間偏差進(jìn)行分析,誤差在微秒級(jí)以下即滿足施工精度要求。表2為部分可控震源DSG和SDR記錄的TB時(shí)間對(duì)比。3u3000生產(chǎn)過程的質(zhì)量分析3.1監(jiān)控震源qc超標(biāo)DSS導(dǎo)航系統(tǒng)除實(shí)時(shí)監(jiān)控震源位置是否滿足要求外,還會(huì)對(duì)每一次掃描的狀態(tài)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控?？煽卣鹪疵恳淮渭ぐl(fā)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文本信息都會(huì)傳到DSG平板電腦上,可實(shí)時(shí)監(jiān)控每一次掃描的出力、相位、畸變等振動(dòng)參數(shù)是否正常,同時(shí)還能顯示震源的過載等信息。DSS系統(tǒng)還可在指揮中心對(duì)野外震源實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,回放每一次掃描的狀態(tài),監(jiān)控其位置偏移以及狀態(tài)是否超標(biāo)。DSC指揮中心根據(jù)監(jiān)控到的震源QC超標(biāo)狀態(tài),及時(shí)通知震源操作手進(jìn)行補(bǔ)炮;同時(shí),震源操作手也可以根據(jù)DSG的QC報(bào)警提示,結(jié)合實(shí)際地形條件決定是否對(duì)QC超標(biāo)的炮點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)炮,以確保施工炮點(diǎn)的合格率,從而提升施工質(zhì)量及施工效率。當(dāng)放炮數(shù)據(jù)連續(xù)異常次數(shù)超過5次時(shí),DSC指揮中心和震源DSG平板電腦將同時(shí)顯示警告信息,禁止可控震源繼續(xù)超標(biāo)作業(yè),圖5為DSS系統(tǒng)中震源監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。3.2組合中心故障的處理在震源施工中,利用DSS導(dǎo)航軟件對(duì)兩臺(tái)震源的組合中心進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算,確保組合中心落在5m的容差范圍內(nèi)。當(dāng)兩臺(tái)震源的組合中心偏離5m容差時(shí),可控震源激發(fā)后DSG平板上的炮點(diǎn)變?yōu)辄S色提示距離超限。因此,組合中心的穩(wěn)定性是野外質(zhì)控的關(guān)鍵點(diǎn)之一,經(jīng)常發(fā)生組合中心閃爍或消失的問題,可控震源在這種狀況下激發(fā)后炮點(diǎn)顏色會(huì)變?yōu)辄S色,提示震源炮點(diǎn)位置報(bào)警此時(shí)的振動(dòng)為不合格炮。出現(xiàn)兩臺(tái)震源看不到組合中心的問題時(shí),需要指揮操作手首先檢查DSG的Fleet小天線連接狀況,排除外接天線損壞的可能性后,可以確定該故障是由于DSG中的Fleet小電臺(tái)或串口工具程序運(yùn)行錯(cuò)誤導(dǎo)致的,提示操作手將同組的兩臺(tái)震源DSG平板電腦同時(shí)關(guān)閉再重新啟動(dòng),一般情況下故障會(huì)排除。在實(shí)際測(cè)試中,我們發(fā)現(xiàn)震源沒有組合中心故障的發(fā)生率與DSG組合中心數(shù)據(jù)傳輸周期成反比,調(diào)大向DSC發(fā)送組合中心數(shù)據(jù)的周期,可有效地降低該故障的發(fā)生率。打開DSG中的Localconfig.exe將Remoteu3000config_advance窗口的第60項(xiàng)FLEET_locu3000Tou3000DSCu3000Interal數(shù)值設(shè)置為1u3000000ms,在不影響震源位置精度的前提下,可有效降低設(shè)備故障率提高生產(chǎn)效率。3.3dsc指揮系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換、起振和補(bǔ)炮經(jīng)調(diào)查,組內(nèi)震源未同時(shí)激發(fā)的原因主要有:(1)信號(hào)車、先頭車落下平板,信號(hào)車起振而頭車未振。(2)信號(hào)車發(fā)出Ready信號(hào)后,在儀器未起振的情況下突然抬起平板,起振信號(hào)到達(dá)后只有頭車起振,信號(hào)車未起振。(3)組內(nèi)有震源的VE464箱體突然死機(jī),導(dǎo)致只有單臺(tái)震源起振。當(dāng)發(fā)生設(shè)備故障或人員誤操作導(dǎo)致只有單臺(tái)震源激發(fā)時(shí),未激發(fā)的震源DSG上顯示炮點(diǎn)不變色,不會(huì)導(dǎo)航到下一炮點(diǎn),激發(fā)的單臺(tái)震源炮點(diǎn)顏色雖然變?yōu)榫G色,但在DSC指揮系統(tǒng)中顯示變?yōu)辄S色。這提示組內(nèi)只有單臺(tái)震源起振不合格,因此需要兩臺(tái)震源的操作手再次選定該炮點(diǎn),再振一次。需要特別關(guān)注的是:震源箱體死機(jī)重啟后,需要操作手請(qǐng)儀器操作員檢查箱體參數(shù),防止因箱體參數(shù)丟失或篡改導(dǎo)致廢炮的產(chǎn)生。同時(shí),需要操作手與儀器操作員溝通判斷是否需要返回上一個(gè)炮點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)炮重放,避免DSD死機(jī)時(shí)與DSG、儀器的數(shù)據(jù)傳輸中斷,導(dǎo)致部分QC數(shù)據(jù)丟失,同時(shí)避免漏炮。信號(hào)車發(fā)出Ready信號(hào)后,在儀器未起振的情況下,操作手突然抬起平板,起振信號(hào)到達(dá)后頭車起振;在頭車振動(dòng)時(shí),信號(hào)車又快速落下平板發(fā)出Ready信號(hào)起振,此時(shí)信號(hào)車和頭車的振動(dòng)時(shí)間是不同步的,但在震源DSG平板電腦上炮點(diǎn)顯示是同時(shí)變綠的。這種震源不同步的質(zhì)量問題在震源上是無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)的,只是在DSC指揮系統(tǒng)中炮點(diǎn)的顏色會(huì)變?yōu)辄S色。在DSC指揮系統(tǒng)中,點(diǎn)擊該黃色炮點(diǎn),即可查看該炮點(diǎn)的振動(dòng)時(shí)間是否同步。當(dāng)儀器操作員發(fā)現(xiàn)該炮點(diǎn)震源振動(dòng)不同步時(shí),應(yīng)及時(shí)通知震源操作手,進(jìn)行補(bǔ)炮。在培訓(xùn)過程中,我們也要求信號(hào)車操作手在落下平板后30s內(nèi)未起振時(shí),要首先向儀器操作員核實(shí)是否收到“Ready”信號(hào),確定儀器未收到“Ready”信號(hào)后提升平板、落板再次發(fā)送“Ready”信號(hào),有效地防范了震源振動(dòng)時(shí)間不同步的問題,節(jié)省了震源次日返回炮點(diǎn)補(bǔ)炮的時(shí)間,保證了采集組能按時(shí)收起采集線纜及采集站。在保證放炮質(zhì)量的同時(shí),也提高了生產(chǎn)效率。3.4蜂鳴聲對(duì)sdr的影響鑒于SDR設(shè)備會(huì)由于電壓不穩(wěn)發(fā)生跳秒現(xiàn)象,本項(xiàng)目采用GSR鋰電池為SDR設(shè)備供電。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,當(dāng)鋰電池電壓低于15V時(shí)會(huì)迅速掉電。當(dāng)SDR供電不足時(shí),會(huì)導(dǎo)致記錄數(shù)據(jù)的丟失或不完整。針對(duì)此現(xiàn)象,我們要求震源機(jī)械師在早七點(diǎn)和下午六點(diǎn)分別對(duì)鋰電池的電壓進(jìn)行檢查,當(dāng)電壓不足16V時(shí)應(yīng)立即更換。更換電池后,按下Powerswitch按鈕,蜂鳴器會(huì)有1s時(shí)長(zhǎng)的聲響,同時(shí)Ready燈亮,說明SDR電壓正常并處于工作狀態(tài)。每個(gè)SDR在數(shù)據(jù)記錄過程中,會(huì)在插入的SD卡中寫入加密碼,使用過的SD卡在其他SDR中將無法使用。機(jī)械師每天早晨在拷貝數(shù)據(jù)時(shí),要為SDR更換清空數(shù)據(jù)的SD卡。如果將未清空的SD插入到SDR設(shè)備中,啟動(dòng)自檢時(shí)會(huì)發(fā)出蜂鳴聲報(bào)警,在這種狀況下Ready燈不亮。因此,要求震源機(jī)械師每天早晨為SDR更換完SD卡后,都要對(duì)SDR開機(jī)檢查,以確認(rèn)SDR的Ready信號(hào)燈正常點(diǎn)亮,操作手在放首炮時(shí)也要對(duì)SDR的狀況進(jìn)行特別關(guān)注。當(dāng)SDR接收到震源的TB信號(hào)時(shí),Ready燈快閃三下,同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲響,自動(dòng)記錄可控震源本次掃描的振動(dòng)特征信號(hào)、TB時(shí)間、GPS坐標(biāo)。在生產(chǎn)過程中,要求操作手每小時(shí)對(duì)SDR狀態(tài)指示燈和振動(dòng)記錄數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的蜂鳴聲進(jìn)行檢查,并填寫《SDRu3000checku3000list》檢查表,可有效杜絕因SDR數(shù)據(jù)記錄丟失引發(fā)的質(zhì)量事故。3.5u3000dgps精度質(zhì)控每天,需將所有震源的DSG中記錄的激發(fā)數(shù)據(jù)上傳到DSC中,便于對(duì)已經(jīng)施工過的炮點(diǎn)施工質(zhì)量進(jìn)行查找,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量控制的追溯。對(duì)返回的數(shù)據(jù),要核查DSD的SEG-D文件與TXK文本文件及SDR的SEG-D文件數(shù)量是否一致,通過VibNodeQC軟件對(duì)震源DSD的輔助文本文件進(jìn)行質(zhì)量控制生成炮點(diǎn)信息表(SIT),由測(cè)量組對(duì)SIT表進(jìn)行有關(guān)測(cè)量精度指標(biāo)的質(zhì)量控制,合格的炮點(diǎn)信息表(SIT)提供給現(xiàn)場(chǎng)處理員進(jìn)行數(shù)據(jù)處理質(zhì)量控制使用。在可控震源DGPS沒有精度或精度達(dá)不到施工設(shè)計(jì)要求時(shí),會(huì)導(dǎo)致炮點(diǎn)位置的偏差產(chǎn)生不合格炮。在可控震