地震勘探双船作业中导航系统配置简介

朱振华,曾凡祥,易峰

(广州海洋地质调查局,广州 510760)



地震勘探双船作业中导航系统配置简介

朱振华,曾凡祥,易峰

(广州海洋地质调查局,广州 510760)

摘要：广角反射地震合成排列法(SAP)是双船地震作业的一种手段,该勘探方法可组成较大偏移距、较多叠加次数的共深点道集,从而增加勘探深度。本文介绍了SAP法作业原理,对双船作业观测网络结构进行分析,重点关注主副船硬件组成和相关软件配置等内容,并根据作业实例对一系列重要参数的设置方法作出经验总结。

关键词：SAP双船作业;硬件配置;软件配置;重要参数

0引言

长期以来,我国在某些特殊海域油气勘探上难以取得突破性成果,比如中生代地层,其经历多次构造改造作用,地震成像较差。双船联合勘探利用大容量宽频震源,连续长偏移距接收,可望对中深层复杂地质体进行更好的地震成像,提高成像质量。相对于单船二维地震勘探,双船联合勘探的技术核心是两船导航定位系统之间通讯和信号同步问题。

1作业方法与原理

地震勘探双船作业可由不同的目的分为广角反射地震合成排列法(SAP)[1]、折射扩展地震排列法(ESP)[1]和UnderShooting[2]等模式。2013年“探宝号”船和“奋斗四号”船执行的广角反射地震合成排列法(SAP)双船作业,其作业方式为两船前后相距一定距离以相同方向、相同速度沿着同一测线等距离交替放炮并共同记录地震数据,如图1所示。这样可采集到各共反射点不同偏移距的反射信号,组成较大偏移距、较多叠加次数的共深点道集,从而增加勘探深度[3]。

主船(探宝号)观测网络由DGPS、船参考点(NRP)、震源中心、电缆首末接收道中心、尾标RGPS节点组成;副船(奋斗四号)观测网络由DGPS、船参考点(NRP)、震源中心、电缆首末接收道中心组成。随着外设数据的更新,观测网络动态变化。其中,主船网络计算模块(NCN ncc)不但可以计算本船放炮位置和放炮时间,还可以根据副船位置观测值构成的动态网络推算副船每一个放炮点位置,并通过无线电将放炮时间发送到副船。因此,主副船的速度和航向必须保持高度的稳定性,否则容易导致采集位置偏差或者出现丢炮现象。副船每次放炮后,主船NCN ncc模块会立即推算出其下一放炮时间并送达,保证主副船有足够的时间进行同步,这在无线通讯繁忙的多炮船作业或者无线通讯质量不佳的情况下显得尤其重要。

图1　SAP法双船作业

2硬件描述

硬件方面除了DGPS、罗经、RGPS、水鸟等配置外,主副船均安装了一套RF-HT+900MHz和一套RF-24027 2.4GH点对点无线通讯设备，如图2所示，以实现数据交换。每套RF-HT+900 MHz均有自己的CallBook,其工作原理是通过相互读取对方的CallBook而解码出对应设备，如图2中orca1的序列号,达到相互通讯的目的。RF-24027 2.4 GH型无线电台工作原理是把其中一台设置为hub,另一台为remote远端,通过“self-learning bridge”模式快速识别局域网内各设备地址(Concept Systems Limited.2012),适合传输较大数据量或工区内存在较多障碍物的情况。一般情况下默认选择2.4 GHz电台作为主通讯设备,900 MHz电台为辅,以保证传输可靠性。

作业过程中,记录系统、导航系统、震源系统分别在主副船上运作,信号和数据通过无线电台相互传输存在不稳定性,需要充分保证时间系统的统一和触发信号的一致。时间质检单元(Symmetricom)可以有效检测各信号时间误差情况并提供多种信号收发时间对比检验功能,精度可达到μs级,满足地震作业ms级精度要求[4]。如MST_NavTB&SLV_NavTB、MST_NavTB&SLV_TB,前者监测主副船触发信号的一致性,如图2所示,后者反映了主船预计放炮时间和副船气枪控制系统返回信号之间的时间差。只要差值在设定的阈值范围内,可以认为该次触发是有效的[5]。

图2　双船无线通讯示意图

3软件配置

进行双船作业配置前需要确认三点:1) 两船操作系统一致;2) 两船Orca导航系统版本及补丁一致;3) 两船无线设备处于开通状态。

两船导航系统配置均以单船配置为基础,通过修改成为双船配置。副船新建项目,输入项目名称、ID、主副船名称、主船路由器地址和通讯端口,作业角色为slave,保存配置并转换到新项目。然后在主船的“添加副船”功能中输入副船名称、路由器地址和通讯端口。在主船进程中确认无线连接成功后,副船激活自身配置。最后副船设为被动模式(Passive Mode),主船合并(Merge),则副船所有配置通过无线传送并显示在主船导航系统上。

图3　双船作业Orca系统合并配置流程

4重要参数

4.1时序

图4所示为双船作业的时序图,时序主要以主船的炮点预测为基础。首先触发水鸟传送罗盘和深度信息,然后在预测放炮时间前50 ms向枪控系统发送触发信息。由于使用无线传输会有延迟,主船不会等副船上的验证TB信号来启动记录,而是在预测放炮时间自己产生一个信号来启动仪器开始记录。副船本身并不触发震源系统,而是通过主船发送的炮点预测信息来触发,并将实际的放炮信息返回给主船。

图4　双船作业时序图

4.2“牛眼”模式(BullsEye)

只要设定了主副船间距和相对位置,主船导航界面可以实时生成“牛眼”,“牛眼”模式精确地指示了副船放炮点的位置,对副船自动驾驶或者人工驾驶起到了重要的指导作用。配置“牛眼”实际上是设定主副船之间炮点距离,X方向为垂直于测线偏距,Y方向为沿测线方向距离。如图5所示,“牛眼”指示了副船放炮点位置。

图5　“牛眼”模式

4.3自定义“冻结时间”(freeze before shot)

炮间距较长的情况下,下一炮炮点实际位置与预测时间对应炮点位置之间可能存在较大误差。因此,如果主副船通讯状况良好,用户可自定义冻结时间。冻结时间是指下一实际放炮时刻前n毫秒长度。例如,冻结时间设为n=4 000 ms,则把实际放炮前4 000 ms NCN作出的最后一次炮点预测作为最终预测结果,这样既能保证各船在4 000 ms内同步,又能最大限度地保证推算精度[5]。

4.4最少放炮时间间隔(MSI)和最大放炮距离误差(MSE)

在恶劣的海况下作业,船速可能因水流冲击突然加快,放炮时间间隔缩短到一个记录长度以内,致使记录数据不完整。例如,正常记录长度为16 s,如果船只在较短时间内(如15 s)到达下一放炮点,则有1 s的记录丢失。因此,应将MSI设置为正常记录长度,同时根据海况对测船的影响合理设置MSE。当记录系统处于记录状态(即在MSI时间内),测船处于MSE定义的误差范围内时,如果导航系统发出放炮指令,则震源会等待记录系统完成记录后立即放炮[6]。本次“探宝号”和“奋斗四号”双船作业中,由于海况恶劣,副船操控状况不佳,放炮点经常跳出“牛眼”范围导致第一次试验丢炮情况频繁出现,将MSI设为一个记录长度、距离误差设为5 m后丢炮现象得以避免。

5结束语

无论何种双船作业方式,除了船舶操控的稳定性外,最关键要解决双船通讯和信号同步问题[6]。以本文所述的硬件、软件配置以及相关重要参数的设置为基础,“探宝号”船和“奋斗四号”船执行的SAP双船作业得以顺利完成,希望这些设置经验可以为其他方式双船或多船作业提供对比和借鉴。

参考文献

[1] 张亚利. 双船地震作业综合导航定位和遥测遥控系统[J].海洋石油,1999(1):19-27.

[2] 朱连峰，罗敏学，金海燕，等.拖缆三维地震双船作业的设备配置实例[J].物探装备,2012,22(3):152-156.

[3] 陈永清.南海双船地震勘探介绍[J].地球物理学进展,19927(3):58-72.

[4] 曾宪军,韦成龙,翟继峰.南海北部海域油气资源调查技术及其应用研究双船折射9广角反射地震勘探研究[J].海洋技术,2013,32(2):39-42.

[5] Orca Technical Reference Manual. Concept Systems Limited[R].2012.

[6] 易劲松,伍忠良.双船地震方法技术难点简析[C].//中国地球物理学会第20届年会论文集,2004.

朱振华(1981-),男,硕士,工程师,主要从事海洋测绘及导航定位研究工作。

曾凡祥(1981-),男,硕士,测绘高级工程师,主要从事海洋测绘及导航定位研究工作。

易锋(1985-),男,硕士,工程师，主要从事海洋测绘及导航定位研究工作。

The Tntroduction About Configuration of Navigation System in Dual Vessel Seismic Survey

ZHU Zhenhua,ZENG Fanxiang,YI Feng

(GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou510760,China)

Abstract:SAP is one means of Dual_vessel seismic survey, though which the S-R distance and overlay of group set are increased, and so as the depth of survey.This paper mainly introduce the principle of SAP, the frame of observation network, the configuration of special hardware and navigation software, and the experiences about the configuration of some important parameters are sum up according a real dual_vessel seismic survey.

Keywords:SAP; hardware configuration; software configuration; navigation parameters

作者简介

中图分类号：P228.4

文献标志码：A

文章编号：1008-9268(2016)01-0106-04

收稿日期：2015-06-10

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.01.022

联系人： 朱振华 E-mail: 53080704@qq.com