地震勘探雙船作業(yè)中導(dǎo)航系統(tǒng)配置簡(jiǎn)介

朱振華,曾凡祥,易峰

(廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣州 510760)

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地震勘探雙船作業(yè)中導(dǎo)航系統(tǒng)配置簡(jiǎn)介

朱振華,曾凡祥,易峰

(廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣州 510760)

摘要：廣角反射地震合成排列法(SAP)是雙船地震作業(yè)的一種手段,該勘探方法可組成較大偏移距、較多疊加次數(shù)的共深點(diǎn)道集,從而增加勘探深度。本文介紹了SAP法作業(yè)原理,對(duì)雙船作業(yè)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,重點(diǎn)關(guān)注主副船硬件組成和相關(guān)軟件配置等內(nèi)容,并根據(jù)作業(yè)實(shí)例對(duì)一系列重要參數(shù)的設(shè)置方法作出經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

關(guān)鍵詞：SAP雙船作業(yè);硬件配置;軟件配置;重要參數(shù)

0引言

長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)在某些特殊海域油氣勘探上難以取得突破性成果,比如中生代地層,其經(jīng)歷多次構(gòu)造改造作用,地震成像較差。雙船聯(lián)合勘探利用大容量寬頻震源,連續(xù)長(zhǎng)偏移距接收,可望對(duì)中深層復(fù)雜地質(zhì)體進(jìn)行更好的地震成像,提高成像質(zhì)量。相對(duì)于單船二維地震勘探,雙船聯(lián)合勘探的技術(shù)核心是兩船導(dǎo)航定位系統(tǒng)之間通訊和信號(hào)同步問(wèn)題。

1作業(yè)方法與原理

地震勘探雙船作業(yè)可由不同的目的分為廣角反射地震合成排列法(SAP)[1]、折射擴(kuò)展地震排列法(ESP)[1]和UnderShooting[2]等模式。2013年“探寶號(hào)”船和“奮斗四號(hào)”船執(zhí)行的廣角反射地震合成排列法(SAP)雙船作業(yè),其作業(yè)方式為兩船前后相距一定距離以相同方向、相同速度沿著同一測(cè)線(xiàn)等距離交替放炮并共同記錄地震數(shù)據(jù),如圖1所示。這樣可采集到各共反射點(diǎn)不同偏移距的反射信號(hào),組成較大偏移距、較多疊加次數(shù)的共深點(diǎn)道集,從而增加勘探深度[3]。

主船(探寶號(hào))觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)由DGPS、船參考點(diǎn)(NRP)、震源中心、電纜首末接收道中心、尾標(biāo)RGPS節(jié)點(diǎn)組成;副船(奮斗四號(hào))觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)由DGPS、船參考點(diǎn)(NRP)、震源中心、電纜首末接收道中心組成。隨著外設(shè)數(shù)據(jù)的更新,觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化。其中,主船網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模塊(NCN ncc)不但可以計(jì)算本船放炮位置和放炮時(shí)間,還可以根據(jù)副船位置觀測(cè)值構(gòu)成的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)推算副船每一個(gè)放炮點(diǎn)位置,并通過(guò)無(wú)線(xiàn)電將放炮時(shí)間發(fā)送到副船。因此,主副船的速度和航向必須保持高度的穩(wěn)定性,否則容易導(dǎo)致采集位置偏差或者出現(xiàn)丟炮現(xiàn)象。副船每次放炮后,主船NCN ncc模塊會(huì)立即推算出其下一放炮時(shí)間并送達(dá),保證主副船有足夠的時(shí)間進(jìn)行同步,這在無(wú)線(xiàn)通訊繁忙的多炮船作業(yè)或者無(wú)線(xiàn)通訊質(zhì)量不佳的情況下顯得尤其重要。

圖1　SAP法雙船作業(yè)

2硬件描述

硬件方面除了DGPS、羅經(jīng)、RGPS、水鳥(niǎo)等配置外,主副船均安裝了一套R(shí)F-HT+900MHz和一套R(shí)F-24027 2.4GH點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)備，如圖2所示，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。每套R(shí)F-HT+900 MHz均有自己的CallBook,其工作原理是通過(guò)相互讀取對(duì)方的CallBook而解碼出對(duì)應(yīng)設(shè)備，如圖2中orca1的序列號(hào),達(dá)到相互通訊的目的。RF-24027 2.4 GH型無(wú)線(xiàn)電臺(tái)工作原理是把其中一臺(tái)設(shè)置為hub,另一臺(tái)為remote遠(yuǎn)端,通過(guò)“self-learning bridge”模式快速識(shí)別局域網(wǎng)內(nèi)各設(shè)備地址(Concept Systems Limited.2012),適合傳輸較大數(shù)據(jù)量或工區(qū)內(nèi)存在較多障礙物的情況。一般情況下默認(rèn)選擇2.4 GHz電臺(tái)作為主通訊設(shè)備,900 MHz電臺(tái)為輔,以保證傳輸可靠性。

作業(yè)過(guò)程中,記錄系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、震源系統(tǒng)分別在主副船上運(yùn)作,信號(hào)和數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)電臺(tái)相互傳輸存在不穩(wěn)定性,需要充分保證時(shí)間系統(tǒng)的統(tǒng)一和觸發(fā)信號(hào)的一致。時(shí)間質(zhì)檢單元(Symmetricom)可以有效檢測(cè)各信號(hào)時(shí)間誤差情況并提供多種信號(hào)收發(fā)時(shí)間對(duì)比檢驗(yàn)功能,精度可達(dá)到μs級(jí),滿(mǎn)足地震作業(yè)ms級(jí)精度要求[4]。如MST_NavTB&SLV_NavTB、MST_NavTB&SLV_TB,前者監(jiān)測(cè)主副船觸發(fā)信號(hào)的一致性,如圖2所示,后者反映了主船預(yù)計(jì)放炮時(shí)間和副船氣槍控制系統(tǒng)返回信號(hào)之間的時(shí)間差。只要差值在設(shè)定的閾值范圍內(nèi),可以認(rèn)為該次觸發(fā)是有效的[5]。

圖2　雙船無(wú)線(xiàn)通訊示意圖

3軟件配置

進(jìn)行雙船作業(yè)配置前需要確認(rèn)三點(diǎn):1) 兩船操作系統(tǒng)一致;2) 兩船Orca導(dǎo)航系統(tǒng)版本及補(bǔ)丁一致;3) 兩船無(wú)線(xiàn)設(shè)備處于開(kāi)通狀態(tài)。

兩船導(dǎo)航系統(tǒng)配置均以單船配置為基礎(chǔ),通過(guò)修改成為雙船配置。副船新建項(xiàng)目,輸入項(xiàng)目名稱(chēng)、ID、主副船名稱(chēng)、主船路由器地址和通訊端口,作業(yè)角色為slave,保存配置并轉(zhuǎn)換到新項(xiàng)目。然后在主船的“添加副船”功能中輸入副船名稱(chēng)、路由器地址和通訊端口。在主船進(jìn)程中確認(rèn)無(wú)線(xiàn)連接成功后,副船激活自身配置。最后副船設(shè)為被動(dòng)模式(Passive Mode),主船合并(Merge),則副船所有配置通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳送并顯示在主船導(dǎo)航系統(tǒng)上。

圖3　雙船作業(yè)Orca系統(tǒng)合并配置流程

4重要參數(shù)

4.1時(shí)序

圖4所示為雙船作業(yè)的時(shí)序圖,時(shí)序主要以主船的炮點(diǎn)預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)。首先觸發(fā)水鳥(niǎo)傳送羅盤(pán)和深度信息,然后在預(yù)測(cè)放炮時(shí)間前50 ms向槍控系統(tǒng)發(fā)送觸發(fā)信息。由于使用無(wú)線(xiàn)傳輸會(huì)有延遲,主船不會(huì)等副船上的驗(yàn)證TB信號(hào)來(lái)啟動(dòng)記錄,而是在預(yù)測(cè)放炮時(shí)間自己產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)來(lái)啟動(dòng)儀器開(kāi)始記錄。副船本身并不觸發(fā)震源系統(tǒng),而是通過(guò)主船發(fā)送的炮點(diǎn)預(yù)測(cè)信息來(lái)觸發(fā),并將實(shí)際的放炮信息返回給主船。

圖4　雙船作業(yè)時(shí)序圖

4.2“牛眼”模式(BullsEye)

只要設(shè)定了主副船間距和相對(duì)位置,主船導(dǎo)航界面可以實(shí)時(shí)生成“牛眼”,“牛眼”模式精確地指示了副船放炮點(diǎn)的位置,對(duì)副船自動(dòng)駕駛或者人工駕駛起到了重要的指導(dǎo)作用。配置“牛眼”實(shí)際上是設(shè)定主副船之間炮點(diǎn)距離,X方向?yàn)榇怪庇跍y(cè)線(xiàn)偏距,Y方向?yàn)檠販y(cè)線(xiàn)方向距離。如圖5所示,“牛眼”指示了副船放炮點(diǎn)位置。

圖5　“牛眼”模式

4.3自定義“凍結(jié)時(shí)間”(freeze before shot)

炮間距較長(zhǎng)的情況下,下一炮炮點(diǎn)實(shí)際位置與預(yù)測(cè)時(shí)間對(duì)應(yīng)炮點(diǎn)位置之間可能存在較大誤差。因此,如果主副船通訊狀況良好,用戶(hù)可自定義凍結(jié)時(shí)間。凍結(jié)時(shí)間是指下一實(shí)際放炮時(shí)刻前n毫秒長(zhǎng)度。例如,凍結(jié)時(shí)間設(shè)為n=4 000 ms,則把實(shí)際放炮前4 000 ms NCN作出的最后一次炮點(diǎn)預(yù)測(cè)作為最終預(yù)測(cè)結(jié)果,這樣既能保證各船在4 000 ms內(nèi)同步,又能最大限度地保證推算精度[5]。

4.4最少放炮時(shí)間間隔(MSI)和最大放炮距離誤差(MSE)

在惡劣的海況下作業(yè),船速可能因水流沖擊突然加快,放炮時(shí)間間隔縮短到一個(gè)記錄長(zhǎng)度以?xún)?nèi),致使記錄數(shù)據(jù)不完整。例如,正常記錄長(zhǎng)度為16 s,如果船只在較短時(shí)間內(nèi)(如15 s)到達(dá)下一放炮點(diǎn),則有1 s的記錄丟失。因此,應(yīng)將MSI設(shè)置為正常記錄長(zhǎng)度,同時(shí)根據(jù)海況對(duì)測(cè)船的影響合理設(shè)置MSE。當(dāng)記錄系統(tǒng)處于記錄狀態(tài)(即在MSI時(shí)間內(nèi)),測(cè)船處于MSE定義的誤差范圍內(nèi)時(shí),如果導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)出放炮指令,則震源會(huì)等待記錄系統(tǒng)完成記錄后立即放炮[6]。本次“探寶號(hào)”和“奮斗四號(hào)”雙船作業(yè)中,由于海況惡劣,副船操控狀況不佳,放炮點(diǎn)經(jīng)常跳出“牛眼”范圍導(dǎo)致第一次試驗(yàn)丟炮情況頻繁出現(xiàn),將MSI設(shè)為一個(gè)記錄長(zhǎng)度、距離誤差設(shè)為5 m后丟炮現(xiàn)象得以避免。

5結(jié)束語(yǔ)

無(wú)論何種雙船作業(yè)方式,除了船舶操控的穩(wěn)定性外,最關(guān)鍵要解決雙船通訊和信號(hào)同步問(wèn)題[6]。以本文所述的硬件、軟件配置以及相關(guān)重要參數(shù)的設(shè)置為基礎(chǔ),“探寶號(hào)”船和“奮斗四號(hào)”船執(zhí)行的SAP雙船作業(yè)得以順利完成,希望這些設(shè)置經(jīng)驗(yàn)可以為其他方式雙船或多船作業(yè)提供對(duì)比和借鑒。

參考文獻(xiàn)

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朱振華(1981-),男,碩士,工程師,主要從事海洋測(cè)繪及導(dǎo)航定位研究工作。

曾凡祥(1981-),男,碩士,測(cè)繪高級(jí)工程師,主要從事海洋測(cè)繪及導(dǎo)航定位研究工作。

易鋒(1985-),男,碩士,工程師，主要從事海洋測(cè)繪及導(dǎo)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

作者簡(jiǎn)介

中圖分類(lèi)號(hào)：P228.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-9268(2016)01-0106-04

收稿日期：2015-06-10

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.01.022

聯(lián)系人： 朱振華 E-mail: 53080704@qq.com