image
Home Journals Progress in Geophysics
Progress in Geophysics

Abbreviation (ISO4): Prog Geophy      Editor in chief:

About  /  Aim & scope  /  Editorial board  /  Indexed  /  Contact  / 
Online first  /  Current issue  /  All issues  /  Top access  /  RSS

Progress in Geophysics >

2024 , Vol. 39 >Issue 4: 1493 - 1500

DOI: https://doi.org/10.6038/pg2024HH0275

Research and application of quality monitoring technology based on node instrument data acquisition

  • ShaoFeng ZOU
Expand

Received date: 2023-07-25

  Online published: 2024-09-29

Copyright

Copyright ©2024 Progress in Geophysics. All rights reserved.
Fold

Abstract

Compared with traditional cable based acquisition, the use of node instruments has higher collection efficiency and lower cost. In order to adapt to the transformation of onshore seismic acquisition methods from cable to node, on-site data processing and quality control technology also needs to shift from shot domain to detection point domain. Therefore, this article proposes a real-time and efficient quantitative quality control technology for common detection point gathers collected by node instruments. Firstly, the integrity of detection points and data is checked in the detection point domain through precise positioning technology such as automatic matching of gun channels, "first checking both ends, then checking the middle", and other methods. Then, through the multi attribute quantitative analysis technology of common detection point gathers, various attributes such as abnormal interference, 50 Hz industrial electricity statistics, and low-frequency abnormal energy statistics are automatically counted to control the quality of collected data. Finally, the common detection point gathers are classified and rated based on their energy, background interference, and other attribute statistics. The quality control method proposed in this article has been applied in the entire node collection work area of complex mountain areas in the south, effectively shortening the data recovery time, improving the efficiency of collection and processing, and ensuring the accuracy and reliability of node instrument data collection.

Cite this article

ShaoFeng ZOU . Research and application of quality monitoring technology based on node instrument data acquisition[J]. Progress in Geophysics, 2024 , 39(4) : 1493 -1500 . DOI: 10.6038/pg2024HH0275

0 引言

在地震勘探中，用检波器来感应大地质点的振动，接收地震波信号.传统的地震采集检波器为有线仪检波器，随着勘探不断深入，地质需求越来越高，地质目标向深、隐、薄等非常规发展，高精度地震勘探的推广应用，地震采集需要的覆盖次数和炮道密度越来越高，采用有缆的检波器已经不能满足高密度地震采集的需求.在实际地震采集中，有缆检波器有多个方面的限制，在复杂山地区不能保证检波点的正常布设；有缆检波器越多排列越不稳定，容易发生断排列的现象；有缆采集成本较高，不适于高密度地震勘探等(宁宏晓等，2019；王玉伟等，2022).
近几年，发展了无线节点检波器，相对于有缆检波器，无线节点检波器不需要电缆连接，在复杂山地采集、高密度采集等项目中效率更高、成本更低(董金伟等，2021).另外，节点仪可以24 h接收数据，节点仪采集的数据可以突破传统的观测系统的限制，进行全排列采集，采集得到全波长全时空数据，得到更多信息的采集数据.目前节点仪在陆地资料也得到了较广泛的应用，尤其在东部高密度勘探项目、南方复杂山地项目中，采集日效明显提高.
采集方式从有缆向节点的转变后，导致采集资料的现场前移监控处理技术也需要得到较大的转变.(王进军和李艳军，2013；张贝贝等，2017).在采集与现场前移监控处理难点方面，节点仪与有线仪主要有以下几方面的不同：(1)传统的有缆采集数据能直接得到单炮，因此有缆的现场质控处理是针对炮域进行质控；(2)节点仪采集得到的数据需要通过下载、切割能直接得到共检波点道集；(3)节点仪采集的数据在切割合成的过程中，容易发生漏切、错切、合成错误等问题；(4)节点仪采集的数据不限于观测系统范围内，有大量的设计观测系统以外的数据，数据量为理论设计观测系统的数倍，需要有更快速的、更有针对性的海量数据现场实时质控技术，才能满足高密度勘探的需求.因此，形成一套针对节点仪采集数据的快速实时质控技术是非常有必要的(吴学兵，2021；封楞楞等，2023；张家声等，2023).
目前较为成熟的陆上地震采集数据质控技术主要是针对有缆的，主要通过对单炮炮检点位置检查、单炮的能量、频率、信噪比、高低频干扰等属性的分析，对采集的单炮数据进行质控和评价(石双虎等，2013；潘英杰等，2019).针对节点仪采集的特点，在共检波点道集上进行数据质控，能更快速反馈节点仪采集数据的问题，提高检查效率(任丽莹等，2020；任彦宗等，2021).
本文提出了一套针对共检波点道集的数据高效定量质控技术.首先通过实际数据与理论设计检波点的自动匹配，检查检波点的完整性；通过“先查两边、再查中间”的文件号精确定位检查方式，确保采集数据没有漏道、缺道的问题，通过全零值道的检查，反馈采集数据的回收率；然后通过共检波点道集多属性定量分析技术，质控采集数据的共检波点道集的质量.本文提出的质控方法在南方复杂山地区全节点采集工区进行了应用，有效缩短了数据回收时间，提高采集效率，确保节点仪采集数据的准确可靠，为室内处理提供了准确的基础数据.

1 数据完整性检查技术

节点采集的数据，由于切割合成错误，容易出现全零值道、丢检波点、丢炮等情况，因此提出了一套炮道自动匹配精确定位技术，对数据的完整性进行检查，具体的实施步骤为：
(1) 检查检波点的完整性.通过数据的实际检波点桩号，与理论设计的检波点桩号进行匹配，确保每个检波点都有数据.
如图 1所示，通过实际检波点与理论检波点桩号匹配，统计出该条检波线存在15个检波点没有数据，如图 1a中，检波点不连续，中间缺少15个检波点，对这15个检波点进行重新切割，得到完整的数据，如图 1b中的红色检波点，即为重新切割的检波点.
图1 重新切割前(a)、后(b)检波点位置分布图

(a)重新切割前每个检波点的炮数；(b)每个检波点的最小文件号；(c)每个检波点的最大文件号；(d)每个检波点的中间缺失的炮数；(e)重新切割后每个检波点的炮数.

Fig 1 Distribution map of detection point positions before(a) and after(b)recutting

(2) 检查数据的完整性.首先统计每个检波点接收的最小文件号和最大文件号，与理论的相比较，确保最小文件号和最大文件号没有缺失，然后通过该检波点的文件号与理论设计的文件号相匹配的方式，得到中间缺少的具体文件号.
以检波线1001线为例，首先，统计该条检波线的每个检波点的接收炮数，全排列接收的情况下同一条线的检波点道数是一致的，但是该条检波线的实际接收炮数有两种，说明部分检波点道集实际数据有缺失.如图 2a为检波线1001线的每个检波点道集的接收炮数统计，图 2a中蓝色检波点为12000炮，黄色检波点为11800炮，说明黄色检波点缺少200炮；然后，统计该条检波线的最小文件号，每个检波点的最小文件号相同，与理论设计的也相同，如图 2b所示，说明最小文件号没有问题；第三，统计该条检波线的每个检波点的最大文件号，最大文件号不一致，如图 2c所示，蓝色检波点的最大文件号和理论最大文件号一致，黄色检波点较理论最大文件号缺少了190炮，说明黄色检波点最大文件号端缺少了190炮.第四，通过每个检波点的文件号与理论文件号相匹配的方式，检查出中间实际缺少的具体文件号，如图 2d为每个检波点缺少的炮数，红色为0炮，蓝色为10炮，通过这种方式，得到这200炮的具体文件号，对这些检波点的缺失的200炮进行重新切割，如图 2d为重新切割后的数据统计的每个检波点的炮数是一致的.
图2 共检波点道集缺失数据检查过程

Fig 2 Missing data check process for common receiver gather

(a) Number of shots of common receiver gather before recutting; (b) Minimum Ident number of common receiver gather; (c) Maximum Ident number of common receiver gather; (d) Missing shots of common receiver gather; (e) Number of shots of common receiver gather after recutting.

(3) 检查每个检波点的空道数.通过统每一道的能量，得到检波点道集的全零值道，若连续多个检波点存在全零值道，则需要将存在空道的数据重新切割，得到正确的数据.
图 3所示为统计的每个检波点的空道数分布图，图中绿色颜色表示该检波点全零值道数为0，红色表示该检波点全零值道数为4，如图 3a所示，说明红色的检波点有4炮为全零值，从炮域来看这4炮的13个排列、每个排列都有144道是零值，影响范围还是挺大的，因此需要对这4炮进行重新切割，数据补全后的共检波点道集全零值道分布图为图 3b所示，全零值道道数都为0.
图3 重新切割前(a)、后(b)检波点全零值道数统计

Fig 3 Statistics of all zero value traces of common receiver gather before(a) and after(b)recutting

2 共检波点道集多属性定量分析技术

在检查完数据完整性的基础上，对共检波点道集进行质量检查，通过共检波点道集的异常干扰分析、低频异常干扰、50 Hz工业电干扰、环境噪声、检波点道集能量等属性的统计，得到属性异常的检波点，结合人工，重点检查这些属性异常的检波点道集，提高质控效率，将存在问题的检波点及时反馈给施工组检查，提高后续采集质量.
(1) 异常干扰统计.统计初至以下的数据的均方根振幅与初至以上数据的均方根振幅的比值，若该比值小于或等于1，则该检波点初至以下数据的能量较初至以上的数据能量弱或者相当，说明该检波点异常，通过该属性的统计，筛选出异常检波点.
(2) 低频异常干扰统计.通过带通滤波，对每个检波点的低频端的数据和原始的检波点的数据进行均方根振幅统计，得到每个检波点低频干扰的占比，筛选出低频干扰的占比较高的检波点.
(3) 50 Hz工业电干扰统计.统计50 Hz工业电干扰的均方根振幅，得到每个检波点的50 Hz工业电干扰属性，筛选出占比较高的检波点.
(4) 环境噪声统计.对初至以上的数据进行均方根振幅统计，即为每个检波点的环境噪声的能量.检查环境噪声较严重的检波点.
(5) 检波点道集能量统计.统计每一个检波点道集的初至以下的目的层的均方根振幅，一般来说，有近偏移距的数据的检波点能量较强，分布在远偏移距的检波点能量相对较弱.
如图 4所示为异常干扰分布图，由于节点仪故障的，节点仪接收数据不正常等原因造成检波点道集存在异常，如图 4中红色检波点即为异常干扰较为严重的检波点.这类检波点不能通过重新切割得到正确的数据，为了不影响后续的处理工作，在室内处理时需要将这部分检波点道集作为异常道处理.
图4 检波点异常干扰分布图

Fig 4 Abnormal interference distribution map of common receiver gather

如图 5为检波点低频异常干扰分布图，这类干扰可能是由于节点仪漏水等因素引起的，导致数据存在严重的低频干扰，因此需要对低频异常干扰进行统计检查，如图 5中红色检波点即为低频异常干扰较强的检波点.
图5 检波点低频异常干扰分布图

Fig 5 Low-frequency abnormal interference distribution map of common receiver gather

如图 6为检波点道集50 Hz工业电干扰分布图，一般来说，由于高压电等影响，附近的检波点接收的数据会存在较为严重的50 Hz工业电干扰，另外，如果节点仪存在漏电的情况，接收到的数据也会存在严重的工业电干扰，如图 6中红色检波点即为50 Hz工业电干扰较强的检波点.
图6 检波点50 Hz工业电干扰分布图

Fig 6 50 Hz industrial electrical interference distribution map of common receiver gather

如图 7为每个检波点的环境噪声分布图，有厂矿分布、人文活动多的区域，背景噪声较强，图中黄色为环境噪声能量较弱，褐色为环境噪声能量较强的检波点，统计的检波点道集环境噪声强区域与工区主要干扰源位置分布应较为一致.
图7 检波点环境噪声分布图

Fig 7 Environmental noise distribution map of common receiver gather

如图 8为每个检波点道集的能量分布图，图中红色的检波点能量较弱，紫色的检波点能量较强，符合实际采集的规律，即远偏移距共检波点，初至能量比值较低，具有近偏移距的检波点，初至能量比值较高，对于不符合规律的检波点，需要重点检查和反馈.
图8 检波点能量分布图

Fig 8 Energy distribution map of common receiver gather

图 9为基于共检波点道集的快速定量检测技术流程图.
图9 基于共检波点道集的快速定量检测技术流程图

Fig 9 Flow chart of fast quantitative detection technology based on common geophone gathers

3 实例应用及效果

将该技术在南方某复杂山地项目中进行应用，该项目是复杂山地全节点采集项目，全排列接收，即同一条检波线的检波点接收的炮数是相同的，接收的数据为标准观测系统的5倍左右，数据量较大.采集回收数据以检波线方式回收，得到共检波点道集进行质控.首先针对采集的共检波点道集数据，采用本文提出的质控方式，快速检查检波点的完整性和数据的完整性，将存在的问题反馈给采集施工组进行重新切割.
如图 10所示，为质控后重新切割前后的单炮显示，图中红色曲线为偏移距曲线，蓝色为检波点高程线.重新切割前，存在部分检波点缺失，通过质控，确定缺失的具体检波点信息，重新切割缺失的检波点，将数据补充完整，图 10b红框中即为重新切割后补充的数据.
图10 重新切割前(a)、后(b)单炮

Fig 10 The shot before(a) and after(b)recutting

同时，检查数据是否存在全零值道，通过本文方法将全零值道的具体信息定位，反馈给施工组进行针对性的切割，如图 11为重新切割前后的共检波点道集，图中为按照放炮时序排序显示，图 11a中连续一段时间采集的数据都为全零值道，通过重新切割，如图 11b所示，全零值道有效减少，数据回收率得到提高.在这个工区中，通过采集数据现场质控，节点仪回收率由99.51%提高到了99.74%, 数据回收率由98.96%提高到了99.71%.
图11 重新切割前(a)、后(b)共检波点道集

Fig 11 Common receiver gather before(a)、and after(b)recutting

对完数据完整性进行检查后，采用本文方法提出的多属性定量分析技术，对该工区全节点采集的共检波点道集数据进行定量检查和分析，通过对共检波点道集的异常干扰、50 Hz工业电干扰、低频异常干扰、背景干扰、共检波点道集能量等属性的定量统计，得到异常检波点，分析产生异常检波点的原因，及时反馈给施工组进行对节点仪和采集环境进行检查.如图 12为通过异常干扰分析得到的异常检波点道集，图 13为低频干扰较强的异常检波点道集，另外还有50 Hz工业电干扰严重的检波点、环境干扰严重的检波点等，经过统计分析，得到本工区异常干扰检波点占比为1%左右，低频异常干扰检波点占比为1%左右，50 Hz工业电干扰发育的检波点占比为2%左右，这些检波点道集都需要进行反馈给施工组进行重点检查节点仪工作状态和采集环境，为后续的采集提供指导.
图12 异常干扰检波点道集

Fig 12 Abnormal interference ommon receiver gather

图13 低频异常干扰检波点道集

Fig 13 Low-frequency abnormal interference of common receiver gather

图 14为本次前移监控处理的偏移剖面，该工区主要目的层系较多，从侏罗系到寒武系，从常规到非常规都要兼顾，对资料品质要求较高.从偏移成果上看，处理资料浅、中、深层波组齐全，信噪比较高，同相轴连续，构造合理，波组特征清楚，能满足解释需求.
图14 南方某节点仪采集资料偏移剖面

Fig 14 Migration profile of node instrument data in south

4 结论

针对陆上地震勘探节点采集数据现场前移监控处理，本文创新性地提出了针对共检波点道集的数据快速定量质控技术，在检波点域对采集数据进行质控，实时反馈采集中存在的问题，形成24h高效反馈机制，让节点仪采集“盲采不盲”，有效提高采集数据回收率和数据回收时间，保证采集基础数据的可靠性.
(1) 相对于有线采集，节点采集效率更高，数据量更大，为了进一步加快节点仪海量数据现场前移实时质控效率，可进一步发展共检波点道集的切割方式.
(2) 后续处理能压制大部分异常干扰和环境干扰，但是不能完全恢复受到污染的有效信号，因此采集时需要最大程度地控制环境噪声，提高采集数据质量，前移监控处理是非常有必要的.

感谢中石化石油物探技术研究院有限公司居兴国首席的大力支持和帮助.

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
Dong J W , Zhang H , Huang K . Application and effect of wireless node acquisition technology in seismic exploration in the eastern complex surface area. Progress in Geophysics, 2021, 36(5): 1948 1955

DOI

Feng L L , Wu C , Li H L . Quality control technology of positioning data based on first break. Petroleum Geology and Engineering, 2023, 37(2): 8-12 8-12, 20

Ning H X , Tang D L , Pi H M . The technology and development of "WBH" seismic exploration in land, China. Geophysical Prospecting for Petroleum, 2019, 58(5): 645-653

Pan Y J , Sun Z , Du Q B . High performance on-site real-time quality control solution for blended acquisition. Progress in Geophysics, 2019, 34(2): 803-809

DOI

Ren Y Z , Lu Z W , Zhang X Y . Progress in data acquisition and processing technology of portable node seismographs. Progress in Geophysics, 2021, 36(2): 779-791

DOI

Shi S H , Deng Z W , Duan Y J . Intelligent quality control in high efficiency seismic data acquisition. Oil Geophysical Prospecting, 2013, 48(S1): 7-11 7-11, 46

Wang J J , Li Y J . Summarizing the hardware and software configurations of the ES109's data acquiring car. Petroleum Instruments, 2013, 27(5): 47-49 47-49, 51

Wang Y W , Wang M Y , Xu W R . Wireless node acquisition technology and its applications. Geophysical Prospecting for Petroleum, 2022, 61(6): 975-984 975-984, 1005

Wu X B . A field trial of a novel nodal acquisition system. Geophysical Prospecting for Petroleum, 2021, 60(2): 272-282

Zhang B B , E D L , Qi Y F . Application of 508XT and DSS system inhigh efficiency seismic acquisition. Equipment for Geophysical Prospecting, 2017, 27(6): 356-359

Zhang J S , Zou L , Li Q . Overview on the development of seismic exploration node instrument design. Equipment for Geotechnical Engineering, 2023, 24(4): 12-17

董 金伟 , 张 宏 , 黄 凯 . 无线节点采集技术在东部复杂地表区地震勘探中的应用及效果. 地球物理学进展, 2021, 36(5): 1948-1955

DOI

封 楞楞 , 吴 超 , 李 慧龙 . 基于初至波的定位数据质控技术. 石油地质与工程, 2023, 37(2): 8-12 8-12, 20

宁 宏晓 , 唐 东磊 , 皮 红梅 . 国内陆上"两宽一高"地震勘探技术及发展. 石油物探, 2019, 58(5): 645-653

潘 英杰 , 孙 哲 , 杜 清波 . 针对混叠采集现场质量监控的高性能解决方案. 地球物理学进展, 2019, 34(2): 803-809

DOI

任 彦宗 , 卢 占武 , 张 新彦 . 便携式节点地震仪数据采集和处理技术进展. 地球物理学进展, 2021, 36(2): 779-791

DOI

石 双虎 , 邓 志文 , 段 英杰 . 高效地震勘探数据采集智能化质控技术. 石油地球物理勘探, 2013, 48(S1): 7-11 7-11, 46

王 进军 , 李 艳军 . ES109地震数据采集仪器车硬件及软件配置. 石油仪器, 2013, 27(5): 47-49 47-49, 51

王 玉伟 , 王 铭义 , 徐 文瑞 . 无线节点采集技术及应用. 石油物探, 2022, 61(6): 975-984 975-984, 1005

吴 学兵 . 一种新型节点采集系统试验. 石油物探, 2021, 60(2): 272-282

张 贝贝 , 鄂 殿梁 , 齐 永飞 . 508XT仪器与DSS系统在高效地震采集中的应用. 物探装备, 2017, 27(6): 356-359

张 家声 , 邹 磊 , 李 勤 . 地震勘探节点仪器设计发展综述. 地质装备, 2023, 24(4): 12-17

Options
Outlines

/

〈 〉