地震数据采集记录系统的发展与思考

术难题，适应宽方位、高密度、多波等物探新技术的 发展，地震采集道数已从原来的几百道发展为几千 道、以至上万道。这就要求未来地震仪器具备超强带 道能力、性能指标高，且体积小、施工灵活方便。因 此地震仪器需要满足以下几个方面的要求。
信号发生器、高速数据回收接口。这些也是适用于复 杂地区单点采集的节点式地震数据采集系统。
——Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｓ 公司推出的 Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｓ Ｇｅｏｄｅ ＤＺ ３－ Ｄ 系统、ＳｔｒａｔｉＶｉｓｏｒＴＭ ＮＺＸＰ ＋ Ｇｅｏｄｅｓ 系统也是一种很适 合于小型三维、高精度勘探的地震数据采集系统。其 ２０ｋＨｚ 的工作带宽（采样率从 ０．０２µｓ 至 １６ｍｓ）既适应于 超高频工程调查，又使用于低频的天然或人工地震的 监测［７］。
３０ 石油科技论坛·２０１０ 年第 ２ 期
易碧金 等：地震数据采集记录系统的发展与思考
二、不同输方法的地震仪特点
随着社会各种技术，特别是电子技术、通讯技术 和机械制造技术的发展和进步，地震仪器研制人员一 直在不断地探索着把其他领域发展所形成的先进技术 应用于地球物理的勘探开发领域，以便进一步降低仪 器成本和勘探开发的作业成本，并更好地满足地球物 理勘探开发的要求。目前出现了多种地震仪器，它们 在地震数据的采集、传输、应用等方面各具特色，不 仅丰富了仪器市场，也为不同的地球物理勘探开发提 供了个性化需求的服务选择。
—— ＩＯＮ 公司推出的是 ＳＹＳＴＥＭ 系列、Ｓｃｏｒｐｉｏｎ R、 ＡＲＩＥＳ Ⅱ等有线传输的仪器，但一直在研究和尝试推 出无线与存储相结合的仪器，例如 ＳＹＳＴＥＭ Ⅳ ＶＣ、 Ｆｉｒｅｆｌｙ R。目前最新的有线传输仪器产品是 ＡＲＩＥＳ Ⅱ（图 １）、ＳｃｏｒｐｉｏｎR ，无线采集系统是 Ｆｉｒｅｆｌｙ R。
在数字检波器研究方面，２０ 世纪 ９０ 年代末期，国 外地球物理制造商开始研制检波器和采集站一体化采 集系统。ＩＯＮ 公司 ２００２ 年推出的 ＳＹＳＴＥＭ Ⅳ和 ２００６ 年 推出的 Ｓｃｏｒｐｉｏｎ R 系统都可以配接数字检波器。ＳＥＲＣＥＬ 在 ２００２ 年推出的系统实现了基于 ＭＥＭＳ 的全数字系统 ４０８ＤＳＵ。这两家公司的地震仪器和数字检波器仍是当 前最先进的。
以数据通讯的方式把仪器分为有线仪器（采用双绞 线传输技术）、无线仪器（采用无线传输技术）和节 点式或独立型仪器（采用授时和数据本地存储技 术）。然而，地球物理勘探开发所面临的高精度地球 物理勘探技术研究与应用的难题，对目前仪器的状 况似乎有更高的要求，特别是低成本、高效益的要 求。开发什么样的仪器、如何开发具有前瞻性的地震 仪器系统也越来越受到地球物理勘探开发公司、设 备研制厂商的重视。
目前国内外正在使用的地震仪器还是以有线传输 技术的仪器为主体，使用的道数以满足三维勘探为 主，一般使用 ４０００ 道左右的采集作业（实际排列在 ８０００ 道左右），测线数在１２～１６ 线之间，测线距２００～３００ｍ， 道距一般为 ５０ｍ（小量采用 ２５ｍ）。目前已经有万道的 采集施工，总的来说道数朝大道数发展。无线仪器作 为有线仪器的补充使用，主要用于海上或沼泽地区， 目前使用较少。而存储或节点型仪器，由于地震数据 不能进行实时控制、需要进行后处理等存在一定风险 等原因，除在个别地区进行过特殊勘探应用外，一直 处于试验和探索应用阶段。
４０８ＵＬ、４２８ＸＬ 等。 ２ ． 无线传输式采集系统 无线通讯技术的迅速发展、ＧＰＳ（全球定位系统）
的不断普及和完善，为无线数据传输仪器最终能够取代 有线传输仪器提供了可能，产生了很大的吸引力。无线 仪器的最大特点是省去了有线仪器中占有 ６０％以上重量 的地震数据通讯的专用传输电缆，由于采集站之间不需 要有形连接，对地表的人员通过要求也相应降低。但是 由于无线传输的特定因素，例如，无线电干扰、频率带 宽限制、通讯盲区等不利因素，使无线仪器在稳定性等 施工方面出现缺陷；另外，由于使用电台、采集站单独 供电等，导致仪器成本偏高。但是随着电源管理技术、 无线通讯技术的不断发展，许多原来纯无线传输仪器在 不断改进，缺陷也在弥补。例如，利用 ＶＨＦ 长距离通讯 的特点，加上 ＧＰＳ 信息解决排列部署时站点的定位；适 用于地震仪器控制命令的发送和同步等方面，采用 ＩＳＭ 频段的有关技术来解决传输速率等问题。
图 １ 有线传输仪器 ＡＲＩＥＳ Ⅱ —— ＳＥＲＣＥＬ 公司推出的是 ４０８、４２８ 系列的有线 传输仪器，目前主推 ４ ２ ８ 系列。新推出的无线仪器 ＵＮＩＴＥ 作为有线仪器的补充，兼容 ４２８ 主机。 —— ＦＡＩＲＦＩＥＬＤ 公司原来一直致力于开发无线传 输的地震数据采集记录系统。最新推出 Ｚ－ＬＡＮＤ，这 种系统的野外采集单元集传感、信号调理与 ＡＤ 转换、 数据存储、同步控制、电源及电池于一体，是当今设 备最简化、体积最小的系统之一。适用于复杂地区的 单点采集，自称为可进行真正宽方位角的节点式 （ＮＯＤＥ）数据采集系统［５］。 —— ＯＹＯ ＧＥＯＳＰＡＣＥ 公司以生产海上地震采集装 备和井中采集装备而著称，其主要产品有井间地震 仪、海底电缆、地震检波器等。最新推出 ＧＳＲ 存储式 地震仪器［６］，其采集站整合了 ＧＰＳ 接收机、内置测试
这类仪器结合了无线通信、数据存储和电力技 术，是一种高效能、ＨＳＥ 较好的新型地震仪器。目前 比较典型的仪器包括 ＭＳ２０００、３Ｓ－１、ＧＳＲ、Ｚ－ＬＡＮＤ 等， Ｕｌｔｒａ ５、 ＳｉｇｍａＴＭ、Ｆｉｒｅｆｌｙ R 也具有该类仪器的存储功能。
以下为最新推出的几种无线仪器或独立存储型仪 器对比表（表 １）。
除以上所述的几家主要生产厂家生产的地震仪器 外，还有日本 ＪＧＩ 公司推出的 ＧＤＡＰＳ 系列和 ＭＳ２０００、 德国 ＤＭＴ 公司推出的 Ｓｕｍｍｉｔ Ⅱ、美国 ＳＩ 公司推出 ＳＩ２０００，以及 Ａｓｃｅｎｄ Ｇｅｏ 推出的 Ｕｌｔｒａ［１０］等。它们各有自 己的技术特色，可能在某一领域还占据领先地位，但 系统的整体性能尚不具备足够的竞争实力。
关键词：数据传输输无线仪器输节点式仪器输本地存储输数字检波器输混合型系统 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－３０２ｘ．２０１０．０２．００７
地震数据采集记录系统（以下简称地震仪器）是 集地震数据传感、采集、传输、处理和控制于一体的 高精度复杂系统之一。它作为地球物理勘探开发最 前端的数据采集设备，自诞生以来一直就受到地球 物理界人士的关注。地震仪器几十年的成长已经从 几道的模拟仪器发展到了十万道的全数字仪器，命 令或采集数据的传输或通讯覆盖了通过双绞线或光 缆有线传输、借助 ＶＨＦ 频段或 ＩＳＭ 频段的无线传输、 ＧＰＳ 授时控制的本地存储回收［１，２］。因此，我们通常
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专家论坛
一、地震仪器市场状况
目前研究和生产地球物理勘探开发装备的厂家很 多，他们生产的设备因技术优势或经验的差异以及设 备的应用场合、重点解决的勘探问题等原因而各具特 色。但是，主要是以ＩＯＮ、ＦＡＩＲＦＩＥＬＤ、ＯＹＯ ＧＥＯＳＰＡＣＥ、 ＳＥＲＣＥＬ 等老牌的仪器服务公司为代表，Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｓ、 ＪＧＩ、ＤＭＴ、Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ、Ａｓｃｅｎｄ Ｇｅｏ、Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｓｏｕｒｃｅ 等公司也在推出自己的特色仪器［３，４］。
易碧金 等：地震数据采集记录系统的发展与思考
地震数据采集记录系统的 发展与思考
中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司 易碧金金姜金耕金高金华
摘摘要：地震数据采集记录系统是地球物理勘探的核心装备之一。随着物探技术与电子技术的发展，这一系统在不断地 更新、换代。文章从未来地球物理勘探开发的需求出发，分析了目前世界主要地球物理装备制造市场仪器现状以及在用或强 力推出的几种不同结构、不同数据回收方式的仪器的优缺点，阐述了未来仪器将朝着超大道数、混合型方向发展的思想。
１ ． 有线传输地震数据采集系统 以双绞线为传输媒体的有线传输系统一直被认为 是看得见、摸得着的最为稳定、可信赖的实时传输系 统。目前光缆的成功应用又为这种系统注入了新的活 力，从根本上解决了万道以上实时数据采集的传输障 碍。这种仪器由于整个系统内部各个部件之间全部采 用双绞线这种有形介质连接，能够自动地形成野外站 体的拓扑结构，在时间和空间上是相对独立的封闭系 统，从而受其他外界信号的影响较少，因此它相对稳 定，使故障判别容易、定位准确，排除故障简单快速。 由于集中供电，需要配备的电源等辅助设备较少。 另外，激发前能够使用激发源控制系统来确保在 每次放炮前所有采集参数满足最优的技术条件；在数 据的采集过程中，能够实时对来自每个地面站的每个 数据包进行检查，确保数据的完整性；一旦出现数据 中断，则会通过重传数据包来解决。因此这种具有遥 测数传结构、自动质量控制和激发源控制器集成在一 起的有线系统能够确保采集的地震数据精确、可信、 无风险。另外，随着具有良好的抗噪声干扰、长的传 输距离、较高的传输速率和多站能力的 ＲＳ－４８５ 技术［１１］， 具有短距离高速传输的 ＬＶＤＳ（低电压差分信号传输） 技术［１２］，具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或 某个端用户失效不影响其他站点或端用户通信等优点 的网络通讯技术［１３］等一系列技术的发展和应用，为有 线仪器的实时数据传输提供了新的技术支持。 但是，由于部件之间的有形连接，需要人工布置 电缆，对地表有人员通行的要求。另外，笨重的大线 需要人员和运载设备资源。这类仪器占有目前绝大市 场份额，应用最多的仪器包括 Ｓｃｏｒｐｉｏｎ R 、ＡＲＩＥＳ Ⅱ、
三、地震勘探开发所面临的问题及对 地震仪的需求
当前，国内的油气藏勘探已进入一个发展和运用 复杂地区地震资料采集技术及低信噪比数据处理技 术、解释技术等新的阶段。地层岩性、小断块、深层 圈闭等复杂领域的油气勘探开发，复杂地表区以及非 构造和隐蔽油气藏已逐渐成为未来勘探的主要对象。 需要在复杂的地表条件和复杂构造条件下发现新的远 景勘探领域，需要寻找更多的埋藏深度大和复杂程度 高的油气藏，并要解决构造精细解释和储层参数精细 描述等问题。面对勘探对象越来越复杂的地形条件、 地表结构、地腹构造和储层非均质性的特点，如何改 善深层数据品质、提高复杂地质体成像质量、提高地 震勘探的分辨率和保真度，已是目前国内物探技术正 着力解决的技术难题。为了解决勘探开发生产中的技