6.4 Понятие о цифровых телеметрических сейсмических регистрирующих системах

Основной недостаток рассмотренных выше сейсмических регистрирую­щих систем (сейсмостанций) связан с необходимостью использования многожильного кабеля, длина которого достигает нескольких километров, для передачи сигналов от сейсмоприёмников в регистрирующий аппаратурный комплекс. Провода кабеля являются фактически антеннами, подключенными ко входу предварительных усилителей, на которые наводятся сигналы от внешних электромагнитных полей. Но главным недостатком кабельного подключения является индукционная связь входов СрК. Если в каком-либо из каналов присутствует сильный сигнал, то за счёт индукционных связей он будет создавать сигналы и в других СрК, соизмеримые по уровню с регистрируемыми сейсмическими сигналами (взаимные влияния каналов). Уровень взаимных влияний по косе схемами диагностики не измеряется, а он, как правило, значительно больше чисто аппаратурных взаимных влияний.

Кабели сейсмической косы работают в сложных условиях: испытывают большие механические нагрузки, изоляция нарушается за счет температурных, химических, радиационных факторов, возникающие трещины обуславливают возможность появления гальванической связи между каналами, что ещё больше увеличивает уровень взаимных влияний.

Кроме того, механические характеристики многожильных кабелей (вес, механическая прочность) быстро ухудшаются с увеличением числа каналов – практически трудно обеспечить канальность одной линии приёма свыше 120.

Отсюда вытекает стремление отказаться от использования сейсмических кос. Кардинальное решение проблемы найдено в телеметрических сейсмических регистрирующих системах (ТСС), упоминавшихся ранее. Коренное отличие ТСС от рассмотренных выше сейсмических станций состоит в разделении аппаратурного комплекса на две части:

• наземный комплекс аппаратуры (НКА), рассредоточенный на дневной поверхности вдоль линии (линий) наблюдения;

• бортовой комплекс аппаратуры (БКА), размещённый на борту транспортного средства и включающий в себя центральный регистрирующий комплекс (ЦРК) и систему электропитания.

Основу НКА составляют малоканальные телеметрически управляемые сейсмические станции, осуществляющие приём сейсмических сигналов от сейсмоприёмников, регистрацию их во внутренней памяти и последующую передачу по тем или иным каналам связи в ЦРК. В терминологии, принятой у основного разработчика сейсморазведочной аппаратуры в России Саратовского СКБ сейсмического приборостроения, которой будем придерживаться далее, они называются блоками сбора данных – БСД. Именно блоки сбора данных определяют информационные характеристики конкретных ТСС (для некоторых, наиболее распространённых в России, ТСС они приведены в таблице 6.1).

БСД располагаются на местности вдоль одной (профильная или двумерная (2D)система наблюдений) или нескольких (пространственная или трехмерная (3D)система наблюдений) линий наблюдения (далее – ЛН). Ко входам БСД подключаются соединительные кабели одной или нескольких (в зависимости от канальности БСД) групп сейсмоприёмников равномерно распределённых вдоль той же ЛН. Количество сейсмоприёмников в группах, расстояния между ними и расстояния между центрами групп (Х_ПП) определяются системой наблюдения, выбранной для конкретной площади исследований.

Для дистанционного управления БСД и передачи зарегистрированной информации в ЦРК блоки сбора данных подключаются телеметрическому каналу связи. Конструктивно канал связи может быть коаксиальным или оптоволоконным кабелем, витой парой, радиоканалом. Для определённости далее будем рассматривать наиболее употребительное соединение с помощью коаксиального телеметрического кабеля, последовательно соединяющего все БСД одной ЛН. Кабель каждой из линий наблюдения подключается к коммутационному устройству – блоку линии наблюдения (БЛН). БЛН осуществляет управление работой БСД этой линии и передачу информации в ЦРК. Для этого выход БЛН подключается к одному из входных портов ЦРК¹.

Электропитание НКА обеспечивается включением в его состав блоков питания (БП), которые в свою очередь получают энергию от блоков аккумуляторов (БА). Каждый из БП обеспечивает несколько БСД и БЛН. В некоторых системах функции БП выполняют БЛН. В ТСС «Прогресс-Т3»при малом числе каналов в расстановке питание может осуществляться от ЦРК

Канальность ТСС зависит от объёмов регистрируемой информации (объёма внутренней памяти БСД) и пропускной способности каналов связи. Представить возможности современных ТСС можно зафиксировав параметр шага дискретизации – например, t = 0.002 c. (значение, используемое чаще других). Тогда :

• «Прогресс-Т3» может иметь до 1200 каналов на 1 ЛН  до 2640 каналов на 1 входной порт ЦРК  до 4-х входных портов (число необходимых портов определяется Пользователем при заказе ТСС Изготовителю) до 10 560 каналов.

• Sercel -428XL: коммутация ЛН через модуль LAUX-428 позволяет иметь до 10 000 каналов на одно входное устройство ЦРК (LCI-428)  до 10 входных устройств  до 100 000 каналов.

Реальное число используемых каналов складывается из числа активных каналов, которое определяется выбранной системой наблюдения , плюс некоторое количество пассивных каналов, представляют собой обычный СрК, но на момент регистрации не подключённый к регистрирующему устройству. Пассивные каналы необходимы для перемещения рабочей расстановки сейсмоприёмников (активных каналов) по профилю по мере его отработки путём перекоммутации расстановки. Таким образом, общее число СрК, имеющихся в распоряжении оператора ТСС обычно на 20  50% превосходит число каналов рабочей расстановки. Конкретное количество каналов и входных портов ТСС зависит от экономических возможностей геофизической организации, но, как правило, не превышает её технических возможностей.

Условно можно выделить четыре режима работы ТСС:

• ТЕСТИРОВАНИЕ :

• Контроль параметров оборудования: контролируются амплитудная и фазовая неидентичность каналов, уровень собственных шумов аппаратуры, коэффициент нелинейных искажений , взаимные влияния каналов, степень подавления синфазной помехи и т.п.;

• Контроль системы наблюдения: шумы расстановки (микросейсмы), сопротивление линии, сопротивление утечки, отклонение сейсмоприёмников от вертикали и т.п.

• РЕГИСТРАЦИЯ – по команде ЦРК все БСД, соответствующие активной расстановки сейсмоприёмников включаются в режим регистрации с параметрами, установленными для этого режима, и производят преобразования сигналов, поступающих на входы СРК, и запись сигналов в цифровой форме на внутренний носитель БСД.

• ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ В ЦРК:

  • ЦРК последовательно активизирует БЛН системы наблюдений, после активизации одного из БЛН с его помощью последовательно активизируются все БСД, участвовавшие в регистрации, после активизации соответствующего БСД происходит последовательная передача информации из внутренней памяти БСД в ЦРК (в ускоренном темпе);

В процессе передачи часть передаваемой информации (по выбору оператора) может быть визуализирована на экране дисплея или в виде твёрдой копии.²

• СЛУЖЕБНЫЙ РЕЖИМ – используется при наладке аппаратуры.

Состав ЦРК и его функции

ЦРК включает в себя следующие элементы:

• блок центральный, включающий в себя входные порты;

• управляющий компьютер с мониторами (в некоторых ТСС, например, Sercel-428UL, управление ТСС осуществляется отдельным сервером на базе рабочей станции Sun, а интерфейс с пользователем организуется на базе персонального компьютера с несколькими мониторами);

• устройство визуализации информации на твердый носитель;

• устройства управления и синхронизации источников упругих колебаний.

Функции ЦРК:

• управление наземным комплексом аппаратуры;

• контроль параметров НКА;

• контроль расстановки сейсмоприёмников;

• обработка сейсмических сигналов в процессе их регистрации в ЦРК (в реальном времени) или после неё, включающая в себя:

  • вертикальное или взвешенное вертикальное накопление сигналов;

  • корреляционное преобразование вибротрассы до или после накапливания;

  • редактирование пиковых значений (выбросов) сигналов;

  • построение амплитудно-частотных спектров сейсмограмм;

  • фильтрация ВЧ и НЧ при воспроизведении сигналов в визуальной форме;

  • ручная, программная или автоматическая регулировка при воспроизведении сигналов в визуальной форме;

  • построение растрового изображения сейсмограмм для визуализации на экране монитора или на твёрдом носителе.

• регистрация на внешний промежуточный носитель в формате SEG-D или SEG-Y;

• формирование файлов, описывающих реальную систему наблюдения и порядок её отработки (SPS-файлов);

• управление источниками упругих колебаний (импульсными или вибрационными) по радиоканалу с помощью специализированных устройств управления.

Недостатки ТСС.

Основными недостатками ТСС по отношению к классическим сейсмостанциям с линейным разделением каналов являются следующие:

• высокая сложность и стоимость оборудования;

• повышенная технологическая сложность проведения полевых работ (необходимость размещения на местности не только групп сейсмоприёмников и соединительных кабелей, но и оборудования НКА);

• повышенная организационная сложность эксплуатации ТСС (обеспечение работоспособности и сохранности оборудования НКА распределённого на площади работ вне прямой видимости).

Тем не менее, анализ тенденций развития современной сейсморазведки показывает, что в производственных геофизических организациях происходит вытеснение классических сейсмостанций телеметрическими системами, несмотря на отмеченные выше недостатки. Причина этого:

• в высоких технических характеристиках ТСС, недостижимых в сейсмостанциях с линейным разделением каналов по канальности и уровню взаимных влияний;

• в универсальности ТСС по отношению к методике работ;

• в возможности наращивания канальности регистрирующих систем;

• в возможности проведения работ в труднодоступной местности при использовании беспроводных каналов передачи информации.

В настоящее время во многих разведочных геофизических организациях классические сейсмостанции используются главным образом при проведении работ по изучению строения верхней части разреза и используют для этого лишь часть СрК. Это в свою очередь породило спрос на цифровые сейсмостанции с числом каналов 24  96. Количество станций Прогресс-Л с пониженной канальностью, выпущенных Саратовским ОАО «СКБ СП» практически сравнялось количеством полноканальных вариантов.

Современные тенденции развития ТСС состоят:

• в снижении весовых показателей и энергоёмкости оборудования НКА;

• в выпуске оборудования, позволяющего использовать каналы передач информации различных (проводные и беспроводные), в том числе и одновременно (например, ТСС Sercel-428XL, «Роса-А», ТЕЛЛС-3);

• в разработке оборудования НКА, позволяющего проведение работ на мелководных участках акваторий (например, возможно использование НКА ТСС на глубинах: Sercel-428XL – до 15 м., ТЕЛЛС-3 – до 30 м., Прогресс-Т-3 – до 30 м. в стандартном исполнении и до 50 м. в специальном контейнере БСД), что даёт возможность пересечения акваторий без потери информативности и проведения работ в транзитных зонах.

Более подробно проблемы цифровой регистрации сейсморазведочной информации рассмотрены к книге В.И. Бондарева «Сейсморазведка», издания 2007 года [2].

На кафедре геофизики Саратовского университета в настоящее время имеется сейсмостанция Прогресс-Л с канальностью 24 и телеметрическая сейсморазведочная регистрирующая система Теллс-1, с которой вы столкнётесь при прохождении учебной практики по сейсморазведке.