王文争 杨世刚 张延同

(1.中国地质大学 北京) (2.胜利石油管理局物探公司 山东东营)

Sonardyne声学二次定位系统在浅海物探中的应用

王文争1、2杨世刚2张延同2

(1.中国地质大学 北京) (2.胜利石油管理局物探公司 山东东营)

文章主要从Sonardyne声学定位系统的工作原理和技术特点入手,研究了该系统在浅海地震勘探中进行海底检波器二次定位的应用方法,以及一些常见故障的排除方法。并结合滩海地震勘探施工的实际情况,总结出一套行之有效的工作模式和流程。

Sonardyne;二次定位系统;浅海地震勘探;应用

0 引 言

在浅海物探施工中,海底检波器二次定位是对海上勘探施工中提高地震数据接收质量的一种非常重要的技术手段。声学定位系统是进行海底检波器二次定位的主要设备,其利用声纳技术、空间定位技术,对海底压电检波器进行实时测量,确定海底压电检波器的实际位置。胜利物探公司以前使用的I/O二次定位系统由于定位精度低、定位效率慢、实时性差等缺点,严重制约着海洋地震勘探野外工作的开展。为了提高浅海地震勘探的精度和效率,引进了Sonardyne公司的声学二次定位系统产品TZ/OBC。该系统与目前使用的二次定位系统相比具有定位精度高、测量效率高、系统容量大、电池寿命长等优点。

1 Sonardyne声学二次定位系统[1]

1.1 系统组成

系统设备包括定位主机(OBC 12 Transcevier Kit)、应答器(Sonardyne Transponder)、接口电源单元、数据实时处理软件HydroPos Seismic数据采集和数据后处理(Acquisition&Post processing)。

定位主机OBC 12 Transcevier是核心部分,主机产生一种声纳信号通过换能器发出并激发应答器,应答器接收到激发信号后迅速发出应答信号并通过应答器传给主机。主机接收到应答信号并记录下每一个信号的传播时间,通过接口电源单元传给计算机。

HydroPos Seismic软件用于接收并处理采集数据并实时显示应答器在海底的实际位置坐标,直观显示与设计理论坐标相对位置。如图1所示。

应答器编码测/试单元程序器是Sonardyne声学二次定位系统中独立的便携式单元。它是用来给应答器设定ID号、分配组号,检查或修改已存入应答器中的以上参数;也可检查应答器的电池电压,水中测距功能等。

图1 设计理论坐标相对位置

RFID设备,利用 RFID可以进行全部设备的跟踪,RFID天线是非接触设备,安装在导缆槽中,并与RFID拾读器连接,距离在 3m以内,拾读器用电缆与电源和导航系统连接,系统将自动记录应答器标示,并组合GPS定位生成相关布设预铺文件。

1.2 声学二次定位系统的工作方式

Sonardyne声学二次定位系统能实现多台收发机同时数据采集,系统应答器的地址容量超过401组,每组9个独立应答码,可使每个队同时布设3609个的海底电缆信标而没有地址重复。系统的野外采集是HydroPos Seismic软件在预铺文件有效的范围内寻址发射采集。

二次定位系统施工方式、工作模式如图2所示。

图2 二次定位系统施工方式、工作模式

2 Sonardyne声学二次定位系统应用[2]

2.1 施工前的准备工作

通过对Sonardyne声学二次定位系统研究,其工作原理及技术特点决定了野外的施工方式。

1)所有的应答器在室内统一编写地址码和RFID射频识别码,同时检测应答器的电量,保证应答器在整个施工期内保持良好的工作状态。

2)随机成组抽取部分应答器在施工工区进行精度、采收率、采集速度实验,从而对设备进行技术检测并提供检测报告。

3)根据施工方案合理的分配所有应答器至压电检波器,至少2道一个应答器。

4)由RFID设备配合GPS定位在放缆过程中自动生成相关预铺文件(cbl预置文件包),或根据放线人员提供应答器与桩号对应关系班报人工制作预铺文件。

2.2 二次定位系统野外的应用[3]

1)GPS仪器及HydroPos Seismic软件参数配置的检核

出海施工前须用HydroPos Seismic软件连接仪器并在控制点上对仪器和软件配置进行检核。

2)预铺文件的制作

由于海上施工情况复杂,使用RFID设备配合GPS定位在放缆过程中自动生成相关预铺文件(cbl预置文件包)的方法受到很多限制,使用人工提前制作预铺文件的方式则更为有效。

(1)在准备施工测线前,由施工技术人员和放线人员共同把下一步所有准备放置到桩号上应答器的地址编号制作成班报。

(2)测量二次定位人员根据施工班报提前使用采集软件HydroPos Seismic软件准确的制作预铺文件。

3)野外二次测量数据采集

(1)按照图示正确连接定位系统的各类部件。

(2)在二次定位船行进到排列的端点时,定位船要超出端点一定的距离,以保证定位观测量均匀分布。

(3)施工中对于检波点偏离设计坐标较大的要及时通知放线负责人员,根据相关要求做出相应的处理,然后另建预铺文件和记录文件重新采集。

(4)二次定位采集船的速度要根据野外实际情况进行相应的调节,但船速应控制应达到如下要求:采集的数据数量达到软件处理的要求;采集数据的质量在较好的范围内。

(5)根据野外的实际情况选择二次定位主机的发射及接收功率。

(6)多台定位主机同时进行施工时,根据Sonardyne声学二次定位系统的工作原理及工作方式,相邻的施工定位船间距必须要大于1.5 km,否则将造成相互之间的干扰,从而影响二次定位的成果。

实际操作过程中定位船运行如图3所示。

在实际测量工作中,可以扩大数据采集的范围,将主机与应答器之间的距离控制在1 500 m～2 000 m,可通过设置不同的Max Range值来实现,这样就可以同时采集4或6条测线。

(7)采集过程中如果出现空点(即应答器没有应答信号),要协同放线人员查找原因。有可能是预铺文件有问题或应答器标签丢失导致预铺文件提供错误,这时应根据RFID签头码重新编写标签,再次制作预铺文件并重新采集。4)数据处理

图3 定位船运行图

使用HydroPos Seismic软件(Acquisition&Post processing)进行野外数据采集和数据后处理,进而监督野外小队的施工。操作员要及时使用合理的处理参数(如残差、水深、声度、Range值等)进行数据处理分析,监控野外检波点的实际位置,处理参数界面如图4所示。设备引进后,已在胜利浅海工区几个项目应用,取得良好的定位效果。

3 结 论

图4 处理参数界面

Sonardyne声学二次定位系统从硬件到软件以及这种工作模式和流程经过在胜利浅海工区的应用检验,二次定位船的采集速度为4～6海里/小时,总的采收率可以达到99%以上,具有极高的工作效率,能够很好的配合地震生产应用,可以大幅提高海底检波器的定位精度,定位成果准确可靠。

[1] 英国Sonardyne公司.Sonardyne TZ/OBC用户手册.2008(资料)

[2] 孔祥元,梅是义.控制测量学(上,下测)[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1996

[3] Q/SH1020 1635—2008.滩海地震勘探定位测量规范[S].胜利石油管理局

Application of sonardyne acoustic positioning system in shallow sea geophysical prospecting.

Wang Wenzheng,Yang Shigang and Zhang Yantong.

The application methods of Sonardyne system is given by analyzing its working principle and technique characters.The methods of elimination for common faults is also presented.A series of working standards and programs are also mentioned to fit the actual situation of shallow sea prospecting operation.

Sonardyne;repositioning system;marine prospecting;application

TP73

B

1004-9134(2011)03-0024-03

王文争,男1969年生,高级工程师,中国地质大学在读博士,现在胜利石油管理局仪器管理中心负责技术管理工作。邮编:257001

2011-02-17编辑梁保江)

PI,2011,25(3):24～26

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