0 引言

深海拖缆地震数据采集^[1-2]的设备较集中，且水下设备监控困难，采集的数据量大且施工连续。以往采用线下质控方式，即当前阶段数据采集完毕后再进行质控，这样既不能对采集设备的状态做及时监控，也不能对所采集数据做实时分析，导致发现问题滞后，未能及时中止勘探船队采集了许多有问题数据，造成相应的经济损失。

为了提高地震勘探现场数据采集的效率，及时发现数据采集设备问题，减少施工时间和经济成本，本文提出将地震采集系统与质控系统组网，并共享存储设备，实现实时质量监控、多项任务并行处理。当有新采集地震数据生成时，质控系统能对地震数据做质量分析处理，自动监测拖缆、枪阵等采集设备工作状态，减少甚至避免人工干预，实时发现采集设备的问题，为船队提供及时的参考依据，从而快速解决问题。

1 概述

实时质控系统能自动监控地震数据存储设备，当有新采集的地震数据时，质控系统即开展预设的各种数据处理。该质控方式称为实时监测质控。

要实现采集设备实时监控，采集系统与质控系统必须同步工作。图 1为采集系统与质控系统的硬件部署，可见采集系统与质控系统通过共用同一个NAS(网络存储盘，也称集中存储)达到采集系统与质控系统同步工作。当采集系统接收到新采集的地震数据时，采集系统即将新地震数据写入NAS，这时质控系统就可同步读取NAS上新地震数据，并及时做各种质控处理。

质控系统的信息来源于采集的SEG-Y^[3-4]或SEG-D^[5-6]格式地震数据，地震数据中包含许多辅助信息，如导航数据、枪控数据、仪器检测数据等，这些信息种类较丰富。对于以SEG-D格式记录的地震数据，其导航数据和枪控数据等信息都记录于SEG-D的外部头块中。导航数据记录的信息包括炮号、测线名、水深、船的位置和船速等；枪控数据则记录了气枪震源^[7]的阵列大小、触发模式、每炮容量、压力、沉放深度、同步误差和激发时间等参数；另外还包括每个子阵和每个单枪的状态等信息。为了有效开展质控，需提取这些信息，并通过图件或数据表格等形式进行显示，供用户分析、查验。

2 信号机制

质控系统是通过Linux操作系统的信号机制实现实时监控。当监控目录下有新数据生成时，操作系统会产生实时信号，质控系统利用该信号通知相应程序启动数据实时自动监控。

质控系统的实时监控由独立线程、信号处置和地震数据完整性处理等三项技术构成。

2.1 独立线程

进程中使用signal或sigaction系统函数设置信号，该信号的到来会中断正在调用的函数，必须要处理中断，这使程序复杂化。

图 2为质控系统独立线程工作流程图，可见质控系统使用了pthread_ sigmask系统函数屏蔽信号，且设置一个单独线程处理该信号，其他线程则不受影响^[8]。

2.2 信号处置

图 3为质控系统中信号处置的流程图，当信号出现时，系统自动识别监控目录中新产生的地震数据文件^[9]，并将相应文件送入待处理地震数据队列，进行实时监控。

2.3 地震数据完整性处理

由采集系统向质控系统共享盘传输地震数据时，若写入共享盘的速率过慢，而质控系统读共享盘的速率相对过快，则在实时处理该数据过程中，就有可能出现读到数据文件结尾的假象——读取的地震数据长度小于实际长度，造成读数据混乱。质控系统必须对此做出相应处理，因为地震数据还在不断被写入。质控系统采用“多次试读，且在试读之间设置短暂时间间隔”的办法解决此问题。

3 数据叠加监控数据质量

通过单次剖面或简单叠加^[10]等手段监控采集数据质量，其中叠加方式主要包括共炮点叠加、共接收点叠加、共缆叠加和CMP叠加等。叠加过程会累积/放大异常噪声，从而实现对电缆通道的质量控制。各种叠加均以实时方式实现，为了提高叠加处理效率，采用在已有叠加结果上更新的方法，即加入新采集数据并更新相应覆盖次数。

CMP叠加是通过建立临时观测系统，抽取CMP道集，进行初步动校正和切除，再做叠加得到叠加剖面。由于此做法的目的仅是便于做质量控制，所以为了节省时间，对三维数据可只抽取一条缆线数据做此项监控处理。

临时观测系统是根据最小坐标(x，y)、最小炮线号、最小炮点号、炮线间距、炮点间距、缆间距、道间距、缆数、每缆道数、起始/结束炮点号、方位角和炮点到第1条缆线的横向距离等初始参数，计算工区网格，定义炮点和检波点的相对位置、CMP面元大小和位置等。图 4为实时CMP叠加效果图。

4 均方根(RMS)振幅分析

均方根(RMS)振幅分析技术是采集过程中常用的一种质控方法^[11]，其主要功能是对能量进行分析、对比，即用给定时窗内采样点的RMS振幅表征该时窗内采样点的能量水平。

在应用RMS振幅分析噪声水平过程中，时窗选取至少应包含初至前时窗、目的层时窗和深层时窗等三种。初至前时窗RMS振幅分析，主要用于评估环境噪声水平；目的层时窗RMS振幅分析，主要用于评估有效信号水平；深层时窗RMS振幅分析，主要评估有效信号的衰减情况。

RMS振幅计算单位有微巴和分贝两种。

$ \mathrm{RMS}=A_{\mathrm{RMS}} \times 1000 / {S} $

(1)

式中：A_RMS为振幅均方根值；S代表灵敏度；RMS振幅单位为V/bar(自定义大小)。

分贝计算公式(适用于速度和压电检波器数据)

$ \mathrm{RMS}=\frac{1}{n} \sum\limits_{i=1}^{n} 20 \lg A_{i} $

(2)

式中：A_i为采样点振幅；n为参与计算的样点数。

时窗定义可选择两种方式：直接通过多个点定义多边形时窗和自动计算定义时窗。

根据反射波时距曲线方程计算海底时间，所定义的时窗可随海底的起伏而变化，计算式为

$ T^{2}=T_{0}^{2}+x^{2} / v_{0}^{2} $

(3)

式中：T为每道对应的海底反射时间；v₀为水速；T₀=2d/v₀(d为水深)；x为炮检距。在以T开始的一个固定长度的时窗内进行RMS振幅分析。

信号时窗RMS振幅分析是统计每炮中各道RMS振幅，并可绘制平面散点图(图 5)，用于分析与电缆有关的微观环境变化，一般选取海底反射后的高信噪比数据区域做统计。在统计结果中，有效反射均表现为一系列线性较强能量，这些强能量随道号(对应炮检距)增加迅速衰减，该趋势越明显表明资料信噪比越高；通常反射能量越强间接反映水体越深。

图 5为信号时窗RMS振幅分析结果，其底部为每炮中各道RMS振幅，上部以散点图方式呈现。单炮RMS振幅分析是统计矩形时窗内各记录道RMS振幅，并按各道所在空间位置显示统计结果。图 6为单炮RMS振幅分析结果，其下部为单炮地震数据，顶部为时窗内记录道RMS振幅。

5 辅助道分析与监控

炮数据中相同震源的不同信号，如时钟时断信号(CTB)、现场激发信号(FTB)、GPS信号、水断道(WTB)和近场子波信号等，都各自占用一个辅助道。针对辅助道中信号，据其所在时间范围按时窗完整截取，然后将同一炮内所有此种辅助道信息拼接成一道，不同的炮按相同时窗划分开展信息截取和拼接，最后将拼接好的记录道做实时显示，从而实现辅助道信息的分析与监控。

各厂商(型号)仪器的辅助信号道数量不同，如6缆Sercel仪器的辅助道为43，12缆IO仪器的信号道较少。辅助信号道的水断道，每缆对应一个单独的海底封检波器，用来接收直达波，对电缆进行监控，查验电缆是否释放到位。TB信号验证仪器是否同步，CTB是控制器发出的激发时间，枪阵的实际激发时间是FTB。枪阵的每个气枪都安置一个近场检波器，如Sercel仪器双源6缆船，一个枪阵有18个近场检波器，可得36道近场检波器记录。

气枪自激^[12]是气枪不受枪控器控制而自行激发的现象，出现此现象时数据要重新采集。通过近场子波实时显示，很容易发现气枪自激。当信号中出现高频轻微抖动时，即表示相应近场水听器附近可能存在轻微漏气。图 7显示漏气的实际现场情形。图 8为监控数据的显示结果，每一道由18个检波器的近场记录组成，将同一枪号的所有炮的记录道一并实时显示，及时发现气枪漏气。

6 实际应用效果

以上测控技术已在GeoEast^[13-14]环境下形成了一套相对独立完整的拖缆采集现场实时质控系统和相应的质量监控流程。经过勘探船队的实际现场试用，获得高度认可；进一步将该套监控流程应用于多个实际勘探项目，均取得了良好效果，在解决了多种关键的现场问题的同时，节约了成本。如在印尼项目中检测出5次漏气，并甄别出坏道，节约施工成本逾10万美元；由于所采集地震数据质量高，甲方对该软件的实用功能大加赞赏。

在质控效率方面，以三维双源拖缆地震数据为例对该系统与国外某商用软件进行了对比。所选用地震数据为12缆×640道，测线长度为50km。国外软件采用传统监控流程，即在地震数据采集完成后，再用相应的监控功能进行处理。而本文质控系统是在采集系统开始采集生成地震数据时就同步实施质控，当地震数据采集完毕时，大部分质控处理已结束。同样的数据量，本文质控系统需1.5h完成，而国外软件耗费了4h，差别显而易见。该实时质控技术充分满足了深海拖缆地震数据采集现场实时质控的需要，填补了中国在此领域的空白。

7 结束语

深海拖缆采集仪器系统与现场质控系统设备一体化，并通过信号机制、数据叠加、振幅分析和辅助道分析等手段，可实时有效监控采集设备的状态及采集数据的质量，监控气枪状态、气管漏气、气枪自激、压力变化及电缆噪声发育情况等。质控系统可实时发现并解决问题，为勘探船队节省了作业时间，提高施工效率。实施现场监控的同时能将原始采集数据加载到GeoEast处理系统中，省去了后续处理阶段批量解编数据的步骤，节约了大量的读取数据和计算时间，进一步提高了数据处理效率。