介绍
在过去的几十年里，应对陆地地震的数代无电缆采集系统已经进入了市场。随着现有技术的发展，系统得到改进，从而提高了运营效率。无电缆系统变得更小、更轻、更紧凑。定时系统得到了改进，电池运行连续使用时间也得到了提高。随着新一代系统的出现，其可靠性在地震项目中得到了大规模的验证，无电缆采集开始受市场的青睐。
最新一代无电缆系统（称为节点系统）利用当前的技术来进一步改善上述属性。节点设计者可以访问可用技术的公共集。然而，使用何种技术以及如何应用技术取决于目标驱动的设计决策。当相互比较时，导致的结果是节点功能和规格的混合。规模的对立面是节点成本，需要通过节点能力的设计权衡来达到平衡。如果过于强调节点成本，则必须减少甚至消除功能和性能特征，通常会将所需的基本功能转移到系统层面，从而增加运营成本。
英洛瓦的Quantum节点系统是兼顾低成本和高性能之间平衡方法的一个领先案例。本文在野外作业的背景下探索Quantum能力的关键领域。
Quantum 概述
Quantum是一个拥有丰富功能的节点采集系统。从节点出发并在整个系统中移动是Quantum的一个独特特性，旨在提高地震采集的效率。Quantum节点轻巧、坚固耐用，并且放置在一个箱体里，简化了部署配置操作。凭借其扩展的运行时自主性和无线质量控制能力，地震承包商可以在野外记录期间保护数据和采集完整性。包含Quantum节点设计的iX1系统是在总结多年地震节点采集系统开发经验的基础上设计的。iX1系统由硬件和软件组成，用于提供震源控制、数据排列的可视化质量控制和高效数据管理，所有这些都是为执行高质量地震作业而构建的。Quantum特性的概述如图1所示。
图1 Quantum特性概述
野外案例研究
Quantum已在世界各地的各种环境中广泛部署。本节提供了Quantum在极端环境中的性能示例，以及利用Quantum特性提高运营效率的方法。
GPS 和低温性能
最近将 Quantum 系统部署在俄罗斯的两处恶劣环境中，目的是验证埋地和低温运行时节点的GPS性能。
首次试验在北西伯利亚的克拉斯诺亚尔斯克边疆区开展。该地区以主要由气候条件引起的极具挑战性的地震作业而闻名。若干位置的节点被埋在雪中，部分埋置深度90厘米，温度达到-30摄氏度。在整个部署期间，Quantum节点能够保持GPS同步，并继续在规范范围内记录，即使是在最深的埋深也能进行记录。
Quantum电池性能也是一大亮点。在每天24小时记录四天后，检查节点状态，所有节点显示剩余95%的电池电量。在野外测试之前，Quantum节点在-30摄氏度的温度室内进行评估。将节点进行编程以便在该温度下连续记录，直到电池耗尽。结果显示，所有被测节点的平均运行连续使用时间为48天。根据野外测试结果，这相当于剩余44天以上的电池运行时间，这表明当在野外低至-30摄氏度运行时，温度对Quantum电池容量几乎没有影响。
第二次测试在俄罗斯中部的梁赞地区进行。该次测试的地点位于一处森林茂密的地区，在测试的大部分时间里都有强降雨。将Quantum节点部署在地表和埋深高达60厘米的沙土中。在部署期间，使用iX1野外工具监控Quantum节点状态。同样，Quantum节点从未丢失GPS卫星同步，在这些具有挑战性的条件下记录也没有问题。
图 2 iX1 野外质量控制工具和测试位置图片
Quantum 单检波器 VS 检波器阵列
在俄罗斯的南乌拉尔地区进行了另一项测试。测试的目的是将几个不同检波器阵列的记录数据与Quantum进行比较。Quantum可以用一个5Hz或10Hz的单个高灵敏度地震检波器来制造。对于此项测试，使用了配置有5Hz内置高灵敏度地震检波器的Quantum节点。与检波器阵列相比，单个Quantum传感器具有显著的野外作业优势。检波器阵列增加了系统重量，并且需要更多人力来部署。在数据质量相当的情况下，单个Quantum节点仅重650克将成为一项优势。
共计部署了480个Quantum节点，与不同的检波器阵列同位协作，并连接到电缆系统进行记录。接收器间距为12.5米，使用爆炸源记录了121个源点。对数据进行记录和处理。
结果表明，Quantum节点检波器的频谱与阵列的频谱相当。最主要的区别是信号幅度，正如预期的那样，信号幅度与阵列中检波器元件的数量和灵敏度相关。图3显示了所有测试的地震检波器的振幅-频率图和初次叠加记录。
图 3 振幅-频率图和处理记录
充分利用系统能力
将Quantum部署在一个由山区、河流、村庄和城镇组成，中间点缀着茂密的植被和森林的附加项目中。在该地形中，勘测设计包括74,000多个接收器点和12,000多个源点，覆盖473平方公里的工作区域。由于可控震源车的进出受限，因此，全部使用炸药震源进行生产。
将iX1系统与29,000多个Quantum节点一起用于该项目。iX1系统配置一台采集计算机，用于整合节点状态质控，提供已部署站点的完整集中地图以及每个站点的质控结果。另外将一台转录计算机和Quantum节点机架用于同时下载数据和电池充电。放炮队配备了英洛瓦Shot Pro脉冲震源控制包。
使用运行iX1 Quantum 质控应用程序的野外质控工具在野外采集详细的接收机状态信息。质控工具具备无线蜂窝通信功能，可以将野外状态信息通过现有的蜂窝网络发送到中央iX1采集计算机。这使整合质控信息的过程比将质控信息从野外物理传输到中央计算机更高效。在中央计算机上，由作业人员使用特定质控参数的彩色编码分类级别对iX1软件进行设置。如图4所示，结果显示在接收器的完整数据排列状态图上。
图 4 iX1 整合 Quantum 节点状态质控显示图
为了获得最大震源生产效率，Shot Pro以自主模式运行。该方法能够让野外中央震源编码器和解码器之间不再需要无线电通信，从而消除了可能妨碍生产的潜在无线电放炮问题。这些问题会阻碍生产，鉴于项目的地形，这是一个特别值得关注的问题。质控工具和相关的iX1应用程序还利用实时跟踪显示功能和Quantum节点来验证Shot Pro解码器的时断信号，(图5)。记录每个放炮套件的时断信号，并相互比较，以确认所有时断信号均在正确的时间生成。这提供了一种在没有与中央iX1计算机上的编码器进行无线电连接的情况下验证时断信号的方法。
图 5 iX1 实时跟踪监视器，用于质控放炮套件时断信号
Quantum 和 iX1 采集系统的特点和性能为承包商提供了获得最大利益的机会。因此，473平方公里的项目从开始到结束（包括进场、部署、放炮、数据交付和遣散），在36天内完成。自首个Quantum节点的布局到最终数据交付，在23天内完成了生产。
结论
虽然本文只举了几个例子，但Quantum和iX1系统已经在一些最苛刻的环境中广泛应用，证明了野外作业的可靠性。小规模至超大规模勘测的部署证明了 Quantum 作为全功能地震节点系统的能力。系统功能旨在简化野外操作并提高效率，实现低成本和高性能之间的理想平衡。
