摘要 为了寻找有价值的油气资源，在地球物理勘探过程中，地震仪器的使用和施工方法越来越多，从多源地震仪器到单炮、节点地震仪器等。在以往的施工过程中，由于受到当地的自然条件限制，工区内存在许多不良因素，如：地表起伏、植被茂盛、岩石坚硬、深埋大物等。这些都给野外地震采集带来了困难。而 eSeis节点地震仪器通过对仪器的创新设计和优化处理，提高了仪器在复杂环境下的数据采集能力和采集质量。eSeis节点地震仪器在严寒地区进行野外作业时，为了保证仪器能够在高寒工区正常运行，需要采用很多措施来应对各种不利因素。

关键词：eSeis节点地震仪器 严寒工区 施工技术

引言

随着我国油气资源勘探开发力度的加大，对油气资源的勘探工作越来越深入。我国东部地区油气资源比较丰富，西部地区油气资源相对贫乏。在这样一个大的背景下，我国油气勘探工作越来越受到重视。但是我国幅员辽阔，气候条件复杂多样，对油气勘探工作带来很大困难。

1 eSeis节点地震仪器概述

（一）eSeis节点地震仪器的基本组成

eSeis节点地震仪器的基本组成有：传感器、数据采集单元、无线通信模块等。在严寒地区进行地震勘探工作，因为受到地理环境和气候条件的影响，其地下介质结构复杂，存在许多不稳定因素，给地震勘探带来很大困难。因此，要想在严寒地区进行地震勘探工作，就必须充分考虑到严寒地区的环境特点。例如严寒地区的平均气温比较低，冬季降雪也比较频繁等。如果不考虑到这些因素的影响，在严寒地区进行地震勘探工作就会遇到很大困难。eSeis节点地震仪器能够实现远程遥控操作，而且具有成本低、功耗小、安装简单等特点。因此，在严寒地区进行地震勘探工作时，采用 eSeis节点地震仪器能够很好地解决严寒地区的环境特点对地震勘探带来的影响［1］。

（二）eSeis节点地震仪器的工作原理及技术特点

eSeis节点地震仪器是在 ESEIS的基础上发展起来的一种新型传感器节点仪器，它采用了独特的双路采集方式，最大程度上减少了系统功耗，同时提高了系统的动态范围和灵敏度，具有极高的稳定性。eSeis节点地震仪器主要由控制器、信号采集、信号处理、信号传输和数据存储等几部分组成。其中，信号采集和信号处理部分是 eSeis节点地震仪器的核心部分，它负责将采集到的地震波信号进行实时处理和分析，并通过无线网络传输到上位机。eSeis节点地震仪器具有高灵敏度、低功耗、易部署等优点，在严寒地区石油地震勘探中得到广泛应用。eSeis节点地震仪器的工作原理是：在一个由传感器组成的系统中，传感器接受来自多个采集点的电信号（或机械力），然后将这些电信号转换成相应的电压或电流信号，这些电压或电流信号再转换成数字量（一般为二进制或十六进制）。然后再将这些数字量以无线网络传输到上位机。同时，为了提高系统性能和抗干扰能力， eSeis节点地震仪器中采用了无线网络传输技术。在无线网络传输技术中， eSeis节点地震仪器可以将采集到的数据直接从传感器节点传送到上位机进行分析处理［2］。

（三）eSeis节点地震仪器的优势

eSeis节点地震仪器主要由三部分组成：信号采集系统、数据采集系统和计算机处理系统。其中，信号采集系统包括传感器、传输电缆、接收电缆等；数据采集系统包括计算机、节点地震仪器等。eSeis节点地震仪器具有体积小、重量轻，可以有效节省施工场地；动态范围大，可以实现对高低频信号的同时采集；采样频率高，能够适应不同地区复杂的地下地质情况；具有较强的抗干扰能力，可以提高信号采集的质量；能够实现多个节点同时工作，提高了采集效率。eSeis节点地震仪器具有这些优势，但是它也存在一定的缺点，例如：对环境要求比较高，对施工人员要求比较高，成本相对较高。

2 严寒工区环境特点及其对地震勘探的影响

（一）严寒工区的气候特征

分析严寒地区的气候特征，主要是要了解严寒地区的气候特点，主要有：①高寒、高纬度地区。严寒地区多为高寒、高纬度地区，受地理环境的影响，其气候寒冷。②大风天气。由于受地理环境的影响，严寒地区经常出现大风天气，这对地震勘探工作带来了很大影响，例如：地震波在传播过程中会受到大风的影响而发生反射、折射等现象，这样就会给地震勘探带来很大困难。③降雪天气。严寒地区冬季非常寒冷，而气温又比较低，这样就会对地震勘探工作带来很大影响。例如：当气温降到-50℃时，其对地震波的传播产生很大影响；当气温降到-30℃时，其对地震波的传播产生很大影响；当气温降到-35℃时，其对地震波的传播产生很大影响。④干旱、少雨天气。严寒地区气候干燥少雨，这样就会对地震波的传播造成很大影响；而当干旱少雨时，又会使地震波的传播受到影响。

（二）严寒环境对地震仪器性能的影响

地震仪器是地震勘探中的重要工具，它对地震波的采集和处理起着重要的作用。由于受地域条件和气候条件的影响，我国在不同地区应用了不同种类的地震仪器，尤其是在我国严寒地区。由于受到地理环境、气候条件等因素的影响，严寒地区在地震仪器性能方面也有很大差别［3］。①电池寿命缩短。由于严寒地区昼夜温差大，空气温度低，电池在低温下存储能量差，能量不足，电池寿命缩短。②设备冻结。由于严寒地区昼夜温差大，空气温度低，土壤冻结快，如果设备在冻土层中工作，就会受到很大影响。虽然设备是静止的，但是设备的各个部件还是会存在一定的温度差，而这种温度差将会导致设备冻结。③影响仪器使用寿命。严寒地区环境恶劣，给地震仪器带来很大影响。比如电池寿命缩短、设备冻结、数据传输受阻等。电池是地震仪器的重要组成部分之一，电池寿命缩短将会影响地震仪器使用寿命；设备冻结将会导致数据传输受阻。

（三）严寒条件对施工人员操作及安全的影响

严寒条件对施工人员操作及安全的影响主要表现在：首先，严寒气候会给施工人员的工作带来很大困难，如户外作业、寒冷天气下的饮食、防寒保暖等。其次，严寒气候还会给施工人员的身体带来伤害，如冻伤、冻疮等。其次，严寒气候会对施工人员的心理产生很大影响，导致工作效率降低。针对以上问题，在设计和施工过程中，必须充分考虑严寒条件对施工人员操作及安全的影响，制定合理有效的对策和措施。如：在设备、材料等方面采取防寒保暖措施；加强现场管理，控制生产环境温度；优化生产管理制度，加强职工安全教育；加强与相关部门联系与沟通，合理安排生产进度等。

3 eSeis节点地震仪器在严寒工区施工技术

（一）上线前充电自检

其它节点地震仪的充电箱和下载数据是独立的，eSeis节点地震仪的充电是在一个机柜上完成的，在这个机柜上安装了两位的拨杆开关，一个是充电位，一个是数据下载的检测位。

按照施工工艺要求，将安装好的安装到一箱中，利用HARVESTER软件对每个 eSeis节点的地震元素进行配置，并在投入使用之前进行自检，形成相关的质量控制文件。HM的输出文档，包含了节点单元的日检、自检、检波器测试、GPS时间统计、查线统计、CSV等，并生成 CSV文件，便于后续的检索。在下载测试位中查看每个收集单位的电力，在寒冷的环境下，一般情况下，在8.2 V的情况下，可以持续工作15天。

（二）配备保温措施（如保温箱、加热元件）以保护设备

eSeis节点地震仪器在严寒地区野外作业时，仪器保温是一项非常重要的工作。由于低温环境对设备的影响较大，为了保护仪器不受低温的影响，在施工过程中，可以配备保温箱和加热元件以保护仪器。

保温箱主要是用于放置仪器设备，根据现场情况，需要在保温箱上做好标记，并在保温箱外放置一些保温棉，将设备包裹起来。这样可以起到保温作用。加热元件主要用于仪器的加热，主要是为了使仪器设备在低温环境下不会出现结冰的情况。目前有很多生产厂家都开发了带有加热元件的地震仪器产品。这些设备是专门为低温环境而设计的，可以使仪器设备在低温环境下正常运行。目前市场上还没有任何一款产品可以做到完全防水、防雪、防冻。

（三）设计合理的布网方案，考虑地形、风向、积雪厚度等因素

在高寒地区，一般情况下，地表起伏较大，地形复杂。在这种情况下，传统的布网方案存在诸多缺点。如：仪器与地震道之间的距离过大，无法有效地采集到有效信息；布网过密会使地震道之间的干扰波和噪音增多；布网过稀会影响野外施工效率。

为解决上述问题，可采用多种布网方式。现场布置时，由两名工作人员组成，一名负责钻孔，一名负责安装并启动 eSeis节点。钻孔机的人拿着测试手册，用锤子和钻头在前端钻孔，手册中有一个节点 hunter程序，测试时需要将测试所提供的 SPS文件预先装入，以便测试者能够确认自己的工作是否在线路上。另外一名工作人员将节点单位的尾椎插入钻孔内，再用笔记本启动 eSeis节点，当采集装置顶端的闪烁器变成绿色或按下铃声时，就能确定收集装置工作正常。此外，还在用户手册中安装了 Node hunter，它也是装载了测试所提供的放站 SPS文件，以便在启动时能够验证 eSeis节点单元放置在指定的坐标上。这种方法极大地提高了野外地震采集效率和数据质量。同时也减少了噪音的产生，增加了反射波的频带宽度，提高了地震资料的分辨率和信噪比。

（四）利用无人机或雪地车辅助布网，提高效率

利用无人机或雪地车辅助布网可以有效的降低劳动强度，提高工作效率。在山区进行野外作业时，受地形限制，很难使用常规的测量仪器进行测量，可以通过无人机或雪地车辅助布网来完成对野外采集数据的测量。

无人机或雪地车在布网过程中，通过在不同的地点，根据不同的地形、地貌，利用专业的测绘软件，将野外采集数据准确地绘制成草图或地形图，并且在设计好的草图上进行定位测量，从而确保野外采集数据的精度。使用无人机或雪地车辅助布网还能在施工过程中及时发现问题并解决问题，为后续施工提供准确的施工信息。同时，在野外作业时使用无人机或雪地车可以对施工区域进行有效的监控，避免意外发生。

（五）实时监控数据采集状态，确保数据传输稳定

eSeis节点地震仪器可以快速部署到野外，而且在野外可以通过一台电脑来操作，减少了人员在寒冷的环境中的暴露时间。这是因为 eSeis节点地震仪器通过有线通讯技术，可以在一台电脑上实现对所有设备的操作。从现场的安装到电缆连接、数据接收，都可以在一台电脑上进行。另外， eSeis节点地震仪器还有一个安全保护措施，即数据传输系统中的加密程序。这样就可以保证数据传输过程中的安全性，避免数据丢失或者被窃取。同时， eSeis节点地震仪器可以实现网络与软件、硬件之间的同步工作，从而实现高质量、高效率地完成数据采集工作。

在寒冷地区进行施工时，数据传输是保证数据采集质量的重要环节。为保障数据的稳定性，我们在施工前对网络进行了优化，并通过多种方式进行监控。对网络进行优化：采用多种技术手段来监控网络状态，包括通过有线网络对节点地震仪器进行监控；通过无线网络对节点地震仪器进行监控；通过有线网络和无线网络对节点地震仪器进行监控。通过这三种方式的结合，可以保证数据传输的稳定性。实时监控：在施工前，对数据传输的各个环节进行实时监控。在施工过程中，对数据采集状态和网络状态进行实时监控，发现问题及时解决。当采集到的数据出现异常时，第一时间发现并及时解决问题。应急处理：在施工过程中，发现采集的数据出现异常时，及时调整施工方案。在遇到突发事件时，第一时间与相关人员沟通并妥善处理。

（六）采取措施减少环境噪声干扰

在高寒地区进行地震勘探时，由于风速较大，环境噪声很大。为了减少环境噪声对地震数据的干扰，在野外作业过程中，可以采取以下措施：

在现场设置防风屏障，可有效地降低风速和降低环境噪声。通过调整采集参数来减少环境噪声干扰。采用多震源作业，这样可以有效地减少环境噪声的影响。因为在地震采集过程中，主要是通过震源激发产生地震波，而震源与检波器之间存在着电磁场相互作用，干扰信号通过震源激发到检波器上，从而使检波器输出的地震波发生畸变，导致采集的地震波出现畸变。而多震源作业可有效地抑制这种畸变现象，使采集到的地震波质量得到改善。采用多个节点组合进行观测可有效地减少环境噪声干扰。

（七）利用卫星通信或增强型无线通信技术，克服严寒地区通信难题

在寒冷的天气里， eSeis节点地震仪器的数据传输模块在工作时会出现不同程度的冻结，导致接收模块接收不到数据信号。

为克服这一问题，可以通过增加卫星通信模块或者增强型无线通信技术，来保证仪器能够正常接收到数据信号。同时，也可以采用多点接收的方式来弥补因为网络传输速度慢而导致的数据传输不畅。此外，采用 GPS定位技术来确定仪器的位置，提高数据传输的效率。

4 结语

在我国，寒区地震勘探一直是地震勘探的难点，特别是严寒地区。由于受地理环境和气候条件的影响，其地下介质结构复杂，存在许多不稳定因素，给地震勘探带来了很大困难。但是只要充分考虑严寒气候对勘探工作带来的影响，采取相应的有效措施，就能够保证在严寒条件下地震勘探工作取得更好的成果。

参考文献

[1]王怀秀，肖胜涛. 基于Android的无线节点式地震仪监控系统设计[J].仪表技术与传感器， 2024， （01）： 36-40+63.

[2]孙点峰，王亚红，秦满忠，等. 水下节点地震仪在陆地主动源探测中的应用[J]. 地震科学进展， 2023， 53 （12）： 561-566.

[3]陈洁，赵圣麟，关作金，等. 节点地震仪电路设计中减小对授时模块干扰的方法 [J]. 地震科学进展， 2023， 53 （08）： 337-342.

个人简历：王凯芸、女、1993.3、毕业时间及学校：2015年毕业于天津工程师范学院管理学学士学位，中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司装备服务中心新区作业部、河北省涿州市范阳东路技培二号楼INOVA大楼、邮编072750.