《勘察仪器与原理 第七章 第一节 第二节ok课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《勘察仪器与原理 第七章 第一节 第二节ok课件（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、勘 查 仪 器 原 理,教师： 王旭,Email：,第七章 勘查仪器实例,勘查仪器种类繁多，限于课时，这里只介绍一种仪器，一种最复杂、最昂贵的勘查仪器地震勘探仪器。,第一节 地震勘探对仪器的要求,7.1.1地震勘探的基本概念,利用物理学原理和方法来研究地壳中地质构造，并解决资源勘探中的问题，就称地球物理勘探，简称“物探”。物探相对于地质勘探来讲，最大的优点是可以跨越介质进行勘探，如地震勘探可以探测地下几千米深处的油气资源。 地震勘探就是利用人工方法激发地震波，研究地震波在地层中传播的规律，以查明地下的地质情况，为寻找油气田或其它勘探目的服务的一种物探方法。与其它物探方法相比，地震勘探具有精度高
2、、分辨率高、勘探深度大的优点，因此已成为石油,勘探中一种最有效的勘探方法。 地震勘探过程由野外数据采集、室内资料处理、地震资料解释三个阶段组成。,地下探测成像示意,天然地震,人工 锤击,炸药,可控震源,地震勘探中的几种激励源,滨海505号海洋勘探船,我国第一台600kJ陆地电火花震源车（2005年）,海洋石油震源船,塔克拉玛干沙漠东部的英吉苏（2003年勘探）,10000亿吨，可采储量为3000亿吨。其中海洋石油储量约占45%，即可采储量为1350亿吨。中东地区的波斯湾，美国、墨西哥之间的墨西哥湾，英国、挪威之间的北海，中国近海，包括南沙群岛海底，都是世界公认的海洋石油最丰富的区域。预计在本世
3、纪，海底油气开发将从浅海大陆架延伸到千米水深的海区。,海上石油井架,关于海洋石油的储藏量，由于勘探资料和计算方法的限制，得出的结论也各不相同。法国石油研究机构的一项估计是：全球石油资源的极限储量为,7.1.2地震波基本特征,地震波是在岩层中传播的弹性波。当用10公斤左右的炸药在井中爆炸激发地震波时，爆炸前沿的压强可高达几十万个大气压，使岩石破碎成粉化，产生永久形变，爆炸脉冲向外传播10多米后，压强逐渐减少，地层开始产生弹性形变，形成地震波，再向外传播。由于介质对高频成分的吸收，振动图还要发生明显的变化，直到传播了更大距离（100米几百米）后，振动图的形状逐渐稳定，成为一个具有23个极值延续60
4、100ms的地震波，称为地震子波。地震波在继续传播过程中，严格讲，它,的幅度和形状都会发生变化，但在许多情况下，可以粗略认为地震子波形状基本不变，只是幅度会因种种原因而衰减。地震勘探的原理，也可以理解为就是利用地震子波从地下地层界面反射回地面时带回来的旅行时间和形状变化的信息，用以推断地下的地层构造和岩性。 把地震波在地层中传播时受到的各种影响统称为地层效应，影响地震波振幅、频率特征的地层效应主要有波前扩散、吸收效应、反射、透射，另外还有环境噪声。,人工方法产生地震波,放炮产生地震波,可控震源产生地震波,环境噪声,检波器 输出,直达波,浅层反射波,中层反射波,更深层反射波,深层反射波,爆炸瞬间
5、,看出，地震数据采集系统要采集强噪声下的大动态瞬时信号。,7.1.3地震勘探对仪器的要求,1、动态范围：定义为直达波幅度Amax与最深目的层反射波幅度Amin之比的分贝数。,式中，D，R-最深目的层深度和反射系数； r-偏移距（距离炮点最近的接收点到炮点的距离） ； ，V-最深目的层以上介质的平均吸收系数和平均速度； f-地震波的主频。,2、频率范围：由于吸收效应，越是深层的反射波到达地面时其主频越低，越是浅层的反射波达到地面时其主频越高。所以，作为一个既适用于深层又适用于浅层的通用仪器，记录信号的频率范围应从几HZ到几百HZ。 3、非线性失真：绪论中已给出定义。一般要求仪器非线性失真小于0.
6、05%。 4、记录道数：指每激发一次同时接收的观测点数。为了提高生产效率，一般道数尽可能多。 5、稳定性和可靠性：这是所有仪器必不可少的要求。特别是野外仪器，要具备很高的稳定性、可靠性。,第二节 地震仪器基本组成,7.2.1地震仪器发展简史,随着地震勘探技术、计算机技术、通信技术和电子技术的发展，从地震仪的记录内容和方式看大致划分为五代，它们依次是：模拟光点记录地震仪、模拟磁带记录地震仪、数字磁带地震仪、早期遥测地震仪、24位遥测地震仪。,从技术上说，经历了从模拟到数字，从电子管到晶体管、集成电路、超大规模集成电路，从纸记录到模拟条式磁带记录、盒式数字磁带记录，从仪器系统结构上的集中式系统到分
7、布式遥测系统，从模拟信号的记录到二进制数字定点记录、到14位浮点数字记录、再到24位定点记录的发展过程。,第一代电子管仪器和第二代晶体管仪器都属于全模拟地震仪器系统。 第一代模拟光点记录地震仪，使用的核心元器件是电子管，仪器的接收道数很少，只有1224道。地震检波器非常笨重，每个地震道只连接一个检波器，没有组合。从检波器到地震电缆再到仪器主机系统进行记录，地震信号的传输都是模拟的，且传输失真严重。地震信号的记录采用纸质记录模拟波形信号。其传输特征如下图，数据传输状态见下表。,全模拟仪器系统,第二代模拟磁带记录地震仪，其核心元器件采用晶体管分立元器件。仪器接收道数开始从24道发展到48道，数据传
8、输量比电子管仪器增加一倍，地震信号传输质量有很大提高。地震勘探出现了多次覆盖方法，只是覆盖次数很低。使用了模拟磁带记录，可以重复回放处理。磁记录器的记录动态范围比电子管仪器大一些，一般可达到4050dB。记录信噪比有了一定提高，但动态范围仍较小，记录的失真度也比较大。记录滤波器改进较大，频带可以达到15120Hz；系统增加了热敏纸模拟波形地震监视记录，有了现场质量监控手段；模拟磁带记录可以重复多次使用，并可长期保存。,主机系统采用数字记录方式标志着地震勘探仪进入了第三代。从20世纪70年代初期至80年代初期，主要标志是采用中小规模集成电路、逻辑控制、模拟/数字转换和数字磁带记录。这一时代的地震
9、勘探仪器实现了数字化，从而引发了勘探领域的数字化高潮，同时为地震勘探仪器进一步发展到遥测阶段奠定了基础。这时的集成电路地震仪，通常叫数字磁带记录地震仪，也叫常规数字仪。,数字磁带记录地震仪的核心技术是采用了瞬时浮点增益控制放大器技术(IFP)、模数/数模转换器技术(ADC/DAC)、数字磁记录技术、通信领域中的数据传输技术等。地震勘探实现了高覆盖次数观测，地震数据采用了数字计算机处理等等。数字地震仪采用集成电路制造后，仪器体积小、重量轻、耗电省、性能稳定可靠。所得地震勘探原始资料为数字磁带记录和模拟波形地震监视记录。这使数字地震仪除具有模拟磁带地震仪的特点，即可作回放处理和多次覆盖，更可作高次
10、覆盖。,从地震数据传输来分析，这一代最关键的改变是在主机系统实现了数字记录。来自主机系统的信号按照数字磁带记录格式对地震数据进行新的数据编排，然后写到数字磁带上。这种数字磁带记录的地震数据，可以直接在基地计算中心上机处理，而无需再去进行模拟/数字转换。并且数字磁带记录方式不仅记录容量大，密度高，而且抗干扰性能良好，记录数据可靠，便于变换和处理。这一时代的仪器，主机系统以前的部分，包括检波器信号的拾取，检波器电缆(小线)信号传输，地震电缆(大线)信号传输等，仍然都是模拟信号传输，如下图所示。,大线模拟传输、主机数字记录仪器系统,地震电缆数字传输系统的采用是第四代早期遥测地震仪的重要标志。在第一代
11、、第二代地震仪器中，地震数据的传输虽然是全模拟的，但由于地震接收道数很少，因此问题并不突出。到了第三代数字地震仪时代末期，这个问题就很突出了。当时面临的问题是地震勘探方法要实现高次覆盖、高次叠加、三维勘探、高分辨率勘探等新方法，新发展起来的地震地层学，要求仪器接收道数迅速扩展，仪器系统接收的地震数据量迅速膨胀，仪器系统中的数据传输率要迅速提高。于是，在20世纪70年代中期，地震勘探仪器的发展从整体结构上发生了第一次重大变革，即把地震仪器中原来集中在一个或几个地震道箱体(当时常称为,“模拟箱体”)中的采集电路部分(模拟电路和模/数转换电路)做成采集站，与主机控制和记录系统(仪器车内)分离出来，分
12、散布置到外线排列中。于是，新的分布式数据采集系统诞生了，这就是第四代早期遥测地震仪。 所谓遥测，指利用电缆、光缆、无线电或其它传输技术对远距离物理点进行测量。遥测地震仪由许多分离的野外地震数据采集站和中央控制记录系统组成。采集站布置在接收地震信息的物理点附近，并以数传方式将信息传输到中央控制记录系统。,仪器使用了放在检波点上的采集站，由各采集站将检波器输出的模拟信号转变成为数字信号后，通过地震电缆(俗称“大线”)以数字信号的传输方式向中央控制记录系统传送。由于数字信号传输的抗干扰能力强，因而避免了传送模拟信号时大线所固有的道间串音、天电干扰、工频干扰等。而且，因为革除了原有笨重的大线，大大减轻
13、了劳动强度。 这一代仪器的关键技术:采用大规模集成电路和应用微处理机技术。在系统结构上实现了模拟数据采集部分与中央控制和数据记录部分的分离，而将模拟数据采集部分作为采集站分布到外线排列上。,遥测地震仪,有线遥测地震仪,无线遥测地震仪,这种仪器系统结构上的重大改变直接反映到地震数据传输上的重大技术进步，即除了主机系统仍然保持数字记录方式以外，在大面积覆盖地面的地震排列上，其地震电缆(大线) 中的地震信号传输实现了数字传输，从而大大提高了地震数据传输的抗干扰能力和传输质量，如下图所示。,早期遥测地震仪,为了适应复杂地表条件下的施工需要，这一代出现了无线传输系统。因为有线系统在复杂地表条件下(例如山
14、地、丛林、沼泽、水网等地区)施工会非常困难，而无线系统没有庞大而笨重的地震电缆，因此在这些复杂地表条件下施工会有着独特的便利和优势。无线系统的数据传输方式如下图。,多种数据传输模式的出现是第五代24位遥测地震仪的重要标志。24位遥测地震仪可分为有线遥测地震仪、无线遥测地震仪、存储式数据回收遥控地震仪。这三类遥测地震仪中，有线遥测地震仪仍占据世界市场的绝大部分份额。无线遥测地震仪一般用于特殊地表条件下施工，也占有一定市场。存储式数据回收遥控地震仪是一种特殊类型的地震仪，它没有大线，没有地震数据传输。仪器主机只对所用采集站发送发炮等命令，不接收数据，不监视采集站的工作状态；每个采集站接收放炮数据后
15、自动存储，再用专门的数据回收系统(DCU)把所有放炮数据从采集站中取出来。,从数据传输的性质和特点来看，这一代地震仪器主流传输技术仍采用地震电缆进行数字传输，但数据传输结构和理论发生了变化，即由普通数据传输发展到网络数据传输。另外，无线数据传输理论与技术也大大向前发展。见下图。,全数字化地震数据传输与记录系统标志着第六代全数字遥测地震仪的出现，此时仪器系统结构有了重大改变。在全数字遥测地震仪系统中，包括各种地震电缆在内的全部地震数据传输环节传输的都是数字信号，不再有模拟地震数据传输。,全数字遥测地震仪,一个完整的全数字遥测地震仪系统将构成一个庞大的计算机局域网络系统。在这个系统中，主机部分就是
16、整个网络的控制中心，所有地面电子单元都是网络节点。使用传输电缆或网线连接各个节点就构成了有线网络传输系统，使用无线方式(包括蜂窝技术)连接各个节点就构成了无线网络传输系统。在全数字遥测地震仪系统中，包括各种地震电缆在内的全部地震数据传输环节传输的都是数字信号，不再有模拟地震数据传输。,结合有线仪器与无线仪器的优点，各国正大力发展有线与无线相结合的仪器，使仪器更适应困难的勘探工区，如Sercel公司408UL网络仪器，有线、无线既可共用于一个排列，也可单独使用。采集站FDU为单站单道，体积可与香烟盒相比，重量仅415g，一个站加上55m电缆重量只有2.589kg，十分适用于山地勘探，节约大量人力、物力。这种仪器已没有线和站的概念，它是以4个站或8个站联在一起为一个链(Link)，每48个站接一个大线管理单元(LAU)，它除了提供48V电源外，还对FDU进行测试及自检、预处理、相关叠加、数据传输、存储和当数据丢失时可以重采的功能。,无线传输通过无线站传到中继站，中继站通过有线或无线传到主机。近年发展起来的
