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1、中油集团东方地球物理公司高级仪器师技术培训班,地球物理勘探仪器 原理与应用技术介绍 易碧金 （Tel:13931209189 Email:） 2 0 0 5 年 11月,内容提要,1概述 （地震仪原理及为什么地震仪总是使用先进技术） 2地震仪结构与使用状况分析 常用仪器(408UL、IMAGE、ARIES、 BOX、it)技术特点 3常用地震仪采用的先进技术分析 (ADC、网络遥测、多进制数字调制、蜂窝以及GPS时钟同步、FPGA技术) 4地震仪的发展趋势展望,内容提要,1概述 2地震仪结构与使用状况分析 3常用地震仪采用的先进技术分析 4地震仪的发展趋势展望,SV,P,剪切运动方向,P波可以
2、转换为SV波，,波的传播与转换,地球物理勘探基本原理 -根据地震的波传播来描述地质特征,波在不同的介质中有不同的速度,P波与SV波自不同的转换点传播 回地表，到达同一个地表位置,地震波在传播时: 各个不同的地质界面会引起发射/折射/绕射、 不同的介质有不同的速度等特征。 地震波的信息，可以描绘地质特征。如：岩石特性数据、岩性识别、流体辨识、裂缝与应力的识别及描述,记录地震波-数据采集,灵活的施工方法示意图：,常规或模拟输出检波器数据采集,（常规或模拟输出检波器）数据采集示意图,SP,系统主机执行操作、采集、测试控制，是野外采集系统的大脑；并且对采集到的地震数据进行监视、分析、和转储,传输主机指
3、令，和采集的数据。,对常规检波器输出的模拟信号进行滤波、整形、ADC、存储、传输。 接收主机指令，控制接收传感器（检波器）工作。,地震信号转换为模拟电信号 并借助模拟电缆传送到A/D设备 （常规检波器限制了勘探的精度）,数传电缆或电台,模拟数字混合电缆。,地震仪器的功能：对检波器接收的地震信号：进行调整、滤波、放大、A/D转换、传输、存储和记录,因此地震仪总是使用先进技术 仪器发展的原因 勘探不断发展，地震勘探设备需要与之适应 地区、勘探性质 仪器伴随着新技术的推广和完善而不断更新 仪器是集先进技术为一体的综合系统,一、概述,地震仪发展历史,分布式遥测地震仪:,光点记录仪：751,多道集中式数
4、字仪器：DFS-V，SN338，GS2000，SK-83，SK-240,全数字式仪器:I/O System iv, Sercel DSU,SN368、SYSTEM I，SK-5，YKZ-480， SYSTEM II,OPSEIS,SK-6,GYZ4000, GDAPS-4,ARAM-24,IMAGE， SN388，408UL,模拟磁带记录仪：,地震仪器采集技术的发展,采集技术的发展：,浮点系统：最大道能力:240 2ms；特点：IFP加14或16位的A/D、模拟高切、低切。动态范围83dB。,2MS，60道,多 路 开 关,浮点放大,量化单位0.5mv,采集时差=2ms,24 位 A D C,
5、单站1、2、4、6、8道,D S P,延 时 存 储,量化单位1v,同步精度20s,定点系统：道能力30002MS特点是： 24位。简化了模拟电路、提高了各项性能指标、稳定性；瞬时动态范围达到120dB。,16 位 A D C,体现地震仪器性能的指标,目前以24位ADC仪器作为绝对主体。 体现当代地震仪性能的主要指标为： 动圈检波器畸变：小于0.03% 系统最高采样率：0.125ms； 系统瞬时动态范围：120dB； 谐波畸变：小于0.0005%； 24位ADC(量化单位小于1v)； 系统单线道能力： 2MS，1000道； 总道容量；大于3000道2ms。 总的特点是： 24位的ADC；稳定和
6、可靠性高；系统软/硬件功能强、指标高、指标差距不大，各有特色。,内容提要,1概述 2地震仪结构与使用状况分析 3常用地震仪采用的先进技术分析 4地震仪的发展趋势展望,灵活的施工方法示意图：,测线接口,交叉站/基站,交叉站/基站,数据收集站,光缆,蜂窝通讯,测线管理器,电缆,光缆数传接口,光缆,（质量控制）,源同步系统,仪器的总体构架,（人机接口） （数据处理）,仪器系统的构成：,地震信号 传感与采集,数传电缆或电台,数据传输部分,控制与记录部分,二、地震仪结构与使用状况分 析,地震仪器分类:按照数据传输及控制采集的方式可以归纳为： 有线传输式的网络仪器 无线数据传输仪器 数据存储式独立型地震仪
7、器 全数字式和其它专用仪器 其它类型的地震仪器,地震数据采集设备,1、地震仪器分类有线数据传输仪器: 这种仪器由采集站、大线、仪器主机组成。采集站采集地震数据，仪器主机实时回收数据，并对数据进行处理后，用绘图仪绘出图形以及存储到磁带上。采集站与采集站之间、采集站与仪器主机之间的信息交换和采集数据的传输媒体是专用大线（或称为数传电缆）。大线和交叉线内的数据线对的数量及数传线阻抗随不同的仪器而各异。采集站和交叉站的供电方式亦随仪器不同而各异，基本上分为集中供电和分散供电两种供电方式。,二、地震仪结构与使用状况分 析,有线传输式的网络仪器： 应用的技术特点：有线网络，专用数传电缆、省电台。集中或分散
8、供电。 传输媒体和工作方式：大线及交叉线，实时控制。记带、绘图。 关键词：电缆、传输速率 应用场合：陆地或山地 代表：408UL；IMAGE； ARAM-ARIES；SI-2000,网络仪器的先驱,GEO-X ARAM-ARIES,Geo-X: ARAM-ARIES,ARAM24是加拿大GEOX公司生产的陆用有线遥测地震仪器。24位A/D转换器，并首次将网络技术和重采样技术应用到地震采集系统。可以说它是网络仪器的先驱。该系统的采集站为单站8道、分布供电，每站配有太阳能充电的24伏电池。该系统拥有诸多象重采样、网络节点遥测等独特技术。正是重采样技术和网络节点遥测技术的应用，使得较低的数传率就能满
9、足较高的道容量，野外施工十分方便；不同测线间可以用采集站互联，可视需要任意布设排列，为排列过河流、公路等障碍提供了便利。此外，本系统的操作软件也相当完善，有比其它仪器更为直观和简捷的二维或三维观测系统的布设能力。除采集站和电缆各为独立单元外，本类仪器的关键特性、软件构成与408UL相当，其适合工区和作业环境也十分广阔。其换代产品是 ARAM ARIES，它的主要特点是保留了原ARAM24系统中的核心技术有线网络遥测系统（实现多路径遥测和多通道遥测等功能）并进行了改进，另外，该系统的采集站与ARAM24采集站相比，优势主要表现在系统更轻便、道能力更强、质量控制更完善、网络遥测技术应用得更成功、传
10、输率和单站道数可以随道距作相应调整等；主机具有自动动态GDC功能。中央记录单元：由主机箱体（由多个嵌入式PC机及采集模块组成）、磁带机及绘图仪几部分构成。道能力（2ms采样）：标准配置：4800道；扩展配置：12000道；系统排列测试功能：采集站脉冲测试、谐波畸变测试、共模抑制比测试、串音测试、增益精度测试、等效输入噪音测试、及检波器串脉冲、阻值、阻抗、畸变、漏电、噪音、模拟串音及检波器类型等测试。分散供电，每站一组电池，内部电池加外部太阳能电池板,地震数据采集与记录系统(仪器),几种主要仪器介绍： 有线仪器： SERCEL - 408UL,Sercel- 408UL,408UL：408UL是
11、SERCEL公司九十年代末期推向勘探市场的一种站、线一体化产品，可连接三分量模块，外部检波器及集成在一起的普通检波器和数字检波器。这种仪器采用了网络遥测技术并以采集链形式使采集站和电缆成为一体。网络遥测技术的应用使得其排列的布设更为方便，又因其首次采用了采集链作为地面设备的基本单元，所以就进一步减轻了排列的总体重量，同时也为今后一体化检波器电缆和采集站提供了基础。本系统仍然是有线遥测数字地震仪器，因其特别适合作不规则排列地震数据采集因而较SN388有更为广阔的工区适用范围。它是实现采集站和电缆一体化的网络地震仪，中央记录单元由采集箱体、工作站（每套系统的人机操作界面（HCI）最多可配5台工作站
12、，每台工作站最多可配3个显示屏）、磁带机、绘图仪构成。采用Unix操作系统、窗口环境。,I/O SYSTEM,I/O公司的IMAGE：是SYSTEM 2000的换型产品，有线与无线兼容以及蛇形排列施工。它采用传统数据传输方式，但是其道容量却是最大的。中央记录系统由主机箱体、磁带机、绘图仪和MLI线接口构成。其特点是体积小、重量轻、采用VME工业标准总线易于升级、6000道实时记录能力(2ms，有线)、4个处理器执行控制和数据处理(1台主处理器用于系统控制，3台嵌入式PC分别用于排列布设，QC控制及数据库管理)、图形用户接口；绿山MESA输入模块，SPS格式输入/出、参数设置和编辑可在同一窗口环
13、境下进行、有线/无线采集由同一用户界面控制、排列状态实时监控、采集站状态及故障显示清晰、明了；初值拾取功能，易于验证炮点偏移；“蛇形排列”功能易于排列绕过降碍（河流、公路等）进行数据采集；“测线冗余”功能便于大线意外断开（或局部被损）时实现数据绕行传送，节省施工时间及费用；系统主机可升级为支持VectorSeis三分量数字检波器及未来电子设备的应用。系统排列测试功能：动态范围测试、等效输入噪音测试、共模抑制比测试、串音测试、谐波畸变测试、采集站脉冲测试、检波器性能测试、大线故障检测、采集站电瓶测试。,地震数据集设备,2、地震仪器分类无线数据传输仪器 顾名思义，这类仪器采集数据的传输是各采集站通
14、过无线电台发送给主机的。仪器主机通过无线电台回收地震数据，并对数据进行处理后，用绘图仪绘出图形以及存储到磁带上。采集站与采集站之间、采集站与仪器主机之间的信息交换和数据传输的媒体是无线电。这种仪器由于采集站本身和仪器主机都安装了电台，所以省去了采集站与采集站之间、采集站与仪器之间相互连接的专用大线。因而不需要大线和交叉线。,二、地震仪结构与使用状况分 析,无线数据传输仪器： 应用的技术特点：无线有线网络有电台，无相连的专用大线。 关键词：频率、带宽、区域（距离）、传输速率 应用场合：沼泽、海上或陆地 代表：BOX；Vibtech-it,地震数据采集与采集设备,无线地震仪器- BOX -当前无线
15、仪器的代表 -最大道能力:4000ch/1ms -4 OR 8 ch/Unit,FAIRFIELD： BOX,BOX是美国FAIRFIELD公司生产的无线遥测数字仪。是TELSEIS STAR换代产品，TELSEIS STAR主要是针对水上作业设计的。采集站具有体积小、重心低等特点。它采用“窄带”传输技术，在硬件允许时主机可以同时以数十个频道接收采集数据。该仪器也使用了频率合成、站内叠加、软件相关、多频道回收等技术。单站4道，站中除采集电路外还有收发信机和12伏可充电电池。由于是无线遥测系统，所以就不再有交叉站和笨重的大线等地面设备。采集站与主机的控制和通讯以及采集数据的传输是通过电台。此系统
16、具有性能稳定、施工方便、放炮速度高等特点，是海上、湖泊、沼泽等工区勘探的优选仪器之一。BOX仪器采用了QPSK调制技术，单站四道时的最大道能力为4000道（1ms采样）；单站八道时最大道能力为8000道（1ms）。采集站的其它性能指标与其它仪器基本相当。另外其采集站可选为4或8道且水陆两用，因而较先前产品有更广泛的适应性。,地震数据采集与采集设备,无线地震仪器-BOX 采用VHF，16QAM等调制传输技术,Vibtech-it 主要设备,TCP/IP收发数据天线,VHF 接收GPS时钟天线,Vibtech-it仪器 采用无线局域网通讯技术,Vibtech-it仪器情况介绍,工作原理及采用技术 ISM(2.47-2.58GMHz) 802.11b 网络技术 GPS时钟同步,地震仪器- Vibtech-it,Vibtech公司的Vibtech-it仪
