地震仪器知识Word文档下载推荐.docx
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存在问题：
1.此种记录不能作回放处理，故不可作多次覆盖地震勘探。
在现场进行生产时，接收记录前必须选好激发和接收因素，否则无法补救。
2.地震资料的处理只能用手工进行，工作效率低，质量难有保证。
3.记录仪器动态范围小，一般只有20dB左右。
4.地震仪器记录频带窄，一般为30Hz左右。
使大量有效波丢失。
5.地震道数少，一般只有26道，只能进行二维地震勘探。
6.只适用于地震地质条件简单的地区工作，在复杂地区不能获得好的地震资料。
二、第二代：
模拟磁带记录地震仪
从50年代初到60年代末，经历了约十几年的时间。
1.所得原始地震资料为模拟磁带记录和热敏纸模拟波形监视记录，可以进行回放处理，因此可以实现多次覆盖，因为模拟磁带记录在回放、转录、叠加时信噪比要降低，一般每转录一次要降低6dB，这就限制了多次覆盖的次数，一般为6，12次。
2.地震资料的处理可以用半自动化的基地回放仪进行，可得到模拟波形记录和时间剖面图。
3.磁带记录仪的动态范围一般为40－50dB，只能进行构造地震勘探。
4.记录波形频带较宽，可达到15－120Hz。
5.记录道数为26道后来改为48道。
6.采用公共自动增益控制（公共AGC）和程序增益控制（PGC）。
7.采用晶体管电路。
主要存在问题：
1.记录动态范围小。
2.地震道数少。
3.多次覆盖次数受到限制。
4.记录精度较低。
5.地震资料处理方法少，效率较低和质量差等。
三、第三代：
数字磁带记录地震仪
在70年代初，基于瞬时浮点增益控制技术、模数转换技术、数字磁带记录技术、通讯技术的发展，而开发出来的数字地震仪为第三代地震仪，如美国的德克萨斯公司1970年研制的DFS-
型，法国SERCEL公司研制的SN338B型等。
瞬时浮点放大技术是美国德克萨斯公司最先研制出来的，以后别的公司也陆续研制出别具一格的瞬时浮点放大器。
瞬时浮点放大器是指对每一个地震信号，在几十微秒时间内，可以在0－84dB之间选择其最佳增益，使信号得到满量程的放大。
以提高仪器的测量精度，短时间的增益调整并确定即为“瞬时”，可以大大提高增益跟踪速度。
1.所得地震原始资料为数字磁带记录和模拟波形地震监视记录。
因为数字磁带记录在转录叠加时，其信噪比不降低，所以实际应用上可以实现多次覆盖，可作12，24－96次。
2.主放大器和模数转换放在一起的动态范围大，一般可达到168dB以上，大大超过了被记录的地震波的动态范围（100－120dB）。
3.地震记录频带宽，一般前放滤波器的通频带在3－250Hz，记录频带宽。
对低频来说有利于接收深层反射波，作深层地震勘探；
对高频来说，可有利于接收浅层和薄层反射波，提高地震勘探分辨率，作浅层和薄层勘探。
4.记录地震波的振幅精度提高，一般为0.1％，高的可达到0.05％，这样就提高了勘探的精度。
5.地震资料的处理直接使用电子计算机，可使地震资料的处理速度快，质量高，方法多和效果好。
6.地震道数多，48、60、96、120、240道不等。
数字地震仪的操作自动化程度高，使用操作简单，维修方便，不易出现废炮，提高了工作效率。
这种采集系统同其他部分紧密联结一起，通常是几个电路箱体安装在仪器车内，排列上各道检波器接收的地震模拟信号，通过多芯电缆（通常称为“大线”）传送到仪器车上，集中由同一采集系统进行数据采集。
由于大线的芯数有限，所以就限制了采集道数的增加，不利于大规模三维采集。
目前国内地震队已经全部淘汰了数字磁带记录地震仪。
四、第四代：
遥测地震仪
为了适应三维地震勘探、高分辨率地震勘探、多波地震勘探和地层地震学的发展需要，并随着数字通讯、遥控遥测、计算机控制、处理、磁记录等新技术的发展，产生了第四代遥测地震仪。
所谓遥测，就是利用电缆、光缆、无线电或其它传输技术对远距离的物理点进行测量。
这类地震仪是在集中数据采集型地震仪基础上发展起来的，与前一类地震仪相比，它大大增加了采集系统的数目，而且把采集系统从仪器车上分离出来，构成一个个采集站，分布在排列上，每个采集站只负责采集与它相连的一道或几道检波器的地震信号。
各采集站把采集的数据通过数字传输系统传送到仪器车上，由记录系统记录下来和监视系统显示出来。
遥测数字地震仪在仪器车内的部分通常称为主机，在仪器车外的部分主要是分布在排列上的一个个采集站，采集站与主机之间通过数字传输系统相联系。
遥测数字地震仪可分为有线遥测地震仪和无线遥测地震仪两种。
随着计算机技术、数字技术的不断进步，遥测地震仪也相应的飞速发展，根据它在发展过程中采用的主要技术的不同，遥测地震仪又可分为三类：
常规遥测地震仪、新型遥测地震仪和采用数字检波器的全数字地震仪。
1、常规遥测地震仪
.发展时间及种类：
1976年第一台遥测数字地震仪问世，随后，遥测数字地震仪发展迅速，新产品层出不穷，仪器型号达到20多种。
其中有线遥测数字地震仪有：
电缆传输仪器SN348、SN368、WAVE-
，国产YKZ480、SK-1004、SK1005等，光缆传输仪器有MDS-16、MDS-18、DFS-
-200。
无线数字遥测地震采集系统有：
OPSEIS5500、OPSEIS5586、MYRISEIS
和
、DIGISEIS-200等型号。
.常规遥测数字地震仪主要特点：
数字地震仪在采集站中将模拟信号转变成数字信号后向中央控制记录系统传送，由于数字信号的传输抗干扰能力强，避免了传输模拟信号时大线所固有的道间串音、天电干扰和工频干扰等。
遥测地震仪排除了常规地震仪那些限制记录道数的因素，使地震仪器的道数可扩展到上千道乃至万道，适于进行三维地震勘探，施工效率高。
采用计算机对整个系统进行可编程控制，系统的各方面功能大大加强了。
遥测数字地震仪配备了成套的诊断软件和测试软件，可以使操作员全面检查各个部件的性能指标，并显示故障部件的位置。
便于维护检修，而且操作方便，自动化程度高，可以杜绝因操作不当引起的废炮。
.现状：
随着科技的发展和地震勘探对质量要求的提高，16位的模数转换器已经逐渐不适应勘探形势的发展，目前国内地震队已经基本上淘汰了这种地震仪。
在本章后面部分所说的常规地震仪，如无特别说明，均指新型遥测数字地震仪。
2、新型遥测地震仪
二十世纪九十年代初新型遥测地震仪器问世，在短短几年的时间里，新型遥测地震仪在品种和数量上获得突飞猛进的发展。
新型遥测地震仪器的标志是启用了频谱整形滤波器和24位的模数转换器等新技术。
新型遥测地震仪的代表是：
电缆传输的SN388、408UL、I/OSYSTEM
、SYSTEMIMAGE、VISION、ARAM-24、ARAMARIES；
无线传输的OPSEISEAGLE、TELSEISSTAR、BOX等。
.主要特点：
采集站中使用了△-∑24位A/D转换器，大大提高了瞬时动态范围，减少了畸变。
地震道基本上不采用模拟滤波器，这就消除了相移及频率畸变，简化了采集站电路，降低了热噪声，使元器件的集成度更高、更轻便，功耗也更低。
SN388功耗为240mw/道，GDAPS-4功耗为400mw/道（在记录方式时）。
启用了频谱整形滤波器，提高了高频信噪比，相应提高了地震分辨率。
仪器采样率以1ms为主，并兼有2ms和0.5ms,通过提高Alias滤波器的陡度扩展频带至400Hz（1ms）或200Hz（2ms），截频可达0.8NYQUST频率。
普遍重视人机界面的应用，软件的图形能力愈来愈强，多窗口界面的应用日趋普遍。
野外现场处理与仪器溶为一体，能在监视记录上看到背景噪音及信噪比的大小。
⑹仪器采集站的设计上，普遍采用了SMT（表面贴装技术）及FPGA（超大规模门阵列芯片）。
这种类型地震仪在国内地震队中大规模使用，是目前地震勘探行业的主导仪器。
3、全数字地震仪
.发展时间：
在二十世纪末，美国的I/O公司和法国的SERCEL公司率先提出了数字检波器的概念，并相继推出了他们的产品。
SERCEL公司又紧接着推出与数字检波器配套的408-DSU3系统，构成了全数字地震采集系统。
全数字地震采集系统的灵魂是：
数字的、矢量的传感器。
与常规的地震采集系统相比，既实现了检波器的数字化，又抛弃了传输中的模拟线缆部分，因此称为全数字系统。
⑴数据采集及模数转换全部在检波器中进行，去掉采集站内全部模拟电路，仅保留数据传输电路，这使得地面站变的更为简单、体积更小、功耗更低，大大降低了地面设备的体积和重量，并使系统的稳定性和可靠性得到进一步的提高。
⑵由于整个系统取消了模拟电路，数字信号不受外界电磁信号干扰的影响，如高压线或地下电缆等干扰。
.应用前景：
全数字地震仪所具有的优异性能使它成为P波或多波勘探最理想的工具，是目前石油行业唯一能够向地球物理学家提供全波场地震信号、改善在复杂地区地震成像和岩性信息的地震仪。
但是，由于目前使用的各种遥测地震仪，大都不具备直接配备数字检波器进行采集的功能。
如要实现这一功能，就必须对大部分地震数据采集系统进行全面改造，这需要大量的金钱和时间。
另外，虽然从理论上讲，全数字地震仪的各种技术性能和指标与现在普遍使用数字仪相比不可同日而语，应该能取得前所未有的高品质地震资料，但野外地震勘探受工区地理地质及周围环境以及数据采集、资料处理和解释等多种因素的制约和影响，任何环节出了差错都将影响地质效果。
考虑到勘探成本和要达到的地质成果及诸多方面之间的关系，目前地震勘探只能以常规地震仪为主。
再者，横波处理解释软件的不完善，也影响全数字地震仪的应用。
因此，在未来很长一段时间内，物探行业只能是全数字地震仪与常规地震仪并存的局面，而且是常规地震仪占主导地位。
随着微电子机械系统工艺技术的发展和数字检波器技术的不断成熟和完善，全数字地震采集系统定将获得飞速发展。
现在国内部分物探公司已经购买全数字地震仪，基本上处于实验调试和融合阶段。
Ø
地震仪器依据传输方式等特点可分为常规地震仪器（集中式）、有线遥测地震仪器和无线遥测地震仪器（分布式）。
常规地震仪器的主要特点是在地震仪器主机里进行前置放大和模数转换等工作，排列上所传输的地震信号为模拟信号；
有线遥测地震仪器就是利用电缆、光缆传输技术对远距离的物理点进行测量，无线遥测地震仪器是利用无线电或其它传输技术对远距离的物理点进行测量。
目前应用最多的是有线遥测地震仪器，现以有线遥测地震仪为例来介绍地震数据采集系统的工作原理。
有线遥测地震仪器的主要组成部分有：
检波器、数传电缆、采集站、电源站、交叉站、震源同步系统、记录系统（主机、磁带机、绘图仪等）及辅助设备（重复站、中继站、测试仪等）组成。
图4-2-1采集系统基本组成框图
采集系统的基本组成见图4-2-1，采集系统与检波器相连的部分称为“前放”电路，它主要用于消除检波器连线上引入的共模干扰和对输入信号按固定增益放大。
高通、陷波、低通三种滤波器分别用于消除地震信号中存在的低频干扰、交流电干扰和高频干扰。
多路转换开关的功能是在每个采样周期依次对所有道经前放滤波电路的输出信号进行采样，将所有道并行输入的连续信号变为一路串行输出的周期性按道序排列的离散子样脉冲。
浮点放大器将每个子样幅值放大2G倍,G为按子样幅值选定的整数，通常称为阶码。
模数转换器把经浮点放大后的子样幅值转换成二进制数码D，D称为尾数，阶码G和尾数D组成浮点二进制数N=2—G·
D代表子样脉冲的幅值，幅值的正负用符号位表示。
每个子样的浮点二进制数码由子样数据暂存器暂时寄存一下后便送往数据传输格式编排电路，按指定的数据传输格式编排和调制后通过电缆或光缆或无线电传送到仪器车上的中央主机，经过解编解调、处理和记录格式编排后送往磁带机写电路写到磁带上。
一、地震检波器
地震检波器是把传到地面或水中的地震波转换成电信号的机电装置，它是地震仪野外采集的关键部件，是地震仪接收处理信号的第一个环节，当由震源激发产生地震波到达排列时，检波器接收到地震波并将之转换为相应的电信号，通过电缆传送到采集站或地震仪中。
目前陆地上多用电动式检波器（俗称速度检波器），水中多用压电检波器（俗称水听器），涡流加速度检波器是80年代为适应高分辨率勘探而发展起来的新产品。
在90年代后期，国外电动式检波器物探装备制造厂家又推出了数字检波器，现在国内部分物探公司已经购买,正处在实验阶段。
1、电动式检波器
.工作原理：
图5-2-2电动式检波器结构图
电动式检波器的结构见图4-2-2。
其基本工作原理是：
利用线圈绕制在铝制线圈架上，组成一个惯性体，由弹簧片悬挂在永久磁铁产生的磁场中，永久磁铁与检波器外壳固定在一起。
当检波器外壳随地面震动时，引起线圈相对于永久磁铁运动，线圈产生感应电动势，随着检波器外壳振动的大小，感应电动势也随之变化，振动幅度越大，感应电动势也大，反之亦然。
在输出端输出相应的电信号，传输给地震仪器。
检波器的自然频率主要取决于弹簧片的材料强度，强度越大，频率较高，反之亦然。
.电动式检波器发展情况：
80年代后期，西安石油仪器总厂和物探局仪器厂分别引进了荷兰SENSOR公司的SM-4系列和美国GEOSPACE公司的GS-20DX系列检波器装备和技术，分别生产了国内常规的检波器SN4和JF-20DX系列。
在90年代为适应高分辨率勘探又研制了超级检波器系列。
超级检波器与常规检波器相比的优势：
⑴失真度降低（由0.2％到0.1％，到0.05％），使得动态范围提高了6dB和12dB。
即由常规54dB提高到60dB和66dB。
⑵检波器的参数允差小，输出信号一致性好，有利于同相轴的追踪。
⑶检波器假频的提高，提高了横向振动的谐振频率，对于由横波、直达波及高频瑞雷波等造成的干扰，起到更好的抑制作用。
目前国内与国外检波器技术水平基本相当，国外的检波器生产工艺水平比国内高，检波器稳定性好，在数据采集过程中的一致性好。
尤其美国MARK公司的MARK2型失真度最低，动态范围最大，但是价格十分昂贵，是国内同等水平检波器的2-3倍。
2、加速度检波器
加速度检波器结构见图4-2-3。
加速度检波器也是应用电磁感应原理制成的。
它是将闭合的非磁性导体作为惯性体，通过弹簧片与外壳连接，然后使其处于磁钢、磁靴、线圈及外壳构成的磁通路的间隙中。
线圈固定在外壳上，通过导线与检波器接线柱连接。
当外壳运动时，惯性体对外壳及磁钢作相对运动而切割磁力线，根据电磁感应原理，在惯性体中将产生感应电势。
因而在闭合回路中生成电流，由于电流的大小和方向都是变化的，因此所产生的磁场也随之变化，这个变化的磁场导致在固定线圈中产生感应电势和电流，这就是检波器输出的电流和电压。
此电流和电压与加速度成正比，因而称为加速度检波器。
由于加速度检波器的灵敏度随着激振频率的增高而线性增加的，频率响应曲线在自然频率处形成拐点。
在自然频率点左边以18dB/oct的陡度下降，对低频干扰的抑制能力比常规动圈式的检波器要强，尤其对面波的压制具有明显的优势。
在拐点右边以6dB/oct的陡度上升，高频信号的电压灵敏度随着激振频率的升高呈线性上升特性。
这一优点对于因为大地吸收而衰减的地震波高频信号是一个很重要的补偿。
因此被普遍认为是高分辨率勘探理想的检波器。
.发展情况：
早期的加速度检波器由于灵敏度太低，一直没有大量被使用。
从90年代中期，为适应高分辨率勘探的需要，西安石油仪器总厂、西安伊海科技公司及物探局俊峰公司都研制了高灵敏度加速度检波器。
例如西安仪器总厂研制的SWJ2型在80Hz时速度灵敏度达到0.49v/cm/s，伊海研制的AG-3型在80Hz时速度灵敏度达到0.98v/cm/s。
但是加速度检波器致命的弱点是内阻太大，检波器内阻的存在、大线与大地之间的耦合电容、仪器的输入特性等组成的采集系统是引起电磁干扰的主要原因。
尤其是检波器串的高阻抗，是电磁干扰的最主要原因，加速度检波器的高内阻制约加速度检波器被大量使用。
尤其是在城区、工业区等电磁干扰密集的地区不能使用加速度检波器。
3、压电检波器
.压电检波器工作原理：
某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷（作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变）。
当外力去掉后，又重新恢复不带电状态。
这种现象称为压电效应。
压电检波器就是利用压电效应将地震波引起的水压变化转变为电信号的一种机电转换装置。
具有压电效应的物质很多，如天然石英晶体、人工制造的压电陶瓷锆钛酸铅等。
由于人工制造的经过极化处理的压电陶瓷具有非常高的压电系数，为石英晶体的几百倍，所以海上检波器普遍采用压电陶瓷元件作为传感器。
.发展情况
压电检波器受使用条件的制约，其技术发展自80年代以来，国外没有新的理论及产品推出。
在早期国内使用的压电检波器大多是美国MARK公司生产的P-44型，通过几年的使用发现稳定性略差，后来选择了美国GEOSPACE公司生产的MP-24型。
2000年末有大港物探公司与西安石油仪器厂联合研制出了与国外技术水平相当的压电检波器，终于有了国内替代产品。
4、数字检波器
地震仪器随着电子、微电子、通信、计算机等技术发展，根据物探方法的需要，在市场能够接受的价格情况下，不断推出新产品，各项技术指标和功能日渐满足物探对仪器的要求。
然而，检波器在近十年内的结构、技术没有新的突破，已成为提高物探精度的瓶颈，各检波器生产厂家都积极地开发数字检波器，现在可见的是I/O公司的VectorSeis多波数字检波器和法国SERCEL公司推出的数字检波器。
1995年美国I/O公司看准多波勘探这一新理论，为制造出领导物探新领域的新仪器，他们向美国两所大学投资2000万美元进行多波勘探理论研究。
同时，在技术上秘密建立起一个世界上超级微电子生产线来与科研单位配合，经过三年的悉心研究试制，1998年首次展示面积仅lcm2、厚仅3mm的多波数字检波器，这是物探装备推动物探方法发展的现象。
.数字检波器的基本工作原理：
数字检波器是利用硅片受到振动会发生相对形变，引起电容值的改变，从而导致控制电路电压的变化，将这一变化的电压，放大并进行数字化24位模数转换，形成了检波器的输出信号。
.特点及前景：
数字检波器的出现彻底改变了物探使用了几十年以机电转换为主的传感器观念。
由于数字检波器采用微电子技术，硅片的质量小，受振动敏感，失真小，加上微电子线路的整形，动态范围大，因而成为新型物探装备的焦点。
数字检波器是加速度检波器。
所有的前放、采样、A/D转换过程都是在检波器内部进行的，因此所有传输的信号都是数字信号，抗干扰能力较强。
它的另一个优势是用电子线路来识别检波器的方位，用软件区分不同方向的波，克服了过去三分量检波器用水泡来定位的麻烦，提高了失量保证度（矢量保证度是指每个分量互相耦合的信号量度）。
所有线路都是利用光刻工艺制造，线路稳定性能好。
使用这种检波器还将大大简化野外采集站的功能，减小体积，提高野外施工效益，为多波多分量勘探提供了工具。
目前西方地球物理勘探公司已将这种检波器与I/O公司的RSR无线遥测地震仪配合进行多波勘探试验。
Serce1公司也研制了数字检波器，并推出408-DSU3系统与数字检波器配套。
相信用不了多久新型数字检波器就会在勘探工作中大规模应用。
常规检波器也可以用在多波勘探上，Fairfield公司在墨西哥海湾进行的四维勘探时，就是用SM－4检波器加上定位系统，进行特殊包装后，用软件进行各波的分离，资料已获得了油公司认可，取得了好的经济效益。
二、采集站、交叉站及其它辅助设备介绍
一个野外地震勘探排列主要包括采集站、电源站和交叉站等野外电子设备，以及采集大线和数传电缆（交叉线）等。
排列结构见图4-2-4
图4-2-4排列示意图
1、采集站工作原理
.前放增益
地震仪的前放增益有好几档供仪器操作员选择，那么实际使用时，究竞选高档好还是选低档好，这个问题主要应从提高地震记录的信噪比来考虑。
因为磁带上记录的是采集系统输出的数据所以地震记录的信噪比实质上也就是采集系统的输出信噪比。
若令采集系统的输入信号电压有效值为VIS，系统本身的输出噪声为VON，外界噪声输入电压有效值为VINO，则可得采集系统的输出信噪比为：
见（4-2-1）式
由（4-2-1）式可见，为了提高地震记录的信噪比，就应尽可能选用较高的前放增益K1（K4代表其它增益），尽可能降低采集系统的等效输入噪声VON。
前放增益的选择还应保证所需要记录的最大信号幅度不超过地震仪的最大允许输入幅度，否则的话就会使采集系统中的放大器趋于饱和或模数转换器发生溢出，从而使地震记录产生过大的谐波失真。
因此，为了提高地震记录的信噪比和保真度，我们应该在不使模数转换器溢出的前提下尽可能选用高的前放增益。
在有些地区或有些时候，因为天气或人为因素的影响，环境噪声即（4-2-1）式中的VINO会变得比较大，使深目的层的反射信号被淹没，这时为了保证地震记录的信噪比和达到所要求的地震穿透力，可以采取加大激发能量（如加大炸药量或组合爆炸等）的办法，增强地震信号的幅度VIS，与此同时，为了使模数转换器不产生溢出造成谐波失真，应该选用较小的前放增益。
涉及到的几个参数：
⑴系统的等效输入噪声
当来自检波器的信号比采集系统等效输入噪声还低时，该信号就会被内部电路系统的噪声淹没。
因此，定义电路允许的最小输入为系统的等效输入噪声。
⑵一般概念下，电路允许的最大输入以不失真输出的界限而定。
在允许的输入范围内谐波失真系数很小而且变化不大，当输入超过允许的最大输入时，采集系统的放大器会趋于饱和，或A/D转换产生溢出，此时谐波失真度急剧变化。
一般要求谐波失真系数大于0.05%为界（仪器不同，系数也有所不同）。
满足这个要求的输入信号的上限即为电路允许的最大输入。
⑶地震仪允许输入的幅度范围称之为地震仪的动态范围，通常用最大允许输入与最小允许输入之比的分贝数表示。
.频谱整形滤波器
众所周知，大地是一个低通滤波器，检波器接收到的地震信号高频成分衰减很严重，而低频成分衰减很小。
大地对高频120Hz信号的吸收要比对10Hz信号的吸收强84dB，这样的高、低
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