地震勘探仪器.ppt

地震勘探仪器 －应用技术分析与发展 2 0 1 2 年 7 月 地球物理勘探数字化 自数字计算机问世以来的半个多世纪中，人们越发地强调用数字精确地量化各种物理量，用数字来传递一切信息，因此各行各业纷纷发展数字化技术，从而带动了微电子和计算机技术的飞速发展。地球物理勘探从六十年代提出数字化，先行官便是数字地震仪。 地球物理学家要求提高采集道数 当地球物理学家迫切要求提高采集道数以适应三维勘探需要时，多年来应运而生的就是千道，万道，甚至是十万道仪器开发问市。同时，增加道容量的需求，提高信噪比和瞬时动态范围以及进一步彻底数字化的设计思想，便使数字地震仪从集中式采集系统结构转向了分布式节点型采集系统结构。 新技术数传 .然而随之而来的各种新推出的遥测地震仪，由于不断引入电子工业中的有线数据传输和无线数据传输（电台）等新技术却大有作为。人们对扁平馈线、双扭线、同轴电缆、光导纤维等各种有线传输介质都在遥测数字地震仪中作了尝试，并为提高数传速率增加单线道容量，保证可靠稳定性等方面作了大量努力。 无线遥测地震仪采集技术 除了有线遥测地震仪，最初的无线遥测地震仪采集技术则体现在美国公司的OPSEIS 5586 和TELESEIS以及法国地球科学院的MYRISEIS，这几种仪器中，无线遥测以在空中传播的电磁波作为数据传输介质，采集道容量已不受限制，人们也常称这种地震仪为万道地震仪，但数据传输率还是有限的，每放一炮，数传时间较长，牺牲了野外生产效率，采用多频窄带并行传输数据，但仪器庞杂，可靠性受到一定影响。 微电子工业和计算机工业必威体育精装版技术 二十世纪六十年代初到九十年代初的三十年中，地震勘探数字化取得了惊人的进展，微电子工业和计算机工业中飞速发展的高新技术作出了突出贡献，令人叹为观止的新型仪器层出不穷。从起初的 24 道发展到了千道以上，数字计算机控制、数据传输和数据实时分析处理都体现出了当时的必威体育精装版技术。 毕竟，地震数据采集系统与地震勘探方法的发展的需求还是距离很大，地球物理学家也一直抱怨仪器动态范围不够。在高分辨率勘探地质任务面前更是越来越显示出了它的不足。 数字化的核心部件 – 模数转换器 于是仪器研制人员又被迫回到数字化的核心部件 – 模数转换器来考虑问题。当时适合地震信号数字化成的传统模数转换通常采用逐次比较设计方案，连续变化的模拟信号按采样频率离散为一系列保持平定的子样，对这些子样用类似天平称重的方法，通过加减一系列标准的电压码来测量子样。当比较码值的总和电压与子样电压相等时便实现了量化。 这种传统模数转换所用的线路包括电压码生成、子样保持、以及比较等均为模拟线路，而模拟线路的精度要靠复杂严格的制造工艺来有限度地保证，而且受时效和温度变化的影响很大，例如产生标准电压码所用衰减电路的精密电阻，选用材料苛刻，且需极为复杂严格的工艺制造。因此传统的十六位模数转化器最优线性度只能达到万分之一，畸变最好指标也不过是万分之五，动态范围大约 80dB 左右。 瞬时浮点放大器的弊端 随后人们开始认识到瞬时浮点放大器的弊端，既是对在低频大信号上叠加的高频小信号起平滑作用而不利于高频信号的采集。恰好在这个时候微电子器件中 Δ—Σ 过采样模数转换器问世，从而使此问题迎刃而解。Δ—Σ 模数转换器的理论在七十年代就已提出. 这种模数转换技术可以使用易于制造的宽容限模拟元件，但需要快速和非常复杂的数字信号处理。仅仅由于应用了与微处理机芯片同步发展的微电子超大规模计算芯片才使 Δ—Σ 模数转换器得以投入使用。动态达 120dB 的Δ—Σ 模数转换器使仪器研制者彻底停用了瞬时浮点放大器这一模拟部件，也去除了繁琐的各种模拟滤波器 瞬时动态范围的新概念 瞬时动态范围的新概念：即在同一采样间隔内能够记录到的不同频率的最大信号与最小信号之比。1992 年I/O 公司率先造出了采用 Δ—Σ 模数转换器进行数字化的系统Ⅱ仪器。在随后的八年中，地震数据采集系统又经历了一次更新换代 美国I/O 公司的 SYSTEMⅡ，SYSTEM 2000，IMAGE，法国 SERCEL 公司的 SN388，408UL 等优质品牌的遥测数字地震仪迅速占领了市场，基本上满足了地球物理勘探的需求。值得一提的是加拿大 GEO-X 公司推出了具有网络数传结构的 ARAM-24 仪器，随后又更新推出 ARAM-ARIES 型号。 数据传输采纳网络结构 法国 SERCEL 的 408UL 的数据传输也采纳了网络结构，将采集系统的各个部分均视为网络结点。形成“地震区域网络”，灵活可靠地实现地震数据的传输交换，而这一切都有幸于计算机网络通讯技术的飞速发展以及 TCP/IP、IPX 等先进重要通讯协议对信息高速公路的贡献 遥测地震仪快速发展 二十世纪后八年的遥测地震仪的发展，更加现