CN105319577A - 一种天然源面波的勘探仪器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地震勘探资料采集技术领域，具体涉及了一种天然源面波的勘探仪器，其特征在于，包括检测模块、采集模块、处理模块和人机交互模块；该勘探仪器的使用方法包括：将低频检波器布置于勘探现场与检测模块连接；通过输入装置向采集模块和处理模块输入采集参数和控制指令，使低频检波器检测天然源面波信号、处理单元对天然源面波信号进行处理，从而得到原始信号波形和面波频散曲线；根据显示装置显示的原始信号波形和面波频散曲线进行分析；调整低频检波器的布置位置，直至得到的面波频散曲线符合要求。本发明提供了一种天然源面波的勘探仪器及其使用方法，能在采集天然源面波的振动信号的同时，获得并显示天然源面波频散曲线。

Description

一种天然源面波的勘探仪器及其使用方法

技术领域

本发明涉及地震勘探资料采集技术领域，尤其涉及一种天然源面波的勘探仪器及其使用方法，更具体地涉及一种可在现场同时获得天然源面波信号和面波频散曲线的勘探仪器及其使用方法。

背景技术

到目前为止，国内外利用天然源面波进行地质勘探，都是通过仪器设备在现场采集天然源面波记录，采集完成后将数据备份到磁盘，而后再回放到电脑中进行数据处理，其中，现场采集的一部分天然源面波记录能够获得面波频散曲线，即用于地质勘探的成果曲线，而另一部分天然源面波记录则不能获得满意的面波面波频散曲线。

但是，由于国内外的天然源面波勘探仪器一般只在现场进行数据采集，不能直接得到勘探成果，即面波频散曲线。因此，现有技术中的勘探仪器存在以下缺陷：1、天然源面波是随机信号，采集过程中得到的信号均是杂乱无章的震动信号，技术人员无法判断采集记录的好坏，无法判断采集的记录能否满足勘探要求，只能按着固定的时间长度、逐个测点的盲目采集。2、现场采集数据完成后提交处理，若不合格则需要重新回到现场补测，并且又需要重新布置装置，直至往复补测合格，存在生产效率低下的缺陷。3、以往为了克服这种脱节现象，会采用采集人员和处理人员同在现场配合工作的办法，这样会发生增加技术人员或技术骨干的困难。4、这种采集和处理脱节的方式，在有些条件下几乎难于完成任务、或要花费大量的工作量，例如在城区强干扰背景和复杂地质地形的条件下勘探时，往往需要大量调整测量装置才能满足测点的需要，不能直接看到结果的盲目采集要花费大量时间重复工作。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种天然源面波的勘探仪器及其使用方法，能在采集天然源面波的振动信号的同时，获得并显示面波频散曲线，解决了传统方法采集与处理脱节的问题，提高了工作效率。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种天然源面波的勘探仪器，包括检测模块、采集模块、处理模块和人机交互模块，所述检测模块、采集模块和处理模块依次连接，所述人机交互模块分别与所述采集模块和处理模块连接；所述人机交互模块分别向所述采集模块和处理模块输入采集参数及控制命令，所述采集模块控制所述检测模块检测天然源面波信号并传输至所述处理模块，所述处理模块通过处理所述天然源面波信号得到原始信号波形和面波频散曲线并反馈至所述人机交互模块，所述人机交互模块同时显示所述原始信号波形和面波频散曲线。

进一步的，还包括箱体，所述箱体顶部设有面板，所述采集模块和处理模块设置于所述箱体内，所述人机交互模块设置于所述面板上，所述检测模块设置于所述箱体外，并通过电缆与所述控制模块连接。

进一步的，前述采集模块包括采集单元和A/D转换单元；所述采集单元分别与所述检测模块、所述A/D转换单元和所述人机交互模块连接；所述人机交互模块控制所述采集单元接收所述检测模块检测到的天然源面波信号，所述天然源面波信号通过A/D转换单元转换为数字信号并传递至所述处理模块。

进一步的，前述处理模块包括顺序连接的滤波器、空间自相关处理器、筛选器和叠加器；所述滤波器与所述A/D转换单元连接，所述叠加器与所述人机交互模块连接；所述滤波器对天然源面波信号进行滤波，所述空间自相关处理器对滤波后的所述天然源面波信号进行处理并获得所述原始信号波形和面波频散曲线；所述筛选器对所述原始信号波形和面波频散曲线分别进行筛选；所述叠加器对筛选后的所述原始信号波形和面波频散曲线分别进行叠加并反馈至人机交互模块中显示。

进一步的，前述滤波器为带通滤波器，所述带通滤波器的低频范围为0.1-1Hz，所述带通滤波器的高频范围为5-20Hz。

进一步的，前述人机交互模块包括输入装置和显示装置，所述输入装置包括按键和/或旋钮，所述显示装置包括显示屏。

进一步的，前述检测模块为低频检波器，所述低频检波器的数量为1+3N个，其中N为1-5。

本发明还提供了一种天然源面波的勘探仪器的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、将低频检波器布置于勘探现场；所述低频检波器包括一个位于中心的第一检波器和位于四周的多组第二检波器，每组所述第二检波器的数量为3个，且与所述第一检波器的距离依次增大；每组所述第二检波器的连线形成的正三角形同心，所述第一检波器分别位于各组所述第二检波器的连线形成的正三角形的中心；

S2、通过输入装置分别向采集模块和处理模块输入采集参数和控制指令，使所述低频检波器检测天然源面波信号、处理单元对所述天然源面波信号进行处理，从而获得原始信号波形和面波频散曲线；

S3、根据所述显示装置显示的所述原始信号波形和面波频散曲线进行对比；

S4、调整所述低频检波器的布置位置，使设置于最外侧一组的第二检波器与第一检波器的距离增大，并重复步骤S2-S3，直至所述面波频散曲线符合要求。

进一步的，前述步骤S1中，相邻的两组所述第二检波器中，位于内侧的一组第二检波器分别设置于位于外侧的一组第二检波器两两连线的中点上。

进一步的，前述步骤S2中，所述采集参数包括：采集样间隔为10ms，采集时间为600-3600s。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的一种天然源面波的勘探仪器，包括检测模块、控制模块和人机交互模块，人机交互模块向控制模块输入采集参数及命令，控制模块控制检测模块进行检测，人机交互模块同时显示原始信号波形和面波频散曲线。该勘探仪器可在采集天然源面波数据的过程中直接获得地质勘探需要的面波频散曲线，解决了以往采集者只知采集而不知效果、处理者知道成果不足也不能及时补测的问题。

本发明提供的一种天然源面波的勘探仪器，由于可以在勘探现场直接获得面波频散曲线，可以在城区强干扰背景和复杂地质地形条件下勘探时，通过调整检测模块的分布及时提高勘探成果质量的需要。

本发明提供的天然源面波的勘探仪器的使用方法，该使用方法简单，并且可在采集天然源面波数据的过程中直接获得地质勘探需要的面波频散曲线，解决了传统方法采集与处理脱节的问题，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明天然源面波的勘探仪器的模块示意图；

图2为本发明天然源面波的勘探仪器的结构示意图；

图3为本发明的低频检波器布置示意图；

图4为本发明的显示装置的显示界面示意图。

其中，1：低频检波器；2：箱体；3：面板；4：显示器；5：旋钮；6：按键；7：电缆；8：第一检波器；9：第二检波器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是1+3N个，其中N为1-5；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的一种天然源面波的勘探仪器，包括检测模块、采集模块、处理模块和人机交互模块，检测模块、采集模块和处理模块依次连接，人机交互模块分别与采集模块和处理模块连接；人机交互模块分别向采集模块和处理模块输入采集参数及控制命令，采集模块控制检测模块检测天然源面波信号并传输至处理模块，处理模块通过处理天然源面波信号得到原始信号波形和面波频散曲线并反馈至人机交互模块，人机交互模块同时显示原始信号波形和面波频散曲线。

如图2，还包括箱体2，箱体2顶部设有面板3，采集模块和处理模块设置于箱体2内，人机交互模块设置于面板3上，检测模块设置于箱体2外，并通过电缆7与控制模块连接。其中，检测模块为低频检波器1，低频检波器1的数量为1+3N个，其中N为1-5。需要说明的是，面板3上还可以设有电压指示灯用于显示工作电压，还能设有USB接口，用于将获得的数据导出，并传输至计算机内。

本实施例中，低频检波器11为速度型1Hz检波器，频率响应曲线在1Hz-100Hz范围内灵敏度不小于700V/M/S，可以检测到天然源面波信号，无需人工制造地震波后再进行检测。

进一步的，前述采集模块包括采集单元和A/D转换单元；采集单元分别与检测模块、A/D转换单元和人机交互模块连接；人机交互模块控制采集单元接收检测模块检测到的天然源面波信号，天然源面波信号通过A/D转换单元转换为数字信号并传递至处理模块。

进一步的，前述处理模块包括顺序连接的滤波器、空间自相关处理器、筛选器和叠加器；滤波器与A/D转换单元连接，叠加器与人机交互模块连接；滤波器对天然源面波信号进行滤波；空间自相关处理器对滤波后的天然源面波信号每512个或1024个采集点分段进行处理并获得每段的原始信号波形和面波频散曲线，其中，空间自相关处理器进行处理时，先得到每段的天然源面波信号的频谱，再得到每段的原始信号波形和面波频散曲线；筛选器对每段的原始信号波形和面波频散曲线分别进行筛选，幅值小于2倍统计幅值的作为合格数据，传送至叠加器中；叠加器对筛选后的每段的原始信号波形和面波频散曲线分别进行叠加并反馈至人机交互模块中，人机交互模块以刷新的方式显示依次处理好的每段的原始信号波形和面波频散曲线，直至设定的采集时间内的全部采集，并处理全部采集的天然源面波信号时，人机交互模块停止刷新，并持续显示最后一段的原始信号波形和面波频散曲线。

进一步的，前述滤波器为带通滤波器，带通滤波器的低频范围为0.1-1Hz，带通滤波器的高频范围为5-20Hz。其中，带通滤波器宽度的选择根据勘探深度和滤除噪音信号的需要确定。

进一步的，前述人机交互模块包括输入装置和显示装置，输入装置包括按键6和/或旋钮5，显示装置包括显示屏。本实施例中，输入装置包括按键6和旋钮5，显示屏设置于面板3的左侧，按键6和旋钮5设置于面板3的右侧。需要说的是，显示器4同时显示原始信号波形和面波频散数据可以为原始信号波形和面波频散曲线以左右并列、上下并列等任意方式。另外，输入装置和显示装置还可以通过一块触控面板实现，同时具备输入和显示的功能。

实施例二

本实施例提供了一种天然源面波的勘探仪器的使用方法，包括如下步骤：

S1、将低频检波器1布置于勘探现场；采集数据时，为提高勘探效率，将低频检波器1如图3所示布置，低频检波器1包括一个位于中心的第一检波器8和位于四周的多组第二检波器9，每组第二检波器9的数量为3个，且与第一检波器8的距离依次增大；每组第二检波器9的连线形成的正三角形同心，第一检波器8分别位于每组第二检波器9的连线形成的正三角形的中心；相邻的两组第二检波器9中，位于内侧的一组第二检波器9分别设置于位于外侧的一组第二检波器9两两连线的中点上，本实施例中，低频检波器1的数量为10个，包括1个第一检波器8和3组第二检波器9，勘探深度取决于最外侧的同心圆上的第二检波器9形成的正三角形的边长。

S2、通过输入装置分别向采集模块和处理模块输入采集参数和控制指令，使低频检波器1检测天然源面波信号、处理单元对天然源面波信号进行处理，从而获得原始信号波形和面波频散曲线；其中，采集参数包括：采样间隔为10ms，采集时间为600-3600s，启动后控制模块控制低频检波器1自动进行数据采集。

S3、根据所述显示装置显示的原始信号波形和面波频散曲线进行分析；且处理单元根据实时检测到的数据进行实时计算，每次计算后，显示器4上会显示出新的原始信号波形图和面波频散曲线图，如图4所示，图中原始信号波形图的纵坐标表示采集时间，横坐标表示检波器接收信号的序号，曲线为天然源面波的随机震动波形，波形的幅度和频率与天然震源的能量和频率有关；面波频散曲线图的纵坐标表示地层深度，横坐标表示地层的面波速度。

S4、调整低频检波器1的布置位置，使设置于最外侧一组的第二检波器9与第一检波器8的距离增大，并重复步骤S2-S3，直至面波频散曲线符合要求，即采集深度满足勘探人员的需要。

另外在采集过程中，还需要根据面波频散曲线的形态变化判断是否满足地质勘探的需求，如果面波频散曲线反映的深度已满足勘探任务要求，面波频散曲线的形态呈现出天然源面波的传播速度随深度增加而增加、面波频散曲线具有逐渐收敛的趋势，且当采集数据不断变化，面波频散曲线变化不明显的情况下，可终止采集，完成当前勘探现场的勘探任务。

综上所述，本发明提供的天然源面波的勘探仪器及其使用方法，可在采集天然源面波数据的过程中直接获得地质勘探需要的面波频散曲线，解决了传统方法采集与处理脱节的问题，提高了工作效率。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种天然源面波的勘探仪器，其特征在于，包括检测模块、采集模块、处理模块和人机交互模块，所述检测模块、采集模块和处理模块依次连接，所述人机交互模块分别与所述采集模块和处理模块连接；所述人机交互模块分别向所述采集模块和处理模块输入采集参数及控制命令，所述采集模块控制所述检测模块检测天然源面波信号并传输至所述处理模块，所述处理模块通过处理所述天然源面波信号得到原始信号波形和面波频散曲线并反馈至所述人机交互模块，所述人机交互模块同时显示所述原始信号波形和面波频散曲线。

2.根据权利要求1所述的天然源面波的勘探仪器，其特征在于，还包括箱体，所述箱体顶部设有面板，所述采集模块和处理模块设置于所述箱体内，所述人机交互模块设置于所述面板上，所述检测模块设置于所述箱体外，并通过电缆与所述控制模块连接。

3.根据权利要求2所述的天然源面波的勘探仪器，其特征在于，所述采集模块包括采集单元和A/D转换单元；所述采集单元分别与所述检测模块、所述A/D转换单元和所述人机交互模块连接；所述人机交互模块控制所述采集单元接收所述检测模块检测到的天然源面波信号，所述天然源面波信号通过A/D转换单元转换为数字信号并传递至所述处理模块。

4.根据权利要求3所述的天然源面波的勘探仪器，其特征在于，所述处理模块包括顺序连接的滤波器、空间自相关处理器、筛选器和叠加器；所述滤波器与所述A/D转换单元连接，所述叠加器与所述人机交互模块连接；所述滤波器对天然源面波信号进行滤波，所述空间自相关处理器对滤波后的所述天然源面波信号进行处理并获得所述原始信号波形和面波频散曲线；所述筛选器对所述原始信号波形和面波频曲线据分别进行筛选；所述叠加器对筛选后的所述原始信号波形和面波频曲线据分别进行叠加并反馈至人机交互模块中显示。

5.根据权利要求4所述的天然源面波的勘探仪器，其特征在于，所述滤波器为带通滤波器，所述带通滤波器的低频范围为0.1-1Hz，所述带通滤波器的高频范围为5-20Hz。

6.根据权利要求2所述的天然源面波的勘探仪器，其特征在于，所述人机交互模块包括输入装置和显示装置，所述输入装置包括按键和/或旋钮，所述显示装置包括显示屏。

7.根据权利要求2所述的天然源面波的勘探仪器，其特征在于，所述检测模块为低频检波器，所述低频检波器的数量为1+3N个，其中N为1-5。

8.一种天然源面波的勘探仪器的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、将低频检波器布置于勘探现场；所述低频检波器包括一个位于中心的第一检波器和位于四周的多组第二检波器，每组所述第二检波器的数量为3个，且与所述第一检波器的距离依次增大；每组所述第二检波器的连线形成的正三角形同心，所述第一检波器分别位于各组所述第二检波器的连线形成的正三角形的中心；

S2、通过输入装置分别向采集模块和处理模块输入采集参数和控制指令，使所述低频检波器检测天然源面波信号、处理单元对所述天然源面波信号进行处理，从而获得原始信号波形和面波频散曲线；

S3、根据所述显示装置显示的所述原始信号波形和面波频散曲线进行对比；

S4、调整所述低频检波器的布置位置，使设置于最外侧一组的第二检波器与第一检波器的距离增大，并重复步骤S2-S3，直至所述面波频散曲线符合要求。

9.根据权利要求8所述的天然源面波的勘探仪器的使用方法，其特征在于：所述步骤S1中，相邻的两组所述第二检波器中，位于内侧的一组第二检波器分别设置于位于外侧的一组第二检波器两两连线的中点上。

10.根据权利要求9所述的天然源面波的勘探仪器的使用方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述采集参数包括：采集样间隔为10ms，采集时间为600-3600s。