CN202145231U - 独立记录型折/反射兼容地震仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种独立记录型折/反射兼容地震仪，其中，包括探测单元、处理单元、数据存储单元和时钟单元；所述探测单元连接处理单元，处理单元分别连接数据存储单元和时钟单元，所述探测单元采用三个以上的通道数。本实用新型对探测用的人工地震宽角反射/折射地震仪和深地震反射这两种地震仪器系列作统一的兼容设计，具有独立采集、存储，高精度时间服务系统、能适用于开展高分辨人工地震宽角反射/折射探测，又能够同时开展近垂直反射探测。

Description

独立记录型折/反射兼容地震仪

技术领域

本实用新型主要涉及地震勘探领域，具体涉及一种独立记录型折/反射兼容地震仪。

背景技术

地震勘探方法是研究地球壳幔结构的主要手段，同时广泛应用于石油、煤田等矿产资源勘探中。通过开展以人工地震为主要手段的地球物理探测，不仅能为寻找矿产资源服务，同时通过布设合适的地震观测系统，能够得到不同大地构造单元的地壳结构，获得强地震区地壳不同深度的三维精细结构与构造以及为揭示地震孕育发生与地壳深部结构、构造间的关系提供基础资料，为地震预测由现在的经验型向物理预测等基础研究提供服务。显然地震勘探技术无论在资源领域还是在地壳结构研究的防震减灾领域都将发挥着极为重要的作用。

地壳深部结构的探测研究，近年来已越来越得到国内外人们的普遍关注，利用人工地震宽角反射/折射探测和近垂直反射的深地震反射探测方法开展地壳精细结构和资源勘探将越来越得到广泛应用。

利用人工地震方法探测研究地壳结构和资源勘探现今主要采用地震宽角反射/折射和近垂直反射的深地震反射探测两种方法。开展这两种不同探测工程时，国内外均采用两种不同的仪器系列，仪器相互不能兼容使用。用于地震宽角反射/折射探测工程的地震仪目前国内主要是中国地震局地球物理勘探中心生产的DAS-2型和PDS-1型24位轻便数字地震仪。野外数据采集由于各观测点之间的点距大（几百米至1～2公里），观测系统对总体时间服务的系统精度要求较低，全部采用具有数据独立采集、记录和各自独立的时间服务的独立地震仪。国内各单位开展反射地震探测的地震勘探仪器基本上采用的是进口地震仪器（数采记录器、检波器），比较典型的如石油系统多使用法国SERCEL公司生产的SN408地震仪、煤炭系统使用德国DMT公司生产的summit遥测数字地震仪，还有美国I/O公司、ISS国际公司生产的数字地震仪，其基本工作方式是各采集点通过大线电缆连接，采用统一授时、实时传送数据的非独立记录型系统。在开展深地震反射勘探时，往往要求探测深度到Moho界面，在我国西部地区Moho面厚度多在40—50公里以上，地面布设测线长度一般有15～20公里，采集点距为15～30米，且要求仪器大至呈直线布设，由于各数据采集点是通过大线电缆连接，势必会受到测线上诸如山地、河流、沼泽、村庄等地理环境的影响，给野外数据采集探测工程带来一系列困难和问题，此外在数据传输与通信方面，各采集点的数据是通过大线电缆与主控系统相联接构成实时双向传输，测线总长度在10公里以上时，不仅存在电缆运输、铺设困难，各联结点可靠性下降、故障率高，效率低下等问题，还将面临信号传输衰减、各种电磁干扰严重等一系列技术问题。由此可见各数据采集点用大线电缆来统一传送采集到的地震信息和时间信息的非独立记录观测系统，不适用于深地震反射探测工程。我们多年施工的实践表明，这种仪器系统带来施工难度大、成本高、效率低、系统质量不高等一系列问题。迫切需要在深地震反射探测工程中，采用独立记录型的地震仪。

为克服上述问题，美国I/O公司 2000年以前推出了RSR系统， RSR系统的初衷是为了降低勘探成本，并不完全是为支持深地震反射探测工程，由于技术及其他方面的原因，该系统一直没有得到推广。日本JGI公司于2001年推出了MS-2000独立系统技术设计思路，兼顾了深地震反射探测工程的需求，不足的是，MS-2000独立系统的功耗较大，每个记录单元高达6.0瓦，重量近14公斤。这对于开展深地震反射探测工程，耗电大、仪器笨重是一个很明显的缺陷。总之，国外这些公司推出地震勘探仪器并不能完全满足地壳深部探测工作要求，在主要技术指标、关键器件的选型，时间服务方式、低功耗、轻便化和实用性等方面仍存在相当多的缺陷。而我国在深地震反射探测仪器研制上至今还没有系统地开展过，更谈不上成型的深地震反射地震探测仪器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种独立记录型折/反射兼容地震仪，对探测用的人工地震宽角反射/折射地震仪和深地震反射这两种地震仪器系列作统一的兼容设计，具有独立采集、存储，高精度时间服务系统、能适用于开展高分辨人工地震宽角反射/折射探测，又能够同时开展近垂直反射探测。

本实用新型采用以下技术方案：

一种独立记录型折/反射兼容地震仪，其中，包括探测单元、处理单元、数据存储单元和时钟单元；所述探测单元连接处理单元，处理单元分别连接数据存储单元和时钟单元，所述探测单元采用三个以上的通道数。

进一步，所述探测单元包括检波器和控制检波器的开/锁检波器装置。

进一步，所述处理单元包括CPU和A/D模块，所述检波器测得的信号经A/D模块转换后传送至CPU中，所述CPU与数据存储单元连接，CPU经通讯接口与外部设备连接。

进一步，所述时钟单元包括GPS模块、时钟板和定时模块，所述GPS模块连接时钟板，时钟板分别连接定时模块和CPU，所述定时模块分别与A/D模块及CPU连接。

本实用新型的有益效果为：

1）将人工地震宽角反射/折射和深地震反射（近垂直反射）两种不同用途的仪器系列，研制为主动源探测兼用的地震仪器系统。

2）主动源探测兼用地震仪器系统全面改变现行深地震反射的探测方式，野外施工简便，极大地提高工作效率，大大降低工程成本。

3）实现智能化、程控型的前置电路。前置电路与A/D模块集成在A/D板上，检波器测得的信号在A/D转换前先在前置电路中进行放大及调理处理后，再进行模数转换。综合计算机软、硬件技术发展起来的数字滤波技术构成的去假频滤波器、抗干扰滤波器对滤波后的有效波不产生相移，使切除有害的干扰成分后对有效成分减小其产生的负面影响，减小仪器本底噪声，设置抗干扰滤波器，以便在干扰严重的地区使用。

4）各种技术指标满足人工地震宽角反射/折射和深地震反射（近垂直反射）两种不同用途的要求，充分考虑到诸如电磁兼容、各单元之间的耦合匹配、整机功耗与性能指标之间的关系，以整机长期工作稳定性为目的所采取的诸如振动、辐射、高低温试验、防水等各种工艺处理方法和措施，实现系统集成后在野外工作的适应性，数据传输的可靠性。

5）采用大动态范围24位地球物理专用的A/D转换器。新一代地震仪淘汰了瞬时浮点放大技术，全部采用了属于过采样技术的24位△－∑A/D转换器，结合FPGA实现数据采集系统大动态范围、高分辨率、低噪声、低失真目标，开展了使24位△－∑A/D转换器获得更高性能的应用研究。

6）采用高稳定温度补偿晶体振荡器(TCXO)为时基，结合FPGA实现高精度守时数字钟，并使之与GPS授时同步的技术，实现高精度的时间服务。

7）操作系统，可利用公用通讯网采用IP技术直接传输地震数据，能够实时监控系统的工作状态。

8）采用Phillips公司的低功耗、高性能LPC3250微处理器和有效的电源管理以及系统低功耗设计，降低仪器的功耗，内置锂电池，保证仪器的轻便性。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型前置电路的原理图；

图3是本实用新型A/D模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

如图1所示，本实用新型包括探测单元、处理单元、数据存储单元和时钟单元，探测单元连接处理单元，处理单元分别连接数据存储单元和时钟单元。探测单元包括检波器和控制检波器的开/锁检波器装置，开/锁检波器装置由CPU控制，探测单元的通道数为三个以上；处理单元包括CPU和A/D模块，检波器测得的信号经A/D模块转换后传送至CPU中，CPU与数据存储单元连接，CPU经通讯接口与外部设备连接。时钟单元包括GPS模块、时钟板和定时模块，GPS模块连接时钟板，时钟板分别连接定时模块和CPU，定时模块分别与A/D模块及CPU连接；时钟板为与GPS授时同步的高精度内时钟，作为各独立记录地震仪器的内时间，定时模块可控制定时或连接记录信号。数据存储单元可以为CF卡。

图2是前置电路的原理图，图3是A/D模块的电路原理图，前置电路与A/D模块集成在A/D板上，检波器测得信号后，先在前置电路中放大、调理处理后，再由A/D模块进行模数转换。

本实用新型的主要技术指标和功能为：

1） 3个记录通道

2）每个通道有独立的24位A/D转换器

3）采样率：250，500，1000，2000SPS

 4）动态范围：130dB

5）时间服务：GPS同步的高精度时钟，采样与之同步

6）记录方式：连续或定时可选的记录方式，压缩或不压缩可选的数据格式

7）数据存储：CF卡，容量大于2GB

8）功耗：小于1.8W

9）电源：内置锂电池

10）通讯口：RS232C、10Base-T。

本实用新型具有独立采集、存储，高精度时间服务系统，能适用于开展高分辨人工地震宽角反射/折射探测，又能够同时开展近垂直反射探测，其总体技术指标、性能、功能可同时满足两种工作方式，且具有体积小重量轻、使用方便、功耗低等特点，以满足不断深入开展的人工地震深部探测工程的需求。

本实用新型有别于现有的通过专用的大线电缆实施有线遥测，或者通过专用的无线链路实施无线遥测的地震仪器系统，它是一种没有笨重的专用大线电缆，也无需复杂的无线电数传设备的相对简便的地震探测系统。其设计的核心思想是，变传统的各个通道的数据集中记录为各个独立的采集记录单元数据的分散记录，这样系统的运输、架设、维护要相对便利，对野外施工条件的要求也相对宽松，当然由于各个单元独立工作，这样对其独立的时间服务提出了很高的要求。为了保证仪器系统有足够的时间服务一致性，我们拟采用与GPS授时同步的高精度内时钟，作为各独立记录单元的内时间服务的设计思路。在各记录单元的通道数上，我们将兼顾考虑探测工程工作的需要和仪器成本、功能、轻便性、施工便利性等可能会相互牵扯相互矛盾的各个方面，进行折中考虑。考虑到现有的反射地震仪每个采集站大都设计为6通道，但在折射应用时，一个观测点一般只用到3通道（分别接三分向地震计的X、Y、Z），6通道设计显然会增加功耗和成本，同时也会有体积大、不轻便的弊端，不方便野外施工；在反射探测时，6道记录同样会有大线电缆长的问题，因此折射/反射兼容地震计设计，原则上，单个采集记录单元的通道数不少于三通道，在成本、功能、轻便性等方面许可的条件下将适当增加通道数。这种既能同时满足人工地震宽角反射/折射探测工程需要，也能满足深地震反射探测工程需要，使之达到在同一条剖面探测时，能同时获得高分辨人工地震宽角反射/折射探测和深地震反射探测的数据要求，这将对开展人工地震地壳结构与构造探测研究及矿产资源开发产生极大的促进作用，同时极大地提高了施工效率，节省了大量资金投入。

本实用新型能同时开展高分辨人工地震宽角度反射/折射、近垂直反射主动源探测兼用的地震仪器试验系统，这将全面改变现行深地震反射的探测方式，野外施工简便，极大地提高工作效率，大大降低工程成本。

Claims (4)

1.一种独立记录型折/反射兼容地震仪，其特征在于：包括探测单元、处理单元、数据存储单元和时钟单元；所述探测单元连接处理单元，处理单元分别连接数据存储单元和时钟单元，所述探测单元采用三个以上的通道数。

2.根据权利要求1所述的一种独立记录型折/反射兼容地震仪，其特征在于：所述探测单元包括检波器和控制检波器的开/锁检波器装置。

3.根据权利要求1或2所述的一种独立记录型折/反射兼容地震仪，其特征在于：所述处理单元包括CPU和A/D模块，所述检波器测得的信号经A/D模块转换后传送至CPU中，所述CPU与数据存储单元连接，CPU经通讯接口与外部设备连接。

4.根据权利要求3所述的一种独立记录型折/反射兼容地震仪，其特征在于：所述时钟单元包括GPS模块、时钟板和定时模块，所述GPS模块连接时钟板，时钟板分别连接定时模块和CPU，所述定时模块分别与A/D模块及CPU连接。

Images