地震勘探仪器及可控震源的发展

2007年4月地震勘探仪器及可控震源的发展内容提要•一、地震勘探仪器的发展概况•二、地震勘探仪器技术现状•三、主流地震仪器及其在华北探区的应用情况•四、地震勘探仪器的基本发展规律•五、地震勘探仪器关键技术•六、地震勘探仪器未来技术发展•七、可控震源技术的发展2007年4月地震勘探仪器发展概况•地震仪器的发展过程可分为六代。•第一代是模拟光点记录地震仪器。生成模拟波形的纸记录。所采集地震数据特点是信号的动态范围小（仅20dB左右），记录信号的频带窄（仅20Hz左右），可记录的地震道数一般在24道以下。•第二代为模拟磁带记录地震仪器。其生产资料是为可重复利用的模拟磁带。本代仪器的核心贡献就是实现了生产记录的重复利用，其它关键技术没有实质性突破，所以记录地震信号的动态范围较小（仅40dB左右），记录地震信号的频带在100Hz以下，能够记录的地震道数一般在48道以下。2007年4月•第三代是数字磁带记录地震仪器。这类仪器是将地震信号进行数字化后再记录到磁带。其创新点是采用了前置放大、瞬时浮点放大和模/数转换技术，实现了由模拟到数字的变革。新技术的应用，使得瞬时动态范围可达70dB以上，地震信号的频带可达到250Hz左右，记录的地震道数一般在240道以内。这一类型的仪器包括SercelSN338、DFS-V等。•第四代是遥测数字地震仪器。这类仪器与第三代仪器有同样的原理，所不同的是它们在计算机管理下实施远程控制来完成地震数据采集。这代仪器的瞬时动态范围和接收信号的频带仍与前一代仪器相当。这代仪器实现了数字信号传输。由于数字信号传输电缆的重量不再受接收地震道数的限制，系统的采集能力也得到了空前的提高，一般在2ms采样时能有1000道左右的实时采集能力。这一类型的仪器包括SercelSN368、OPSEIS-5500/5586等。地震勘探仪器发展概况2007年4月•第五代是二十世纪九十年代才推出的采用ΔΣ技术的24位A／D型遥测数字地震仪器，其代表是如今广为流行的SN388、IMAGE、408UL等。这代仪器的核心技术就在于用24位A／D转换器取代了先前的瞬时浮点放大器和14或15位A／D转换器，且在不考虑检波器的瓶颈作用时，ΔΣ技术的应用使得系统的瞬时动态范围上升到110dB或更多，可记录地震信号的频带达800Hz或更高。随着计算机技术的发展以及数字处理技术在地震勘探仪器上的应用，仪器的集成度和采集能力进一步得到提高，其2ms的基本采集能力一般都在5000道左右。地震勘探仪器发展概况2007年4月•第六代是二十一世纪初开始面向勘探市场的全数字地震仪器，其代表是系统—IV（VC或VR）和408UL、428—DSU。与前一代仪器相比根本不同是：系统中包含了以MEMS技术为核心的加速度数字传感器，使得系统的瞬时动态范围在90dB以上，而且从0－500Hz都能等灵敏度和等相位响应地震信号。这代仪器的关键技术就是突破了传统模拟检波器长期以来制约系统瞬时动态范围进一步提高的瓶颈作用，真正实现了完全数字化，不怕电磁干扰，有万道以上实时采集能力。它是今后实现宽频带万道多波高精度采集的方向。地震勘探仪器发展概况2007年4月地震勘探仪器技术现状从技术水平上看，当今世界各大地球物理公司拥有的主流地震勘探仪器都是采用△∑技术的24位A/D型，实时采集能力可达几千甚至万道，所应用的数字存储技术、网络遥测技术、数字传感技术、数据通讯技术、计算机软、硬件技术、电子工程技术、材料工艺技术等均属国际先进水平，各项物理特性和技术指标也是同期高科技电子装备中最高和最好的。目前，正在全面推行的以MEMS技术为基础的地震勘探仪器，仍在不断跟踪世界最新电子工程技术，并更加突出硬件资源的标准性、通用性以及软件技术的个性化，也即地震勘探仪器的核心技术越来越多地体现在系统应用软件水平和功能上。这就是当代地震勘探仪器的基本技术现状。2007年4月地震仪器及其在华北探区的应用情况•地震勘探仪器生产厂商目前主要有法国的Sercel,美国的I/O,加拿大的GEO-X、Fairfield等四家公司。在用的仪器主要有Sercel的SN388、408UL，I/O的IMAGE、SYSTEMⅣ，GEO-X的ARIES、Fairfield公司的无线BOX仪器。•按照数据传输及控制采集的方式，地震仪器可以分类为：–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器–全数字式和其它专用仪器–其它类型的地震仪器2007年4月1、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。2007年4月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-20002007年4月有线数据传输仪器：GEO-XARAM-ARIES网络仪器的先驱2007年4月有线数据传输仪器：Geo-X:ARAM-ARIESARAM24是加拿大GEO－X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ARAMARIES，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。2006年7月，东方公司开始引进该型仪器，在07-07年度的河西务、任北项目中，华北2322队使用了该型仪器。2007年4月有线数据传输仪器：SERCEL-408UL2007年4月有线数据传输仪器：Sercel-408UL408UL：408UL是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，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。华北探区在2004-05年度2150队任丘城区、2322队高阳高密度采集试验和2005-06年度2311队马西-八里庄项目中都应用了该型仪器。2007年4月有线数据传输仪器：I/OSYSTEMIMAGESYSTEM2000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。华北探区2005年在高阳南项目中使用该型仪器收到很好效果。2007年4月SYSTEM-IV特点：•基于野外单元的设计•Windows2000操作系统•单用户–特殊风格的图形用户接口–用户操作助手•独立的记带、绘图及QC•预装绿山(GMG)、Pelton软件•XP开发工具•通用软件编码数据库•支持VectorSeis单分量或3分量采集•基于RSR的站内存储式无线遥测•第一台系统能力为5000单元(15,000道)–具有理论上无限的道能力•市场上单道重量最轻的系统•可由激发源控制启动数据采集•可控震源作业时可交替或串级扫描•支持炸药/气枪震源有线数据传输仪器：I/OSYSTEM-IV•VectorSeis数字传感器•SmartNet™智能网络遥测•SmartPower™智能电源管理•每个A单元支持3个野外单元(9道)•集成Pelton激发源控制•30,000道全数字(TrueDigital™)•激发源控制采集启动•华北探区在2004-05年度固安和2006-07年度肃宁-河间项目使用了该型仪器。2007年4月有线数据传输仪器：Sercel428XL•428xl采用服务器/客户机构架，除了完善了408xl的网络存贮、远程质量监控、GPS导航、GPS向导和多系统混合施工等功能外，增加了LAUX428的GPS定位授时、远程操作访问、多方协同操作、小折射仪功能。可通过ESQC-PRO远程实时监控，可远程操作控制采集，可在地形图上实时显示设备、车辆，在GPS导航方式下，仪器被动工作，遥爆系统在确定井口坐标后，主机按照SPS文件自动选择炮点和对应排列和激发采集，LAUX内置GPS系统，通过接收GPS数据，确定每条测线座标，也可与GPS时钟同步，配合主机的GPS完成采集系统同步，在不适合使用常规遥爆系统的情况下，可以使用GPS授时完成系统同步。LUX428内置有二个BLASTER控制器，通过使用以太网传输控制信号和数据，安装E428软件的笔记本电脑和爆炸机组成的便携式系统就是一台小折射仪器。2007年4月有线数据传输仪器：Sercel428XL•地面设备与408比较：•FDU428重量为0.35kg,与FDU4080.415kg比较，重量更轻。•FDU428功耗为120mW,与FDU408140mW比较，功耗更小。•电缆数传率可达16.383MHz,增加一