專利名稱：一種獨(dú)立記錄型折/反射兼容的地震探測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及地震勘探領(lǐng)域，具體涉及一種獨(dú)立記錄型折/反射兼容的地震探測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
地震勘探方法是研究地球殼幔結(jié)構(gòu)的主要手段，同時(shí)廣泛應(yīng)用于石油、煤田等礦產(chǎn)資源勘探中。通過(guò)開展以人工地震為主要手段的地球物理探測(cè)，不僅能為尋找礦產(chǎn)資源服務(wù)，同時(shí)通過(guò)布設(shè)合適的地震觀測(cè)系統(tǒng)，能夠得到不同大地構(gòu)造單元的地殼結(jié)構(gòu)，獲得強(qiáng)地震區(qū)地殼不同深度的三維精細(xì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造以及為揭示地震孕育發(fā)生與地殼深部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造間的關(guān)系提供基礎(chǔ)資料，為地震預(yù)測(cè)由現(xiàn)在的經(jīng)驗(yàn)型向物理預(yù)測(cè)等基礎(chǔ)研究提供服務(wù)。 顯然地震勘探技術(shù)無(wú)論在資源領(lǐng)域還是在地殼結(jié)構(gòu)研究的防震減災(zāi)領(lǐng)域都將發(fā)揮著極為重要的作用。地殼深部結(jié)構(gòu)的探測(cè)研究，近年來(lái)已越來(lái)越得到國(guó)內(nèi)外人們的普遍關(guān)注，利用人工地震寬角反射/折射探測(cè)和近垂直反射的深地震反射探測(cè)方法開展地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)和資源勘探將越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用。利用人工地震方法探測(cè)研究地殼結(jié)構(gòu)和資源勘探現(xiàn)今主要采用地震寬角反射/ 折射和近垂直反射的深地震反射探測(cè)兩種方法。開展這兩種不同探測(cè)工程時(shí)，國(guó)內(nèi)外均采用兩種不同的儀器系列，儀器相互不能兼容使用。用于地震寬角反射/折射探測(cè)工程的地震儀目前國(guó)內(nèi)主要是中國(guó)地震局地球物理勘探中心生產(chǎn)的DAS-2型和PDS-I型M位輕便數(shù)字地震儀。野外數(shù)據(jù)采集由于各觀測(cè)點(diǎn)之間的點(diǎn)距大(幾百米至1 2公里)，觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)總體時(shí)間服務(wù)的系統(tǒng)精度要求較低，全部采用具有數(shù)據(jù)獨(dú)立采集、記錄和各自獨(dú)立的時(shí)間服務(wù)的獨(dú)立地震儀。國(guó)內(nèi)各單位開展反射地震探測(cè)的地震勘探儀器基本上采用的是進(jìn)口地震儀器(數(shù)采記錄器、檢波器)，比較典型的如石油系統(tǒng)多使用法國(guó)SERCEL公司生產(chǎn)的 SN408地震儀、煤炭系統(tǒng)使用德國(guó)DMT公司生產(chǎn)的summit遙測(cè)數(shù)字地震儀，還有美國(guó)I/O公司、ISS國(guó)際公司生產(chǎn)的數(shù)字地震儀，其基本工作方式是各采集點(diǎn)通過(guò)大線電纜連接，采用統(tǒng)一授時(shí)、實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)的非獨(dú)立記錄型系統(tǒng)。在開展深地震反射勘探時(shí)，往往要求探測(cè)深度到Moho界面，在我國(guó)西部地區(qū)Moho面厚度多在40—50公里以上，地面布設(shè)測(cè)線長(zhǎng)度一般有15 20公里，采集點(diǎn)距為15 30米，且要求儀器大至呈直線布設(shè)，由于各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)是通過(guò)大線電纜連接，勢(shì)必會(huì)受到測(cè)線上諸如山地、河流、沼澤、村莊等地理環(huán)境的影響，給野外數(shù)據(jù)采集探測(cè)工程帶來(lái)一系列困難和問(wèn)題，此外在數(shù)據(jù)傳輸與通信方面，各采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)是通過(guò)大線電纜與主控系統(tǒng)相聯(lián)接構(gòu)成實(shí)時(shí)雙向傳輸，測(cè)線總長(zhǎng)度在10公里以上時(shí)， 不僅存在電纜運(yùn)輸、鋪設(shè)困難，各聯(lián)結(jié)點(diǎn)可靠性下降、故障率高，效率低下等問(wèn)題，還將面臨信號(hào)傳輸衰減、各種電磁干擾嚴(yán)重等一系列技術(shù)問(wèn)題。由此可見各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)用大線電纜來(lái)統(tǒng)一傳送采集到的地震信息和時(shí)間信息的非獨(dú)立記錄觀測(cè)系統(tǒng)，不適用于深地震反射探測(cè)工程。我們多年施工的實(shí)踐表明，這種儀器系統(tǒng)帶來(lái)施工難度大、成本高、效率低、系統(tǒng)質(zhì)量不高等一系列問(wèn)題。迫切需要在深地震反射探測(cè)工程中，采用獨(dú)立記錄型的地震儀。
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為克服上述問(wèn)題，美國(guó)I/O公司2000年以前推出了 RSR系統(tǒng)，RSR系統(tǒng)的初衷是為了降低勘探成本，并不完全是為支持深地震反射探測(cè)工程，由于技術(shù)及其他方面的原因， 該系統(tǒng)一直沒(méi)有得到推廣。日本JGI公司于2001年推出了 MS-2000獨(dú)立系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)思路，兼顧了深地震反射探測(cè)工程的需求，不足的是，MS-2000獨(dú)立系統(tǒng)的功耗較大，每個(gè)記錄單元高達(dá)6. 0瓦，重量近14公斤。這對(duì)于開展深地震反射探測(cè)工程，耗電大、儀器笨重是一個(gè)很明顯的缺陷?？傊?，國(guó)外這些公司推出地震勘探儀器并不能完全滿足地殼深部探測(cè)工作要求，在主要技術(shù)指標(biāo)、關(guān)鍵器件的選型，時(shí)間服務(wù)方式、低功耗、輕便化和實(shí)用性等方面仍存在相當(dāng)多的缺陷。而我國(guó)在深地震反射探測(cè)儀器研制上至今還沒(méi)有系統(tǒng)地開展過(guò)，更談不上成型的深地震反射地震探測(cè)儀器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種獨(dú)立記錄型折/反射兼容的地震探測(cè)系統(tǒng)，對(duì)探測(cè)用的人工地震寬角反射/折射地震儀和深地震反射這兩種地震儀器系列作統(tǒng)一的兼容設(shè)計(jì)， 具有獨(dú)立采集、存儲(chǔ)，高精度時(shí)間服務(wù)系統(tǒng)、能適用于開展高分辨人工地震寬角反射/折射探測(cè)，又能夠同時(shí)開展近垂直反射探測(cè)。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種獨(dú)立記錄型折/反射兼容的地震探測(cè)系統(tǒng)，其中，包括探測(cè)單元、處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和時(shí)鐘單元；所述探測(cè)單元連接處理單元，處理單元分別連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和時(shí)鐘單元，所述探測(cè)單元采用三個(gè)以上的通道數(shù)。進(jìn)一步，所述探測(cè)單元包括檢波器和控制檢波器的開/鎖檢波器裝置。進(jìn)一步，所述處理單元包括CPU和A/D模塊，所述檢波器測(cè)得的信號(hào)經(jīng)A/D模塊轉(zhuǎn)換后傳送至CPU中，所述CPU與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元連接，CPU經(jīng)通訊接口與外部設(shè)備連接。進(jìn)一步，所述時(shí)鐘單元包括GPS模塊、時(shí)鐘板和定時(shí)模塊，所述GPS模塊連接時(shí)鐘板，時(shí)鐘板分別連接定時(shí)模塊和CPU，所述定時(shí)模塊分別與A/D模塊及CPU連接。本發(fā)明的有益效果為
1)將人工地震寬角反射/折射和深地震反射(近垂直反射)兩種不同用途的儀器系列， 研制為主動(dòng)源探測(cè)兼用的地震儀器系統(tǒng)。2)主動(dòng)源探測(cè)兼用地震儀器系統(tǒng)全面改變現(xiàn)行深地震反射的探測(cè)方式，野外施工簡(jiǎn)便，極大地提高工作效率，大大降低工程成本。3)實(shí)現(xiàn)智能化、程控型的前置電路。前置電路與A/D模塊集成在A/D板上，檢波器測(cè)得的信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換前先在前置電路中進(jìn)行放大及調(diào)理處理后，再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。綜合計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)發(fā)展起來(lái)的數(shù)字濾波技術(shù)構(gòu)成的去假頻濾波器、抗干擾濾波器對(duì)濾波后的有效波不產(chǎn)生相移，使切除有害的干擾成分后對(duì)有效成分減小其產(chǎn)生的負(fù)面影響，減小儀器本底噪聲，設(shè)置抗干擾濾波器，以便在干擾嚴(yán)重的地區(qū)使用。4)各種技術(shù)指標(biāo)滿足人工地震寬角反射/折射和深地震反射(近垂直反射)兩種不同用途的要求，充分考慮到諸如電磁兼容、各單元之間的耦合匹配、整機(jī)功耗與性能指標(biāo)之間的關(guān)系，以整機(jī)長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性為目的所采取的諸如振動(dòng)、輻射、高低溫試驗(yàn)、防水等各種工藝處理方法和措施，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成后在野外工作的適應(yīng)性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?)采用大動(dòng)態(tài)范圍M位地球物理專用的A/D轉(zhuǎn)換器。新一代地震儀淘汰了瞬時(shí)浮點(diǎn)放大技術(shù)，全部采用了屬于過(guò)采樣技術(shù)的M位Δ — Σ A/D轉(zhuǎn)換器，結(jié)合FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大動(dòng)態(tài)范圍、高分辨率、低噪聲、低失真目標(biāo)，開展了使M位Δ — Σ A/D轉(zhuǎn)換器獲得更高性能的應(yīng)用研究。6)采用高穩(wěn)定溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)為時(shí)基，結(jié)合FPGA實(shí)現(xiàn)高精度守時(shí)數(shù)字鐘，并使之與GPS授時(shí)同步的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間服務(wù)。7)操作系統(tǒng)，可利用公用通訊網(wǎng)采用IP技術(shù)直接傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。8)采用fillips公司的低功耗、高性能LPC3250微處理器和有效的電源管理以及系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)，降低儀器的功耗，內(nèi)置鋰電池，保證儀器的輕便性。


圖1是本發(fā)明的原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
如圖1所示，本發(fā)明包括探測(cè)單元、處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和時(shí)鐘單元，探測(cè)單元連接處理單元，處理單元分別連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和時(shí)鐘單元。探測(cè)單元包括檢波器和控制檢波器的開/鎖檢波器裝置，開/鎖檢波器裝置由CPU控制，探測(cè)單元的通道數(shù)為三個(gè)以上； 處理單元包括CPU和A/D模塊，檢波器測(cè)得的信號(hào)經(jīng)A/D模塊轉(zhuǎn)換后傳送至CPU中，CPU與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元連接，CPU經(jīng)通訊接口與外部設(shè)備連接。時(shí)鐘單元包括GPS模塊、時(shí)鐘板和定時(shí)模塊，GPS模塊連接時(shí)鐘板，時(shí)鐘板分別連接定時(shí)模塊和CPU，定時(shí)模塊分別與A/D模塊及 CPU連接；時(shí)鐘板為與GPS授時(shí)同步的高精度內(nèi)時(shí)鐘，作為各獨(dú)立記錄地震儀器的內(nèi)時(shí)間， 定時(shí)模塊可控制定時(shí)或連接記錄信號(hào)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元可以為CF卡。本發(fā)明的主要技術(shù)指標(biāo)和功能為
1)3個(gè)記錄通道；
2)每個(gè)通道有獨(dú)立的M位A/D轉(zhuǎn)換器；
3)采樣率250,500，1000，2000SPS ； 4)動(dòng)態(tài)范圍:130dB ；
5)時(shí)間服務(wù)GPS同步的高精度時(shí)鐘，采樣與之同步；
6)記錄方式連續(xù)或定時(shí)可選的記錄方式，壓縮或不壓縮可選的數(shù)據(jù)格式；
7)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)CF卡，容量大于2GB；
8)功耗小于1.8W;
9)電源內(nèi)置鋰電池；
10)通訊口RS232C、10Base-T。本發(fā)明具有獨(dú)立采集、存儲(chǔ)，高精度時(shí)間服務(wù)系統(tǒng)，能適用于開展高分辨人工地震寬角反射/折射探測(cè)，又能夠同時(shí)開展近垂直反射探測(cè)，其總體技術(shù)指標(biāo)、性能、功能可同時(shí)滿足兩種工作方式，且具有體積小重量輕、使用方便、功耗低等特點(diǎn)，以滿足不斷深入開展的人工地震深部探測(cè)工程的需求。本發(fā)明有別于現(xiàn)有的通過(guò)專用的大線電纜實(shí)施有線遙測(cè)，或者通過(guò)專用的無(wú)線鏈路實(shí)施無(wú)線遙測(cè)的地震儀器系統(tǒng)，它是一種沒(méi)有笨重的專用大線電纜，也無(wú)需復(fù)雜的無(wú)線電數(shù)傳設(shè)備的相對(duì)簡(jiǎn)便的地震探測(cè)系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)的核心思想是，變傳統(tǒng)的各個(gè)通道的數(shù)據(jù)集中記錄為各個(gè)獨(dú)立的采集記錄單元數(shù)據(jù)的分散記錄，這樣系統(tǒng)的運(yùn)輸、架設(shè)、維護(hù)要相對(duì)便利，對(duì)野外施工條件的要求也相對(duì)寬松，當(dāng)然由于各個(gè)單元獨(dú)立工作，這樣對(duì)其獨(dú)立的時(shí)間服務(wù)提出了很高的要求。為了保證儀器系統(tǒng)有足夠的時(shí)間服務(wù)一致性，我們擬采用與GPS 授時(shí)同步的高精度內(nèi)時(shí)鐘，作為各獨(dú)立記錄單元的內(nèi)時(shí)間服務(wù)的設(shè)計(jì)思路。在各記錄單元的通道數(shù)上，我們將兼顧考慮探測(cè)工程工作的需要和儀器成本、功能、輕便性、施工便利性等可能會(huì)相互牽扯相互矛盾的各個(gè)方面，進(jìn)行折中考慮。考慮到現(xiàn)有的反射地震儀每個(gè)采集站大都設(shè)計(jì)為6通道，但在折射應(yīng)用時(shí)，一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)一般只用到3通道(分別接三分向地震計(jì)的X、Y、Z)，6通道設(shè)計(jì)顯然會(huì)增加功耗和成本，同時(shí)也會(huì)有體積大、不輕便的弊端，不方便野外施工；在反射探測(cè)時(shí)，6道記錄同樣會(huì)有大線電纜長(zhǎng)的問(wèn)題，因此折射/反射兼容地震計(jì)設(shè)計(jì)，原則上，單個(gè)采集記錄單元的通道數(shù)不少于三通道，在成本、功能、輕便性等方面許可的條件下將適當(dāng)增加通道數(shù)。這種既能同時(shí)滿足人工地震寬角反射/折射探測(cè)工程需要，也能滿足深地震反射探測(cè)工程需要，使之達(dá)到在同一條剖面探測(cè)時(shí)，能同時(shí)獲得高分辨人工地震寬角反射/折射探測(cè)和深地震反射探測(cè)的數(shù)據(jù)要求，這將對(duì)開展人工地震地殼結(jié)構(gòu)與構(gòu)造探測(cè)研究及礦產(chǎn)資源開發(fā)產(chǎn)生極大的促進(jìn)作用，同時(shí)極大地提高了施工效率， 節(jié)省了大量資金投入。 本發(fā)明能同時(shí)開展高分辨人工地震寬角度反射/折射、近垂直反射主動(dòng)源探測(cè)兼用的地震儀器試驗(yàn)系統(tǒng)，這將全面改變現(xiàn)行深地震反射的探測(cè)方式，野外施工簡(jiǎn)便，極大地提高工作效率，大大降低工程成本。
權(quán)利要求
1.一種獨(dú)立記錄型折/反射兼容的地震探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括探測(cè)單元、處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和時(shí)鐘單元；所述探測(cè)單元連接處理單元，處理單元分別連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和時(shí)鐘單元，所述探測(cè)單元采用三個(gè)以上的通道數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獨(dú)立記錄型折/反射兼容的地震探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于 所述探測(cè)單元包括檢波器和控制檢波器的開/鎖檢波器裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種獨(dú)立記錄型折/反射兼容的地震探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述處理單元包括CPU和A/D模塊，所述檢波器測(cè)得的信號(hào)經(jīng)A/D模塊轉(zhuǎn)換后傳送至 CPU中，所述CPU與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元連接，CPU經(jīng)通訊接口與外部設(shè)備連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種獨(dú)立記錄型折/反射兼容的地震探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于 所述時(shí)鐘單元包括GPS模塊、時(shí)鐘板和定時(shí)模塊，所述GPS模塊連接時(shí)鐘板，時(shí)鐘板分別連接定時(shí)模塊和CPU，所述定時(shí)模塊分別與A/D模塊及CPU連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種獨(dú)立記錄型折/反射兼容的地震探測(cè)系統(tǒng)，其中，包括探測(cè)單元、處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和時(shí)鐘單元；所述探測(cè)單元連接處理單元，處理單元分別連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和時(shí)鐘單元，所述探測(cè)單元采用三個(gè)以上的通道數(shù)。本發(fā)明對(duì)探測(cè)用的人工地震寬角反射/折射地震儀和深地震反射這兩種地震儀器系列作統(tǒng)一的兼容設(shè)計(jì)，具有獨(dú)立采集、存儲(chǔ)，高精度時(shí)間服務(wù)系統(tǒng)、能適用于開展高分辨人工地震寬角反射/折射探測(cè)，又能夠同時(shí)開展近垂直反射探測(cè)。
文檔編號(hào)G01V1/18GK102305939SQ20111022109
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者馮生強(qiáng), 原秦喜, 方盛明, 李林法, 楊健, 田長(zhǎng)征, 趙增慶 申請(qǐng)人:中國(guó)地震局地球物理勘探中心