第四章浅层地震勘探仪器简介

第四章浅层地震勘探仪器简介

第一节仪器的特点及主要组成部分

一、浅震对仪器的要求1.基本要求

(1)具有高放大倍数的性能。（几微米，放大几十万倍以上。）(2)具有把能量悬殊的浅、中、深层反射波不失真记录下来的性能。（浅、深强弱相差100万倍，120dB以上。）(3)具有合适的通频带。（浅层高端频率可达300Hz，深层低端低至30Hz以下。）2.特殊要求

浅震探测规模、范围小，干扰因素复杂，严重影响有效波的接收和识别。(1)具有高分辨率。（较小地质体，详细分层。）(2)具有高信噪比。（浅震在人口密集、交通繁忙地区，外界干扰严重；偏移距短，受震源干扰严重。）(3)具有信号增强功能。（非炸药震源能量弱，叠加方式压制干扰。）(4)轻便、工作效率高。（浅震用于工程勘察，工作范围小、周期短、流动性大。）

二、地震仪的主要组成部分四个主要部分：检波器、放大器、震源同步系统和记录显示装置

地震道：一个检波器、一个放大器（包括滤波器等电路）和一个记录器组合在一起。浅震仪道数有12道、24道或48道。1.检波器

作用：把地震波到达地表接收点处所引起的微弱机械振动转换为电磁振动。一种机电转换装置。为适应地震勘探的各种要求，其类型和性能多种。接收波型：纵波、横波、井中检波器（三分量检波器）；使用地区：陆上、海上检波器；电压输出与质点运动速度关系：速度、加速度检波器。如图示：陆上接收纵波的电磁式（动圈式）速度检波器。组成：外壳、磁钢、弹簧片、线圈等。检波器工作原理：图4.1电动式检波器结构示意图当地震波引起地表介质振动时，检波器外壳连同磁钢随介质质点一起振动，而线圈由于惯性不随外壳同时运动，于是便产生了线圈与磁钢的相对运动，线圈切割磁力线便产生感生电流。其作用相当于小小“发电机”

，将机械振动转变成了电振动。①

方向特性：当振动方向与线圈轴线方向一致时，产生最大输出电压，具有最大的灵敏度。

图4.2SSJ—100型检波器频率特性

按检波器固有频率分：低频，＜10Hz；中频，10～33Hz；高频，33～100Hz。图示为100Hz高频检波器的频率特性曲线。曲线分三段。第一段：线性段，f较低时，输出随f的升高而增大；第二段：当f为某值时，输出最大；

第三段：f再升高，输出渐小，趋于一极限值。

整个频率曲线表现为一种高通滤波性能，可适当地压制低频面波等干扰。在浅震中，多采用高频检波器。2.放大器自动增益控制(AGC)：使放大器的放大倍数能随反射信号能量的强弱而自动调节。可将浅、中、深层能量悬殊的反射信号同时出现在波形记录上。放大倍数可达几十万倍以上。3.记录显示装置一般用计算机记录和显示。4.震源同步系统一是激发地震波，二是与激发时间同步产生触发信号，使主机开始记时。锤击：用两个弹簧片与导线连接作触发器；炸药：爆炸使捆在炸药包上的导线炸断，产生触发信号。第二节数字叠加式浅震仪介绍按叠加方式分：模拟叠加增强式，数字叠加增强式一、几个基本概念1.分贝放大倍数：输出信号振幅m1与输入信号振幅m2的比值。分贝(dB)：用对数值表示放大倍数100dB意思指：若有5μV的输入振幅，则可得到0.5V(即0.5×106μV)的输出。2.动态范围定义：测量信号振幅极大值与系统噪音水平的比值，用分贝表示：［动态范围］=［］dB3.假频计算机只能对离散数据进行运算。采样：连续波形信号离散信号。子样：某离散信号瞬时值。采样间隔△t：相邻子样的时间间隔。△t越小，所得一组离散值越能代表原波形信号（模拟信号）的形状。采样定理：

fmax：信号中的最高频率成分。采样间隔为，那么采样频率为，如图所示。图

(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别对连续信号进行25、100、125、200、250Hz采样，则输出频率分别为25、100、125、50、0Hz。显然，后两个采样不足，出现假频。假频：某连续信号，采样频率小于信号频率的两倍，则在每个周期内采样不足两个，采样后变成另一种频率的新信号。图

(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别对连续信号进行25、100、125、200、250Hz采样，则输出频率分别为25、100、125、50、0Hz。显然，后两个采样不足，出现假频。图4.5假频现象假频：某连续信号，采样频率小于信号频率的两倍，则在每个周期内采样不足两个，采样后变成另一种频率的新信号。采样间隔并非越小越好，△t过小，会增加不必要的处理工作量；另一方面，一般浅震仪只能处理一定数量的子样（通常为512个，1024个或2048个），因此过小的采样间隔会使记录长度缩短，致使勘探深度变浅。一般浅震仪，△t有0.125、0.25、0.5、1、2ms等不同档次，可据不同情况选用。二、仪器的工作原理及特点1.工作原理

工作原理如图示。图4.6数字叠加式浅层地震仪工作原理图2.数字叠加原理图4.7数字叠加原理及流程图如图所示。数字叠加原理如下：来自放大器的模拟信号经A/D转换后的数字信号和存贮器已有（前一次）的数字信号相加，再送回存贮器，等待与再次激发产生的数据信号相加。若使每次激发产生的地震信号依次进行相加，就可得到多次叠加后的增强地震数据。3.数字地震仪的特点(1)全数字化

全数字化：就是利用微机控制仪器来完成数据采集和信息处理。微机处理是中心，而采集系统则属于外围设备。通过对计算机的操作就可实现对地震仪的操作。这样可使地震仪的稳定性和可靠性大大提高。同时，仪器具有操作简单、重量轻、体积小的优点。(2)动态范围大采用浮点放大，动态范围可达130dB左右，几乎可把全部能量范围的地震信号记录下来。模拟地震仪：40～50dB。(3)频带宽

数字地震仪：20Hz～300Hz；模拟地震仪：20～120Hz。因此，数字地震仪分辨率大大提高。第三节地震数据的记录格式文件号（或炮号）：地震数据采集时，通常把每放一炮所记录的全部数据存储在一个文件上，并进行编号。其数据存储是按事先规定的格式进行编排存储的。SEG（美国勘探地球物理学会）通过了SEG-2格式为工程地震仪的数据记