地震仪器知识

第一节 地震仪器发展简介 第二节 地震数据采集系统原理介绍 第三节 目前常用地震仪器简介 第四节 可控震源与气

第五节 地震仪器日、月、年检记录 第六节 电缆检波器地面站管理规定

第四章 地震仪器知识

第一节 地震仪器发展简介

地震勘探就是用人工方法激发地震波，研究地震波在地层中传播的规律，以查明地下的地质情况，为寻找油、气田或实现其它勘探目的服务的一种物探方法。与其它物探方法相比，地震勘探具有精度高、分辨率高、勘探深度大等优点，因此，已成为石油勘探中一种最有效的勘探方法。

地震勘探工作基本包括激发地震波、接收记录地震波和处理解释地震资料三个方面。每一项工作都需要使用特定的设备，才能完成预期的任务。

地震勘探仪器就是为了接收和记录地震波专门设计的一种集精密传感器技术、近代电子技术和计算机技术为一体的组合装置。最早的地震仪器是1914年Mintrop的机械式地震仪器。

近半个世纪以来，随着电子技术、计算机技术、通讯技术和地震勘探技术的迅速发展，石油地震勘探仪器也在不断地发展、完善和提高。从地震仪器的记录内容和方式来看，大致分为四代：

一、第一代：模拟光点记录仪

㈠发展时间：30年代到50年代，经历了30多年。我国从50年代初到60年代末，应用光点记录地震仪，简称51型地震仪。

㈡主要特点：

1.地震记录为模拟波形光点感光照相记录。 2.采用电子管电路。 ㈢存在问题：

1.此种记录不能作回放处理，故不可作多次覆盖地震勘探。在现场进行生产时，接收记录前必须选好激发和接收因素，否则无法补救。

2.地震资料的处理只能用手工进行，工作效率低，质量难有保证。 3.记录仪器动态范围小，一般只有20dB左右。

4.地震仪器记录频带窄，一般为30Hz左右。使大量有效波丢失。 5.地震道数少，一般只有26道，只能进行二维地震勘探。

6.只适用于地震地质条件简单的地区工作，在复杂地区不能获得好的地震资

料。

二、第二代：模拟磁带记录地震仪

㈠发展时间：从50年代初到60年代末，经历了约十几年的时间。 ㈡主要特点：

1.所得原始地震资料为模拟磁带记录和热敏纸模拟波形监视记录，可以进行回放处理，因此可以实现多次覆盖，因为模拟磁带记录在回放、转录、叠加时信噪比要降低，一般每转录一次要降低6 dB，这就了多次覆盖的次数，一般为6，12次。

2.地震资料的处理可以用半自动化的基地回放仪进行，可得到模拟波形记录和时间剖面图。

3.磁带记录仪的动态范围一般为40－50 dB，只能进行构造地震勘探。 4.记录波形频带较宽，可达到15－120Hz。 5.记录道数为26道后来改为48道。

6.采用公共自动增益控制（公共AGC）和程序增益控制(PGC)。 7.采用晶体管电路。 ㈢主要存在问题： 1.记录动态范围小。 2.地震道数少。

3.多次覆盖次数受到。 4.记录精度较低。

5.地震资料处理方法少，效率较低和质量差等。

三、第三代：数字磁带记录地震仪

㈠发展时间：在70年代初，基于瞬时浮点增益控制技术、模数转换技术、数字磁带记录技术、通讯技术的发展，而开发出来的数字地震仪为第三代地震仪，如美国的德克萨斯公司1970年研制的DFS-V型，法国SERCEL公司研制的SN338B型等。

瞬时浮点放大技术是美国德克萨斯公司最先研制出来的，以后别的公司也陆续研制出别具一格的瞬时浮点放大器。

瞬时浮点放大器是指对每一个地震信号，在几十微秒时间内，可以在0－

84dB之间选择其最佳增益，使信号得到满量程的放大。以提高仪器的测量精度，短时间的增益调整并确定即为“瞬时”，可以大大提高增益跟踪速度。

㈡主要特点：

1.所得地震原始资料为数字磁带记录和模拟波形地震监视记录。因为数字磁带记录在转录叠加时，其信噪比不降低，所以实际应用上可以实现多次覆盖，可作12，24－96次。

2.主放大器和模数转换放在一起的动态范围大，一般可达到168dB以上，大大超过了被记录的地震波的动态范围（100－120dB）。

3.地震记录频带宽，一般前放滤波器的通频带在3－250Hz，记录频带宽。对低频来说有利于接收深层反射波，作深层地震勘探；对高频来说，可有利于接收浅层和薄层反射波，提高地震勘探分辨率，作浅层和薄层勘探。

4.记录地震波的振幅精度提高，一般为0.1％，高的可达到0.05％，这样就提高了勘探的精度。

5.地震资料的处理直接使用电子计算机，可使地震资料的处理速度快，质量高，方法多和效果好。

6.地震道数多，48、60、96、120、240道不等。数字地震仪的操作自动化程度高，使用操作简单，维修方便，不易出现废炮，提高了工作效率。

㈢主要存在问题：

这种采集系统同其他部分紧密联结一起，通常是几个电路箱体安装在仪器车内，排列上各道检波器接收的地震模拟信号，通过多芯电缆（通常称为“大线”）传送到仪器车上，集中由同一采集系统进行数据采集。由于大线的芯数有限，所以就了采集道数的增加，不利于大规模三维采集。目前国内地震队已经全部淘汰了数字磁带记录地震仪。

四、：遥测地震仪

为了适应三维地震勘探、高分辨率地震勘探、多波地震勘探和地层地震学的发展需要，并随着数字通讯、遥控遥测、计算机控制、处理、磁记录等新技术的发展，产生了遥测地震仪。

所谓遥测，就是利用电缆、光缆、无线电或其它传输技术对远距离的物理点进行测量。这类地震仪是在集中数据采集型地震仪基础上发展起来的，与前一

类地震仪相比，它大大增加了采集系统的数目，而且把采集系统从仪器车上分离出来，构成一个个采集站，分布在排列上，每个采集站只负责采集与它相连的一道或几道检波器的地震信号。各采集站把采集的数据通过数字传输系统传送到仪器车上，由记录系统记录下来和监视系统显示出来。遥测数字地震仪在仪器车内的部分通常称为主机，在仪器车外的部分主要是分布在排列上的一个个采集站，采集站与主机之间通过数字传输系统相联系。遥测数字地震仪可分为有线遥测地震仪和无线遥测地震仪两种。

随着计算机技术、数字技术的不断进步，遥测地震仪也相应的飞速发展，根据它在发展过程中采用的主要技术的不同，遥测地震仪又可分为三类：常规遥测地震仪、新型遥测地震仪和采用数字检波器的全数字地震仪。

1、常规遥测地震仪 ㈠.发展时间及种类：

1976年第一台遥测数字地震仪问世，随后，遥测数字地震仪发展迅速，新产品层出不穷，仪器型号达到20多种。其中有线遥测数字地震仪有：电缆传输仪器SN348、SN368、WAVE-III，国产YKZ480、SK-1004、SK1005等，光缆传输仪器有MDS-16、MDS-18、DFS-VII-200。无线数字遥测地震采集系统有：OPSEIS5500、OPSEIS5586、MYRISEIS I和II、DIGISEIS-200等型号。

㈡.常规遥测数字地震仪主要特点：

⑴数字地震仪在采集站中将模拟信号转变成数字信号后向控制记录系统传送，由于数字信号的传输抗干扰能力强，避免了传输模拟信号时大线所固有的道间串音、天电干扰和工频干扰等。

⑵遥测地震仪排除了常规地震仪那些记录道数的因素，使地震仪器的道数可扩展到上千道乃至万道，适于进行三维地震勘探，施工效率高。

⑶采用计算机对整个系统进行可编程控制，系统的各方面功能大大加强了。 ⑷遥测数字地震仪配备了成套的诊断软件和测试软件，可以使操作员全面检查各个部件的性能指标，并显示故障部件的位置。便于维护检修，而且操作方便，自动化程度高，可以杜绝因操作不当引起的废炮。

㈢.现状：随着科技的发展和地震勘探对质量要求的提高，16位的模数转换器已经逐渐不适应勘探形势的发展，目前国内地震队已经基本上淘汰了这种地震

仪。在本章后面部分所说的常规地震仪，如无特别说明，均指新型遥测数字地震仪。

2、新型遥测地震仪 ㈠.发展时间及种类：

二十世纪九十年代初新型遥测地震仪器问世，在短短几年的时间里，新型遥测地震仪在品种和数量上获得突飞猛进的发展。新型遥测地震仪器的标志是启用了频谱整形滤波器和24位的模数转换器等新技术。新型遥测地震仪的代表是：电缆传输的SN388、408UL、I/O SYSTEM II、SYSTEM IMAGE 、VISION、ARAM-24、ARAM ARIES；无线传输的OPSEIS EAGLE、TELSEIS STAR、BOX等。

㈡.主要特点：

⑴采集站中使用了△-∑24位A/D转换器，大大提高了瞬时动态范围，减少了畸变。地震道基本上不采用模拟滤波器，这就消除了相移及频率畸变，简化了采集站电路，降低了热噪声，使元器件的集成度更高、更轻便，功耗也更低。SN388功耗为240mw/道，GDAPS-4功耗为400mw/道(在记录方式时)。

⑵启用了频谱整形滤波器，提高了高频信噪比，相应提高了地震分辨率。 ⑶仪器采样率以1ms为主，并兼有2ms和0.5ms,通过提高Alias滤波器的陡度扩展频带至400Hz（1ms）或200Hz（2ms），截频可达0.8NYQUST频率。

⑷普遍重视人机界面的应用，软件的图形能力愈来愈强，多窗口界面的应用日趋普遍。

⑸野外现场处理与仪器溶为一体，能在监视记录上看到背景噪音及信噪比的大小。

⑹仪器采集站的设计上，普遍采用了SMT（表面贴装技术）及FPGA（超大规模门阵列芯片）。

这种类型地震仪在国内地震队中大规模使用，是目前地震勘探行业的主导仪器。

3、全数字地震仪 ㈠.发展时间：

在二十世纪末，美国的I/O公司和法国的SERCEL公司率先提出了数字检波器的概念，并相继推出了他们的产品。SERCEL公司又紧接着推出与数字检波器

配套的408-DSU3系统，构成了全数字地震采集系统。

全数字地震采集系统的灵魂是：数字的、矢量的传感器。与常规的地震采集系统相比，既实现了检波器的数字化，又抛弃了传输中的模拟线缆部分，因此称为全数字系统。

㈡.主要特点：

⑴数据采集及模数转换全部在检波器中进行，去掉采集站内全部模拟电路，仅保留数据传输电路，这使得地面站变的更为简单、体积更小、功耗更低，大大降低了地面设备的体积和重量，并使系统的稳定性和可靠性得到进一步的提高。

⑵由于整个系统取消了模拟电路，数字信号不受外界电磁信号干扰的影响，如高压线或地下电缆等干扰。

㈢.应用前景：

全数字地震仪所具有的优异性能使它成为P波或多波勘探最理想的工具，是目前石油行业唯一能够向地球物理学家提供全波场地震信号、改善在复杂地区地震成像和岩性信息的地震仪。

但是，由于目前使用的各种遥测地震仪，大都不具备直接配备数字检波器进行采集的功能。如要实现这一功能，就必须对大部分地震数据采集系统进行全面改造，这需要大量的金钱和时间。另外，虽然从理论上讲，全数字地震仪的各种技术性能和指标与现在普遍使用数字仪相比不可同日而语，应该能取得前所未有的高品质地震资料，但野外地震勘探受工区地理地质及周围环境以及数据采集、资料处理和解释等多种因素的制约和影响，任何环节出了差错都将影响地质效果。考虑到勘探成本和要达到的地质成果及诸多方面之间的关系，目前地震勘探只能以常规地震仪为主。再者，横波处理解释软件的不完善，也影响全数字地震仪的应用。

因此，在未来很长一段时间内，物探行业只能是全数字地震仪与常规地震仪并存的局面，而且是常规地震仪占主导地位。随着微电子机械系统工艺技术的发展和数字检波器技术的不断成熟和完善，全数字地震采集系统定将获得飞速发展。

现在国内部分物探公司已经购买全数字地震仪，基本上处于实验调试和融合阶段。

第二节 地震数据采集系统原理介绍

地震仪器依据传输方式等特点可分为常规地震仪器（集中式）、有线遥测地震仪器和无线遥测地震仪器（分布式）。常规地震仪器的主要特点是在地震仪器主机里进行前置放大和模数转换等工作，排列上所传输的地震信号为模拟信号；有线遥测地震仪器就是利用电缆、光缆传输技术对远距离的物理点进行测量，无线遥测地震仪器是利用无线电或其它传输技术对远距离的物理点进行测量。目前应用最多的是有线遥测地震仪器，现以有线遥测地震仪为例来介绍地震数据采集系统的工作原理。

有线遥测地震仪器的主要组成部分有：检波器、数传电缆、采集站、电源站、交叉站、震源同步系统、记录系统（主机、磁带机、绘图仪等）及辅助设备（重复站、中继站、测试仪等）组成。

图4-2-1 采集系统基本组成框图

采集系统的基本组成见图4-2-1，采集系统与检波器相连的部分称为“前

放”电路，它主要用于消除检波器连线上引入的共模干扰和对输入信号按固定增益放大。高通、陷波、低通三种滤波器分别用于消除地震信号中存在的低频干扰、交流电干扰和高频干扰。多路转换开关的功能是在每个采样周期依次对所有道经前放滤波电路的输出信号进行采样，将所有道并行输入的连续信号变为一路串行

输出的周期性按道序排列的离散子样脉冲。浮点放大器将每个子样幅值放大2G倍,G为按子样幅值选定的整数，通常称为阶码。模数转换器把经浮点放大后的子样幅值转换成二进制数码D，D称为尾数，阶码G和尾数D组成浮点二进制数N=2—G·D代表子样脉冲的幅值，幅值的正负用符号位表示。每个子样的浮点二进制数码由子样数据暂存器暂时寄存一下后便送往数据传输格式编排电路，按指定的数据传输格式编排和调制后通过电缆或光缆或无线电传送到仪器车上的主机，经过解编解调、处理和记录格式编排后送往磁带机写电路写到磁带上。

一、地震检波器

地震检波器是把传到地面或水中的地震波转换成电信号的机电装置，它是地震仪野外采集的关键部件，是地震仪接收处理信号的第一个环节，当由震源激发产生地震波到达排列时，检波器接收到地震波并将之转换为相应的电信号，通过电缆传送到采集站或地震仪中。目前陆地上多用电动式检波器（俗称速度检波器），水中多用压电检波器（俗称水听器），涡流加速度检波器是80年代为适应高分辨率勘探而发展起来的新产品。在90年代后期，国外电动式检波器物探装备制造厂家又推出了数字检波器，现在国内部分物探公司已经购买,正处在实验阶段。

1、电动式检波器 ㈠.工作原理：

图5-2-2 电动式检波器结构图

电动式检波器的结构见图4-2-2。其基本工作原理是：利用线圈绕制在铝制线圈架上，组成一个惯性体，由弹簧片悬挂在永久磁铁产生的磁场中，永久磁铁 与检波器外壳固定在一起。当检波器外壳随地面震动时，引起线圈相对于永久磁

铁运动，线圈产生感应电动势，随着检波器外壳振动的大小，感应电动势也随之变化，振动幅度越大，感应电动势也大，反之亦然。在输出端输出相应的电信号，传输给地震仪器。检波器的自然频率主要取决于弹簧片的材料强度，强度越大，频率较高，反之亦然。

㈡.电动式检波器发展情况：

80年代后期，西安石油仪器总厂和物探局仪器厂分别引进了荷兰SENSOR公司的SM-4系列和美国GEOSPACE公司的GS-20DX系列检波器装备和技术，分别生产了国内常规的检波器SN4和JF-20DX系列。在90年代为适应高分辨率勘探又研制了超级检波器系列。超级检波器与常规检波器相比的优势：

⑴失真度降低（由0.2％ 到0.1％，到0.05％），使得动态范围提高了6 dB和12 dB。即由常规 dB提高到60dB和66dB。

⑵检波器的参数允差小，输出信号一致性好，有利于同相轴的追踪。 ⑶检波器假频的提高，提高了横向振动的谐振频率，对于由横波、直达波及高频瑞雷波等造成的干扰，起到更好的抑制作用。

目前国内与国外检波器技术水平基本相当，国外的检波器生产工艺水平比国内高，检波器稳定性好，在数据采集过程中的一致性好。尤其美国MARK公司的 MARK2型失真度最低，动态范围最大，但是价格十分昂贵，是国内同等水平检波器的2-3倍。

2、加速度检波器 ㈠.工作原理：

加速度检波器结构见图4-2-3。加速度检波器也是应用电磁感应原理制成的。它是将闭合的非磁性导体作为惯性体，通过弹簧片与外壳连接，然后使其处于磁钢、磁靴、线圈及外壳构成的磁通路的间隙中。线圈固定在外壳上，通过导线与检波器接线柱连接。当外壳运动时，惯性体对外壳及磁钢作相对运动而切割磁力线，根据电磁感应原理，在惯性体中将产生感应电势。因而在闭合回路中生成电流，由于电流的大小和方向都是变化的，因此所产生的磁场也随之变化，这个变化的磁场导致在固定线圈中产生感应电势和电流，这就是检波器输出的电流和电压。此电流和电压与加速度成正比，因而称为加速度检波器。

由于加速度检波器的灵敏度随着激振频率的增高而线性增加的，频率响应曲线在自然频率处形成拐点。在自然频率点左边以18dB/oct的陡度下降，对低频干扰的抑制能力比常规动圈式的检波器要强，尤其对面波的压制具有明显的优势。在拐点右边以6dB/oct的陡度上升，高频信号的电压灵敏度随着激振频率的升高呈线性上升特性。这一优点对于因为大地吸收而衰减的地震波高频信号是一个很重要的补偿。因此被普遍认为是高分辨率勘探理想的检波器。

㈡.发展情况：

早期的加速度检波器由于灵敏度太低，一直没有大量被使用。从90年代中期，为适应高分辨率勘探的需要，西安石油仪器总厂、西安伊海科技公司及物探局俊峰公司都研制了高灵敏度加速度检波器。例如西安仪器总厂研制的SWJ2型在80Hz时速度灵敏度达到0.49v/cm/s，伊海研制的AG-3型在80Hz时速度灵敏

度达到0.98v/cm/s。但是加速度检波器致命的弱点是内阻太大，检波器内阻的存在、大线与大地之间的耦合电容、仪器的输入特性等组成的采集系统是引起电磁干扰的主要原因。尤其是检波器串的高阻抗，是电磁干扰的最主要原因，加速度检波器的高内阻制约加速度检波器被大量使用。尤其是在城区、工业区等电磁干扰密集的地区不能使用加速度检波器。

3、压电检波器

㈠.压电检波器工作原理：

某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷（作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变）。当外力去掉后，又重新恢复不带电状态。这种现象称为压电效应。压电检波器就是利用压电效应将地震波引起的水压变化转变为电信号的一种机电转换装置。

具有压电效应的物质很多，如天然石英晶体、人工制造的压电陶瓷锆钛酸铅等。由于人工制造的经过极化处理的压电陶瓷具有非常高的压电系数，为石英晶体的几百倍，所以海上检波器普遍采用压电陶瓷元件作为传感器。

㈡.发展情况

压电检波器受使用条件的制约，其技术发展自80年代以来，国外没有新的理论及产品推出。在早期国内使用的压电检波器大多是美国MARK公司生产的P-44型，通过几年的使用发现稳定性略差，后来选择了美国GEOSPACE公司生产的MP-24型。2000年末有大港物探公司与西安石油仪器厂联合研制出了与国外技术水平相当的压电检波器，终于有了国内替代产品。

4、数字检波器

地震仪器随着电子、微电子、通信、计算机等技术发展，根据物探方法的需要，在市场能够接受的价格情况下，不断推出新产品，各项技术指标和功能日渐满足物探对仪器的要求。然而，检波器在近十年内的结构、技术没有新的突破，已成为提高物探精度的瓶颈，各检波器生产厂家都积极地开发数字检波器，现在可见的是I/O公司的VectorSeis多波数字检波器和法国SERCEL公司推出的数字检波器。1995年美国I/O公司看准多波勘探这一新理论，为制造出领导物探新领域的新仪器，他们向美国两所大学投资2000万美元进行多波勘探理论研究。

同时，在技术上秘密建立起一个世界上超级微电子生产线来与科研单位配合，经过三年的悉心研究试制，1998年首次展示面积仅lcm2、厚仅3mm的多波数字检波器，这是物探装备推动物探方法发展的现象。

㈠.数字检波器的基本工作原理：

数字检波器是利用硅片受到振动会发生相对形变，引起电容值的改变，从而导致控制电路电压的变化，将这一变化的电压，放大并进行数字化24位模数转换，形成了检波器的输出信号。

㈡.特点及前景：

数字检波器的出现彻底改变了物探使用了几十年以机电转换为主的传感器观念。由于数字检波器采用微电子技术，硅片的质量小，受振动敏感，失真小，加上微电子线路的整形，动态范围大，因而成为新型物探装备的焦点。数字检波器是加速度检波器。所有的前放、采样、A/D转换过程都是在检波器内部进行的，因此所有传输的信号都是数字信号，抗干扰能力较强。它的另一个优势是用电子线路来识别检波器的方位，用软件区分不同方向的波，克服了过去三分量检波器用水泡来定位的麻烦，提高了失量保证度（矢量保证度是指每个分量互相耦合的信号量度）。所有线路都是利用光刻工艺制造，线路稳定性能好。使用这种检波器还将大大简化野外采集站的功能，减小体积，提高野外施工效益，为多波多分量勘探提供了工具。

目前西方地球物理勘探公司已将这种检波器与I/O公司的RSR无线遥测地震仪配合进行多波勘探试验。Serce1公司也研制了数字检波器，并推出408-DSU3系统与数字检波器配套。相信用不了多久新型数字检波器就会在勘探工作中大规模应用。常规检波器也可以用在多波勘探上，Fairfield公司在墨西哥海湾进行的四维勘探时，就是用SM－4检波器加上定位系统，进行特殊包装后，用软件进行各波的分离，资料已获得了油公司认可，取得了好的经济效益。

二、采集站、交叉站及其它辅助设备介绍

一个野外地震勘探排列主要包括采集站、电源站和交叉站等野外电子设备，以及采集大线和数传电缆（交叉线）等。排列结构见图4-2-4

图4-2-4排列示意图

1、采集站工作原理 ㈠.前放增益

地震仪的前放增益有好几档供仪器操作员选择，那么实际使用时，究竞选高档好还是选低档好，这个问题主要应从提高地震记录的信噪比来考虑。

因为磁带上记录的是采集系统输出的数据所以地震记录的信噪比实质上也就是采集系统的输出信噪比。若令采集系统的输入信号电压有效值为VIS，系统本身的输出噪声为VON，外界噪声输入电压有效值为VINO，则可得采集系统的输出信噪比为：见（4-2-1）式

由（4-2-1）式可见，为了提高地震记录的信噪比，就应尽可能选用较高的前放增益K1（K4代表其它增益），尽可能降低采集系统的等效输入噪声VON。 前放增益的选择还应保证所需要记录的最大信号幅度不超过地震仪的最大允许输入幅度，否则的话就会使采集系统中的放大器趋于饱和或模数转换器发生溢出，从而使地震记录产生过大的谐波失真。因此，为了提高地震记录的信噪比和保真度，我们应该在不使模数转换器溢出的前提下尽可能选用高的前放增益。

在有些地区或有些时候，因为天气或人为因素的影响，环境噪声即 （4-2-1）式中的VINO会变得比较大，使深目的层的反射信号被淹没，这时为了保证地震记录的信噪比和达到所要求的地震穿透力，可以采取加大激发能量（如加大炸药量或组合爆炸等）的办法，增强地震信号的幅度VIS，与此同时，为了使模数转换器不产生溢出造成谐波失真，应该选用较小的前放增益。

涉及到的几个参数： ⑴系统的等效输入噪声

当来自检波器的信号比采集系统等效输入噪声还低时，该信号就会被内部电路系统的噪声淹没。因此，定义电路允许的最小输入为系统的等效输入噪声。

⑵一般概念下，电路允许的最大输入以不失真输出的界限而定。在允许的输入范围内谐波失真系数很小而且变化不大，当输入超过允许的最大输入时，采集系统的放大器会趋于饱和，或A/D转换产生溢出，此时谐波失真度急剧变化。一般要求谐波失真系数大于0.05%为界（仪器不同，系数也有所不同）。满足这个要求的输入信号的上限即为电路允许的最大输入。

⑶地震仪允许输入的幅度范围称之为地震仪的动态范围，通常用最大允许输入与最小允许输入之比的分贝数表示。

㈡.频谱整形滤波器

众所周知，大地是一个低通滤波器，检波器接收到的地震信号高频成分衰减很严重，而低频成分衰减很小。大地对高频120Hz信号的吸收要比对10Hz信号的吸收强84dB，这样的高、低频信号很难同时被仪器记录下来。而且当面波比信号强20倍时，高频信号便无法记录。因此，如何解决高、低频信号同时记录，而且提高高频信噪比，就成了提高地震分辨率的关键技术。

为解决这一难题，制造商采用了频谱整形滤波器，这种滤波器的频率特性曲线顶上不是平而宽的，而是在不同的频率段上有不同的传递函数：

⑴当输入信号频率低于起始频率时，其增益为前置放大器预选的增益； ⑵当输入信号频率位于起始和终止频率之间时，其增益按6 dB/oct的速率递增；

⑶当输入信号频率高于终止频率时，其增益为预选的增益和终止频率所提升的增益之和。

㈢.采样原理及要求

所谓采样，就是将随时间连续变化的模拟信号，变成等间隔取瞬时幅度值（即离散子样）的过程，如图4-2-5所示。简言之，就是将模拟信号变成离散子样信号的过程，反之，将离散子样信号恢复成原来的模拟信号的过程称为反采样。

图4-2-5 采样过程

地震波是由几Hz到几百Hz各种不同的频率信号复合而成。如果不先经去假频滤波器进行频率滤波，直接送到多路转换开关去采样，就会产生假频信号。根据采样定理，在采样信号的半个周期内，至少要有一个采样点，才能恢复原来的信号。对地震波来说，被采样信号的最高频率信号在半个周期内，至少应该采一个离散子样信号，这样，全部被采信号就能恢复成原来的波形，否则将产生新的频率——假频干扰信号。

例如：多路转换开关对400Hz、375Hz、300Hz、200H、100Hz五种不同频率信号采样，其采样频率fS=500Hz（At=2ms），对这些信号进行离散化，再恢复则结果如图4-2-6所示。

图4-2-6 模拟信号离散与恢复

由图4-2-6可以看出，200Hz、100Hz的信号，因为它们小于采样频率的一半fS/2=250Hz，所以满足采样定理，能够恢复，如图5-2-6（a）、（b）。

然而，400Hz、375Hz、300Hz的它们都大于250 Hz，经离散化后均要产生新频率信号即假频干扰信号：100Hz、125Hz、200Hz，如图5-2-6（c）、（d）、（e）。 因此，一般数字地震仪为保证不失真，一定要严格控制假频干扰信号的产生。办法就是在多路转换开关之前，设置一个大陡度的去假频滤波电路。该去假频滤波器的高截频率fHD选为fS/4。

㈣.△-24位A/D转换器

A/D转换器是地震数据采集系统的重要组成部分。它的作用是把模拟的地震信号转换成相应的用二进制代码表示的数字信号。在24位A/D转换器投入使用之前的所有地震仪都采用瞬时浮点放大器加（12~14）位A/D转换器将模拟地震子样转换成浮点二进制表示的子样数据。这种浮点转换方式扩大了系统的动态范围，但从电路设计和工艺要求上都很严格。特别是加上瞬时浮点放大器后，在系统中多了一个噪声源，了仪器的瞬时动态范围，不利于提高地震分辨率，不适应高精度、高分辨率地震勘探的需要。

表4-2-1 24位和常规15位特性比较

A/D转换位数 S+23 S+14

从表4-2-1可知，24位A/D转换器具有动态范围大，量化单位小、量化电平多、分辨率高等一系列优点，完全适应输入地震信号120 dB的变化。24位A/D转换器技术引入地震仪，使数字地震仪的结构和性能产生了性的变化。24位A/D转换器定点地震数据采集系统已成为新一代遥测地震仪的主要标志和发展方向。

⑴△-∑A/D转换器的概念

△-∑A/D转换器与传统的A/D转换器概念完全不同。传统的A/D转换器转换的对象是地震子样的电压幅值，采用电压反馈逐位比较的方法进行转换。而△

动态范围 138dB 84dB 量化单位 1μV 500μV 量化电平 223种 214种 分辨率 1/223 1/214 -∑A/D转换器是采用过采样的一位编码技术和数字抽取滤波器技术来实现。转换对象不再是地震子样的电压幅值，而是采样点波形的变化趋向，即对同一道地震信号的两个相邻采样点之间的差值（△）进行一位编码，之后再用数字抽取（称为分样）和数字滤波的方法获得高位（20~24位）的数字信号。

所谓过采样是指用大于奈奎斯特频率许多倍的频率（一般≥256KHz）对模拟信号进行采样，称为过采样。

所谓分样是指用小于过采样频率许多倍的较低频率对过采样所产生的一位数字信号再进行抽取称为分样，或数字抽取。分样必须满足采样定理。

⑵△-∑A/D转换器原理总框图

△-∑ A/D转换器由△-∑调制器（又称增量总和调制器）和数字抽取滤波器两个相互的部分组成。原理框图如图4-2-7所示。

X(t) （0-fo） y1(n)(1bit) y(n)(Nbit) △-∑ 调制器fos 数字抽取滤波器

图4-2-7 △—∑A/D转换器原理总框图

设输入的模拟信号x(t)的最高频率为fo，△-∑调制器以过采样频率fos对x(t)进行采样（即过采样），设fos=256KHz，数字抽取比M= fos / fs=256倍，此处的fs=1000Hz，称为分样频率。△-∑调制器的输出y1(n)为1位数字信号序列。这种过采样的1位数字信号序列再经过M=256倍的数字抽取滤波器后，按照fs=1000Hz的分样频率输出y(n)为高位（20~24位）的数字信号，从而实现模拟信号的高分辨率A/D转换。

⑶△-∑调制器量化原理`

调制器量化的原理是，只用1位编码，来表示抽样时刻波形变化的趋向，即对相邻两个采样点的幅值之差（△）进行1位编码，输出1位数字信号（“1”或“0”）。见图5-2-8。（a）的x(t)表示输入的模拟信号，把时间轴按过采样间隔△t等分成许多小段，把纵轴分成许多相等的幅度间隔△，经过过采样后，使x(t)变为用阶梯信号表示的x1(t)。

当△t和△取值都很小时，x1(t)就可以近似代替x(t)；当△t和△都趋于零时，x1(t)就等于x(t)。

图4-2-8 增量调制器量化原理

观察x1(t)有两个特点：

①在△t间隔内，x1(t)的幅值相等；

②两个相邻间隔的幅值差为△，此差值称为“增量”。

因此，可将x1(t)用1位编码来表示：当x1(t)上升一个△时编码为“1”；下降一个△时编码为“0”，如图4-2-8 （d）所示。

为了能用x1(t)来近似x(t)，其前提是△t非常小，即是说要求采样频率非常高，采用过采样频率fos。

图5-2-9是增量调制器的组成原理框图。它由相加器（∑）、量化编码器和1位D/A转换器组成。

图4-2-9 增量调制器组成框图

图4-2-9中，x(t)代表输入的模拟信号（即被采样信号）；x1(t)阶梯信号由1位D/A转换器获得，称为预测信号或本地译码信号；e(t)是x(t)和x1(t)的差值，称为差值信号。当e(t)＞0时，△上升，y1(n)为“1”；反之，y1(n)为“0”。

y1(n)是量化编码器的1位编码输出。量化编码器在过采样频率fos的控制之下进行量化编码。

⑷数字抽取滤波器的原理框图如图4-2-10所示。

图4-2-10 数字抽取滤波器原理框图

h(n)是滤波器的单位脉冲响应，y1(n)是增量总和调制器(△-∑)的一位数字编码输出，M等于抽取比（即M=fos/fs），fos过采样频率，fs是重采样频率，y(n)为数字滤波器的输出。数字滤波过程实际是进行褶积运算

因为y1(n)的取值是0或者1，所以4-2-2式的褶积运算实际上是累加运算。由5-2-2式可知，经滤波运算，A/D转换器的输出y(n)就变成了具有多位（bit）的低采样率的数字信号，从而实现了高分辨率的A/D转换，转换的位数由数字滤波器单位脉冲响应h(n)的有限字长来保证，当N=24时，y(n)就变成了24位字长的数据输出。

2、其它辅助设备

采集站的工作电源由电源站供给。而电源站则靠一个通常是12V的电瓶供电。电源站在接收到由控制单元通过交叉站发来的加电命令后，借助于采集大线内的一对电源线对采集站供电。电源站在一般情况下，可以为多个采集站供电。

交叉站除了具有转发和传送数据的功能外，其本身同时还兼有电源站的功能，它也能为其两侧相邻的采集站供电。

采集大线是采集站之间的互联电缆，其中包含检波器线、加电控制线、电源

线和数传通道。电缆传输系统中介绍的数传电缆主要指的就是采集大线，在这就不重复了。

交叉线具有两个数传通道，每个数传通道都要接到控制单元的串行口上。每个数传通道由2对双纽线组成：即正传线和反传线。因此在交叉线里共有4对数传双纽线。此外还有一根地线，这根地线与仪器车的地线相接。

如果两个采集站之间由于有障碍物，使连线受阻而必须加长时，就得使用加长线。加长线一般不能超过800米，如果超过800米就必须在加长线两端各接一个电源站。这个加长线可以用采集大线，也可以用专门的加长线，该加长线内无电源线。

三、地震数据传输系统

随着地震勘探技术的发展，地震仪器相应的随计算机应用技术的进步发展到了数控地震仪的阶段。多道地震仪的相继研制成功，导致地震数据信息量急剧增加，因此，地震数据传输问题也就较为突出了。

在常规地震仪器（集中式）中，检波器接收的地震信号以模拟电信号的形式通过大线电缆传送到仪器车上，集中起来由一个或几个地震数据采集电路转换成数字信号，然后直接送往格式编排电路。由于常规地震仪的数据采集电路和格式编排电路都设置在仪器车内，所以不存在远距离数字传输问题。

在遥测地震仪中，采集电路不设置在仪器车上，而是设置在检波点附近的采集站内。采集站在仪器车主机控制下对地震信号进行数据采集。由于采集站远离仪器车，所以我们把仪器车上的主机对采集站的控制指令称为“遥控指令”。把采集站的状态和采集到的地震数据称为“遥测数据”。主机如何把遥控指令送到采集站去？采集站又如何把遥测数据送回主机？主机与采集站之间这种通信联系是遥测地震仪所要解决的特殊问题，也是遥测地震仪与常规地震仪之间最突出的不同之处。

按照信息传递的媒介不同。通信可分为有线通信和无线通信两大类。目前国内外使用的遥测地震仪的传输媒介基本上有三种；金属导线电缆（简称电缆）。光导纤维电缆（简称光缆）和无线电。

1、金属导线电缆

目前在用的地震仪器多数为有线遥测地震仪，电源站、采集站、交叉站等

电子设备和数传电缆及交叉线共同组成了地震排列的传输系统。采集站通过数传电缆中的模拟线缆接收检波器的地震信号，并把接收到的模拟信号变换为一系列离散的24位数字信息，然后再把这些24位并行的数据变成串行的数据流，通过数传电缆送到交叉站，再由交叉线送到记录单元。其中，使用量最大的是数传电缆，数传电缆有两部分组成：数传部分和模拟部分。数传部分指电缆中传输数字信号的数传线对和控制线对，它将各采集站的数字信号按一定的编排格式和顺序传送到仪器主机。模拟部分将检波器串采集的信号传递到采集站进行数模转换等工作。

数传电缆功能：传送由仪器主机发出的对采集站控制命令；传送检波器送往采集站的模拟地震信号；将采集站处理后的地震数据传到主机；在部分仪器的电缆里有线放炮控制线；集中供电的仪器电缆里还有电源线。

影响数传电缆传输数据质量的因素主要有以下四方面。

㈠.串音：影响数据传输的可靠性和稳定性，串音起因于主串线对和被串线对之间的电磁耦合。它与线对绞节距和各线对的节距有关。

㈡.衰减系数：表示电磁能在单位长度回路上传输时电压电流减小程度。在采集站输出功率一定的情况下，它决定地震数据信号的传输距离。

㈢.线间电容：数字信号的传输受线间电容的影响很大，电缆的线间电容会使数字脉冲的上升或下降变慢，从而造成波形畸变，引起误码。

㈣.特性阻抗：衡量地震电缆与采集站之间匹配好坏的电气参数。良好的阻抗匹配有利于提高数传信号的传输质量，消除反射噪声，提高系统的可靠性，降低传输误码率。

选取高质量数传电缆是保证地震采集质量一个非常重要的环节。 2、光导纤维电缆

光缆传输系统就是用光波来载送信息，利用光纤传光介质来实现通信的系统。它主要由光纤、光源、调制器、中继器和接收机等部分组成，工作原理见图4-2-11：

图4-2-11 光纤通信系统原理框图

光纤由纤芯和包层组成，纤芯的折射率比包层高。当光线在光纤中传播时，由全反射原理可知，光线不致射出光纤以外。光纤的主要作用是引导光在光纤内沿着直线或折射路径传播。

光纤通讯中常用的光源有半导体激光二极管和半导体发光二极管两类。半导体激光二极管适应长距离、大容量光纤通信系统，而在短距离和小容量的光纤通信系统中使用半导体发光二极管比较经济。

要实现光通信就必须对作为载体的光进行调治，使光信号随电信号变化而变化。目前常用的有三种调制方式：第一种是模拟光强调制；第二种是脉位调制；第三种是数字光强调制，它是光纤通信中最重要最常用的调制方式。半导体激光二极管和半导体发光二极管的光输出都可用输入信号电流来控制，因而可实现直接调制。如果用数字码流直接调制它们的光强就可以实现数字通信。

光检测器是光通信解调装置的核心元件，它的作用是把光纤传输来的光信号变换成电信号。

光接收机主要由前置放大器和主放大器两部分组成，其作用是把光检测器的微弱电信号放大到其后的“信号再生判别”电路所需要的电平。

如果通信距离较远，光信号经过长距离传输，就会发生衰减或失真，并混入噪声。因此有必要加接中继器。中继器兼有接收和发送两项功能。

遥测地震仪数据采集系统用光纤传输比用电缆传输或无线电传输有如下优点：

㈠.传输速率高；

㈡.光导纤维不导电，抗干扰性能强； ㈢.体积小、重量轻、耐腐蚀。

用光纤传输的仪器有MDS-14、DFS-VII等。 3、无线传输系统 ㈠.原理

无线传输系统基本上由发射机、天线和接收机三大部分组成。被传送的原始信号（称为基带信号）在发射机中对高频正弦波信号（称为载波）进行调制。调制产生的信号（称为已调信号）由天线发射成无线电波。无线电波在空中传播，被接收端天线接收，由接收机中的调制器恢复出被传送的原始电信号，工作过程见图4-2-12。

图4-2-12 无线传输系统工作过程

目前国内外使用的无线电传输的遥测地震仪只要有：Telseis、Box、Image的RSR等几种型号，其中Image的RSR采集站只接收主机发出的命令，不向主机回发地震数据，而是记录在采集站内部硬盘上，由专门的数据回收设备对采集站进行巡回回收。因此，这种遥测地震仪的无线传输系统属于单工传输系统。 其它几种型号的无线传输系统均采取主机与采集站半双工通信方式。主机和采集站的无线收发状态转换开关的动作是彼此对应和相互同步的。 ㈡.无线遥测地震仪器使用环境的局限：

无线遥测仪器由于其无线传输的特殊性和采集站之间无须数传电缆连接，加上采集站可以在最大道数内任意道数摆放，因此，在排列摆放时非常灵活，过复杂地表地形时比较容易。但是无线遥测仪器在无线传输时易受无线电信号的干扰，一辆汽车或摩托车就可能导致一个或者及个采集站无法接收传输数据（称为丢站），往往造成废炮。因此，无线遥测仪器不适宜在城镇及交通密集的区域施

工。而在滩、浅海、沙漠和戈壁山上，由于各种干扰较少，就非常适合无线遥测仪器。

四、地震数据记录系统

地震数据记录系统的作用是将野外采集到的地震数据进行适当的格式的格式编排，然后送往数字磁带机进行记录。磁带记录过程实际上是一个电磁转换过程，通过磁头对载磁体进行信息的写入和读出。

在记录时，磁带相对磁头作匀速运动，当磁头内线圈有电流脉冲时，磁头就产生很强的磁场，磁带在磁场的作用下就被磁化成相应极性的磁化单元，这样就将信息写入到磁带上。读信息时，磁带相对磁头运动，磁化单元的磁通通过磁头形成磁通回路，当不同的磁化单元的磁通方向发生变化时，就在读线圈内感生出相应的电动势，从而将信息读出。这种数字磁记录是一种饱和磁化的记录，即在记录介质上只有两种磁化状态，用以表示数字信息。

五、回放监视系统介绍

记录系统记录的数字磁带记录是送交计算中心进行处理的原始地震资料，因此地震磁带记录的质量必须符合资料处理和解释的要求。为了监视每张地震记录的记录质量，及时发现和纠正影响记录质量的因素，遥测地震仪也象常规地震仪一样，有一个将磁带记录回放显示的电路系统——监视系统。这个系统主要包括：磁带机读电路、SEG格式读解编电路、数字AGC电路、回放滤波电路和照相示波器等五部分，各类遥测地震仪的监视系统大同小异。

回放过程：由磁带机读电路从磁带上读出离散的地震数据，经过相应的放大器进行放大，送到SEG格式读解编电路，SEG格式读解编电路的任务是：

㈠把读出的标注段的数码送给主机的CPU供监视用。

㈡从按一定格式排列的数据段数码中恢复出一个个完整的子样数据并把它们传送给数字AGC电路。

㈢对数字AGC和反多路开关进行同步控制。

数字AGC电路将子样数据值差的动态范围调低到20dB左右，以便在野外利用监视记录进行及时监视野外生产情况和记录评审人员定性地检查磁带记录质量。D/A转换器将地震数据变成模拟子样，由回放滤波电路对各道数据进行滤波，把子样脉冲变成连续时间信号送到显示仪，并生成监视记录。

六、震源及同步系统

在地震勘探的野外工作中，要用人工方法激发地震波。由于海上与陆地的表层激发条件不同，故惯用的震源也不一样，陆地勘探主要使用炸药震源，其次是可控震源，有时也使用重锤、陆地空气和气爆震源以及适应于做浅层高分辨率勘探的小型机械震源。海上勘探的主要震源有空气、蒸汽、水和电火花等。电火花震源主要用于浅层高分辨率勘探。

在陆地上进行地震勘探时，震源点通常与地震仪不在同一处。在多次覆盖施工时，震源点还将沿着排列向前平移。因而在地震仪与激发点之间相隔着一段不小的距离，而且这个距离是不固定的。为保证施工的顺利进行，现代的数字地震仪都配备了震源同步系统。它被用来在仪器车与激发点之间建立通信联络，完成起爆指令的可靠传送及有关参数和信号的传送。地震勘探技术要求震源激发与记录开始应是同时的，因此首要解决两者同步问题；同时，由于炸药震源具有危险性，野外施工具有复杂性，在两者之间建立同步关系时还必须考虑到要有很强的可靠性和抗干扰性。在震源同步系统中，采用了特殊设计的同步码及专门的识别技术来使两者之间既能唯一地、可靠地相互沟通，又保证了爆炸与仪器启动记录之间地严格同步。

现在数字地震仪均采用遥控震源同步系统，该系统及电台分别设置在激发点（炮点）和仪器车上，主要有仪器车上的编码器和双向通讯电台，炮点上的译码器、高压爆炸机和双向通讯电台。通常的激发震源为井中爆炸的炸药震源。编、译码器之间地同步关系是这样建立的。当要激发产生地震波时，仪器操作员通过地震仪发出起爆指令，该指令经过编码器编译成一组同步码（同步码持续时间为200ms）。在同步码结束的时刻，编码器内部的计时电路进行计时，当计时值达到一个预定值（称为放炮延迟）时，编码器向数字仪发出一个“时钟TB”指令，启动数字仪开始数据的记录。在这个过程中，炮点的电台接收到起爆指令，经译码器译成起同步码，采用相关技术把收到的码与预先设定的标准同步码进行比较识别。若译码器确认收到的同步码正确无误，则在该同步码结束的瞬间发出一个“同步零”指令。该指令启动译码器内部的计时电路开始计时，当计时值到达所设定的放炮延迟时间时（编、译码器所设的放炮延迟时间必须相同），发出起爆指令，该指令控制爆炸机高压起爆电路向雷管放电，引爆雷管和炸药，激发产生

地震波。。由此可见，炮点的炸药爆炸与仪器开始记录这两个动作发生在同一时刻，实现了起爆与记录启动之间严格同步。

在同步码结束的时刻，编码器的电台由发射转为接收；译码器则在产生“同步零”指令后使电台由接收转为发射。接着，译码器把炸药起爆时真实爆炸信号（称为“验证时断信号（TB）”）以及后来收到的井口检波器信号发送回编码器，经辅助道处理后记录下来。

1、震源同步系统的工作流程： ㈠.激发准备工作

炮点工作人员对雷管、井口进行测试，输入炮点参数，通过无线电台与仪器操作员取得联系后，将炮点参数发送到编码器，编码器事先进入接收状态，接收、检查和存储炮点参数。这项工作由双方手动完成。如果炮点参数一次传送不成功，可反复进行多次。完成后，编、译码器电台分别转为发射、接收状态。

㈡.预备信号发送

由手动或地震仪的有关指令启动编码器发出一定频率（可选）的预备信号。译码器收到此信号，从扬声器中发出声音，通知炮点操作员注意，炮点操作员应把译码器面板上的旋转式功能开关转到“预备”位置，并用手保持住直到炸药起爆。高压起爆电路形成高压，准备向雷管放电以便起爆炸药。

㈢.同步码发送

地震仪在记录完头段后，向编码器发出“起爆”指令，编码器开始发射同步码。同步码持续200ms(有时可选)。译码器接收并对它进行相关译码。若识别正确，则在200ms结束时刻产生“同步零”指令。

㈣.放炮延迟时间计时

在同步码结束时刻，编码器电台由发射自动转为接收，译码器电台由接收转为发射。两者均以同步零为起点各自进行放炮延迟计时。延迟时间结束的瞬间，编码器发出时钟TB，使地震仪开始记录。译码器发出“起爆”指令，使炸药爆炸。

㈤.信号传送

炸药爆炸后一秒时间内，译码器先后把真实的爆炸信号（验证TB）、井口初至信号、井口时间值（即τ值）和数字化的井口信号波形依次发送到编码器。编

码器则对这些信号进行相关译码解调和恢复，送到记录仪进行记录和显示。

数据记录完成后，编、译码器又恢复到初始状态，准备下一次的采集工作。 2、编、译码器的结构及各部分主要功能：见图4-2-13 ㈠.编码器：（a图）

⑴编码电路 用来产生预备信号和编制同步码，并进行放炮延迟计时； ⑵显示/控制电路 用来存储和显示各种数据，产生编码器工作过程的各项操作命令；

⑶译码电路 对译码器发送来的参数（炮点参数和井口时间等）进行相关译码；

⑷井口板电路 对译码器送来的模拟井口信号进行解调、存储及恢复，还能完成对验证时断信号、井口初至及井口时间的显示变换。

⑸控制器 可接收地震仪的遥控指令，把炮点参数进行编排送仪器记入头段，此外验证时断信号和井口初至的解调也在此进行。

㈡.译码器：（b图）

⑴相关译码电路 对接收的预备信号及同步码进行相关译码； ⑵显示/控制电路 存储显示参数，产生译码器工作的各种控制指令； ⑶模拟井口板 完成对井口信号的自控增益放大和A/D转换，还可对井口检波器及雷管电路进行测试；

⑷数字井口板 对井口A/D转换器进行控制，存储井口子样数据； ⑸调制器 完成对验证时断信号，井口初至，井口时间及炮点参数和模拟井口的调制，放炮延迟时间计时电路也在调制器电路中；

⑹高压起爆电路 用于产生高压以便在放炮延迟结束时刻起爆炸药。

图4-2-13 编译码器电路结构框图

第三节 常用地震仪器原理

自80年代末以来，国外各仪器执照厂家先后推出许多性能优越的新型遥测地震仪。例如：美国I/O公司推出的SYSTEM ONE 和SYSTEM TWO系统，美国哈里伯顿地球物理服务（HGS）公司推出的MDS-18X和VISION系统，美国FAIR FIELD公司推出的TELSEIS STAR和TELSEIS STAR系统，美国OPSEIS公司推出的OPSEIS EAGLE系统；法国SERCEL公司最新推出的SN-388系统和CGG公司推出的MYRIASEIS II系统；加拿大GEO-X系统公司推出的ARAM-8和ARAM-24系统；日本地球科学综合研究所株式会社推出的G·DAPS-3和G·DAPS-4系统。进入2000年后，各公司又陆续推出BOX、408系统、SYSTEM IMAGE、ARAM-ARIES等等型号系统，这些产品代表着当今国际上最先进的遥测地震数据采集系统，各有其独到之处。本节主要对其中部分有代表性的新一代遥测地震仪的结构和性能进行简介。

一、ARAM ARIES系统

ARAM-ARIES地震数据采集系统是加拿大GEO-X公司向地震勘探市场推出标准网络遥测地震数据采集系统。仪器外围设备包括双卡磁带机、双液晶显示器、绘图仪、打印机等。地震数据采集系统采用了当今PC机的许多先进技术，把计算机技术、网络技术和地震采集原理融为一体，应用Windows-NT操作系统，使用多个高速CPU，配有标准软驱、光驱及各种串并接口。人机界面友好，操作简

单直观易学。

ARIES是GEO－X公司继ARAM24之后最新开发出的最新版本且功能较完备的先进的遥测地震数据采集系统。它是采用全新的地震局域网技术的分布式采集系统。该系统具备很高的数传速率和功能强大的排列管理和质量监控分析系统；主机和野外地面设备都采用了超大规模集成技术，使系统最大限度地轻便化和低功耗。

系统不仅提供了便于操作的地震采集处理软件，还带有强大的QC质量控制和质量分析功能，三维控制模块，完整的数据库分析应用软件，重采样技术，排列检测，检波器串测试，错误指示等多种检测技术和应用软件。

1、ARIES的特点：

㈠.ARIES系统具有上下兼容性，对过去的老产品及将来的新产品都具有相互的兼容性。

㈡.ARIES是第一个真正作到“可调”的系统。它被设计成几乎可以满足任何要求：它可以识别不同型号的大线，在迫不得已的情况下甚至可以使用其它仪器的大线；它还可以调节大线的传输速率来适应不同的采集参数。

㈢.采集站有记忆功能，可以在传输出现问题时恢复数据。只要震源被激发，采集站就会按照预设的参数进行采集，即使是电缆被切断，数据也会正常采集、并储存在采集站内，重新接好电缆后，数据就可以恢复，重新传输到仪器主机内。

㈣.同时，该系统还具备独特的采集单元的道设置功能，可实现对采集站进行灵活的单站4、6、8道的任意设置，从而其具备了全天候和在包括山地在内的各种复杂地表条件下的最灵活方便的作业能力及最可靠快速的数据传输、接收能力。

㈤.采集站采用锂电池供电。设计独特的锂离子电池在摄氏20℃时可连续使用120小时以上，而重量只有4.kg，充电时间为3小时，并且无记忆效应，可以重复使用600~1000次。极大地减少了排列更换电池的次数，方便了野外施工作业。

㈥.采集站外壳十分坚固，密封极好，可以在水下50m深处工作。采集站上有红绿两个指示灯，用以指示大线与采集站连接好坏。大大减少了查排列所用的时间。

㈦.采集站外壳为防静电设计：金属外壳接地导电，外壳与所有的外接电路绝缘，内置防雷击管。这样的设计可以有效的屏蔽自然和人为引起的电磁干扰，如：闪电和大气干扰，高压电网，无线发射塔及其他因素的干扰。

㈧.网络技术最成熟的仪器，适合于平原、山区、滩海等施工环境。尤其适于地表条件复杂的探区。是最早采用网络技术的仪器，直到现在在这一方面还领先于其它仪器。

㈨.ARAM-ARIES独有的过度带特性：

·抽头及电缆护帽均物理连接到大线电缆上，避免丢失抽头护帽，从而防止插头部位腐蚀及漏电

·排列上所有电子设备及电缆均可在达50米的水深下作业 ·采用独有的锂离子电池技术，锂电池直接固定在水下站体上 ·重量轻巧，良好防水

·可支持水下站体120 小时连续作业 ·充电时间短，需要的备用电池少

·ARIES的合金涂层具有良好的抗腐蚀性，壳体的抗腐蚀性能更为优越。 ㈩.自动路径有线放炮，ARIES系统继承了其前期ARAM－24系统成熟的有线放炮功能，只要译码器连接在排列网上，系统可以自动识别，这是非常重要、实用而其它系统却不具备的独特功能。

2、ARAM ARIES技术性能指标

·最大接收道：12000道/2ms或相同数据量 ·单线记录能力：1200道/2ms或相同数据量 ·最大线数：12

·瞬时动态范围（最大）：120 dB ·串音：-100 dB ·模数转换：24位 ·单站接收道数：8道

·采样率：0.125、0.25、0.5、1、2、3、4、8ms ·畸变：0.0004%

·前放增益：12 dB，24 dB，30 dB

二、408UL系统

法国SERCEL公司于1999年11月在美国休斯敦SEG年会上首次推出408UL系统。当年12月份正式投入野外生产。

408UL是当今世界上最先进的地震仪之一，记录仪和地面设备采用地震网络技术，采集链和地震电缆一体化。

采集站体积、重量是世界上遥测地震仪中最小和最轻的。多种质量控制软件，如SQC-PRO，Land-PRO Bin（三维施工质控软件）都可运行。由于采用网络技术，408UL可实现真正的有线地震仪增加无线中继和有线/无线遥测混合使用。同时也与SERCEL推出的数字检波器地震单元（DSU）兼容。

408UL非常适合二维和大道数三维，高分辨率，三分量多波和小道距单点检波器接收等新的勘探技术的运用。世界上大的物探公司目前都拥有408UL系统，如西方地球物理公司，CGG，Veritas，PGS，中国的BGP，四川地调处，四川山地公司，大庆，长庆，辽河，新星石油四物和五物，吉林煤田物测队等。

1、408UL系统的新思路

SERCEL公司推出的408UL系统，是基于一种新颖的思维和完全的设计。其意图是力求在地震勘探数据采集领域集中建立一个崭新的概念。

㈠.它从适应任何复杂地表条件出发，在极大地缩小地面电子设备体积、减轻重量、降低功耗的基础上，将地震电缆和采集站结合为一个整体，作为一个部件来考虑，即推出了采集链(LINK)这一新概念，又赋予该部件更多的功能和含义。

㈡.在网络遥测思想的基础上，推出了地震区域网络（Seismic Areal Network）和远程控制系统（Copilot）概念它标志着地震勘探仪器真正步入了计算机网络时代。通过软件设计在系统运行和管理上实现了计算机网络化，并向远程控制与管理方向发展。

2、408UL 系统的地面电子设备 ㈠.采集链

在408UL系统中，设计了被称为采集链（Link）（也有人称为链接站）的部件。所谓采集链，表面上看来是将传统意义上的传输电缆（大线）与采集站结合为一体。但事情远远不是这么简单，决不是传输电缆与采集站的简单组合。实际上，发生了许多质的变化，它体现了SERCEL公司的一种全新的设计思想。采集

链的设计思想之一是为了减少插头数目，因此使用铸模技术将 FDU（野外数字化单元）与传输电缆压接在一起。同时，电缆也可以进行拆卸，以此来改变道距。

采集链上的传输电缆重量非常轻，内含4根芯线，分成两对。其中一对为数据线，另一对为集中供电电源线。

采集链上的核心部分是被称为 FDU的采集站（Field Digitizer Unit——野外数字化单元 )。FDU包含了传统采集站的全部功能。其关键技术仍然采用△—∑24位A/D转换器。FDU设计为单站单道，其内部只有一块高度集成的电路板。连同外壳一起，体积只有拳头般大小。FDU上安装有连接检波器串的插座。这是为了适应当前地震勘探领域仍然广泛使用的检波器而设计的。FDU是全密封防水型的，采集链可在水下15m深处工作。

㈡.电源排列管理站

在408UL系统中，采用的是集中供电方式。电源排列管理站（LAUL）除了供给采集链电源之外，还被赋予了新的功能和作用——进行FDU管理和测线管理。并设计成具有错误恢复和暂储的数据传输功能。

LAUL的测试能力除供电测试和数据传输测试以外，对野外施工的测试还包括检波器电阻、检波器埋置状况、漏电、噪音、共模抑制比等等。对FDU的测试包括等效输入噪音、畸变、相位、增益和共模抑制比等测试。

LAUL中设计有4MB局部缓冲存储器，供非实时方式传输时使用。 一个LAUL所能管理的采集链长度和FDU个数如下： 30m道距时是60站，总长度为1800m； 55m道距时是48站，总长度为20m; 75m道距时是40站，总长度为3000m。

电源排列管理站（LAUL）的体积只有小型饭盒大小。当408UL与 SN388配置相同时，408UL系统的功耗比SN388系统的减少一半。因此，该系统非常适合在复杂勘探地域（如恶劣山地、丛林、沼泽、水网等地区）施工。

㈢.交叉排列管理站

408UL系统的交叉排列管理站（LAUX）除了具有传统交叉站的数据传输、路径选择和电源供电功能以外，还增加了不少测试功能。其测试能力有：对电源供电的测试；对数据传输的测试；对野外施工的测试有：检波器电阻、检波器埋置

状况、漏电、噪音、共模抑制比等；对FDU的测试有：等效输入噪音、畸变、相位、增益和共模抑制比等。

LAUX的存储能力是4MB局部缓冲存储，供非实时方式传输时使用。 交叉站LAUX与LAUX之间的间距为500m。

LAUX的体积也比SN388交叉站缩小了许多，只相当于SN388采集站体积的一半（高度约为一半）。

3、地震区域网络

SERCEL公司推出的408UL系统，突破了传统遥测技术设计局限。它采用了被称之为：“综合遥测技术”或者说“地震区域网络”（Seismic Areal Network）思想。公正地说，这种思想是吸收了ARAM24仪器的网络遥测设计思想。当然，在408UL系统中，将这种网络遥测思想又赋予了众多新的功能、概念和对未来的憧憬。例如：在未来条件具备时，可以采用非常灵活的各种通信媒介传输方式、多路径传输功能、远程控制和管理等等。

网络遥测技术的核心是将计算机网络中的网络节点概念引入到遥测地震仪系统中，从而将遥测仪器系统作为一个计算机网络去对待。即把外线排列中的采集站、交叉站等各种地面电子设备都定义成网络节点，并通过仪器系统软件去控制和管理。

地震区域网络设计思想也是把系统的各个组成部分（包括各种地面电子设备）都视为网络节点，其中包括人机操作界面HCI、记录单元CM -408、野外数字化单元FDU、电源排列管理站LAUL、交叉排列管理站LAUX、无线中继站LRU和远程鹰模块REM等等。数据和命令在网络节点之间传输。

地震区域网络设计思想完全打破了传统的近乎僵化的地面排列布设结构和数据传输路径方式，代之以全新的具有极大灵活性和随意性的排列布置方式。这种地震区域网络的作用与计算机网络很接近。因为408UL系统的整个地震排列不仅都是数据和命令的通路，而且还支持一个通信协议，使系统除了其有常规的数据传输和命令传输功能以外，还能象计算机网络一样，将数据和命令通过用户定义的路径传输，因此使该系统实现了多路径传输的功能。有了这一功能，系统可以避开任何障碍物，或者一旦设备出现问题（例如电缆线断了），数据和命令能够照常传输。

为适应408UL这种新的分布式遥测结构，SERCEL专门设计了新的软件，被称为地震网络软件。软件设计突破了以往的观念，不再是将软件集中在单元，而是分布在整个地震排列和单元。在这种新的结构中，不但在控制节点和记录节点中有软件，而且在整个地震区域网络的采集节点和数据缓冲节点也都分布有软件。其中包括：CM -408、 HCI、FDU、LAUL、LAUX、LRU和REM等等。它提供了高效率的单分量或多分量、3C或4C采集、质量控制与保证、故障诊断方法等等，并且使施工作业具有更大的灵活性。

4、远程控制系统

远程控制系统的思想及其实施，使SERCEL公司在国际地震勘探仪器设计制造领域又独树一帜，走在这一领域的前面。并通过408UL系统的推出，显示出它的无可置疑的强大实力和业界的领先地位。远程控制系统的应用，可以使408UL采集系统通过低带宽或高带宽通信手段，如蜂窝状电话或卫星通讯连接到世界上任何地方的远程工作站，从而可以实现远程操作管理，提供技术支持，安装软件和远程数据传输等等。

起用远程控制系统后，整个地震采集的外线排列就成为一个通信网络。各种遥测传输媒介可以在整个网络中混合使用，即同时采用多路径传输，最大程度地避开区域内的任何障碍物。

408UL代表了遥测地震仪发展方向。 5、408UL技术性能指标 ·最大接收道：无限

·单线记录能力：10800道/2ms（8秒记录长度或相同数据） ·记录格式： SEGD ·最大线数：无限

·瞬时动态范围（最大）：130 dB ·直流漂移：0

·单箱体最大记录道数：10800道/2ms ·模数转换：24位 ·单站接收道数：1道

·采样率： 0.25、0.5、1、2、4ms

·畸变：0.0003% ·前放增益：G1600，G400 ·共模抑制比：110

三、全数字地震仪

SERCEL公司在业界第一次提出“全数字系统”（Full Digital System）的概念。其含义是：数字检波器加先进的网络技术就等于全数字系统。按照它的定义是：从检波器到数据记录的全过程都是数字的系统，称为全数字（采集）系统。以前通常所说的数字检波器，其概念是错误的或不科学的，因为它实际上仍然是模拟检波器。这里的“数字检波器”是真正意义上的数字检波器，因为它本身直接输出的就是数字信号。

地震勘探仪器的发展经历了电子管光点照相式模拟地震仪、晶体管模拟磁带地震仪、常规数字磁带地震仪、采用IFP的非24位遥测数字地震仪、采用△—∑24位遥测地震仪等几个发展阶段。其中，前两个阶段的仪器是全模拟的。从第三个阶段开始，虽然称为是数字地震仪，也主要是指系统的单元部分。而传输电缆、特别是检波器仍然是模拟的。因此，都不能称为全数字系统。而3C数字检波器地震单元（DSU3）真正地实现了数字化。这种检波器的研制，彻底改变了传统检波器的机械震动电磁转换原理。而是采用微机械技术研制的数字加速度检波器。这种检波器输出的是完全的数字信号。

408UL系统+3C数字检波器地震单元（DSU3）=最新的野外全数字解决方案。 新型全数字地震采集系统的灵魂是：数字的、矢量的传感器。与常规的地震采集系统相比，即实现了检波器的数字化，又抛弃了传输中的模拟线缆部分，因此成为全数字系统。

特点与功能

由于全数字采集系统传感器的低失真，大动态范围，传输电缆甩掉了常规系统中的模拟信号传输部分，降低了噪音，避免了电磁干扰，避免了传输串音，提高了记录的信噪比。实现了信号测量的高分辨率、良好的动态范围、强的抗干扰能力及更多道数和高采样率等，是理想的采集系统。对比资料表明，单个VectorSeis的垂直分量数据与6只检波器组合的数据完全同样可以解释，

VectorSeis在任何倾斜角度下均可精确测量，与常规三分量相比，提高了信号 (向量保真度)保真度，减少了采集中的操作错误。

全数字地震采集系统在石油地震勘探中的应用，使石油地震勘探野外数据采集的质量和野外数据采集的工艺水平有了一个很大的提高。随着地震仪器道数的增加和采样率的提高，野外单炮所采集的地震数据量将有4－20倍的增加， 覆盖次数也有相应增加。野外采集数据质量的提高，满足了室内高保真处理的需要，使地下复杂体的偏移归位更准确，这对小幅度构造、小岩性体、小断层的勘探十分有利。同时高分辨率、高信噪比、高保真度的地震资料将更有把握评价探区的生储盖组合。据有关地质和物探专家预测，使用全数字地震采集系统高技术含量的施工所取得的地震资料，将比常规480道采集的地震资料提供更可靠的含油圈闭和钻探井位，探井成功率可提高3－7个百分点，从而大大减少了后期钻井等环节的无效投入，对油田增储稳产和节约成本将产生巨大的经济和社会效益。另外，物探公司毕竟要走向国内外市场，有了全数字地震采集系统，无论走向国外还是国内反承包，都有了强有力的手段。

四、地震勘探辅助仪器

1、低降速带调查仪

低降速带调查仪习惯称为“小折射仪” ，实际上是一种轻便地震数据采集系统，具有携带方便、操作简单、环境适应能力强等特点。

其应用范围十分广泛，主要应用于勘探深度为百米以内的浅层地震勘探，是为某一特定工程目标服务的。在石油勘探领域凡涉及高分辨率反射、折射、ＶＳＰ、微测井、井间层析成像、煤田巷道研究等领域均可使用。在地震勘探中低降速带调查仪主要用来调查低降速带的速度和厚度，用来指导激发因素并为该探区地震资料处理静校正提供依据。低降速带调查工作在勘探新区，特别是山地、黄土高原、沙漠探区尤为重要。

在低降速带调查施工中，常用的方法有两种，一种是“小折射” ，一种是“微测井”。在小折射施工中一般小于50道采集，排列长度小于200米，采用单端激发和双端激发。在“微测井”施工中采用6-12道采集，在不同的深度点激发的方式。无论哪一种方法，其目的是通过对所采集的资料进行处理得到低降速带的速度和厚度，为了解激发条件和后期处理服务。在低降速带层比较平缓，速

度和厚度变化不大的探区，在低降速带调查施工设计中一般在整个工区中采用“+”施工。在复杂地区要求正常采集以前先进行低降速带调查，以便确定激发因素，在山区施工中低降速带调查多以微测井为主并且工作量很大。

完成低降速带调查的主要设备就是低降速带调查仪，物探公司利用该设备较好地完成了各个探区的低降速带调查工作，特别在广西、四川、等复杂探区中，用低降速带资料指导采集工作，取得较好的采集效果。

西安石油勘探仪器总厂，是进行石油设备制造的老厂，多年来一直致力于地震勘探仪器的开发，该厂技术人员近几年开发的小型地震仪已在国内销售几十台用户反映良好。该型仪器从DDZ-24发展到GDZ-24，技术人员通过不断听取用户意见，不断对产品进行改进，GDZ-24已经是比较成熟的产品，完全能够满足地震勘探中低降速带调查的要求。胜利物探公司现拥有8套该型仪器。

美国GEOSPACE公司是一个勘探设备制造公司，主要生产检波器、电缆、小型地震仪、井间地震设备。该公司生产的小型地震仪广泛应用于工程勘探，80年代我公司曾引进该公司生产的OYO-160M小型地震仪。该公司现在研制的GEORES IMAGE 系列小型地震仪功能更强大，性能更稳定，特别适合低降速带调查。

主要功能特点对比：见表4-3-1

GDZ-24 24位A/D转换器 48道采集可扩展至120道 采样率 0.25,0.5,1,2,4ms可选 易于使用的GUI窗口式，中文显示菜单 图形显示噪音和地震波形 年月日检测试功能 数据存储功能和标准存储格式 表4-3-1

2、井间地震仪器

目前先进的HDSeis VSP＆井间地震仪技术特点

存储介质 软盘、硬盘、磁带 QC控制 测试功能 GEORES 24位A/D转换器 48道可扩展 WINDOWSXP操作系统 存储格式：SEGY，SEG2，SEGD ·OYO的HDSeis井间地震＆VSP地震仪具有多方面的功能，不仅仅能做VSP，还能做井间地震、微裂隙监测和单井成像（Uniwell）等，比别的VSP仪器有更广泛的用途，也为各物探、测井公司下一步的技术和服务领域拓展埋下一个很好的伏笔。而井间地震是个蓬勃发展的新领域，也是斯伦贝谢到2015年技术规划中重点发展的七项技术之一。

·OYO的HDSeis井间地震＆VSP地震仪具有较好的拓展性，仪器做地面地震仪或海底地震仪接收道数无。做井下地震＆VSP地震仪时，接收道数可达32级96道三分量接收，高覆盖次数和大的成像孔径必然提高施工效率和采集质量。而国内以往的VSP仪器均为单级接收。去年以来，国内陆续引进的新型VSP设备也仅为4级12道三分量接收，这样少的接收道数势必导致单炮采集数据少，需要多次覆盖提高地下信息量，施工效率低下。

·OYO的HDSeis井间地震＆VSP地震仪具有很高的采样率，仪器本身的采样率高达1／32ms，井下采样率达到l／4或1／8ms。而去年以来国内引进的四套新型VSP地震仪最大级数时最高采样仅l／2ms，这样的采样率做常规VSP够了，但如果以后做扫描和反射主频在上千赫兹的井间地震时，l／2ms的采样率就不够了，所以也局限了该仪器只能做VSP使用。

·HDSCIS井间地震＆VSP地震仪采集数据在井下数字化，克服长距离信号传输畸变，提高信噪比，确保信号保真。

·HDSeis井间地震＆VSP地震仪可连续、实时记录，仪器下井后始终处于工作状态，由于数据传输快，可连续放炮，无须等待数据传输。

·井下采用3分量全向直角数字检波器，各方向检波器性能和灵敏度一样，精确记录纵／横波，可使用于斜井和水平井，全向矢量保真。

·独特的偏心轮震源，能量强，能得到更大的成像区域，基本上只产生径向能量输出，是克服管波最好的震源。

·OYO的HDSeis井间地震＆VSP地震仪采用光缆传输。高采样率、多级接收势必导致大数据量的传输。大多VSP厂家采用电缆传输，数据传输率仅512Kb／s左右，局限了仪器的级数和采样率。而采用光缆，数据传输率可达11.2Mb／s，而且该光缆是双层钢制销装，用户不用担心它的结实与否。该套仪器使用的光缆内含4根光纤，只需使用两根，所以即便其中一根发生故障还可以使用其他两根。

·OYO的HDSeis井间地震＆VSP地震仪能够按SEG－D和 SEG－2格式将数据存储到磁带和光盘。特别是SEG－2格式便于微机版软件处理数据。

·OYO的HDSeis井间地震＆VSP地震仪的井下检波器是为井间地震和VSP设计的，具有较宽的响应频带，大于1000HZ。检波器外壳采用钛金属材料，轻巧且结实，高频响应效果好。

·OYO的HDSeis井间地震＆VSP地震仪具有优秀的兼容性，适用于各种井眼，适用多种震源（气、井炮、可控震源等）和各种井下检波器（包括水听器），也给了客户一个按投资计划和自己意愿灵活选购仪器的权利。即如果仅做VSP，选购地面仪器、地面震源和井下系统即可，如需要做海上VSP，可选购Bolt气，如需要做井间地震，可选购井下偏心轮震源，井下接收级数也可根据要求采用8、12、16、20、24级等不同配置。

3、海底电缆简介

海底电缆利用在勘探船后拖曳的电缆内装的多个接收入工地震由地层折射声波的水器线列阵进行海底石油天然气资源勘探的仪器系统。

用置于海水中的宽频带大功率脉冲震源产生人工地震，可用爆炸物、气、水作震源。地震波在海底各地层界面产生折射波返回水中，低频声波可以穿透数千米厚的地层，不同性质地层内的声速和声阻抗不同。由拖曳在海面以下的灵敏度很高的水听器组成线列阵，可多达千个，每船可拖3条缆，用定深器定深，接收各地层的折射波，采集数据。增加通道数可以增加信息量和定位准确度。将信息数字化，进行高速大数据量的数字传输、层析成象及偏移成象，获得三维地层结构。从结构图可以发现被勘探海域内海底蕴藏石油天然气的地层，估算其储量。

由于采用声压灵敏度高、加速度灵敏度低的水昕器作数据采集，高速运算芯片进行线阵数据处理，计算机工作站作后置处理使此系统性能大幅度提高。

由于海底电缆采集系统在采集质量上有较大优势，所以海底电缆自引进以来，在浅海区域作业已经基本取代了无线遥测地震仪。

㈠.海底电缆的结构 ⑴海底电缆的外部结构

海底电缆每段长380m，有12个抽头，抽头线长1 m，抽头间距31.7 m，距

电缆端点4.6 m处有一电缆的身份标记，标明电缆型号、编号、生产厂家等。

电缆从A到B端检波器抽头依次为1—12，对于双检电缆来讲单号抽头为黑色，双号抽头为红色。

⑵海底电缆的内部结构

海底电缆的内部结构如图4-3-6所示。A为主要拉力承受线，有8mm高韧性尼龙纤维（KEVLAR）及高密度聚乙烯组成；B为两条双股主传输线，主要由约1mm的铜线、胶状充填物、屏蔽外皮组成；C为两条电力传输线，主要由约0.25mm的细铜线19组（每组7条）133条和聚乙烯隔离物及外皮组成；D为信号线，主要由约0.5mm的细铜线4组（每组）16对组成；E为电缆防护层，在此层内充填了各种防水物质，如冻状胶和聚乙烯等；F为内皮，由2mm厚度的黑色聚乙烯制成；G为补充加强线，在内皮和外皮之间，纵向均匀的布设了约20条细的高韧性尼龙纤维线；H为外皮，由3mm厚度的橘红色高密度聚乙烯制成，为防滑外皮的外表压制成凸凹状。

图4-3-6 电缆内部结构

㈡.海底电缆的使用

海底电缆由于与外接的检波器类型不同又可以分为单检型（只能接一种检波器）和双检型（能接两种检波器）两种。这两种海底电缆的内部结构是完全相同的，只是抽头（TAKEOUT）对信号线的利用不相同。不同的海底电缆配以不同的跨接线（有4种）与不同的检波器相连接，可以组成多种形式的海底电缆以满足雇主的不同技术要求。正是由于此类作业优势，使得海底电缆赢得了大批雇主。

第四节 可控震源与气

一、可控震源简介

可控震源是一种集机械、液压、电控于一体的激发源，它是靠安装在特殊运载工具上的震动器冲击地面而产生地震波。

1、可控震源的基本组成：

可控震源的基本组成如图4-4-1所示

无线 电台 无线 电台 液压系统 震动器 编码器 译码器 扫描 发生器 控制和 驱动电路 伺服器 扫描 发生器 鉴相器 双重 积分器 加速度传感器 至地震仪

图4-4-1 可控震源的结构

仪器车通过震源同步系统发出震源激发指令，震源车收到这一指令后，便启动扫描发生器产生指定的扫描信号。此扫描信号控制和驱动液压系统的伺服阀，使高压油流交替进入震动器液压缸的上腔和下腔，推动活塞及与其相连的底板震动。在震动期间，震源车身的一部分重量通过隔振垫压在底板上，让底板始终压住地面，迫使地面随底板一起震动。为了保证底板严格按照扫描信号的波形运动，在底板上安置一个加速度传感器，此加速度信号经过双重积分，变成位移反馈信号再与扫描发生器的输出进行相位比较，伺服阀控制及驱动电路根据此比较结果自动进行调整，使底板运动与扫描信号趋于一致。仪器车上的扫描发生器产生的扫描信号由地震仪记录下来，因为它与震源车上的扫描信号完全相同，所以它与采集系统得到的原始地震数据进行相关，即可形成相关记录。

炸药震源工作时，我们在一个炮点上不论是用单井激发或是多井组合激发，只是激发一次就可以获得一张原始记录。而可控震源工作时则为3-4台震源，以一定的组合形式，在一个震点(即炮点)上同时振动几次甚至几十次。每次振动的

持续时间为8-16S，每一次震动后，各台震源保持其组合形式，向同一方向挪动一定距离再震动第二次，以后又向前挪动同等距离振动第三次„，直到震完所规定的次数为止，这样才算完成一个震点(即一“炮”)。在实际工作中，也有不挪动位置，在同一地点振动规定的次数就算完成一“炮”。

2、可控震源的工作参数和方式的选择

㈠.震源个数：可控震源是表面震源，产生的面波非常强，为了克服面波干扰，一方面要从提高扫描信号的频率着手，使最低频率高于面波的主频范围；另一方面就是要用几台震源和多个检波器，分别按一定的形式进行组合。其基本要求是要用一定数量的震源组合以保证在一次振动中能得到可供下一步叠加的记录，否则单次震动得不到一定信噪比的记录，叠加效果也不会好，一般在实际工作中使用3-4台震源组合就可以了。

㈡.扫描长度：扫描信号延续时间(即扫描长度)越长，记录的信噪比越高。但考虑到，采样周期和相关器的存贮容量的，一般扫描长度选取在8-16S。

㈢.振动次数：一般来说次数越多，相关记录的信噪比越高，但也要考虑生产效率。一般工作中每震点连续振动6-20次就够了。

3、可控震源的优点

可控震源和冲激震源相比较，有以下几方面优点：

㈠.可节省能量：当炸药爆炸时，在炸药附近激发产生的是一个尖脉冲，它的频带很宽，随着这个脉冲向地下传播时，高频和低频的部分波被地层吸收，而只有一部分频率的地震波得到比较顺利的传播。因此，爆炸震源消耗了一部分能量于产生无用的频率。而可控震源则可根据地层特性选择损耗最小、最适于地层传播的频带作扫描的频带，这样，震源的能量便能够发挥其最大的效果。再者，用炸药震源时，在炸药附近相当大一个范围是岩石破碎圈，所以炸药的很大一部分能量消耗在这里。可控震源冲击地面的力量一般是5-15T，所以对岩石的破坏较小，大部分能量用于产生弹性波。

㈡.可提高分辨率：采用可控震源时，激发波形可由人控制。我们可以通过选取激发波形的形状来使相关子波更尖锐，从而提高勘探的分辨率。

㈢.使用安全：采用炸药震源时，能量集中在极短时间内释放，故初始振幅很大，容易对周围环境造成损坏，而可控震源震动时间长，瞬时幅度一直较低，

因此，在人口和建筑物稠密的城市附近、公路和坝区稠密不允许使用炸药震源的地区特别适用，具有良好的环保性能。

㈣.可大大压制随机干扰：原始信号里包含随机干扰信号，经过相关处理，在相关记录上可完全消除随机干扰。

4、可控震源对地震仪的特殊要求

由于可控震源产生的地震信号与冲激震源的有所不同，因此它对配用的数字地震仪也就提出 了一些特殊要求。

㈠.首先是数据采集过程中的持续时间要成倍增加。我们知道，无论采用什么震源，采集过程都要从震源激发时刻开始，一直持续到最深目的层反射信号全部到达时为止。因为可控震源扫描时间长，采集时间也随着延长，采集的数据量当然也就成倍增加，在这种情况下，如果采集系统将采集的数据直接送记录在磁带上的话，磁带记录的长度也就要成倍增加，而且这种未经相关处理的原始磁带记录，回放出来的波形就会象图所示那样，相邻界面反射重叠在一起无法分辨开来，这样就达不到现场监视的目的。在采用可控震源时，如果先将采集的数据进行处理，再送到记录系统进行磁带记录，那么这种相关结果的磁带记录便与使用炸药震源的磁带记录长度相同，这样就大大压缩了磁带记录的数据量。而且，相关处理的磁带记录回放出来的监视记录就能供野外监视用了。

㈡.与炸药震源相比，可控震源激发产生的地震信号能量比较弱，而且可控震源是表面震源，容易产生很强的面波。为了利用空间滤波效应衰减面波和提高信噪比，用可控震源勘探时，除采用检波器组合外，还必须采用震源组合，每一“炮”都要用几台震源同时振动m次，每次振动持续T0秒。属于同一“炮”的这m次振动采集得到的数据必须叠加起来(这种叠加称为垂直叠加，以区别于共深度点水平叠加)。由叠加得到的数据形成这一“炮”的地震记录。叠加的结果不仅使记录的数据量压缩了m倍，而且将使记录的信噪比提高m的方根值倍(m为一个炮点上的振动次数或垂直叠加次数)。

由于上述原因，目前数字地震仪在使用可控震源时，大多配用一个全精度的“相关叠加器”。可控震源在炮点上每振动一次，相关叠加器便将采集系统采集的这一次振动的地震信号与可控震源的扫描信号进行相关，相关结果再与该炮点前一次振动的相关和叠加的结果叠加起来。可控震源在一个炮点上振动m次，相

关叠加器就进行m次相关和m次叠加，最后结果送记录系统记录到磁带上，成为这一“炮”的相关叠加磁带记录。这样形成的磁带记录与使用炸药震源形成的磁带记录长度是一样的，经过同样的回放处理就能形成野外监视记录。

5、在施工前需要检测的项目

㈠.有线一致性：将可控震源用测试线连到大线上，这是一种非常可靠的方法，但应用起来稍微费些时间。通常作为可控震源的月检项目。目的是为了检查电控箱体和震源控制器之间的同步性，以及可控震源输出力信号与参考信号的相位差与输出振幅。

㈡.无线一致性：在生产中快速地进行测试，每次只能对一台震源进行测试，易受无线传输问题的干扰。通常作为日检的项目。

二、气简介

空气是应用最广的海上震源。空气的工作原理是利用气产生的高压空气急速喷射到水中产生高压气泡，气泡在静水压力作用下产生胀缩震荡(气泡效应)，形成向外传播的压力波。

空气的激发条件对空气产生的脉冲频率的影响大致有如下规律：空气的大小，决定激发瞬间喷入水中的高压空气的量，大气产生的气泡比小气的大，因此产生的频率较低；高压空气的气压越大，产生的气泡也越大，同样大的气产生的脉冲的频率也越低；气放置在水下越深，受到静水压力也越大，产生的气泡就越小，脉冲的频率越高。因此，我们应根据具体工作需要，选择合适的激发条件。

海上空气激发的震源子波当然受着气泡效应的影响。我们希望空气激发的地震波的初始脉冲与气泡脉冲的振幅之比越大越好。为此，可将大小不同的空气按某种几何形状排列，而又严格保持同时激发。使所有空气发射的初始脉冲同相叠加幅度增强。由于各气的大小不同，各气的气泡效应出现的时间不同，初始脉冲与气泡脉冲的振幅比就显著增大。除此之外，组合还可压制随机噪声和低视速度干扰。因此，在海上地震勘探中，以空气为震源时，毫无例外地应用气组合。

气在正式投入生产前必须对气震源系统的充气容量、压力、间同步时差、仪器记录起始时间与气激发时间之差进行系统检查。这是每天生产前必须

进行的检查，合格后方可进行生产。

第五节 地震仪器日、月、年检记录

1. 日检

(1) 仪器日检记录录制方法

① 日检要录制当日首炮所用有效排列检波器脉冲、采集站内部脉冲监视记录各一份，技术指标及录制因素执行有关标准。全部排列使用加速度检波器、压电检波器时，日检录制采集站内部脉冲和检波器外部噪音。

② 日检录制时，外线路(排列)不能有任何故障，即：排列漏电、短路、无故空道、少检波器串、外界干扰等现象，否则均为不合格。

③ 特殊地震道要在录制的日检上标注清楚。

④ 仪器日检文件号必须是当日第一炮的文件号，记录上要有计算机打印的准确时间。

(2) 日检记录的整理与上交

① 日检记录录制合格后按表2格式填写，有关人员在表中签字。

表2 日检记录登记表

日检 仪器型号 录制日期： 年 月 日 评价： 合格( ) 不合格( ) 签字 操作员： 施工员： 队 长： ② 日检记录每十份装订一册，记录纸长度超过30cm的要折叠装订，并要求有装订封面。封面内容包括队号、工区、仪器型号、详细录制日期及项目组负责人签字。

③ 日检记录进行三级管理，即技术科、仪器管理中心生产技术室和仪器队，生产技术室和仪器队必须设有专人对日检进行管理。

④ 仪器队负责人每月抽查各小队日检记录不少于二分之一，仪器管理中心

生产技术室负责人每月抽查日检记录不少于三分之一，并在抽查的日检记录上签字。

⑤ 技术科、技术监督科不定期对日检进行抽查，发现不合格日检或日检缺失，将当日生产炮作废，按重大质量事故处理，通报全公司。

⑥ 施工结束后，仪器队负责人及生产技术室负责人对所有日检进行全面检查等待资料验收。

⑦ 日检记录在仪器管理中心生产技术室，保存到本仪器本年度采集的地震资料处理结束。

2. 月检

(1) 月检记录录制要求

① 录制月检每月一次，周期误差最晚不超过3天。技术指标执行各仪器标准。

② 必须对所有在用的采集站录制月检，并将采集站号登记在月检报告单上，月检不合格的采集站填写在报告单的不合格栏里，并及时将采集站检修。

③ 因维修没能参加月检的采集站，在使用时应有测试记录，并将测试记录与月检一起上交生产技术室保存。

④ 排列上使用当月未录制月检或月检不合格的采集站，均按月检不合格有关规定处理。

(2) 月检记录、磁带的整理与上交

① 未用折叠纸打印的月检记录，一律按21cm长度折叠整理，并将填好的月检报告单附在记录的首页。

② 月检合格后，项目组长、施工员、队长及录制月检的操作员，均要在月检报告单上签字。

③ 施工结束后，生产技术室负责人必须对整理好的月检记录及月检磁带详细验收并签字。

④ 技术科将不定期抽查一半以上的月检记录，并在抽检的记录上签字。 ⑤ 月检记录和磁带由仪器管理中心生产技术室负责保存，负责保存到本仪器本年度采集的地震资料处理结束。

3. 年检

(1) 仪器年检每年录制一次。年检项目及技术指标执行各仪器标准。

(2) 录制仪器年检时，要对仪器所有的采集站进行年检，年检记录上要登记所有参加年检的采集站号。

(3) 仪器队负责人及生产技术室负责人要参与所有仪器年检的录制工作，否则录制的年检无效。

(4) 年检的记录整理同月检。

(5) 年检记录的合格与否由技术科与仪器管理中心生产技术室负责人共同评定。

(6) 年检记录的保存由仪器管理中心生产技术室保存到本仪器本年度采集的地震资料处理结束。

4. 遥爆信号测试

遥爆系统延迟信号的录制要求每月一次,具体方法与要求执行有关规定。记录由操作员统一整理、装订，随月检一起上交到仪器管理中心生产技术室。

第六节 电缆检波器地面站管理规定

1范围

本标准规定了地震电缆、检波器及地面站（包括采集站、电源站、交叉站、译码器、有线放炮、中继站）配置、使用、维护及检验的管理、维护费用以及检查、考核与奖惩。

本标准适用于胜利石理局地球物理勘探开发公司地震电缆、检波器及地面站的配置、使用、维护和管理。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

Q/SH 1020 1534—2006 地震数据采集系统管理 SY/T 5046—2005 地震检波器 SY/T 5103—2000 检波器组合软电缆 SY/T 5314-2004 地震资料采集技术规程

SY/T 5936—2000 陆用数字地震检波器使用与维护

3管理机构与职责范围

3.1 技术科为地震电缆、检波器及地面站的主管部门。

3.2 技术科负责地震电缆、检波器及地面站配置计划、更新改造规划的编制,以及使用、维护情况的检查与考核。

3.3 计划科负责地震电缆、检波器及地面站配置计划、更新改造规划的审定，地震电缆、检波器及地面站配置、维修费用的核定与划拨；负责对单位的奖惩。 3.4 技术监督科负责地震电缆、检波器及地面站配置、使用和维护全过程质量控制的检查、检验与考核。

3.5 生产管理科（综合服务中心）负责地震电缆、检波器、地面站及其配件采购的实施，对采购质量负责。 3.6 劳动工资科负责对个人的奖惩。

3.7 仪器管理中心负责地震电缆、检波器及地面站的日常管理和维护。 3.8 地震队（项目组）负责地震电缆、检波器及地面站生产期间的使用管理。

4地震电缆、检波器及地面站的配置

4.1 根据公司发展规划和勘探市场的需求，技术科负责编制地震电缆、检波器及地面站配置计划，计划科负责地震电缆、检波器及地面站配置计划的审定与落实。

4.2 生产管理科（综合服务中心）负责组织地震电缆、检波器、地面站及其配件的采购。

4.3 采购过程的质量控制

4.3.1 地震电缆、检波器、地面站及其配件的采购应执行《物探公司一般物资采购业务流程实施细则》。

4.3.2 生产管理科（综合服务中心）负责组织对供应商进行评价，选择合格供应商，并建立合格供应商名录。

4.3.3 技术科对采购产品提出技术、质量指标要求。 4.3.4 技术监督科负责组织对采购产品的到货检验。

5地震电缆、检波器及地面站的使用

5.1 地震电缆、检波器及地面站的配套原则

根据不同施工区域特点，按接收道数计算原则上配备如下： ——平原地区二维200%、三维150%； ——山地、沙漠及戈壁二维250%、三维175%； ——滩海及过渡带二维220%、三维175%。

特殊观测系统及特殊情况可做调整，调整后由计划科按增加设备价值二次核定生产成本。 5.2 交接管理

5.2.1 技术科负责组织地震电缆、检波器及地面站的交接工作。

5.2.2 地震电缆、检波器及地面站的交接工作执行Q/SH1020 1534—2006中3.2和3.3的有关规定，填写交接记录，格式参见附录A。 5.3 使用管理

5.3.1 技术科负责组织地震电缆、检波器及地面站的使用管理。

5.3.2 地震电缆、检波器及地面站的使用管理执行Q/SH1020 1534—2006中3.2的有关规定，仪器管理中心与地震队分别按月上报设备管理情况，格式参见附录B和附录C。

6地震电缆、检波器及地面站的维护

6.1 维修费用

技术科根据地震电缆、检波器及地面站的使用年限、施工区域、设备现状、勘探工作量等因素，按照公司内部定额标准测算维修费用，计划科核定维修费用并负责将维修费用划入仪器管理中心。 6.2 生产中的维护维修

6.2.1 施工期间采集设备维修归口仪器管理中心，派驻检修人员到地震队，受地震队领导，负责所有采集设备的维护及检修工作，确保地震队施工优质高效生产。

6.2.2 仪器管理中心派驻检修人员到地震队时，根据设备型号准备相应的备件包（含地面站、数传电缆、检波器的备件），维修用材料应与原设备配套并符合

出厂技术指标，地震电缆、检波器串线的长度应符合技术标准及规定，备件价格由技术科和计划科核定。

6.2.3 仪器管理中心要保证所有采集设备的完好率达到配备数量的97％以上。地震队有责任协助仪器管理中心做好采集设备的维修和测试工作。

6.2.4 损坏的地震电缆、检波器应及时维修，维修完毕的检波器串经测试合格后才能使用。

6.2.5 地震电缆、检波器及地面站因人为因素等非正常使用造成的损伤定性为非正常损坏，包括：砍断、碾压、投掷、部件缺失等，非正常损坏更换的备件由地震队采集设备负责人和仪器管理中心检修人员共同签字，费用由技术科测算，项目结束后由计划科从地震队成本中扣除划转到仪器管理中心成本。当双方对地震电缆、检波器及地面站的故障是否为非正常损坏的定性发生分歧时由技术科负责仲裁并填写采集设备非正常损坏认定表（格式参见附录D）。

6.2.6 仪器管理中心与地震队认真核实非正常损坏更换的备件，双方签字认可，每月向技术科提供地震电缆、检波器及地面站的损耗、维修报表。

6.2.7 因为不可抗拒因素造成丢失或损坏地面站时，地震队要及时写出事故报告，报技术科和财务资产管理中心，以便向保险公司索赔，否则造成一切损坏由使用单位负责赔偿，并按相关设备资产管理规定处罚。 6.3 生产中的周期检测

6.3.1 仪器管理中心在野外施工期间每月对所用检波器串进行全部测试，周期误差不超过3天（因故未施工顺延），测试指标应符合技术指标要求。月检测试完毕填写检波器串月检报告单，由测试人员和地震队长签字认可。

6.3.2 地震队应与检修组协商，合理安排检波器测试时间，保证检波器月检。 6.3.3 在测试中对测出的不合格检波器串由测试人员做好标记，不允许投入使用；维修完毕经测试合格，由测试人员去掉标记后才能投入使用。

6.3.4 检波器的周期检测资料整理按SY/T 5314-2004中7.3的要求进行。 6.3.5 技术科和技术监督科负责检波器测试和维修工作的检查与考核，检查与考核的标准按Q/SH 1020 1534的要求执行。 6.4 收工后的维修管理

6.4.1 物探仪器管理中心对各种设备要建立详细的台帐，按规定定期检查设备

状况，并随时抽查。

6.4.2 各种采集设备的年检，要在地震队交接完后最短的时间内检修完毕，原则上不能超过20天，年检后要求各种采集设备的完好率在99％以上，以供随时调用。

6.4.3 停用设备由仪器管理中心集中封存 ,要妥善保管，做好防火、防盗、防冻、防潮、防尘等工作。备用设备库要有专人值班。

6.4.4 年检结束后由技术监督科和技术科牵头组织有关人员对年检质量进行验收。

7地震电缆、检波器及地面站的检验

7.1 技术监督科负责对地震电缆、检波器及地面站的检验管理，组织对采购检波器的入库检验、维修检波器的出厂检验。 7.2 采购检波器的入库检验

采购的检波器应进行全数检验，合格率应为100%；若合格率达不到95%时，该批次产品应退货；合格率大于95%时，检出的不合格检波器由生产厂家负责更换。

7.3 维修检波器串的出厂检验

维修检波器串出厂时，技术监督科组织对出厂的检波器串按5%～10%的比例抽检，抽检合格率应达到100%。抽检中出现不合格串时，应由仪器管理中心对剩余部分进行全部检测，检测时由地震队派人协助。 7.4 地震电缆、地面站的检验按相关仪器的标准执行。 7.5 紧急放行

由于工期紧急，出厂检波器串抽检影响施工时，仪器管理中心可提出书面申请，要求紧急放行，该申请经技术监督科和技术科盖章后，可不经过出厂抽检，直接投入生产。施工前期，仪器管理中心在15日内应对全部检波器串测试一遍，技术监督科或技术科应带领计量检测人员到施工现场进行抽检。

8保存与运输

检波器串的保存与运输应符合SY/T 5936—2000中5和6的要求；地面站的

保存与运输应符合Q/SH1020 1534—2006中3.1的规定。

9考核与奖惩

9.1 公司配套计划下达后，生产管理科（综合服务中心）应按照公司要求按时保质完成采购任务，未能达到要求时，按1万元/次进行罚款。

9.2 在使用地震电缆、检波器及地面站发生投掷、碰撞及车辆碾压等严重野蛮施工行为时，每发现一次将对地震队处以500元的罚款，其中责任人个人承担5%。 9.3 在过公路、闹区或潮湿地带使用地震电缆、检波器没有采取适当的保护措施时，每发现一次将对地震队处以500元的罚款，其中责任人个人承担5%。 9.4 在采集设备完好率低于配备数量95％时，技术科责令地震队停工整顿，并对责任方罚款1万元。

9.5 地震队每个施工项目所有采集设备损耗指标均为0。地震队在设备交接完成后15天内因为工农关系等因素，推迟交接的部分设备由工农科出具证明，超过15天的按丢失论处。如果找回，后续工区再返。

9.6 地震队每个项目结束后，所有采集设备非正常损坏和丢失的将按原值的70%进行惩罚。费用由技术科测算，计划科实施。

9.7 因主观原因没有按时对野外生产中的检波器进行月检时，将对仪器管理中心处以每次1万元的罚款。

9.8 施工期间地面采集设备完好率要达到97％以上，年检后采集设备完好率要达到99％。由于仪器管理中心责任达不到要求时，按差额百分数乘以100万元从仪器管理中心成本中扣除，扣除部分纳入公司设备购置费。高于规定指标时，按差额百分数乘以100万元给予仪器管理中心。

10相关记录的保存

10.1 采购检波器的入库检验记录由仪器管理中心保存。

10.2 维修检波器串测试记录由仪器管理中心保存。月检记录在施工中由地震队保存，收工后交仪器管理中心保存。

10.3 外部市场需要带走检波器串测试记录时，应经技术科同意，填写资料交接记录卡。外部市场月检记录由地震队自己保存。 10.4 有关记录保存时间按公司程序文件执行。