第四章淺層地震勘探儀器簡(jiǎn)介

第四章淺層地震勘探儀器簡(jiǎn)介

第一節(jié)儀器的特點(diǎn)及主要組成部分

一、淺震對(duì)儀器的要求1.基本要求

(1)具有高放大倍數(shù)的性能。（幾微米，放大幾十萬(wàn)倍以上。）(2)具有把能量懸殊的淺、中、深層反射波不失真記錄下來(lái)的性能。（淺、深強(qiáng)弱相差100萬(wàn)倍，120dB以上。）(3)具有合適的通頻帶。（淺層高端頻率可達(dá)300Hz，深層低端低至30Hz以下。）2.特殊要求

淺震探測(cè)規(guī)模、范圍小，干擾因素復(fù)雜，嚴(yán)重影響有效波的接收和識(shí)別。(1)具有高分辨率。（較小地質(zhì)體，詳細(xì)分層。）(2)具有高信噪比。（淺震在人口密集、交通繁忙地區(qū)，外界干擾嚴(yán)重；偏移距短，受震源干擾嚴(yán)重。）(3)具有信號(hào)增強(qiáng)功能。（非炸藥震源能量弱，疊加方式壓制干擾。）(4)輕便、工作效率高。（淺震用于工程勘察，工作范圍小、周期短、流動(dòng)性大。）

二、地震儀的主要組成部分四個(gè)主要部分：檢波器、放大器、震源同步系統(tǒng)和記錄顯示裝置

地震道：一個(gè)檢波器、一個(gè)放大器（包括濾波器等電路）和一個(gè)記錄器組合在一起。淺震儀道數(shù)有12道、24道或48道。1.檢波器

作用：把地震波到達(dá)地表接收點(diǎn)處所引起的微弱機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電磁振動(dòng)。一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。為適應(yīng)地震勘探的各種要求，其類型和性能多種。接收波型：縱波、橫波、井中檢波器（三分量檢波器）；使用地區(qū)：陸上、海上檢波器；電壓輸出與質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度關(guān)系：速度、加速度檢波器。如圖示：陸上接收縱波的電磁式（動(dòng)圈式）速度檢波器。組成：外殼、磁鋼、彈簧片、線圈等。檢波器工作原理：圖4.1電動(dòng)式檢波器結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)?shù)卣鸩ㄒ鸬乇斫橘|(zhì)振動(dòng)時(shí)，檢波器外殼連同磁鋼隨介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)一起振動(dòng)，而線圈由于慣性不隨外殼同時(shí)運(yùn)動(dòng)，于是便產(chǎn)生了線圈與磁鋼的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力線便產(chǎn)生感生電流。其作用相當(dāng)于小小“發(fā)電機(jī)”

，將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變成了電振動(dòng)。①

方向特性：當(dāng)振動(dòng)方向與線圈軸線方向一致時(shí)，產(chǎn)生最大輸出電壓，具有最大的靈敏度。

圖4.2SSJ—100型檢波器頻率特性

按檢波器固有頻率分：低頻，＜10Hz；中頻，10～33Hz；高頻，33～100Hz。圖示為100Hz高頻檢波器的頻率特性曲線。曲線分三段。第一段：線性段，f較低時(shí)，輸出隨f的升高而增大；第二段：當(dāng)f為某值時(shí)，輸出最大；

第三段：f再升高，輸出漸小，趨于一極限值。

整個(gè)頻率曲線表現(xiàn)為一種高通濾波性能，可適當(dāng)?shù)貕褐频皖l面波等干擾。在淺震中，多采用高頻檢波器。2.放大器自動(dòng)增益控制(AGC)：使放大器的放大倍數(shù)能隨反射信號(hào)能量的強(qiáng)弱而自動(dòng)調(diào)節(jié)?？蓪\、中、深層能量懸殊的反射信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)在波形記錄上。放大倍數(shù)可達(dá)幾十萬(wàn)倍以上。3.記錄顯示裝置一般用計(jì)算機(jī)記錄和顯示。4.震源同步系統(tǒng)一是激發(fā)地震波，二是與激發(fā)時(shí)間同步產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，使主機(jī)開始記時(shí)。錘擊：用兩個(gè)彈簧片與導(dǎo)線連接作觸發(fā)器；炸藥：爆炸使捆在炸藥包上的導(dǎo)線炸斷，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。第二節(jié)數(shù)字疊加式淺震儀介紹按疊加方式分：模擬疊加增強(qiáng)式，數(shù)字疊加增強(qiáng)式一、幾個(gè)基本概念1.分貝放大倍數(shù)：輸出信號(hào)振幅m1與輸入信號(hào)振幅m2的比值。分貝(dB)：用對(duì)數(shù)值表示放大倍數(shù)100dB意思指：若有5μV的輸入振幅，則可得到0.5V(即0.5×106μV)的輸出。2.動(dòng)態(tài)范圍定義：測(cè)量信號(hào)振幅極大值與系統(tǒng)噪音水平的比值，用分貝表示：［動(dòng)態(tài)范圍］=［］dB3.假頻計(jì)算機(jī)只能對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。采樣：連續(xù)波形信號(hào)離散信號(hào)。子樣：某離散信號(hào)瞬時(shí)值。采樣間隔△t：相鄰子樣的時(shí)間間隔。△t越小，所得一組離散值越能代表原波形信號(hào)（模擬信號(hào)）的形狀。采樣定理：

fmax：信號(hào)中的最高頻率成分。采樣間隔為，那么采樣頻率為，如圖所示。圖

(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分別對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行25、100、125、200、250Hz采樣，則輸出頻率分別為25、100、125、50、0Hz。顯然，后兩個(gè)采樣不足，出現(xiàn)假頻。假頻：某連續(xù)信號(hào)，采樣頻率小于信號(hào)頻率的兩倍，則在每個(gè)周期內(nèi)采樣不足兩個(gè)，采樣后變成另一種頻率的新信號(hào)。圖

(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分別對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行25、100、125、200、250Hz采樣，則輸出頻率分別為25、100、125、50、0Hz。顯然，后兩個(gè)采樣不足，出現(xiàn)假頻。圖4.5假頻現(xiàn)象假頻：某連續(xù)信號(hào)，采樣頻率小于信號(hào)頻率的兩倍，則在每個(gè)周期內(nèi)采樣不足兩個(gè)，采樣后變成另一種頻率的新信號(hào)。采樣間隔并非越小越好，△t過(guò)小，會(huì)增加不必要的處理工作量；另一方面，一般淺震儀只能處理一定數(shù)量的子樣（通常為512個(gè)，1024個(gè)或2048個(gè)），因此過(guò)小的采樣間隔會(huì)使記錄長(zhǎng)度縮短，致使勘探深度變淺。一般淺震儀，△t有0.125、0.25、0.5、1、2ms等不同檔次，可據(jù)不同情況選用。二、儀器的工作原理及特點(diǎn)1.工作原理

工作原理如圖示。圖4.6數(shù)字疊加式淺層地震儀工作原理圖2.數(shù)字疊加原理圖4.7數(shù)字疊加原理及流程圖如圖所示。數(shù)字疊加原理如下：來(lái)自放大器的模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)和存貯器已有（前一次）的數(shù)字信號(hào)相加，再送回存貯器，等待與再次激發(fā)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)相加。若使每次激發(fā)產(chǎn)生的地震信號(hào)依次進(jìn)行相加，就可得到多次疊加后的增強(qiáng)地震數(shù)據(jù)。3.數(shù)字地震儀的特點(diǎn)(1)全數(shù)字化

全數(shù)字化：就是利用微機(jī)控制儀器來(lái)完成數(shù)據(jù)采集和信息處理。微機(jī)處理是中心，而采集系統(tǒng)則屬于外圍設(shè)備。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作就可實(shí)現(xiàn)對(duì)地震儀的操作。這樣可使地震儀的穩(wěn)定性和可靠性大大提高。同時(shí)，儀器具有操作簡(jiǎn)單、重量輕、體積小的優(yōu)點(diǎn)。(2)動(dòng)態(tài)范圍大采用浮點(diǎn)放大，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)130dB左右，幾乎可把全部能量范圍的地震信號(hào)記錄下來(lái)。模擬地震儀：40～50dB。(3)頻帶寬

數(shù)字地震儀：20Hz～300Hz；模擬地震儀：20～120Hz。因此，數(shù)字地震儀分辨率大大提高。第三節(jié)地震數(shù)據(jù)的記錄格式文件號(hào)（或炮號(hào)）：地震數(shù)據(jù)采集時(shí)，通常把每放一炮所記錄的全部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)文件上，并進(jìn)行編號(hào)。其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是按事先規(guī)定的格式進(jìn)行編排存儲(chǔ)的。SEG（美國(guó)勘探地球物理學(xué)會(huì)）通過(guò)了SEG-2格式為工程地震儀的數(shù)據(jù)記