一种低成本无缆地震仪采集站的研制

随着电子技术的发展,许多新技术被应用到地球物理仪器之中.其中,无缆地震仪采集站具有重量轻、易搬运的特点,适宜应用于如森林、沼泽、沙漠等地面状况复杂的区域,可以在复杂地质条件下方便地进行地震数据采集,是未来地震仪发展的方向.本研究研发了一种低成本无缆地震仪采集站,通过分析无缆地震仪的发展方向,确定了采集站的设计方案,该系统采用了微功耗设计,GPS授时同步与低成本晶振相结合的时钟机制,并设计了基于多项分解的软件滤波器提高24位Σ-ΔADC的动态范围,其低成本、小体积、低功耗的特点使其非常适用于复杂区域下的资源勘探,并可应用于高密度、宽方位等物探新技术当中.     

分布式多通道电法电磁法数据同步采集系统

采集系统是电磁法仪器的重要组成部分,设计出高精度、低功耗的分布式采集系统是电磁法仪器研制的重点和难点.本文设计的采集系统集成了6个采集通道,每个采集通道的A/D转换器都选用了32位的ADS1282,并通过DAC1282来提供ADS1282校准和自检所需要的外部信号.采集部分的控制中心选用了MachXO2 ZE系列这款功耗极低的CPLD.为了保证同步采集的精度,设计中采用了GPS和OCXO协同授时的方案来提供同步时钟.采集系统具备MT、CSEM、SIP等测量功能.测试结果表明,本采集系统同步精度维持在1E-11以下,待机状态下功耗为0.32 W,运行功耗2.76 W,各通道短路噪声值均在μV级,信噪比在118 dB附近,满足设计要求.     

海底地震仪自噪声分析

海底地震仪是海上观测天然地震的主要手段,仪器所记录到的噪声分为环境噪声和仪器噪声。本文利用2018年9月3日—2019年7月1日期间浯屿岛海底地震观测台所采集到的数据,对海洋环境下的强震型海底地震采集站和宽频带海底地震采集站进行仪器自噪声分析,利用两道互相关模型,采用加窗平均周期图法计算功率谱,通过1/3倍频程积分作平滑处理,得到仪器自噪声功率谱密度图。对比分析相同型号仪器的自噪声功率谱,发现相同仪器的自噪声变化趋势一致,但自噪声大小有差异,且这种差异对于不同仪器、相同仪器的不同分量也存在不同。     

脉冲中子双伽马谱饱和度测井方法及数值模拟研究

脉冲中子双伽马谱饱和度测井方法是利用特定的脉冲和测量时序设计,采用远、近伽马探测器记录非弹性散射和俘获伽马能谱以及伽马射线时间谱,通过获取C/O和地层宏观俘获截面等信息来确定地层含油饱和度.采用大直径仪器和BGO晶体探测器时,其采集的非弹性散射和俘获伽马能谱计数统计性优于国外仪器,重复脉冲发射中子后伽马射线时间谱仍满足指数衰减规律,且能使伽马射线时间谱的道计数累积,计数统计性好于常规中子寿命测井,得到的地层宏观俘获截面与单脉冲发射近似相同.在地层孔隙度未知的情况下,利用C/O和地层宏观俘获截面交会技术可以定量确定含油饱和度.     

一种多波宽频地震数据采集设计与仪器实现关键技术

随着多波多分量技术的发展,宽频数据采集逐渐成为地震勘探的发展趋势.通过高保真获取全波场信息,并尽可能保留高频有效成分,进而利用多种波场信息相互验证和补充,是提高地震勘探精度的有效方法.受仪器带宽限制,常规设备在高频段很难同时保持高分辨率和大动态范围特征,在多波地震采集时,极容易出现分辨率不足和限幅失真等现象,极大影响多波多分量方法的实际应用效果.鉴于此,本文给出一种利用积分器、高频ADC、DAC和抽取滤波器构成的低成本宽频数据采集方法.通过构造环路滤波器(调制器),对高频ADC输出数据中的量化噪声二次整形,并配合抽取滤波,对带外噪声进行有效压制.实际测试表明,通过精细电路结构设计,采集站有效分辨率可达24位(采样率为2 kHz),动态范围超过140 dB,SNR达142 dB.相比传统设备,其采集数据在5～25 Hz的低频段和100 Hz以上的高频段都具有更加丰富的有效信息,非常适合多波多分量数据采集.     

基于层析滤波的全波形反演方法

在全波形反演过程中,采集系统的有限孔径和波场对地层介质信息的非均匀覆盖会影响全波形反演的效果.本文引入一种层析滤波器来减小这种影响.该滤波器被作用于反传之前的波场残差之上,对模型梯度进行预处理,可以对有限的采集孔径和非均匀信息覆盖进行校正,从而改善全波形反演的效果.该滤波器的实现简便高效,几乎不引入额外的计算量.本文主要针对地面反射记录进行研究,数值实验验证了该滤波算子的有效性.     

基于ADS1281的单通道无缆存储式地震仪的设计

针对高精度地震数据采集的需求,设计并实现了一种单通道无缆存储式地震仪.为了提升系统在噪声,动态范围,功耗等方面的性能,该地震仪采用了32位模数转换芯片——ADS1281,结合STM32、GPS模块、SD卡等单元,可以实现32位地震数据采集以及自存储.该仪器采用单站单道,独立存储,集中回收的工作方式,以提高地震数据采集系统的数据可靠性以及整个采集系统的道数扩展能力.最后,通过测试实验验证了仪器的功能.     

激发极化电位衰减谱测井电极系设计

现有的激发极化测井仪器只有简单排列的电极系,只能测量激发电场断开瞬间的二次场电位的衰减值,因此只能利用极化率参数来定性评价地层性质.本文设计一种激发极化电位衰减谱测井电极系,采用阵列式组合结构,电极之间彼此绝缘,测井仪器通过单片机控制电极系来激发地层和采集数据,可以采集到整条激发极化二次场电位衰减谱,所包含的信息量远远...     

多通道大功率电法勘探仪集成试验

采用自主研发的多通道大功率电法勘探仪进行了深部矿勘探测试.首先在河北省张家口市张北县进行了仪器整体的调试和波形测试等试验,试验结果表明,在大偏移距情况下,尽管存在50 Hz电磁干扰,也能获得与发射波形相关的波形曲线,验证了仪器系统的正确性和稳定性.然后在内蒙古曹四夭钼矿区采集了4.8km的剖面数据,并进行了相应的数据处理工作.对所采集的数据进行了大地脉冲响应计算、峰值时刻提取和视电阻率计算,以及电阻率二维反演工作,反演的的电阻率断面结构与已知地质资料相吻合,验证了数据流程和处理方法的正确性.此次多通道大功率电法勘探仪的成功集成,为进一步大规模比对试验和装备整装勘探打下了基础.     

使用双线性变换构造实时地震波形仿真滤波器的方法研究

介绍了直接使用双线性变换把模拟系统的传递函数转换为离散系统的传递函数,构造出由宽带数字地震记录,仿真出传统模拟地震仪器记录波形的递归滤波器的方法,从而使在线实时波形仿真成为可能。并通过比较利用实际宽带数字地震记录,分别采用频域仿真和本文算法构造的仿真滤波器仿真得到的波形,验证了本文算法的正确性。     

用于地震观测的瞬态滤波试验数据分析

地震数据采集器中的滤波技术是影响地震观测数据质量的重要因素。本研究通过实测数据对比分析了最小相位滤波、线性相位滤波和瞬态滤波对观测数据的影响程度。实测波形数据证实了理论分析的预期,最小相位滤波在观测地方性微小地震时,初动半周期及后续波的失真均较大,利用波形作深入研究时,应注意该失真的影响;线性相位滤波引起的"前缀"可能会干扰震相的正确判读,不宜用于以震相分析为主要用途的地方震观测;瞬态滤波兼有前两类滤波的优点而无其缺点,是观测地方震和水库地震的优良滤波技术,但应用瞬态滤波必须提高采样率。     

On estimating time offsets in the ambient noise correlation function caused by instrument response errors

Broadband seismic networks are becoming more intensive, generating a large amount of data in the long-term collection process. When processing the data, the researchers rely almost on instrument response files to understand the information related to the instrument. Aiming at the process of instrument response recording and instrument response correction, we identify several sources of the instrument response phase error, including pole–zero change, the causality difference in instrument correction method, and the problem of filter coefficient recording. The data time offset range from the instrument response phase error is calculated from one sample point to several seconds using the ambient noise data recorded by multiple seismic stations. With different data delays, the time offset of the noise correlation function is estimated to be 74% to 99% of the data delay time. In addition, the influence of instrument response phase error on the measurement of seismic velocity change is analyzed by using ambient noise data with pole–zero change, and the results show that the abnormal wave velocity with exceeding the standard value is exactly in the time period of the instrument response error, which indicates that the instrument response error affects the study of seismology.     

数字地震分析软件WSGNPLOT的改进与应用

利用MATLAB语言结合DK-1仪器的工作特性设计滤波器,并且利用DIMAS中WSGNPLOT地震分析软件运用到实际工作中,解决WGSNPLOT软件中长周期滤波器近震分析结果不理想的问题。提高近震的分析质量,并且对这个滤波器的工作特性进行对比分析。     

地球物理勘探用高精度隔离放大器

地球物理勘探在野外进行,测量的电信号振幅范围为n×100 uV～ n×1 V, 对电信号测量精度要求优于0.1%.这就要求相应的隔离放大器增益范围大,档差小, 温漂小.为了满足上述要求,设计的精密隔离放大器由高线性度高精度器件-隔离放大芯片AD202-组成隔离级,3个零漂移运放LT1250组成3级9档放大级,档差为10 dB,增益从0～ 90 dB可控.实际电路的测试结果表明: 基于AD202和LT1250设计的隔离放大器的最大非线性误差为0.23%,19小时内的漂移为27 uV,达到了设计要求.     

铁岭SS-Y伸缩仪加速拉张的短期变化

铁岭地震台SS-Y型伸缩仪2018年6月起出现NS分量的持续拉张和EW分量的小幅压性变化,经初步分析,发现仪器工作状态良好,并排除各类干扰因素。采用三点线性平滑滤波,对NS、EW分量进行趋势项、周期项提取处理,发现自2018年6月起,NS分量趋势性拉张且年变增加,EW分量趋势性压缩且年变减小,与以往相比,趋势和年变周期变化特征差异性较大,结合同一山洞的水管倾斜仪和垂直摆倾斜仪同时段产生同步转折变化及历史震例,分析认为,铁岭SS-Y型洞体应变NS分量变化为震前异常的可能性较大,后续应跟踪分析该异常的趋势性走向变化。     

Estimation of an optimal mixed-phase inverse filter

Inverse filtering is applied to seismic data to remove the effect of the wavelet and to obtain an estimate of the reflectivity series. In many cases the wavelet is not known, and only an estimate of its autocorrelation function (ACF) can be computed. Solving the Yule-Walker equations gives the inverse filter which corresponds to a minimum-delay wavelet. When the wavelet is mixed delay, this inverse filter produces a poor result.
By solving the extended Yule-Walker equations with the ACF of lag α on the main diagonal of the filter equations, it is possible to decompose the inverse filter into a finite-length filter convolved with an infinite-length filter. In a previous paper we proposed a mixed-delay inverse filter where the finite-length filter is maximum delay and the infinite-length filter is minimum delay.
Here, we refine this technique by analysing the roots of the Z -transform polynomial of the finite-length filter. By varying the number of roots which are placed inside the unit circle of the mixed-delay inverse filter, at most 2 ^α different filters are obtained. Applying each filter to a small data set (say a CMP gather), we choose the optimal filter to be the one for which the output has the largest L ^p -norm, with p =5. This is done for increasing values of α to obtain a final optimal filter. From this optimal filter it is easy to construct the inverse wavelet which may be used as an estimate of the seismic wavelet.
The new procedure has been applied to a synthetic wavelet and to an airgun wavelet to test its performance, and also to verify that the reconstructed wavelet is close to the original wavelet. The algorithm has also been applied to prestack marine seismic data, resulting in an improved stacked section compared with the one obtained by using a minimum-delay filter.     

关于地震观测系统中滤波器的讨论

用于定点连续观测的地震观测仪器, 产出的观测数据是一个时间序列, 反映了被观测量随时间的变化。 本文将地震观测系统中任何与频率特性有关的信号处理过程均视为滤波器, 如传感器的频率特性、 数据采集过程中的抗混叠滤波等, 对地震观测系统中的滤波器进行了深入讨论。 实际工作中往往认为慢变量信号中不存在高频分量, 使得在数据采集过程中忽视了抗混叠滤波器的应用, 从而在实际观测中导致频率混叠干扰时有发生。 针对这一问题, 本文通过模拟计算的示例, 显示了频率混叠干扰对观测数据质量的影响, 解释了分量应变分钟值观测数据中同震响应波形的不合理现象, 进一步阐明了数据采集过程中抗混叠滤波器的重要作用。     

面向地震烈度仪的现地地震动预测模型的构建与验证

利用初期P波预警参数构建现地地震动预测模型,使其在达到设定阈值时快速发出报警信息,是现地地震预警系统面临的一个关键问题,直接关系到发布信息的准确性和及时性。针对地震烈度仪基于微机电系统传感器记录到的数据质量较差,通过两次积分获取的位移存在较大偏差,会引起更多的误报和漏报,本文采用不同阶数（1—4阶）的巴特沃斯滤波器,分别构建了基于P波3 s和全P波段数据的位移幅值PD、速度幅值PV和加速度幅值PA与地震动峰值速度PGV和峰值加速度PGA的现地地震动预测模型,然后利用收集到的川滇示范预警网地震事件记录进行验证。结果表明,对于地震烈度仪微机电系统传感器的记录,采用1阶巴特沃斯滤波器处理、基于全P波段波形拟合获取到的PV与PGV的相关性和PA与PGA的相关性为两种最优现地地震动预测模型。具体应用时,应同时利用两种或两种以上的统计关系进行现地地震动预测,并将实际地震动观测值作为额外的判定条件,以降低误报率和漏报率。      

腾冲地震台数字化水温观测数据异常分析

腾冲地震台数字化水温记录多次出现数据突跳,影响观测资料质量。引入1套相同型号的水温仪进行对比观测,对可能引起原水温仪数据突跳的因素(静电干扰、供电电压、仪器探头故障等)进行一一排查,结果表明,水温仪主机数据转换模块工作不正常是引起水温数据突跳、阶变的主要原因,仪器供电电压不稳、雷电因素对数据突跳的产生有促进作用。消除水温数据突跳干扰的有效解决办法是更换1套水温观测仪器。