无缆存储式数字地震仪的现状及展望

本文首先按照数字地震仪的数据传输方式对地震仪进行了分类（有线遥测地震仪、无线遥测地震仪、无缆存储式地震仪）;回顾了无缆存储式地震仪的发展历程,简单分析了无缆存储式地震仪的优点;并对目前国内外的无缆存储式地震仪进行了简单介绍和比较;最后展望了我国发展无缆存储式地震仪的可能性和应用前景.由于无缆存储式地震仪结构相对简单、技术相对成熟,研制开发相对比较容易,非常有利于我国进行自主研发,也是我国石油和天然气行业摆脱地震勘探仪器全部依靠进口的被动局面,在研发数字地震采集系统方面赶上国际水平的有利时机.     

单通道无线存储式地震仪关键技术

当前地震勘探装备多数价格昂贵、体积大、功耗高,导致大规模的地震勘探产生很大困难.新型的无缆存储式地震仪,省去了大线传输,解决了复杂环境下进行大道数地震数据采集的问题.但是由于缺乏有效的监测手段,无法对其进行现场实时质量监控,施工质量和效率难以保证,具有封闭性的技术缺陷.针对此问题,本文研制了一款基于无线网络通讯技术的低功耗、低成本、小体积、高精度的现场可实时质量监控型单通道无线存储式地震仪.地震仪以Cortex-M4型内核MCU为核心,构成系统的主控模块,负责管理系统运行.采用32位A/D采集模块、大容量SD卡存储模块、高效率DC-DC电源管理模块、低功耗无线WiFi模块以及有线以太网模块,完成地震数据的采集、存储、质量监控和回收.研制的基于无线通讯技术的单通道无线存储式地震仪以其便携性、低成本、可现场实时质量监控以及地震数据本地存储的特点,降低了勘探成本,提高了大规模勘探的可操作性,在大道数、高密度、宽方位的地震勘探中具有广泛的应用前景.     

地震仪器中应用的网络通讯技术研究

网络通讯是决定地震勘探仪器系统性能和规模的关键核心技术之一,按照所采用的数据传输方式,数字地震仪目前可分为有线遥测地震仪、无线遥测地震仪和无缆存储式地震仪.本文分别举例介绍了三类地震勘探仪器中应用的经典地震网络通讯技术,并对其设计理念、网络通讯原理、通信构架、通信协议进行了分析和对比,针对有线地震仪器的电缆管理难、无线地震仪器的数据传输稳定性差和无缆存储式地震仪缺少质量监控手段的问题,讨论了无线监控与本地存储相结合的地震网络通讯技术方案,提出了基于宽带无线通信技术的无缆无线混合型地震仪的设想.     

遥测地震仪发展综述

目前遥测地震仪已经成为地震勘探中的主流设备,在各种勘探和工程地质评价领域取得了非常好的效果.遥测地震仪具有采集道数多、采集率高、数字传输、抗干扰能力强等优越性.本文首先按照数字地震仪的数据传输方式对遥测地震仪进行了分类(有线遥测地震仪、无线遥测地震仪);并对国内外遥测地震仪进行了详细的介绍,主要对比了国内外有线遥测地震仪的性能指标;最后总结了国内遥测地震仪不足之处,并展望了其未来发展方向.     

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.     

宽频地震仪发展现状及其在背景噪声成像中的应用

宽频地震仪及由其组成的宽频地震台网、流动式数字地震台阵是一种探测地球内部构造新技术,在研究方位各向异性、壳慢速度结构、天然地震观测等方面有广泛用途,是进行天然地震波速度成像和利用地震噪声成像探测地下精细结构的必需设备.本文主要介绍了宽频地震仪的特点和国内外的发展现状;详细总结了国外较成熟宽频地震仪的性能指标;分析了宽频地震仪适用于背景噪声成像法的原因;列举了其在背景噪声成像中的实际应用;简述了其结合接收函数法、波形反演法、层析成像法的应用;最后总结了宽频地震仪不足之处,并展望了其未来发展方向.     

Wi-Fi AdHoc与4G通信在无线地震数据采集站中的应用

针对野外地震勘探施工环境复杂,对无线地震仪数据传输与监控的可靠性要求比较高,在介绍Wi-Fi AdHoc无线通信模式的技术特点和组网原理以及4G通信网络结构与特点的基础上,结合Wi-Fi AdHoc技术的组网方便灵活、低成本、数据传输率高和4G网络设施强大、通信稳定可靠等诸多优点,设计出Wi-Fi模块与4G通信模块相结合的低功耗无线监测传输方案,通过4G网络定位监测技术,提高了无线地震仪野外施工效率,使无线地震仪野外施工更具可行性和实用性.     

便携式节点地震仪数据采集和处理技术进展

地震学方法在地球物理的研究中占有重要的地位,便携式节点地震仪凭借着其灵活性、低价格、高效率等特点越来越多地出现在地球物理探测领域.本文基于已有的便携式节点地震仪应用实例,对数据采集流程和数据处理技术进行了简要介绍,还阐述了其在主动源与被动源数据采集中相比于传统采集的差异和优点.相比较宽频带流动台阵,便携式节点地震仪观测形式的主要特点是短周期密集台阵方式.近年来,便携式节点地震仪的短周期密集台阵观测在利用被动源地震开展深部结构探测的应用越来越广泛.本文就SPAC、HVSR、背景噪声成像及接收函数四种方法在节点地震仪的应用中进行了评述,分析了几种处理技术的原理和特点,最后探讨便携式节点仪器相比宽频带仪器的优缺点,为未来发展灵活地震采集技术提供一点参考.     

基于压缩感知的多跳地震数据采集技术与方法

随着油气地震勘探目标的复杂程度日益提高,地震数据采集系统的道容量也需要得到进一步的提升.本文根据压缩感知、稀疏表示等理论,提出了一种多跳恒传输量的数据采集框架,以减少每条测线上地震数据的传输量,进而提升采集系统的道容量.为了能够明显地提高带道能力,设计了基于有序并行原子更新的字典学习算法,该算法能够在计算量较小的前提下有效的得到相应数据的稀疏变换矩阵.基于压缩感知的多跳地震数据采集方法已能够在吉林大学研制的无缆自定位地震仪中实现.本文最后使用一组仿真数据和一组实测数据进行测试,其结果表明,数据采集信噪比控制在14 dB以上(引入噪声约18%)时,最多可以将系统的道容量提高3倍以上.     

海上变深度缆地震采集宽频机理分析

常规海上拖缆采集数据存在受海水面的虚反射(鬼波)引起的陷波特性,而近年发展的变深度缆采集技术,通过专门的去鬼波处理方法可获得宽频数据.基于变深度缆沉放深度特点以及缆深鬼波滤波算子,推导出变深度缆陷波频率关于炮检距变化公式,阐述了变深度缆数据的陷波频率具有明显的多样性分布特征.同时,基于斜缆采集的鬼波滤波算子的平均叠加脉冲响应谱分析以及炮集记录的平均叠加谱分析,验证了变深度缆具有宽频采集特点.通过与等深度缆平均叠加谱特征比较,进一步验证了斜缆更能在一定程度上抑制海面虚反射,扩宽频带.     

地震数据采集系统计时精度测试方法研究

计时精度是地震数据采集系统的重要性能指标,直接影响到地震勘探对地层分辨的准确度.地震数据采集系统中计时精度主要由采集站的采样率精度决定.本文首先给出了计时精度的定义,基于模拟信号数字处理技术,分别研究了采用单方波脉冲法和双单位脉冲法测量计时精度的两种方法并比较了它们的测试精度,给出了采用本文所述方法的测试结果.最后对测试误差进行了讨论.     

基于网络控制板的地震台站远程电源监控系统

针对无人值守地震台站逐年增加,运行维护模式不佳的现状,设计一种远程电源监控系统,采用远程电源控制模块,设计软件通过TCP/IP协议,在仪器出现死机时,远程实现设备的断电重启。本文对该系统的设计思路、硬件构成进行描述,并简要介绍软件功能设计、监控告警以及该系统在无人值守台站的应用。实践证明,该系统可有效解决因仪器死机造成的观测数据缺记,为地震专业设备的可靠运行和及时维护提供依据与保障,为今后地震台站,特别是无人值守台站的维护提供借鉴。     

基于STM32的地震观测台站通用智能电源控制器的研制

电源是一切电子设备的心脏,是保障电子设备正常运行的关键,但目前针对地震观测台站使用电源的相关研究较少,本文在分析目前台站电源存在问题的基础上,开发设计了适用于台站的通用智能电源控制器,该控制器以STM32F107微处理器为核心,设计了相应的信号采集、电压控制及驱动电路,整机功耗约0.6W、工作电压范围DC7～23V,其通过外接方式即可对台站原有供电系统进行功能扩展和优化,满足低功耗、易操作、高可靠等设计要求,具有较好的推广价值。     

地震动参数速报仪的研制

在出现区域大震后,为了迅速展开有效的应急救援行动,需要及时准确了解烈度分布.目前震动图的获得有震后人工调查、震源参数计算、地震监测台网、地震烈度速报台网等几种方式,其中最有效的是在重点监护区建立烈度速报台网.但烈度速报台网建设往往沿用地震监测台网的模式,建设成本高、台站密度有限、实时数据传输量大.本文研制的地震动参数速报仪采用MEMS加速度计为测震传感器和ARM+Linux嵌入式计算机技术,具有体积小、成本小、功耗低、一体化、智能化的特点;其内置地震信息实时处理算法,能够自动判别地震事件并计算地震动参数;在实际应用中安装简便.通过大量密集布设这种小型仪器而组建的地震动参数速报网络,具有数据传输量小、分布式计算、组成的速报网络可靠性高、能够快速产出高分辨率的精细震动图等特点.     

地震传感器的新技术与发展

宽频带、大动态、低噪声、低功耗、便携式、高度智能化是地球物理观测技术的发展趋势.本文简要回顾了地震传感器的发展,详细介绍了几种设计先进、性能优越、基于不同换能机理的新型地震传感器.这些传感器有些已经有原理样机,有些还处于概念设计中,它们将是未来宽频带地震仪技术发展的主要方向.     

智能地震台站试验性研究

通过安装在台站的软硬件设备和远程测控平台,智能地震台站综合智能监控系统可以对无人职守地震台站设备的工作状态和环境进行实时监控,并能够自动判定台站故障点及发出报警信息,实现异地操作台站电源及观测设备等.试点运行结果表明,该系统运行稳定可靠,可以对台站的观测设备进行有效地保护,并极大地提升了数字地震台网中心的工作效能.     

河北省地震局邯郸中心台远程监控系统

根据河北省地震局邯郸中心台监控需求,提出一种基于STM8的台站远程监控系统,对控制单元、电源模块、视频监控模块、仪器远程控制模块等进行说明,介绍软件设计与人机交互界面。在邯郸中心台远程监控中实际应用,认为此系统可提高台站维护效率,保障观测数据的连续可靠具有较高的应用价值。     

海试引发深水油气综合地球物理采集的几点思考

深水地球物理采集技术随着国际海洋油气勘探的不断升温,技术水平不断提高.本文结合我国的地球物理海试实践,提出深水油气综合地球物理采集的几点思考,地震采集参数的选择,重磁震采集过程的实时监控,总结海试过程深水地球物理采集的两方面进展,一是精确定位的长缆二维地震采集技术,二是高精度的重磁震联合质量监控的综合地球物理测量技术,为深水油气勘探提供采集技术保障.     

用调制解调技术降低地震数据采集器的漂移

地震数据采集是数字化地震观测的重要环节, 因为模拟数字转换器(A/D)是地震数据采集器的重要部件, A/D的技术水准在很大程度上决定了数据观测质量。 放大器及A/D的漂移和 1/f噪声是数据采集器漂移的主要来源, 对以低频信号观测为主要特征的地震观测有较大影响。 为降低其影响, 本文在算法上对此问题做了一些探讨, 在目前autozero技术上做出一些改进, 即用调制解调技术来降低1/f噪声对信号精度的影响, 并做了相应的算法模拟。 在此基础上, 对算法做了进一步改进, 利用高次谐波加权求和使输出信噪比得到一定程度的提高。 结果表明, 通过优化解调算法, 可以进一步提高信噪比约2 dB, 对试验电路获得的测试数据应用优化解调算法也证实了这一点。