1、2007年4月地震勘探仪器及可控震源的发展 一、地震勘探仪器的发展概况二、地震勘探仪器技术现状三、主流地震仪器及其在华北探区的应用情况四、地震勘探仪器的基本发展规律五、地震勘探仪器关键技术六、地震勘探仪器未来技术发展七、可控震源技术的发展2007年4月地震仪器的发展过程可分为六代。第一代是模拟光点记录地震仪器。生成模拟波形的纸记录。所采集地震数据特点是信号的动态范围小（仅20dB左右），记录信号的频带窄（仅20Hz左右），可记录的地震道数一般在24道以下。第二代为模拟磁带记录地震仪器。其生产资料是为可重复利用的模拟磁带。本代仪器的核心贡献就是实现了生产记录的重复利用，其它关键技术没有实质性突破
2、，所以记录地震信号的动态范围较小（仅40 dB左右），记录地震信号的频带在100Hz以下，能够记录的地震道数一般在48道以下。2007年4月 第三代是数字磁带记录地震仪器。这类仪器是将地震信号进行数字化后再记录到磁带。其创新点是采用了前置放大、瞬时浮点放大和模/数转换技术，实现了由模拟到数字的变革。新技术的应用，使得瞬时动态范围可达70dB以上，地震信号的频带可达到250Hz左右，记录的地震道数一般在240道以内。这一类型的仪器包括Sercel SN338、DFS-V等。第四代是遥测数字地震仪器。这类仪器与第三代仪器有同样的原理，所不同的是它们在计算机管理下实施远程控制来完成地震数据采集。这代
3、仪器的瞬时动态范围和接收信号的频带仍与前一代仪器相当。这代仪器实现了数字信号传输。由于数字信号传输电缆的重量不再受接收地震道数的限制，系统的采集能力也得到了空前的提高，一般在2ms采样时能有1000道左右的实时采集能力。这一类型的仪器包括Sercel SN368、OPSEIS-5500/5586等。2007年4月 第五代是二十世纪九十年代才推出的采用技术的24位AD型遥测数字地震仪器，其代表是如今广为流行的SN388、IMAGE、408UL等。这代仪器的核心技术就在于用24位AD转换器取代了先前的瞬时浮点放大器和14或15位AD转换器，且在不考虑检波器的瓶颈作用时，技术的应用使得系统的瞬时动态
4、范围上升到110dB或更多，可记录地震信号的频带达800Hz或更高。随着计算机技术的发展以及数字处理技术在地震勘探仪器上的应用，仪器的集成度和采集能力进一步得到提高，其2ms的基本采集能力一般都在5000道左右。2007年4月 第六代是二十一世纪初开始面向勘探市场的全数字地震仪器，其代表是系统IV（VC或VR）和408UL、428DSU。与前一代仪器相比根本不同是：系统中包含了以MEMS技术为核心的加速度数字传感器，使得系统的瞬时动态范围在90dB以上，而且从0500 Hz都能等灵敏度和等相位响应地震信号。这代仪器的关键技术就是突破了传统模拟检波器长期以来制约系统瞬时动态范围进一步提高的瓶颈作
5、用，真正实现了完全数字化，不怕电磁干扰，有万道以上实时采集能力。它是今后实现宽频带万道多波高精度采集的方向。2007年4月地震勘探仪器技术现状 从技术水平上看，当今世界各大地球物理公司拥有的主流地震勘探仪器都是采用技术的24位A/D型，实时采集能力可达几千甚至万道，所应用的数字存储技术、网络遥测技术、数字传感技术、数据通讯技术、计算机软、硬件技术、电子工程技术、材料工艺技术等均属国际先进水平，各项物理特性和技术指标也是同期高科技电子装备中最高和最好的。目前，正在全面推行的以MEMS技术为基础的地震勘探仪器，仍在不断跟踪世界最新电子工程技术，并更加突出硬件资源的标准性、通用性以及软件技术的个性化
6、，也即地震勘探仪器的核心技术越来越多地体现在系统应用软件水平和功能上。这就是当代地震勘探仪器的基本技术现状。2007年4月地震仪器及其在华北探区的应用情况2007年4月2007年4月2007年4月网络仪器的先驱网络仪器的先驱2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月VectorSeis数字传感器 SmartNet 智能网络遥测SmartPower 智能电源管理 每个A单元支持3个野外单元(9道)集成Pelton激发源控制 30,000道全数字(TrueDigital)激发源控制采集启动 2007年4月2007年4月2007年4月mini 428XLup to 10,
7、000 Ch2,000 Chup to 100,000 ChMega-Channels2007年4月4个G级的以太网构架基于PC的LINUX操作系统平台与系统四采集站相比，AU2采集站体积小，功耗低加电快，系统可靠性增强（缺少AU2详细资料）DataBridge无线联接数据重传功能可实现数字传感器（digital VectorSeis）与常规检波器同时采集主机实时30，000道采集，最大记录长度64S2msRAID级5硬盘存贮Enhanced sweep package Interleaved fleets Source Driven interleave Cascaded/phase-rot
8、ated Stored pilot Slip sweepSource Aware QC可警示操作员质量控制参数可警示操作员质量控制参数超限AU2型常规采集站中央主机2007年4月SCORPION系统施工示意图2007年4月质量质量控制系统：质量质量控制系统：按时序显示地震道，包括以下功能：数字AGC数字带通滤波去浮点显示TAR(真实幅度恢复)带旁路方式直接从RAID回放向量滤波交叉线实时传输6000道2msSCORPION主机可兼容SYSTEM 地面站。今年3月，东方公司从I/O公司购买二台。2007年4月2007年4月VHF2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月TCP/IP
9、收发数据天线VHF 接收GPS时钟天线2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月GPS授时采集站和电源授时采集站和电源2007年4月GPS授时采集站和电源授时采集站和电源2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月地震勘探仪器的基本发展规律 一是石油资源在国计民生中的战略位置，决定了地震勘探仪器具有广阔的市场空间。这也是地震勘探仪器能够持续发展的根本动力。二是物探方法和技术的进步与发展为地震勘探仪器发展提供了目标，例如物探技术向着高分辨率、高信噪比、高保真度、多波多维多道等技术方向发展，地震勘探仪器就朝着低噪音、
10、低失真、宽频响应、高速度、实时万道采集能力方向发展。三是用户的追求为地震勘探仪器发展明确了针对性的也是具体的物理特性内容，例如用户总是要求仪器轻巧、耐用、稳定且价廉等，地震勘探仪器便努力做到轻便、牢固、免维护、低功耗、宽工作温度范围、低成本等。2007年4月 四是新工艺、新材料、新技术是地震勘探仪器发展进步的依托和基础，各个年代的地震勘探仪器无一不是跟踪应用了当时最先进的计算机技术、电子工程技术、数据传输技术、传感技术等，同时也采用了当时最优质的材料和最先进的工艺。五是全球电子工业技术的规范化和标准化以及软件技术的个性化发展使得地震勘探仪器的硬件组成更为通用和简单，另一方面系统的特点和核心技术
11、越来越多地取决于应用软件的功能与性能。地震勘探仪器的基本发展规律2007年4月地震仪器关键技术 一是技术。技术是一种特别的数学运算方法，于上个世纪九十年代初引入并应用到地震勘探仪器，至今这项技术仍然是先进地震勘探仪器不可缺少的关键技术。技术就是过采样技术，它通过提高采样速度来换取样点的精度。技术的应用，使地震勘探仪器的A/D转换器从传统的15位发展到24位，就使仪器的瞬时动态范围从不足80dB升至110dB以上。24位A/D转换器具有足够的分辨率，因此就不再需要模拟的瞬时放大器，进而全面提高仪器系统的技术指标，特别是系统的谐波失真度能控制在0.001%之内。正是由于技术的应用，才使地震勘探仪器
12、能够更有效地保护和记录大信号背景下的高频弱小信号，也使地震勘探有可能实现更准确和精细的成像。2007年4月 二是数字传感技术（MEMS技术）。数字传感技术的应用便产生了数字传感器（检波器）和第六代勘探仪器，相对传统的模拟检波器言，数字传感器在技术特性上主要有以下几点实质性的进步：1、直接以电信号平衡重力变化原理来感应地震波信号；2、传感器直接输出24位一个样点的数字信号；3、幅度与相位频率特性曲线在500Hz内是平坦的直线；4、信号失真度低于0.003%，即瞬时动态在90dB之上；5、能自动识别和校正垂直地心方向的倾斜角度。地震仪器关键技术2007年4月 数字传感器是加速度型，它感应的是重力的
13、变化。由于它不再有模拟检波器的机电结构和电磁感应机理，所以它的又一贡献就是不怕任何工业频率和雷电干扰。数字传感器是高度集成的独立单元，在野外一般不作组合采集，因此相比模拟检波器言，它还具有故障率低、总重量和总体积小、排列布放方便、不漏电、排查故障和建立排列容易等优点。这就减化了野外施工的劳动强度并提高了生产效率、降低了生产成本。这些拥有独特技术新型数字传感器的应用为多波三维勘探、精细目标勘探，以及解决疑难地质问题和进一步提高勘探质量与效果等提供了硬件支持。地震仪器关键技术2007年4月 三是网络遥测技术。近些年在地震勘探仪器上成功应用并得到发展的又一独特技术便是网络遥测技术。网络遥测技术实质上
14、就是计算机的网络通讯技术在地震勘探仪器中的推广应用。仪器系统将整个地面排列（主要由固定物理地址的站单元构成）当作一个完整的局域通讯网，每个站点就是网络的节点。实际通讯时主机便自由地在网络中对任何一个节点按数据包方式进行任意次信息交换。这项技术的应用能为野外排列提供传输路径自由选择和通讯资源自动分配，其优势就在于能随意设计排列联接关系并能在个别路径中断时重新选择其它路径来实现信息传输。也就是说野外施工时能按需要自由地选择排列连接方式，进而为跨越道路、建筑、河流等实现绕路传输提供可能，同时也可以通过缓冲存储器实现非实时传输或数据包重发。地震仪器关键技术2007年4月 四是硬件功能软件实现技术。当今
15、的地震勘探仪器之所以能够做得越来越轻巧紧凑，功能却越来越完备强劲，技术指标也越来越高，很重要的一点就是得益于硬件功能软件实现技术。本项技术的实质就是软件技术，其要点就是借助计算机和处理器运算速度和能力的提高，将许多过去需用大量硬件实现的数据处理和运算工作，通过软件方法在相应的处理机（器）上共享硬件资源来完成。如地震数据的相关与叠加、噪音编辑、相位补偿、格式编排、滤波等工作，均能用软件方法来实现。此项技术的应用带来的结果是，地震勘探仪器的部件特别是模拟部件越来越少，运算速度和运算精度却越来越高，同时自动检测和自动校验功能、质量分析控制功能等也越来越强。另外，地震仪器所用标准件和通用件越来越多，且
16、硬件所占的比重越来越少而软件所占的比重却越来越大。地震仪器关键技术2007年4月 五是高速超大规模硬件技术。除了软件技术外，地震勘探仪器的硬件技术近几年也有突破性发展，其做法是设计制造过程中充分采用功能强劲的超大规模集成电路和选用最优的新工艺、新材料，且多数情况是直接选用标准通用总成件。这样做的结果是仪器的结构越来越紧凑牢固，稳定性和耐用性更强，适应性和通用性更好，性能指标更优。正是由于新工艺和新材料的应用，使得地震勘探仪器的体积和功耗成倍下降，数据传输速率成几何级数提高（从几兆位/S上升到100兆位/S）。也正是由于超大规模集成电路的应用，使得地震勘探仪器的整体工作速度和能力成倍提高，而单个
17、地震道设备的成本却成倍下降。地震仪器关键技术2007年4月 六是数据存储技术。20年以前地震数据存储用的磁带还是0.5“宽九个轨道的开盘带，最高记录密度也只有6250bpi，后来很快就推出了盒式磁带，并逐步从3480、3490，发展到今天的3580、3590、3592等。磁带的存储容量也从几百兆字节发展到十万兆字节以上，其存取数据速度也提高了几十倍甚至上百倍。数字存储技术除表现在存储容量和存取速度上，还表现在存储介质上，目前也推出了在地震勘探中实用的光盘或硬盘存储介质，使得单位时间内地震数据的存取速度和总量较过去有几十倍甚至几百倍的变化。数字存储技术对于高采样率、数千或万道施工时，满足实时记录
18、数据便是一项最佳选择。此外，数字存储技术的可靠性和安全性也是最佳的，相对过去言，所面临的数据丢失风险要小得多，这是因为新存储技术有更好的环境适应性和防错纠错能力等。地震仪器关键技术2007年4月地震仪器关键技术2007年4月地震仪器关键技术2007年4月地震仪器关键技术NAS盘通过集线器（盘通过集线器（HUB）或交换机（）或交换机（SWITCH）直接连）直接连在网络上，磁盘空间的扩展如同在网络上添加打印机一样的在网络上，磁盘空间的扩展如同在网络上添加打印机一样的简单方便，同时简单方便，同时NAS具有磁盘阵列功能和文件服务器功能。具有磁盘阵列功能和文件服务器功能。在硬件实现上在硬件实现上NAS盘
19、就是安装有专用软件的便携式盘就是安装有专用软件的便携式PC机，通机，通过以网线连接到中央记录单元的以太网中存储数据。过以网线连接到中央记录单元的以太网中存储数据。2007年4月地震仪器关键技术 Sercel提供的提供的 NAS盘通常设置为盘通常设置为RAID 1模式，这样有利于保存关模式，这样有利于保存关键性数据。键性数据。RAID 1能够在不影响性能的情况下最大限度能够在不影响性能的情况下最大限度的保证系统的可靠性和可修复性上。的保证系统的可靠性和可修复性上。2007年4月地震仪器关键技术2007年4月地震仪器关键技术2007年4月地震仪器关键技术2007年4月地震仪器关键技术几种存储技术的
20、发展空间分析：几种存储技术的发展空间分析：从磁带存储技术的发展来看，未来实现从磁带存储技术的发展来看，未来实现160MB/s的速度是可能的，速度上有潜力满足的速度是可能的，速度上有潜力满足未来勘探的需要。未来勘探的需要。光盘存储技术的存取速度提高空间还很大，光盘存储技术的存取速度提高空间还很大，存储容量也很大，更大的优势是价廉、不怕电磁存储容量也很大，更大的优势是价廉、不怕电磁干扰、存储周期长。干扰、存储周期长。移动硬盘存储技术是快速发展的技术，其应移动硬盘存储技术是快速发展的技术，其应用领域越来越广泛，性能也越来越好，在容量和用领域越来越广泛，性能也越来越好，在容量和环境适应性等方面更有独特
21、之处。环境适应性等方面更有独特之处。2007年4月 七是实时万道采集技术。这是一项综合技术，它包括编码技术、数据传输技术、硬件技术、软件技术、数字信号处理技术、存储技术等。一般地每隔35年仪器的道接收能力就要增加一倍，20年前2ms采样的道接收能力还在300道之内，但发展到20年后的今天，仪器的道接收能力少则几千道多的达几万道。地震勘探仪器实时接收能力的成倍增强，主要得益新工艺与新材料的应用、硬件速度的提高、数字信号处理能力的增强、存储技术的进步、数据传输技术的发展等。实质上道接收能力的强弱主要取决于地震数据的传输速度、处理速度和记录速度等。万道采集记录技术的问世使地震勘探仪器实现了超大规模地
22、震数据采集能力，更重要的是为最大限度地丰富地震勘探资料的信息、降低勘探成本、提高施工效率等提供了可能。地震勘探仪器未来技术发展2007年4月地震勘探仪器未来技术发展 除以上所述的几项关键技术外，近年来地震勘探仪器在其它方面也有某些技术创新和进步，如蜂窝通讯技术、频分复用技术、16QAM技术、高精度同步控制技术、数据压缩技术、高压直流供电技术、GPS授时技术等，都在先进的地震勘探仪器系统中得到成功应用。所有这些技术的进步、发展和应用，都是地震勘探仪器的综合技术水平和能力整体提高的组成部分。2007年4月地震勘探仪器未来技术发展 与地球物理勘探技术一样，用作野外地震数据采集的地震勘探仪器一直也在不
23、断发展和更新。纵观地震勘探仪器的发展历史可见，地震勘探技术、电子技术、计算机技术、通讯技术、数字信号处理技术、数据传输技术的迅猛发展以及新工艺、新材料等的不断出现是地震勘探仪器发展与更新换代的基础，勘探市场和用户的需求是地震勘探仪器发展的经济动力。地震勘探仪器的发展目标总是以不断满足用户需求、不断适应市场变化、不断跟踪世界最新技术为内容，以制造出轻便、廉价、稳定、高精度、大容量、功能齐全、软件完备、指标优越的仪器为特征，以追求通用、灵活、高度智能化、检波与采集一体化为方向，以获取高质量的地震数据资料为出发点。2007年4月 就地震勘探仪器的现状看，检波器技术的发展速度可能是今后地震勘探仪器发展
24、的主要制约因素，因此近阶段模拟检波器就成为主要技术攻关对象，并以生产高保真度、宽频带、数字化、集成化的新式传感器（检波器）为目标。现行的第六代地震勘探仪器就是检波器、电缆、采集站一体化的全数字化系统，系统的控制和数据采集都实施网络化管理。将来的系统应能通过全球网真正实现与世界范围内任何一个数据端点进行通讯，具有多维全波场万道甚至十万道准实时采集能力，并可视需要将采集数据直接传到中央处理中心等的采集与管理过程一体化、高度智能化、自动化但又无固定模式的有线与无线完全兼容的自由组合式开放系统。地震勘探仪器未来技术发展2007年4月地震勘探仪器未来技术发展 根据地震勘探仪器技术发展的一般规律，以及当前
25、地球物理勘探市场的发展需求，或许将来地震勘探仪器发展的技术突破点就在于：采用更为优质的材料和先进的工艺以及更为科学和完善的数据编码、压缩、调制、传输技术，致使系统能达到1000MHz的数据传输速率和具有更为轻巧、耐用的特性；采用实时卫星定位技术，系统可以实现随意布设排列且自动校准X、Y、Z分量方位和自动识别地理位置；系统的集成度和环境适应性得到更好的优化，系统的尺寸和重量将数倍地下降而工作温度、压力（水深）、电磁环境等可以不受任何限制；或许超导和纳米等技术引入地震勘探仪器，系统功耗数倍下降而工作速度却成倍上升，以致陆上系统的供电不再需要外部支持(内置高能电池也许可以支持三个月或更久)。2007
26、年4月地震勘探仪器未来技术发展 海底电缆（OBC）与拖缆制造技术和直流高压供电技术进一步得到完善，海上地震勘探仪器的准实时采集能力和适应能力得到空前提高；开发应用全新的数字信号处理和记录技术，系统的整体工作速度比现行仪器要高数倍或几十倍；地震勘探仪器的硬件组织都由高速标准、通用器件构成，系统的功能特性和关键技术70%甚至更多取决于软件。总而言之，未来地震勘探仪器技术的发展离不开电子工程和计算机软、硬件等技术的发展，也离不开新工艺、新材料技术的支持，更离不开地球物理勘探技术发展的需要。这就是未来地震勘探仪器技术发展的总体走向。2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月2007年4月 谢谢！
