国土资源部实验室评估-深部探测宽频地震仪研制

国土资源部地球探测技术及仪器重点实验室2013年7月17日地震勘探仪器研究室报告人：陈祖斌国土资源部重点实验室评估学术报告深部探测宽频地震仪研制(SinoProbe-09-04)1.研究背景2.研究内容3.系统测试4.总结与展望汇报提纲1.研究背景“深部探测技术及实验研究专项”中，在青藏高原、中亚造山带以及松辽盆地等区域完成3000km以深反射地震为主导的工作量。在未来15年的“地壳探测专项”中，将预期开展更多的深反射地震以及地震流动台阵观测。红实线：拟实施探测剖面红虚线：拟与石油部门合作的探测剖面黑线：已经完成的剖面1.研究背景USArray1.研究背景USArray计划中，在美国本土分区域开展地震流动台阵观测，用于了解其地下深部构造信息。全球地震监测网（GSN）经过测试与实际运营考评，将Kinemetrics

Q330HR作为唯一指定的下一代数据采集系统，将Reftek作为Quanterra的备用厂家。1.研究背景

在流动观测地震仪器领域，国内基本处于空白，每年均需要大量进口昂贵的地震仪器！130S-01美国REFTEK公司:130B-01130-GSN125A-02160-01Q330HRS美国凯尼公司:Q330Q330SQ330S+Q330HR1.研究背景1.研究背景2.研究内容3.系统测试4.总结与展望汇报提纲参数指标130S-01Q330HRSGEIWSR-II通道数3通道或6通道24Bits6通道，3-26，3-244通道，24Bits动态范围>135dB@100sps147-148dB130dB共模抑制比大于70dB-大于80dB增益选择×1和×32×1和×20×1×2×4×8×16×32×64输入满幅值20VPP@×10.625VPP@×3240VPP@×15VPP@×1噪声水平1.589μV-1.555μV同步精度±10μsTCXO温补，锁定GPS±3.2μs采样率1000,500,250,200,125,100,50,40,25,

20,10,5,1次/秒200，100，50，40，20，10，1次/秒4000,2000,1000,500,200,100,50,1传感器控制有有（阶跃、正弦、随机）无记录能力2,4,8,16GB(双CF-II卡)最大32GB，双USB最大64GB，单CF-II功耗～1.4W(3道，GPS，数据写盘，数据传输)～2.1W(6道，GPS，数据写盘，数据传输)3通道：<2.0W6通道：<2.5W约2.5W2.1研究目标

针对深部探测所需，以现有无缆地震仪为基础，研制应用于宽频地震数据采集的记录仪：侧重背景噪声成像和地震流动台阵观测适用于大道距、长时间连续观测作业要求采集系统具有低噪声、低功耗、超大动态范围和稳定可靠的特点瞄准行业的技术标杆，以Q330HRS和REFTEK130S-01的技术指标为设计参考以宽频地震摆（120S-50Hz）为传感器2.1研究目标参数指标拟达到的目标通道数3通道或6通道24Bits动态范围148dB共模抑制比大于80dB增益选择×1,×4,×8输入满幅值通道A：5VPP@×1，20VPP@×1通道B：5VPP@×1，40VPP@×1噪声水平1.5μV同步精度±3.2μs采样率1000,500,250,200,125,100,50,40,25,

20,10,5,1次/秒传感器控制有（阶跃、正弦、随机）记录能力最大128GB，双CF-II功耗3通道：<2.0W6通道：<2.5W数据通信协议支持有线、无线网络数传2.1研究目标2.2方案设计20VPP40VPP5VPP通道A通道BA/DFPGAARMCPU双存储卡GPSWIFINETPOWER40VPPTrillium120ASTS-2.5CMG-3TCDJ-S2C-22.2方案设计Trillium120ASTS-2.5CMG-3TCDJ-S2C-2天然源地震流动台阵观测人工源地震观测2.3宽频地震仪研制关键技术数据采集通道超低自噪声设计技术分布式采集系统高精度时间同步技术采集站功能集成电磁兼容设计地震台阵观测站精确自定位技术2.3.1数据采集通道超低自噪声设计技术前置放大器的噪声系数：前置放大器的噪声模型：可见，F与放大电路的En、In噪声、信号源的阻抗有相关联。信号源2.3.1数据采集通道超低自噪声设计技术低噪声放大器应选用在信号工作频率范围内，EnIn尽量小的器件。

通过前置放大器的半导体器件及工作点的选择来满足源电阻匹配条件。2.3.1数据采集通道超低自噪声设计技术AD在采样率为1kHz时的，等效输入噪声电压：总噪声功率谱：AD量化噪声：2.3.1数据采集通道超低自噪声设计技术2.3.2分布式采集系统高精度时间同步技术卫星#2卫星#1卫星#3卫星#4GPS接收机PR1PR2PR3PR4(Xi,Yi,Zi)(i=1,2,3,4)为四个卫星的空间位置；(UX,UY,UZ)为GPS接收机位置；伪距方程组接收机钟差CB(UX,UY,UZ)PR1、PR2、PR3、PR4为伪距测量值、CB为接收机钟差2.3.2分布式采集系统高精度时间同步技术ERTC=±(0.309+0.36n)(μs)采集站间同步误差

设n取最大值：校准后连续工作8个小时，可以求得最差情况下的误差上限为±3.189μs，优于±3.2μs。2.3.2分布式采集系统高精度时间同步技术2.3.3采集站功能集成电磁兼容设计

“系统集成”=“简单相加”？电磁兼容问题:天线、主控板、采集板、电源板等。

数据采集GPS模块无线通讯电源系统2.3.3采集站功能集成电磁兼容设计2.3.4地震台阵观测站精确自定位技术野外工作地形复杂多变，地表落差大，地面通视条件差，通过常规测试手段进行地质测量困难较大，施工效率低下；大范围流动台阵观测，仪器安全性难以保证。GPS静态相对定位技术：目前GPS定位中精度最高的方法，实现观测点自测量。GPS静态绝对定位：利用伪距绝对定位精度约为±10m，实现仪器防丢失功能。基线向量：T1T2XYZLΔxΔzΔy静态相对定位定义2.3.4地震台阵观测站精确自定位技术误差因素2.3.4地震台阵观测站精确自定位技术三维无约束平差：

以基线向量为观测值，对于每一条基线向量，都可以列出如下的一组观测方程：引入一个基准（已知点位置基准或秩亏自由网基准

），求得各点的三维空间坐标。2.3.4地震台阵观测站精确自定位技术三维地震勘探无需测量，仪器完全自定位2.3.4地震台阵观测站精确自定位技术1.研究背景2.研究内容3.系统测试4.总结与展望汇报提纲3.1实验室系统指标测试宽频带地震数据采集技术研究GEIWSR与REF-TEK130性能测试现场两款地震仪对同源信号采集波形完全吻合3.1实验室系统指标测试仪器噪声水平(均方根)：REFTEK130：2.3779e-006VGEIWSR：1.7443e-006V自主研制仪器指标明显优于进口仪器3.1实验室系统指标测试REF-TEK130幅频特性曲线自主研制仪器指标明显优于进口仪器GEIWSR幅频特性曲线实验测试-仪器采集带宽测试3.2应用实例-辽宁兴城深部探测折射实验在辽宁葫芦岛-内蒙古赤峰200km的测线上布设400台GEI地震仪3.2应用实例-辽宁兴城深部探测折射实验10Hz检波器2Hz检波器垂向2Hz检波器南北向2Hz检波器东西向3.3应用实例-辽宁兴城深部探测宽频实验CMG-3TCDJ-S2C-2Reftek130-01GEIWSRCDJ-S2C-23.3应用实例-辽宁兴城深部探测宽频实验宽频带仪器接收的人