耿啟立

(中國(guó)地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司，北京 100102)

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地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)品現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)(下)

耿啟立

(中國(guó)地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司，北京 100102)

本文在介紹國(guó)外新型地震傳感(檢波)器的同時(shí)，對(duì)代表地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的油氣地震儀產(chǎn)品現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，重點(diǎn)介紹了國(guó)內(nèi)外工程地震儀的產(chǎn)品現(xiàn)狀和代表產(chǎn)品，概括總結(jié)了國(guó)內(nèi)外地震傳感(檢波)器、油氣地震儀、工程地震儀的發(fā)展趨勢(shì)。

地震儀；檢波器；物探；發(fā)展趨勢(shì)

(上接第5期)

2.2.2 國(guó)內(nèi)地震儀代表產(chǎn)品

國(guó)內(nèi)工程地震儀的生產(chǎn)廠家分散，一般規(guī)模不大，主要廠家有重慶地質(zhì)儀器廠、吉林大學(xué)驕鵬工程技術(shù)有限公司、中國(guó)科技大學(xué)國(guó)為電子有限公司、重慶奔騰數(shù)控研究所等，代表產(chǎn)品有重慶地質(zhì)儀器廠系列地震儀、吉林大學(xué)驕鵬工程技術(shù)有限公司系列地震儀等。

(1)重慶地質(zhì)儀器廠系列地震儀

重慶地質(zhì)儀器廠系列地震儀產(chǎn)品主要有DZQ系列高分辨率地震儀、DZS深層數(shù)字地震儀、EPS系列寬頻地震儀、CZS系列寬頻地震儀等。

DZQ系列高分辨率地震儀(如圖20，詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4)為12/24/48通道一體化地震儀，采用高速高精度ΔΣ24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍144 dB，最小采樣間隔31.25 μs；內(nèi)置軍品級(jí)PC104工控機(jī)、1024×768 LED顯示屏、Windows XP操作系統(tǒng)，全中文操作界面，具有反射、折射、面波、地脈動(dòng)測(cè)量、地震映像、剪切波波速測(cè)試、振動(dòng)監(jiān)測(cè)等測(cè)量功能，可廣泛應(yīng)用于水利、電力、鐵路、橋梁、城市建設(shè)、交通等工程地震勘探，也可用于石油、礦產(chǎn)、煤田、鈾礦及地下水等資源能源勘探和基巖(及覆蓋層、風(fēng)化帶)和空(溶)洞地質(zhì)調(diào)查、爆破振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)等。

圖20 DZQ系列高分辨率地震儀

圖21 DZS深部地震儀

DZS深層數(shù)字地震儀(如圖21，詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表5)為內(nèi)置3分量檢波器、GPS的3通道一體化地震儀，通過(guò)外置PDA或筆記本電腦進(jìn)行參數(shù)設(shè)置或數(shù)據(jù)傳輸，可單臺(tái)獨(dú)立工作，也可以多臺(tái)組成三維臺(tái)網(wǎng)工作，具有自動(dòng)定時(shí)開(kāi)機(jī)、自動(dòng)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、GPS授時(shí)定位等特點(diǎn)和功能，可應(yīng)用于無(wú)人值守長(zhǎng)時(shí)間微動(dòng)監(jiān)測(cè)、天然地震預(yù)報(bào)研究、能源及礦產(chǎn)資源三維勘探、路基及堤壩災(zāi)害監(jiān)測(cè)等。

表4 DZQ系列地震儀技術(shù)指標(biāo)

EPS系列地震儀(如圖22，詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表5)依據(jù)通頻帶帶寬的不同，分為EPS-1、EPS-2、EPS-3等三個(gè)產(chǎn)品型號(hào)，均內(nèi)置三分量檢波器、GPS+北斗模組、電子羅盤、姿態(tài)傳感器、ZigBee模塊、Bluetooth模塊、可充電鋰電池等，配置USB、RS232、ZigBee、Bluetooth等接口，具有通頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、體積小、功耗低(小于150 mW，無(wú)需任何外部電源即可連續(xù)工作30 d以上)、布設(shè)方便等特點(diǎn)；具有數(shù)據(jù)自動(dòng)采集存儲(chǔ)、GPS授時(shí)定位等功能，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)開(kāi)機(jī)采集、采集結(jié)束定時(shí)關(guān)機(jī)、連續(xù)采集、監(jiān)測(cè)控制等功能，可單臺(tái)觀測(cè)，也可多臺(tái)通過(guò)ZigBee方式自動(dòng)組網(wǎng)布設(shè)觀測(cè)，可廣泛應(yīng)用于地震勘探、地震臺(tái)站預(yù)報(bào)系統(tǒng)、長(zhǎng)時(shí)間微動(dòng)測(cè)量、工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)、爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)等無(wú)人值守長(zhǎng)時(shí)間定時(shí)監(jiān)(檢)測(cè)等領(lǐng)域。

圖22 EPS系列地震儀

CZS系列地震儀(如圖23，詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表5)依據(jù)通頻帶帶寬的不同，分為CZS-1、CZS-2、CZS-3等三個(gè)產(chǎn)品型號(hào)，均內(nèi)置三分量高靈敏度地震傳感器、高精度GPS+北斗模塊、電子羅盤、姿態(tài)傳感器、ZigBee、WiFi、可充電鋰電池等；采用32位A/D，具有數(shù)據(jù)自動(dòng)采集存儲(chǔ)、GPS授時(shí)定位等功能；在自存儲(chǔ)工作模式下，可連續(xù)工作30 d以上；也可以采用平板電腦或PC控制操作，方便實(shí)現(xiàn)WiFi或ZigBee方式自組網(wǎng)觀測(cè)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回傳給平板電腦或PC；也可利用無(wú)線終端及獨(dú)立IP網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸；非常適合進(jìn)行無(wú)人值守的長(zhǎng)時(shí)間定時(shí)監(jiān)測(cè)和野外地震觀測(cè)、天然微動(dòng)監(jiān)測(cè)及人工源地震勘探、瞬態(tài)面波勘探、橋梁及建筑工程質(zhì)量檢測(cè)、爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)等應(yīng)用。

圖23 CZS系列地震儀

(2)驕鵬工程技術(shù)研究所有限公司系列地震儀

吉林大學(xué)驕鵬工程技術(shù)研究所有限公司系列地震儀主要有面向工程地震勘探應(yīng)用的Miniseris24A/48A綜合工程探測(cè)儀、SE2404EI綜合工程探測(cè)儀、SE2404NT遙測(cè)地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、SE3W無(wú)線遙測(cè)地震采集站和面向工程監(jiān)測(cè)/檢測(cè)應(yīng)用的SE3NT微破裂四維監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

表5 一體化地震儀技術(shù)指標(biāo)

Miniseris24A/48A綜合工程探測(cè)儀(如圖24，詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表6)配置24/48個(gè)通道，采用ΔΣ24位高精度、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，動(dòng)態(tài)范圍達(dá)131 dB，最小采樣間隔25 μs；內(nèi)置高性能計(jì)算、Windows 2000操作系統(tǒng)、鋰離子電池(可連續(xù)工作8 h以上)，配置密封薄膜鍵盤和鼠標(biāo)觸控桿、雙USB接口，具有輕便(主機(jī)整體僅重4.5 kg)、全中文界面、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，具備反射、折射面波(瞬態(tài)瑞雷波)、波速測(cè)試、地脈動(dòng)測(cè)試、小應(yīng)變樁基完整性檢測(cè)、彈性波CT層析成像、地震映像、地基動(dòng)力參數(shù)測(cè)試等測(cè)量功能，內(nèi)置滾動(dòng)開(kāi)關(guān)，便于進(jìn)行多次覆蓋反射波勘探，采用信號(hào)沿觸發(fā)、TTL觸發(fā)等同步方式，可廣泛地應(yīng)用于工程地質(zhì)勘察、堤防隱患探測(cè)以及地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域。

圖24 Miniseris24A/48A綜合工程探測(cè)儀

SE2404EI綜合工程探測(cè)儀(如圖25，詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表6)內(nèi)置24，可擴(kuò)展為48道，支持遙測(cè)編碼器和譯碼器，可選配GeoPen制造的BOMTEXⅡ型遙測(cè)爆炸機(jī)，起爆時(shí)間精確、通訊控制方式靈活，方便在復(fù)雜地區(qū)及水上開(kāi)展地震反射波法和折射波法勘探，支持錘擊、炸藥、隨機(jī)震源以及電火花震源，配備水上漂浮電纜、沼澤地震電纜串可進(jìn)行淺水域工程地震勘探，具有內(nèi)觸發(fā)、外觸發(fā)、信號(hào)沿觸發(fā)、TTL觸發(fā)、遙爆觸發(fā)等同步方式，除此以外的產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)、配置、特點(diǎn)和功能和Miniseris24A/48A綜合工程探測(cè)儀基本相同，可廣泛地應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查、交通、能源、工業(yè)與民用建筑地質(zhì)勘測(cè)以及地質(zhì)環(huán)境調(diào)查等領(lǐng)域。

圖25 SE2404EI綜合工程探測(cè)儀

儀器型號(hào)Miniseis24A/48ASE2404EI通道數(shù)24/4824/48頻帶范圍/kHz01～501～5ADC/bit2424采樣率0025～10ms分檔可選25～2000Hz分檔可選低切濾波器/Hz10～200分檔可選10～200分檔可選高切濾波器/Hz500～2000分檔可選500～2000分檔可選陷波濾波器/Hz50/6050/60等效輸入噪聲1μV，RFI(@20ms)1μV，RFI(@20ms)道間抑制/dB>80>80諧波失真-114dB(@20ms)-114dB(@20ms)主處理器Inter(R)Atom(TM)16G處理器IntelPentiumIII內(nèi)存容量/MB1000256存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)置硬盤，16GB內(nèi)置硬盤，30GB操作系統(tǒng)WindowsXPWindowsXP數(shù)據(jù)格式SEG-2、SEG-Y、GeoPen格式SEG-2、SEG-Y、GeoPen格式數(shù)據(jù)傳輸U(kuò)SBUSB顯示1024?6008”SVGA1024?76814”SVGA

表6 續(xù)表

SE2404NT遙測(cè)地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主機(jī)、交叉站(CSU)、采集站(RSU)和遙控爆炸機(jī)(如圖26～29所示，詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表7)等組成，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，最大帶載能力可達(dá)2 048個(gè)采集站，實(shí)現(xiàn)分布式地震數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集即實(shí)時(shí)顯示功能(野外二維、三維觀測(cè)布設(shè)示意圖如圖30～32所示)。主機(jī)設(shè)計(jì)有兩個(gè)數(shù)據(jù)流端口，內(nèi)置遙控爆炸編碼器；交叉站具有10 Mb/s的傳輸速率和256站的最大帶載站數(shù)，并且具有體積小、重量輕和易于維護(hù)等特點(diǎn)；采集站單站12道，采用真24位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及無(wú)址鏈接技術(shù)，采用鑄鋁外殼，防水設(shè)計(jì)，具有動(dòng)態(tài)范圍大、功耗低、體積小重量輕、使用方便易于維護(hù)等特點(diǎn)；遙控編碼器、譯碼器之間無(wú)線遙控距離在平原地區(qū)可達(dá)10 km。系統(tǒng)采用Windows操作系統(tǒng)，遙測(cè)通信采用協(xié)議式安全模式，配置兩個(gè)高精度輔助通信通道，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)及回放，具有野外操作簡(jiǎn)單快捷、高可靠性和高安全性等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工程、煤田、地礦、水利電力等領(lǐng)域二維及三維高精度地震勘探。

圖26 SE2404NT主機(jī)

圖27 采集站

圖28 交叉站

圖29 遙控爆炸機(jī)

圖30 SE2404NT二維采集布線觀測(cè)示意圖(無(wú)交叉站)

圖31 SE2404NT二維采集布線觀測(cè)示意圖(有交叉站)

圖32 SE2404NT三維采集布線觀測(cè)示意圖

SE3W無(wú)線遙測(cè)地震采集站(如圖33，詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表7)采用高度集成優(yōu)化技術(shù)，特點(diǎn)如下：

①體積小重量輕：采用防雨防塵、掌上型設(shè)計(jì)，內(nèi)置可現(xiàn)場(chǎng)更換式鋰電池，含電池質(zhì)量?jī)H為250 g；

②高精度超寬頻帶：內(nèi)置3個(gè)24位高精度采集通道，可駁接三分量速度型和加速度型檢波器，通道頻帶帶寬為0～500 Hz，動(dòng)態(tài)范圍126 dB；

③采樣設(shè)置靈活：最高采樣率可達(dá)1 kHz，單道采集長(zhǎng)度可達(dá)4 GB；

④高精度授時(shí)同步：內(nèi)置高靈敏度、高精度授時(shí)GPS，授時(shí)誤差小于30 ns，單機(jī)定位精度可達(dá)3 m，采集觸發(fā)方式可選擇人工定時(shí)、無(wú)線授時(shí)、事件等；

⑤大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：內(nèi)置micro SD卡，存儲(chǔ)容量4～16 GB可選；

⑥無(wú)線自組網(wǎng)：內(nèi)置無(wú)線自組網(wǎng)通訊模塊，可根據(jù)需要擴(kuò)展成由無(wú)線采集站(RSU)、現(xiàn)場(chǎng)子站(CSU)和遠(yuǎn)程控制上位機(jī)(KCU)三部分組成的觀測(cè)系統(tǒng)，每臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)子站(CSU)可管理高達(dá)256個(gè)RSU節(jié)點(diǎn)，CSU除可監(jiān)測(cè)管理RSU工作外，還同時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、雨量、風(fēng)速、風(fēng)向等現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)提供給上位機(jī)，用于評(píng)價(jià)環(huán)境對(duì)地脈動(dòng)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)的影響。上位機(jī)(KCU)通過(guò)GPRS網(wǎng)遠(yuǎn)程控制CSU和RSU，實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)；

圖33 SE3W無(wú)線遙測(cè)地震采集站

⑦數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析處理軟件配置、功能齊全：數(shù)據(jù)采集軟件具有數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、回放及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)子站及無(wú)線采集站的綜合控制功能；數(shù)據(jù)分析處理軟件包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、時(shí)域分析、頻域分析、幅域統(tǒng)計(jì)、模態(tài)分析、脈動(dòng)數(shù)據(jù)分析、微破裂四維向量掃描、天然源面波處理等功能，同時(shí)可接駁各種商業(yè)震動(dòng)分析軟件，具有強(qiáng)大的可擴(kuò)展性?？蓱?yīng)用于折射波、反射波、微地震監(jiān)測(cè)、天然源面波勘探等地震數(shù)據(jù)采集。

表7 SE2404NT遙測(cè)地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

SE3NT微震監(jiān)測(cè)無(wú)線采集站(RSU)(如圖34所示，詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表8)是專門為各類微振動(dòng)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的采集單元，內(nèi)置3個(gè)采集通道、GPS/BD授時(shí)定位模塊、大容量MicroSD卡，具有采集精度高、通頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、授時(shí)定位靈敏度和精度高、大容量存儲(chǔ)、單體身份標(biāo)識(shí)唯一、體積小、重量輕等特點(diǎn)，具有定時(shí)采集、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)采集、數(shù)據(jù)自動(dòng)存盤等功能。產(chǎn)品采用防水設(shè)計(jì)，可在野外長(zhǎng)期布置或埋入地下?，F(xiàn)場(chǎng)布設(shè)多臺(tái)套三分量無(wú)線采集站(RSU)，和現(xiàn)場(chǎng)子站(CSU)、遠(yuǎn)程控制主機(jī)(KCU)一起即可組成遠(yuǎn)程遙測(cè)無(wú)線微地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用于各種人工源和天然源震動(dòng)監(jiān)測(cè)與檢測(cè)，如建筑物抗震評(píng)價(jià)、抗震設(shè)計(jì)、地基分類滑坡監(jiān)測(cè)、滑坡等環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、地?zé)嵴{(diào)查、石油地質(zhì)勘探、油井壓裂動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等。

圖34 SE3NT微震監(jiān)測(cè)無(wú)線采集站

儀器型號(hào)SE3WSE3NT通道數(shù)33頻帶范圍/kHz0～60～05動(dòng)態(tài)范圍/dB126142ADC/bit2424采樣率/Hz25～3000025～2000輸入阻抗/kΩ3030前放增益-1～64倍可調(diào)

續(xù)表8

工程地震儀的總體發(fā)展趨勢(shì)是：寬頻帶、高分辨率、大動(dòng)態(tài)范圍、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；分布式、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化、傳感采集一體化；低功耗、小型化、輕便化；集成GPS/BD(北斗)/3G/4G等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)震源和采集站間的高精度觸發(fā)同步；遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

[1] 劉振武, 撒利明, 董世泰,等. 地震數(shù)據(jù)采集核心裝備現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]. 石油地球物理勘探, 2013, 48(4):663-675.

[2] 王喜珍, 滕云田. 地震傳感器的新技術(shù)與發(fā)展[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展, 2010, 25(2):478-485.

[3] 曾然, 林君, 趙玉江. 地震檢波器的發(fā)展現(xiàn)狀及其在地震臺(tái)陣觀測(cè)中的應(yīng)用[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展, 2014(5):2106-2112.

2016-08-29

耿啟立(1964-)，男，中國(guó)地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司技術(shù)中心副主任兼重慶地質(zhì)儀器廠總工程師，高級(jí)工程師，1984年畢業(yè)于長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院地質(zhì)儀器專業(yè)，長(zhǎng)期從事地震、電法及嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、研發(fā)團(tuán)隊(duì)管理、項(xiàng)目管理、質(zhì)量技術(shù)管理、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)規(guī)劃等工作，多次主持開(kāi)發(fā)國(guó)家級(jí)/省部級(jí)重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目，先后獲得部級(jí)科技成果2等獎(jiǎng)2項(xiàng)，3等獎(jiǎng)3項(xiàng)，Tel：18600398326，E-mail：gengqili@cgeg.com.cn。

P631.33

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1009-282X(2016)06-0022-07