國(guó)土資源部地球探測(cè)技術(shù)及儀器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2013年7月17日地震勘探儀器研究室報(bào)告人：陳祖斌國(guó)土資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評(píng)估學(xué)術(shù)報(bào)告深部探測(cè)寬頻地震儀研制(SinoProbe-09-04)1.研究背景2.研究?jī)?nèi)容3.系統(tǒng)測(cè)試4.總結(jié)與展望匯報(bào)提綱1.研究背景“深部探測(cè)技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)”中，在青藏高原、中亞造山帶以及松遼盆地等區(qū)域完成3000km以深反射地震為主導(dǎo)的工作量。在未來(lái)15年的“地殼探測(cè)專項(xiàng)”中，將預(yù)期開(kāi)展更多的深反射地震以及地震流動(dòng)臺(tái)陣觀測(cè)。紅實(shí)線：擬實(shí)施探測(cè)剖面紅虛線：擬與石油部門合作的探測(cè)剖面黑線：已經(jīng)完成的剖面1.研究背景USArray1.研究背景USArray計(jì)劃中，在美國(guó)本土分區(qū)域開(kāi)展地震流動(dòng)臺(tái)陣觀測(cè)，用于了解其地下深部構(gòu)造信息。全球地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)（GSN）經(jīng)過(guò)測(cè)試與實(shí)際運(yùn)營(yíng)考評(píng)，將Kinemetrics

Q330HR作為唯一指定的下一代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將Reftek作為Quanterra的備用廠家。1.研究背景

在流動(dòng)觀測(cè)地震儀器領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)基本處于空白，每年均需要大量進(jìn)口昂貴的地震儀器！130S-01美國(guó)REFTEK公司:130B-01130-GSN125A-02160-01Q330HRS美國(guó)凱尼公司:Q330Q330SQ330S+Q330HR1.研究背景1.研究背景2.研究?jī)?nèi)容3.系統(tǒng)測(cè)試4.總結(jié)與展望匯報(bào)提綱參數(shù)指標(biāo)130S-01Q330HRSGEIWSR-II通道數(shù)3通道或6通道24Bits6通道，3-26，3-244通道，24Bits動(dòng)態(tài)范圍>135dB@100sps147-148dB130dB共模抑制比大于70dB-大于80dB增益選擇×1和×32×1和×20×1×2×4×8×16×32×64輸入滿幅值20VPP@×10.625VPP@×3240VPP@×15VPP@×1噪聲水平1.589μV-1.555μV同步精度±10μsTCXO溫補(bǔ)，鎖定GPS±3.2μs采樣率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傳感器控制有有（階躍、正弦、隨機(jī)）無(wú)記錄能力2,4,8,16GB(雙CF-II卡)最大32GB，雙USB最大64GB，單CF-II功耗～1.4W(3道，GPS，數(shù)據(jù)寫(xiě)盤，數(shù)據(jù)傳輸)～2.1W(6道，GPS，數(shù)據(jù)寫(xiě)盤，數(shù)據(jù)傳輸)3通道：<2.0W6通道：<2.5W約2.5W2.1研究目標(biāo)

針對(duì)深部探測(cè)所需，以現(xiàn)有無(wú)纜地震儀為基礎(chǔ)，研制應(yīng)用于寬頻地震數(shù)據(jù)采集的記錄儀：側(cè)重背景噪聲成像和地震流動(dòng)臺(tái)陣觀測(cè)適用于大道距、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀測(cè)作業(yè)要求采集系統(tǒng)具有低噪聲、低功耗、超大動(dòng)態(tài)范圍和穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)瞄準(zhǔn)行業(yè)的技術(shù)標(biāo)桿，以Q330HRS和REFTEK130S-01的技術(shù)指標(biāo)為設(shè)計(jì)參考以寬頻地震擺（120S-50Hz）為傳感器2.1研究目標(biāo)參數(shù)指標(biāo)擬達(dá)到的目標(biāo)通道數(shù)3通道或6通道24Bits動(dòng)態(tài)范圍148dB共模抑制比大于80dB增益選擇×1,×4,×8輸入滿幅值通道A：5VPP@×1，20VPP@×1通道B：5VPP@×1，40VPP@×1噪聲水平1.5μV同步精度±3.2μs采樣率1000,500,250,200,125,100,50,40,25,

20,10,5,1次/秒傳感器控制有（階躍、正弦、隨機(jī)）記錄能力最大128GB，雙CF-II功耗3通道：<2.0W6通道：<2.5W數(shù)據(jù)通信協(xié)議支持有線、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳2.1研究目標(biāo)2.2方案設(shè)計(jì)20VPP40VPP5VPP通道A通道BA/DFPGAARMCPU雙存儲(chǔ)卡GPSWIFINETPOWER40VPPTrillium120ASTS-2.5CMG-3TCDJ-S2C-22.2方案設(shè)計(jì)Trillium120ASTS-2.5CMG-3TCDJ-S2C-2天然源地震流動(dòng)臺(tái)陣觀測(cè)人工源地震觀測(cè)2.3寬頻地震儀研制關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)采集通道超低自噪聲設(shè)計(jì)技術(shù)分布式采集系統(tǒng)高精度時(shí)間同步技術(shù)采集站功能集成電磁兼容設(shè)計(jì)地震臺(tái)陣觀測(cè)站精確自定位技術(shù)2.3.1數(shù)據(jù)采集通道超低自噪聲設(shè)計(jì)技術(shù)前置放大器的噪聲系數(shù)：前置放大器的噪聲模型：可見(jiàn)，F(xiàn)與放大電路的En、In噪聲、信號(hào)源的阻抗有相關(guān)聯(lián)。信號(hào)源2.3.1數(shù)據(jù)采集通道超低自噪聲設(shè)計(jì)技術(shù)低噪聲放大器應(yīng)選用在信號(hào)工作頻率范圍內(nèi)，EnIn盡量小的器件。

通過(guò)前置放大器的半導(dǎo)體器件及工作點(diǎn)的選擇來(lái)滿足源電阻匹配條件。2.3.1數(shù)據(jù)采集通道超低自噪聲設(shè)計(jì)技術(shù)AD在采樣率為1kHz時(shí)的，等效輸入噪聲電壓：總噪聲功率譜：AD量化噪聲：2.3.1數(shù)據(jù)采集通道超低自噪聲設(shè)計(jì)技術(shù)2.3.2分布式采集系統(tǒng)高精度時(shí)間同步技術(shù)衛(wèi)星#2衛(wèi)星#1衛(wèi)星#3衛(wèi)星#4GPS接收機(jī)PR1PR2PR3PR4(Xi,Yi,Zi)(i=1,2,3,4)為四個(gè)衛(wèi)星的空間位置；(UX,UY,UZ)為GPS接收機(jī)位置；偽距方程組接收機(jī)鐘差CB(UX,UY,UZ)PR1、PR2、PR3、PR4為偽距測(cè)量值、CB為接收機(jī)鐘差2.3.2分布式采集系統(tǒng)高精度時(shí)間同步技術(shù)ERTC=±(0.309+0.36n)(μs)采集站間同步誤差

設(shè)n取最大值：校準(zhǔn)后連續(xù)工作8個(gè)小時(shí)，可以求得最差情況下的誤差上限為±3.189μs，優(yōu)于±3.2μs。2.3.2分布式采集系統(tǒng)高精度時(shí)間同步技術(shù)2.3.3采集站功能集成電磁兼容設(shè)計(jì)

“系統(tǒng)集成”=“簡(jiǎn)單相加”？電磁兼容問(wèn)題:天線、主控板、采集板、電源板等。

數(shù)據(jù)采集GPS模塊無(wú)線通訊電源系統(tǒng)2.3.3采集站功能集成電磁兼容設(shè)計(jì)2.3.4地震臺(tái)陣觀測(cè)站精確自定位技術(shù)野外工作地形復(fù)雜多變，地表落差大，地面通視條件差，通過(guò)常規(guī)測(cè)試手段進(jìn)行地質(zhì)測(cè)量困難較大，施工效率低下；大范圍流動(dòng)臺(tái)陣觀測(cè)，儀器安全性難以保證。GPS靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)：目前GPS定位中精度最高的方法，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)點(diǎn)自測(cè)量。GPS靜態(tài)絕對(duì)定位：利用偽距絕對(duì)定位精度約為±10m，實(shí)現(xiàn)儀器防丟失功能。基線向量：T1T2XYZLΔxΔzΔy靜態(tài)相對(duì)定位定義2.3.4地震臺(tái)陣觀測(cè)站精確自定位技術(shù)誤差因素2.3.4地震臺(tái)陣觀測(cè)站精確自定位技術(shù)三維無(wú)約束平差：

以基線向量為觀測(cè)值，對(duì)于每一條基線向量，都可以列出如下的一組觀測(cè)方程：引入一個(gè)基準(zhǔn)（已知點(diǎn)位置基準(zhǔn)或秩虧自由網(wǎng)基準(zhǔn)

），求得各點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。2.3.4地震臺(tái)陣觀測(cè)站精確自定位技術(shù)三維地震勘探無(wú)需測(cè)量，儀器完全自定位2.3.4地震臺(tái)陣觀測(cè)站精確自定位技術(shù)1.研究背景2.研究?jī)?nèi)容3.系統(tǒng)測(cè)試4.總結(jié)與展望匯報(bào)提綱3.1實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試寬頻帶地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究GEIWSR與REF-TEK130性能測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)兩款地震儀對(duì)同源信號(hào)采集波形完全吻合3.1實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試儀器噪聲水平(均方根)：REFTEK130：2.3779e-006VGEIWSR：1.7443e-006V自主研制儀器指標(biāo)明顯優(yōu)于進(jìn)口儀器3.1實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試REF-TEK130幅頻特性曲線自主研制儀器指標(biāo)明顯優(yōu)于進(jìn)口儀器GEIWSR幅頻特性曲線實(shí)驗(yàn)測(cè)試-儀器采集帶寬測(cè)試3.2應(yīng)用實(shí)例-遼寧興城深部探測(cè)折射實(shí)驗(yàn)在遼寧葫蘆島-內(nèi)蒙古赤峰200km的測(cè)線上布設(shè)400臺(tái)GEI地震儀3.2應(yīng)用實(shí)例-遼寧興城深部探測(cè)折射實(shí)驗(yàn)10Hz檢波器2Hz檢波器垂向2Hz檢波器南北向2Hz檢波器東西向3.3應(yīng)用實(shí)例-遼寧興城深部探測(cè)寬頻實(shí)驗(yàn)CMG-3TCDJ-S2C-2Reftek130-01GEIWSRCDJ-S2C-23.3應(yīng)用實(shí)例-遼寧興城深部探測(cè)寬頻實(shí)驗(yàn)寬頻帶儀器接收的人