實(shí)驗(yàn)四：地震儀器認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?/p>

7解地震勘探所需要的儀器及設(shè)備

了解儀器及裝備的作用及功能

了解地震儀工作原理

學(xué)會(huì)地震儀的操作使用

編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

認(rèn)識(shí)地震儀器及設(shè)備

了解地震儀各部分功能在老師指導(dǎo)下，進(jìn)行地震儀的操作訓(xùn)練

三、地震儀工作原理、組成及裝備簡介

地震勘探工作分作三個(gè)步驟進(jìn)行。首先是在地表或地殼的表層內(nèi)，應(yīng)用人工

的方法激發(fā)地震波。即由人工炸藥爆炸、人工的或機(jī)械的敲擊地面的方法，在地

殼中引起介質(zhì)的各種振動(dòng)形式的彈性波，波在地殼中傳播。當(dāng)彈性波到達(dá)地下地

質(zhì)界面的時(shí)候，就會(huì)引起波的折射或反射。所產(chǎn)生的折射波或反射波到達(dá)地面時(shí),

引起地面的位移振動(dòng)，即為由人為得到的地震波信號(hào)。第二步，就是測(cè)量（接收）

和記錄地震波。測(cè)量地震波的到達(dá)時(shí)間和振動(dòng)波形，并記錄下來成為野外的地震

記錄。在使用數(shù)字地震儀的情況下，這個(gè)過程稱為地震數(shù)據(jù)采集。第三步就是解

釋地震記錄。它是將野外得到的原始資料進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理，從而得到各種表示

形式（波形或變面積）的地震波時(shí)間剖面和地震界面的深度剖面，并顯示出來,

因此，地震勘探儀器就是人們?yōu)榱送瓿缮鲜鋈齻€(gè)階段任務(wù)而專門設(shè)計(jì)的一套

電子儀器，它包括許多儀器部件。一般包括：震源，大線電纜，檢波器和地震儀。

野外數(shù)據(jù)采集過程是地震勘探工作的重要組成部分，地震勘探野外工作方

法的選擇及地震接收儀器性能的好壞，直接影響著原始地震資料的質(zhì)量。

1、數(shù)字地震儀組成及工作原理：

數(shù)字地震儀又稱為地震數(shù)據(jù)采集，它的任務(wù)是將地震檢波器輸出的地震信

號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的信息并記錄下來。因此，就原理上說，主要由前置放大

器、模擬濾波器、多路采樣開關(guān)、增益控制放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、格式編排

器、磁帶機(jī)、回放系統(tǒng)組成。現(xiàn)將各部分功能特點(diǎn)介紹如下。

數(shù)字地震儀框圖

供電系統(tǒng)

RAS-24淺層數(shù)字地震儀

主機(jī)RAS-24：包括主機(jī)之間的連接口也是與電腦的連接口，電源接口，大線接

口（前12道），測(cè)試按鈕也相當(dāng)于電源按鈕，主機(jī)之間的連接口，觸發(fā)信號(hào)的接

口，大線接口（后12道）。

Geode96淺層地震儀

主機(jī)Geode（左側(cè)）：包括大線接口（共24道），觸發(fā)信號(hào)線的接口，主機(jī)之間

的連接口。主機(jī)Geode（右側(cè)）包括測(cè)試按鈕也相當(dāng)于電源按鈕，電源接口，主

機(jī)之間的連接口也是與電腦的接口。

Q）前置放大器和模擬濾波器：前置放大器每道一個(gè)，它的主要作用是在信號(hào)離

散化之前提高信噪比。除了放大弱信號(hào)外，有時(shí)地震放大器還要適當(dāng)?shù)貙?duì)信號(hào)

進(jìn)行限幅。然后是低截止濾波器，用于消除強(qiáng)面波等低頻干擾，并防止使第一

級(jí)過載和引入畸變。還有高截止濾波器或除假頻濾波器，用于濾除經(jīng)多路采樣

開關(guān)可能產(chǎn)生假頻的高頻成分，截止頻率為采樣頻率的1/4。

（2）多路采樣開關(guān)：其功能是選定的采樣間隔，將多道連續(xù)信號(hào)離散為一個(gè)時(shí)間序

列，即按規(guī)定的時(shí)間間隔依次接通不同的地震道，并將其送到唯一的一個(gè)輸出道。

（3）瞬時(shí)浮點(diǎn)增益放大器：瞬時(shí)浮點(diǎn)增益放大器簡稱主放，其作用是不畸變地放大

120dB以上的高動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)。它具有增益能自動(dòng)變化高速、高精度的特點(diǎn)。

瞬時(shí)浮點(diǎn)增益控制以二進(jìn)制增益控制方式為基礎(chǔ)，后者的增益變化以6dB階躍

跳變，從一個(gè)增益變化的瞬間到下一個(gè)變化瞬間放大器的增益保持不變。當(dāng)放大

器輸出高于或低于某個(gè)規(guī)定的水平（記錄器的滿程電壓）時(shí)，放大器增益突然變

為原來值的一倍或一半，同時(shí)用一定位數(shù)記錄增益值，有了這種記錄信息，就能

恢復(fù)原始信號(hào)振幅。瞬時(shí)浮點(diǎn)增益控制是在二進(jìn)制增益控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

它對(duì)每個(gè)輸入信號(hào)子樣可很快地控制增益的變化，以調(diào)節(jié)放大器對(duì)該子樣本身達(dá)

到合適的增益，增益調(diào)節(jié)的速度達(dá)微秒級(jí)，所以可以認(rèn)為是瞬時(shí)實(shí)現(xiàn)的。其增益

調(diào)節(jié)也不限于6dB,最大可達(dá)10ps內(nèi)變化90dB；增益的變化按2的整數(shù)次募跳

變,其增益碼與數(shù)字技術(shù)中的浮點(diǎn)表示法的階碼相對(duì)應(yīng),故稱瞬時(shí)浮點(diǎn)增益控制。

(4)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D):模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置把從放大系統(tǒng)接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字

形式。一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置與許多道輸入之間的協(xié)調(diào)是利用多路采樣裝置來實(shí)現(xiàn)。

多路采樣開關(guān)是依次把A/D裝置與工作道聯(lián)接的電子開關(guān)。對(duì)每一道的聯(lián)接持

續(xù)-一個(gè)短的時(shí)間間隔，但這段時(shí)間足以使A/D裝置讀取信號(hào)振幅并把它轉(zhuǎn)換為

二進(jìn)制字，這是由設(shè)在多路轉(zhuǎn)換器和A/D裝置之間的采樣保持器完成的。

(5)磁記錄暴：格式編排裝置的輸出送到磁記錄系統(tǒng)。

(6)數(shù)據(jù)的顯示：地震道震動(dòng)圖形的顯示方式也有多種，除了振幅相對(duì)于時(shí)間的波

形顯示外，還有變面積顯示和變密度顯示以及波形加變面積或變密度顯示。

2.地震儀其它裝備—檢波器及電纜

地震檢波器位于地震記錄道的第一環(huán)節(jié)，它是安置在地面、水中或井下以拾

取大地振動(dòng)的地震探測(cè)器或檢測(cè)器，一種將地面的機(jī)械振動(dòng)變?yōu)殡娦盘?hào)的機(jī)電轉(zhuǎn)

換裝置。檢波器最主要的作用：就是把微弱的地面振動(dòng)接收下來，并進(jìn)行機(jī)電轉(zhuǎn)

換，把機(jī)械振動(dòng)變成電信號(hào)，同時(shí)將其放大并送入前置放大器。野外工作中使用

的地震檢波器主要有三種類型。按照它們的轉(zhuǎn)換原理分為:動(dòng)圈式地震檢波器、動(dòng)

磁式檢波器和壓電式檢波器。

檢波器結(jié)構(gòu)示意圖

動(dòng)圈式地震檢波器主要用于陸地，其機(jī)電轉(zhuǎn)換通過線圈相對(duì)磁鐵往復(fù)運(yùn)動(dòng)而

實(shí)現(xiàn)。線圈及樞紐由一個(gè)彈簧系統(tǒng)支撐在永久磁鐵的磁極間隙內(nèi)，組成一個(gè)振動(dòng)

系統(tǒng)。當(dāng)線圈在磁極間隙中運(yùn)動(dòng)時(shí)線圈切割磁力線，同時(shí)在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電

勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小與線圈切割磁通量的速度成正比，也就是說，與其相對(duì)于磁

鐵的運(yùn)動(dòng)速度成正比。因此，動(dòng)圈式檢波器也稱為速度檢波器。固有頻率、阻尼

系數(shù)、靈敏度是地震檢波器的重要參數(shù)，它們分別與檢波器的彈簧的彈性系數(shù)、

慣性體的質(zhì)量、內(nèi)阻及負(fù)載阻抗、機(jī)電耦合系數(shù)、摩擦系數(shù)等有關(guān)。一個(gè)合格的

檢波器的這些參數(shù)應(yīng)與出廠時(shí)的標(biāo)定值相符，實(shí)際工作中必須測(cè)定這些參數(shù)，以

便確定檢波器是否具有使用價(jià)值。

地震檢波器的安置對(duì)地震記錄有相當(dāng)大的影響，安置不好，會(huì)使記錄質(zhì)量降

低或變得復(fù)雜。檢波器安置的位置力求遠(yuǎn)離機(jī)械的或電磁的振動(dòng)源，例如來自風(fēng)

的影響、車輛、高壓線、動(dòng)力裝置等弓I起的干擾振動(dòng)。檢波器與地面接觸，構(gòu)成

檢波器-土壤的振動(dòng)系統(tǒng)，它對(duì)地震波起濾波作用，產(chǎn)生相位移，甚至可能引起

諧振現(xiàn)象。為了