目录介绍：

• 1、地震检波器，什么是地震检波器
• 2、数字地震仪的基本工作原理简介
• 3、地震检波器
• 4、什么是地震检波器？
• 5、地震勘探仪器的操作
• 6、地震仪记录系统功能简介

地震检波器，什么是地震检波器

在地震勘探作业中将人工震源激发的地面机械振动信号转化为电信号的装置(传感器)，它是地震波接收的第一个环节。地震检波器是把传输到地面或水中的地震波转换成电信号的机电转换装置，它是地震仪野外数据采集的关键部件。陆上地震勘探普遍使用电动式检波器，海上地震勘探普遍采用压电式检波器。涡流检波器是20世纪80年代发展起来的一种新型检波器，目前受到关注与重视的是基于微机电机械传感技术(MEMS技术)的数字地震检波器。

数字地震仪的基本工作原理简介

(一)将机械震动转变为电信号

人工激发的地震波是一种机械振动，为了将地震信号记录下来，要采用一种机电转换装置，这就是地震检波器。其中动圈式检波器的结构如图4-7-2所示。

图4-7-2 动圈式检波器的结构图

陆地上地震勘探使用的地震检波器里有一个惯性用弹簧和外壳相连接，当地震波来到地面引起地面振动时，埋在地表的检波器的外壳也就随地面一起振动。这时惯性体由于其本身的惯性却不随外壳或不完全随外壳同时运动，于是便产生了惯性体对于外壳的相对运动。在检波器里，这个惯性体是一个线圈，另外有一块永久磁铁与外壳固定在一起，这个可活动的惯性体(线圈)又套在磁铁外面。当惯性体对于外壳以及固定在外壳上的磁铁发生相对运动时，由于电磁感应现象在线圈两端产生交变电压———电振动讯号。

海洋中地震勘探使用的检波器为根据压电效应制成的晶体压电检波器。所谓晶体的压电效应是指在结晶体薄片上作用一个压力时，会在两端产生一个电压。工作时将压电检波器沉在海面下一定深度，当地震波从地下来到时会引起海水中质点振动并产生压力变化，这个压力变化传给压电检波器将其转换成电讯号。

(二)数字地震仪的基本工作原理

数字地震仪根据其对信号的放大类型分为定点数字地震仪和浮点数字地震仪两种类型，定点地震仪是指仪器的前置放大器和主放大器的增益是固定的，浮点地震仪是指仪器的前置放大器的增益固定，主放大器的增益随着输入信号幅度的大小瞬时发生变化。简单的数字地震仪一般由线滤波器、前置放大器、高低通滤波器、多路转换开关、主放大器、模数转换器、存储器和逻辑控制单元等电路组成。下面以24道浅层工程地震仪为例说明地震仪的工作原理。

图4-7-3为24道工程地震仪基本原理框图，它由线滤波器、前置放大器、高低通滤波器、多路转换开关、主放大器、模数转换器、数据存储器和时序逻辑控制单元及微机等组成。信号基本流程如下:检波器接收传播到地表的震动信号并将其转换成电信号传送到线滤波器，线滤波器滤除耦合到地震电缆线上的共模(如50Hz工频干扰)等干扰信号，前置放大器对检波器输出的微弱信号进行放大并传输到滤波器单元进行高、低通滤波和陷波，消除各种随机或固定干扰，经过放大和滤波后的多路模拟信号并行输入到多路转换开关的输入端，由多路转换开关按一定的时间间隔对模拟信号进行离散，将多路并行输入的模拟信号切换成以道序排列的瞬时子样，主放大器对多路转换开关输出的瞬时子样做进一步的放大，以达到模数转换器对电压幅度的要求，模数转换器对瞬时子样进行由模拟信号到数字信号的量化，形成二进制数码并传输给数据存储器存储。当一炮数据采集完后，通过总线接口等电路将存储器内的数据读入微机内存进行解编和实现。

图4-7-3 24道工程地震仪基本原理框图

(三)数字地震仪的主要单元电路

1.大线滤波器

大线波器的主要作用是滤除共模和差模干扰，如射频静电干扰等。大线滤波器由无源的低通滤波元件LC滤波器组成，如图4-7-4所示的共模滤波器，由两个对称的LC滤波器构成，图中黑点表示电感线圈的绕线方向，当高频共模干扰信号进入滤波器时，在两个输出端受到相同的滤波，理论上输出端相对值为零。

图4-7-4 大线滤波器原理示意图

图4-7-5 前置放大器电路示意图

2.低噪声前置放大器

低噪声前置放大器由低噪声高增益线性集成元件、电阻反馈网络组成。设置低噪声前置放大器的目的是将检波器接收到的微弱地震信号进行一定的线性放大，它一方面使放大后的信号电压能够达到多路转换开关的线性传输范围;另一方面是与主放大器配合，使经过主放大器后的小信号能达到模数转换器的测量范围，同时提高地震信号的抗干扰能力。各种类型的地震勘探仪器采用的前置放大器的形式不尽相同，图4-7-5为一种简单结构的前置放大器，R1，R2组成反馈网络。当开关S接通时，放大器的反馈系数KC、电压放大倍数G分别为

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当开关S断开时，放大器的反馈系数KC、电压放大倍数G分别为

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3.滤波器

经传感器转换和前置放大后的电信号，往往含有多种成分的噪声信号，地震信号往往被淹没在干扰信号中，为了突出有用信号，提高信噪比，地震勘探仪器中一般有高通滤波器、低通滤波器和陷波器。

高通滤波器又称为低截止滤波器(图4-7-6，图4-7-7)，用于切除接收信号中的低频干扰。由于深层返回地表的有效波的低频成分比较丰富，因此低截止滤波器的截频都比较低，滤波特性陡度一般都有几个挡可选择。

图4-7-6 二阶有源高通滤波器

图4-7-7 二阶高通传递函数特性

低通滤波器又称为高截止滤波器(图4-7-8，图4-7-9)，设置高截止滤波器的目的是防止模拟信号转换为离散信号时可能产生的假频，同时也可消除高频干扰。低通滤波器一般由几级有源滤波器组成。

图4-7-8 二阶有源低通滤波器

图4-7-9 二阶低通传递函数特性

在野外地震勘探施工中，当地震电缆距高压输电线较近时，就会受到50Hz(或60Hz)的工业交流电干扰。为了消除这种50Hz的干扰，在前放中设置了50Hz陷波器，它是一个特性尖锐的带阻滤波器，一般由双T有源滤波器构成(图4-7-10，图4-7-11)。

有关二阶高通、二阶低通滤波器及有源双T滤波器的传递函数公式可参看有关资料，本书不作更多介绍。由滤波器的传递函数特性曲线可见，滤波器的品质因数Q值越大，电路频响曲线越尖锐，对频率的选择性越强。

图4-7-10 双T网络频率特性

图4-7-11 有源双T滤波器原理图

4.多路转换开关

地震勘探仪器将模拟的地震信号转换为数字信号是采用了通信技术中的脉冲编码理论。这一理论的三个基本内容是离散、量化和编码。多路转换开关的作用就是按一定时间间隔对模拟信号顺序取若干个瞬时值。

图4-7-12示出一个模拟信号被采样的过程，t1，t2，…，tn表示等间隔的时间，V(t0)，V(t2)，…，V(tn)表示V(t)信号的瞬时值，这些离散信号的瞬时值称为子样，它们是一系列脉冲，脉冲的宽度为子样宽度，同一地震道上相邻两个子样之间的时间间隔为采样间隔，如图4-7-12所示。

多路转换开关的作用可用一个单刀多掷开关来类比，如图4-7-13所示。把多道前放的输出信号加到开关各输入端，当开关以一定速度转动时，输出端就相继出现各道信号的瞬时值，完成了采样和按时序编排的工作。开关每旋转一周，相当对所有各道采一个子样，连续旋转就使采样过程不断重复下去，从而使几道信号的子样按时间顺序合为一路送至主放大器。

图4-7-12 连续信号离散化

图4-7-13 多路转换开关类比

地震勘探仪器中的多路转换开关使用的是MOS场效应管，如图4-7-14所示，各电极之间存在寄生电容，在关断的瞬间会引入相邻道上的信号(称串音)，开关跳动过程中会产生“尖峰”信号，同时开关的导通电阻也会对信号造成一定的衰减，由于使用电子开关会带来许多弊端，随着电子元器件集成化水平的提高，成本的降低，使每一个地震通道独立使用一组放大器和模数转换器成为可能，因此，现在新型的浅层地震仪器已经取消了多路转换开关。

图4-7-14 电子多路转换开关

图4-7-15 程控增益放大器电路图

5.主放大器

主放大器是实现离散后的地震子样放大的主要电路单元，是为了将小信号的地震子样值放大成模数转换器的测量范围。主放大器有定点和浮点两种类型。

图4-7-15为一个程控定点增益放大器电路图，图中A为运算放大器;R1，R2，…，R8为电阻分压网络，与多路转换开关一起构成放大器的增益网络;A，B，C端为程控增益挡选择端，由增益码控制单元控制S1，S2，…，S8的通断。当C，B，A为逻辑电平“0，0，0”时，开关S0导通，放大器增益K为

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当C，B，A为逻辑电平“1，1，1”时，放大器增益为

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式中:r0为多路转换开关导通内阻。

七阶型浮点放大器是一种三次比较、四进制增益的主放大器，它由七个基本放大级(每个增益为22)串接而成，如图4-7-16所示。每个放大级通过一个输出开关接至母线，由控制信号控制电子开关接通输出点的位置，以改变信号所通过的级数，从而改变放大器的增益。图中电子开关S0～S7在任何时刻只有一个接通，接通那一个开关就决定了从输入到输出的增益，这时母线上的电压V0即为输入信号电压与其开关所有放大级增益之积。电子开关S0～S7某一个导通时，主放的增益和增益码与它们之间的对应关系，见表4-7-1。

图4-7-16 七阶型浮点放大器原理框图

表4-7-1 七阶型主放电子开关、增益码、主放增益对应关系表

对于某一确定的子样，放大器只可能有一个增益状态，使输出信号幅度处在模数转换器满标的25%～100%的范围内(即四进制增益的输出范围为12dB)。这是由比较器电路来判断的，逻辑电路根据比较器的判断控制各开关的动作。对每一个子样，增益都按一个预定的程序调整，每次增益改变，相应的输出幅度也随之改变，比较器把输出与参考电压相比较，如果输出幅度在预定的范围之外，则增益继续调整，一旦输出幅度落在预定范围内，则逻辑电路不再改变开关状态，这时输出V0送到模数转换器，同时逻辑电路把相应增益码送出，以便记录。

6.模数转换器(A/D)

模数转换器是一种将模数信号转换成相应的数字信号的装置或器件。在地震勘探仪器中模数转换器的作用是将地震子样连续不断地转换成二进制数码。模数转换器的指标是衡量地震勘探仪器先进程度的重要标志之一。

模数转换器的类型较多，常见的模数转换器类型有逐次逼近型、积分型、跟踪记数型和Σ-Δ型。模数转换器的位数有8位、12位、14位、16位、20位、24位等。下面以逐次逼近型模数转换器为例介绍其基本工作原理。

逐次逼近的方法在生活中常常遇到，如采用天平称重，一般的操作过程如下:设有一系统砝码，重量分别为1/2g，1/4g，1/8g，1/16g……显然要称的物体重量不能大于所有砝码的总重量(1g)，首先把待称物体放在天平的一个托盘上，把1/2g砝码放在另一个托盘上，观察天平的平衡情况。如果这个大砝码比被称物体重，就把大砝码取下来，换上1/4g的砝码;如果这个砝码比被称物体轻，则保留这个砝码，同时再加上1/4g砝码，再次观察天平的平衡情况，这样逐步比较下去，直到天平平衡为止，最后天平上所有保留的砝码重量相加就是被称物体的重量。称物的结果是离散的数字量，量化单位是最小砝码的质量。

以上的逐次逼近的方法也可用于模数转换器，比较器相当于天平，比较器的两个输入端就是天平的两个秤盘，比较器的输出就是天平的平衡指针。N位模数转换器相当于n个砝码，最高位就是最大砝码，最低位就是最小砝码，每一位的权就相当于各个砝码的质量，称为权重，其大小为

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式中:n为模数转换器的分辨率;j为位的编号，取值为0～n～-1;Vj为第j位的权重，即第j位等于1时模数转换器的输出电压，VREF为模数转换器的参考电压。控制电路决定了称量过程和判断平衡情况。逐次逼近寄存器起到手和人脑记忆功能，在控制电路的指挥下起到放、取和记忆砝码的作用。三态门在比较结束后打开，用来读取结果。

逐次逼近型模数转换器(图4-7-17)的一次转换过程:启动脉冲使控制电路开始定时工作，时序控制电路在时钟作用下发出一系列控制信号。首先把逐次逼近寄存器(SAR)清零，接着把最高位置1(Dn-1=1)，即SAR输出为Dn=(10…000)。加到数模转换器(DAC)的输入端，并被转换成模拟电压V0。V0和输入模拟电压Vi一起被加到比较器A的两个输入端，当V0＞Vi时，比较器输出Vc=1，Vc被反馈到控制电路。控制电路在时钟作用下，进入到下一节拍，根据比较器输出Vc的值确定保留或清除SAR中的Dn-1，当Vc=1，将清除Dn-1，当Vc=0，则保留Dn-1=1。同时控制电路把SAR的次高位置1(Dn-2=1)，SAR新的数字输出又加到DAC，DAC新的输出与Vi再次比较，控制电路根据新的比较结果确定是否保留Dn-2。就这样逐位置1、数模转换、比较、保留(或清除)，直至最低位，最后DAC的输出Vc与Vi相等或略小于Vi，偏差不超过VREF/2n，这时SAR中的数字量就被看作对Vi转换的结果。

图4-7-17 逐次逼近型模数转换器框图

以上介绍了逐次逼近型模数转换器的基本工作原理。从调制编号理论的角度看，这类模数转换器是根据信号的幅度大小进行量化编码，一个分辨率为n的模数转换器其满量刻度电平被分为2n个不同量化级别，为了能区分这2n个不同的量化等级需要相当复杂的电阻(或电容)网络和高精度的模拟电子器件。当位数n较高时，网络的实现是比较困难的，因而限制了转换器分辨率的提高。Σ-Δ型模数转换器是一种高分辨率、高线性度和低成本的新型模数转换器，这种模数转换器在新一代地震勘探仪器中被采用。Σ-Δ型模数转换器不是直接根据信号的幅度进行量化编码，而是根据前一次采样值与后一次采样值之差进行量化编码，从某种意义上说它是根据信号的包络形状进行量化编码的。其中的Σ表示积分求和，Δ表示增量。Σ-Δ型模数转换器含有非常简单的模拟电路(一个比较器、一个开关、一个或几个积分器及模拟求和电路)和复杂的数字信号处理电路。Σ-Δ型模数转换器量化精度可达1/224。

(四)数据记录格式(SEG-D)简介

数字磁带记录的是经过模数转换器输出的尾数码，主放输出的增益码以及其他数码。以什么样的规格在磁带上记录这些数码，就是所谓的记录格式。

一张记录格式的编制，应使记录格式编排电路尽量简单;能最大限度地实现记录格式化，即当使用磁带记录时，便于计算机对地震资料的处理;在使用上要方便灵活，能适应于各种不同的地震道数和各种不同类型的主放大器增益形式;在磁带记录密度范围内尽可能提高记录密度。

国内外使用过的记录格式多达十几种，随着仪器的发展，记录格式逐渐趋于标准化。美国勘探地球物理学家协会(SEG)制定的标准格式已为各国仪器生产厂家所接受。SEG先后制定过多种记录格式，如SEG-A、SEG-B、SEG-C、SEG-D、SEG-2和SEG-y格式等，其中SEG-A格式、SEG-B格式、SEG-C格式已淘汰。目前数字地震勘探仪器中使用最多的是SEG-D格式、SEG-y格式和SEG-2格式(多用于浅层勘探地震仪器)。因SEG-D格式较为通用，下面给予详细介绍。

SEG-D格式有多种子格式，按记录类型分为两种，一种是多路编排格式，一种是反多路编排格式(即多路解编格式)。所用的记录编码也有两种，即PE相位编码和GCR成组编码。在一个数据文件中的记录过程中，采集数据的道数和采样参数可以改变，因此，它的设计具有很大的灵活性。

(1)识别标志，写在6轨上，由每英寸3014次磁通量变换(FRPI)组成，在其他轨直流抹迹，紧接着是不确定的间隙(约6.35mm)，然后是ARA脉冲，以9042密度为准在所有轨上写1，用于在执行读操作时，使读放大器置于工作状态。最后是在2，3，5，6，8，9轨上以9042FRPI为密度写全1，在1，4，7轨上直流抹迹，主要用于磁带反转识别装载点。在图4-7-18中均用识别标志脉冲IDB表示。

图4-7-18 SEG-D格式中GCR编码标志信息分布

(2)前序，由80位码元组成，其中前6位在每个轨写101010，紧接着在所有轨上写74位1码元。

(3)后序，由80位码元组成，其中前74位在所有轨上写1，接着在所有轨上写01010L，其中L表示是最后一位码元直流抹迹。

(4)文件尾标志，在轨1，2，4，5，7和8上以9042FCI为密度磁通量改变250～400次，在3，6，9轨上直流抹迹。另外，文件尾标志在一盘带最后一个数据文件结束的同样位置，要重复一次，以表示一盘带的逻辑带尾。

(5)头段，头段内容如图4-7-19所示。

图4-7-19 头段中各段分布

(五)数字地震勘探仪器的记录过程

(1)每道检波器输出信号从电缆传输到地震仪后，首先被送入前置放大器，进行放大。前置放大器中还设置了50Hz陷波器，及高、低通滤波器，可以对信号进行必要的滤波处理。

(2)多路转换开关对多道信号依次快速轮流取样，例如采样间隔为4ms时，对各道每4ms取样一次，得到的是多路转换的顺序脉冲子样的离散值，单路输出至瞬时浮点增益放大器。

(3)离散化的地震信号子样进入程控定点或瞬时浮点增益控制放大器对信号子样实行放大。定点增益是对某一通道的各离散子样赋予同样的放大倍数，瞬时浮点增益是根据子样的幅值“瞬时”自动调节增益，确定一个最佳放大倍数。

(4)二次采样保持器:把经过瞬时浮点放大器的被缩减了宽度的信号子样予以加宽，保持一定时间以便足够为模-数转换器应用。

(5)模-数转换器是将二次采样保持后的信号子样，根据幅度的大小转换成二进制数码表示的数字量。

(6)数据编排器，将信号子样的阶码与尾数按一定的记录格式进行数据编排，再由磁记录器把编排好的数据通过磁头写在磁带上。

地震检波器

地震检波器是安置在地面、水中或井下以拾取大地振动的探测器或接收器，它实质是将机械振动转换为电信号的一种传感器。现代地震检波器几乎完全是动圈电磁式（用于陆地工作）和压电式（用于海洋和沼泽工作）的。接收纵波的垂直检波器有如下几类：

1.动圈式地震检波器

这类检波器的结构如图3-4-1所示，其机电转换通过线圈相对磁铁往复运动实现。线圈及线枢由一个弹簧系统支撑在永久磁铁的磁极间隙内，组成一个振动系统。当线圈在磁极间隙中运动时线圈切割磁力线，同时在线圈两端产生感应电势，感应电势的大小与线圈切割磁通量的速度成正比，也就是说，与其相对于磁铁的运动速度成正比。因此，动圈式检波器也称为速度检波器。大地作垂向运动时，磁铁随之运动，但线圈由于其惯性而趋于保持固定，使线圈和磁场之间有相对运动。对于水平的运动，线圈相对于磁铁是不动的，它的输出为零。

2.动磁式检波器

这种检波器主要用于地震测井，因此生产的数量很少。其结构见图3-4-2。它是由磁铁及固定在磁铁上的线圈、弹性垫片、软铁隔板组成。地震波到达时使水压发生变化，水压变化引起软铁隔板相对磁铁发生位移，进而导致磁路的长度变化，引起磁路中磁阻差改变，磁阻变化使磁通改变，结果在线圈中产生感应电势。

图3-4-1 动圈式检波器结构简图

图3-4-2 动磁式检波器结构原理示意图

3.压电式检波器

这种检波器一般用于水下一定深度接收地震波。它是用压电晶体或类似的陶瓷活化元件作为压力传感元件。当这类物质受到物理形变时（如水压力变化），它们产生一个与瞬时水压（和地震信号有关）成正比的电压。因此，这种检波器称作压力检波器或水下检波器。

还有一种压力检波器通常安置在注满油的塑料软管内，油的作用是将水的压力变化传给检波器内的敏感元件。这类检波器包在海洋电缆（称拖缆）内。

4.涡流地震检波器

这是日本OYO公司1984年研制成的一种新型检波器，其结构见图3-4-3。它是利用惯性部件和固定在机壳里的永久磁场作相对运动产生涡流，涡流又使固定在机壳里的线圈感应出电流的原理制成。一个固定的圆柱形磁铁沿中央轴安装在机壳内，线圈固定地绕在永久磁铁的外面，非磁性可运动的铜制套筒由弹簧悬挂在磁铁和线圈之间构成惯性部件。当机壳被地震振动驱动时，固定在机壳里的永久磁铁和机壳一起运动，但由弹簧悬挂着的铜制套筒因其惯性而滞后运动。于是，永久磁场和铜制套筒之间的相对运动在套筒中形成涡流，涡流的变化率引起变化的次生磁场，变化的磁场在固定的线圈中产生电动势而输出电压。

图3-4-3 涡流地震检波器的结构图

1 in＝2.54 cm

涡流检波器的自然频率为17 Hz，在20 Hz以上时频率响应随频率增高其灵敏度线性增大，因此可用于高分辨率地震勘探。实践证明这种检波器对低频干扰和面波等有较强的压制能力，对强波之间的弱反射分辨较好；但总的灵敏度低于常用的动圈式检波器，对深层反射不利。

什么是地震检波器？

现在大家都知道了由地下深层反射回来的地震波的能量非常非常弱，我们怎样接收和测量这种能量呢？接收微弱地震波的第一步是用灵敏度很高的地震检波器，它甚至能将其旁边一根小草的摆动所引起的振动记录下来。检波器怎样将这种微小的振动接收下来，并展示给我们看呢？还是让我们做个最简单的实验吧！首先拿一块马蹄形磁铁固定在桌面上，然后用一个接有电流计的线圈在磁铁中间来回移动。这时，我们会发现，随着线圈的移动，电流计指针也随之偏转摆动，说明电流计中有电流流过，线圈移动越快，指针摆动越大。指针摆动的大小代表了电流的强弱，也代表了线圈移动的快慢。这是因为线圈在磁场中运动时能在线圈两端产生电动势，从而有电流流动。人们就是利用这种方法使机械振动能量变成容易测量并展示出来的电能。地震勘探用的电磁型检波器正是利用这种原理制作出来的。应用这样的检波器比直接测量地面机械振动容易得多，也便于记录、放大和显示。在地面上，按一定间距埋置众多检波器，并用它来接收地震波，多重记录和处理可制作成地震剖面。在剖面上不仅能看出地层高低起伏不平，还能看到由于地壳运动形成的断层。所以地震检波器是一种将机械振动转换为电能的机电转换装置。由于各种检波器的设计不同，因而，灵敏度和频率特性也不同，所以，形成了不同的检波器型号。现在陆地用的几乎都是动圈式电磁型检波器，目前又开发了数字检波器，沼泽或海洋中使用的检波器都是压电式的，也有人将海洋地震勘探中使用的检波器称为水听器。

地震检波器

地震剖面

地震勘探仪器的操作

在地震勘探野外教学中一般使用浅层工程地震仪器采集反射地震波或折射地震波的数据，这里以GeoPen公司生产的SE2404型24道工程地震仪和美国GEOMETRICS公司生产的NZ-24型浅层工程地震仪为例介绍仪器的使用方法。

(一)SE2404型工程地震仪的操作

GeoPen公司生产的工程地震仪具有24个数据采集通道，其中“SeisPort1”端口通过大线连接1～12道地震检波器，“Seis Port2”端口通过大线连接13～24道地震检波器，仪器设有外触发端口“Trigger”连接触发器或起爆器。仪器采用Windows操作平台，可通过鼠标和功能键操作采集数据。

仪器主要技术指标

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1.设置参数

启动仪器桌面上的数据采集程序“地震采集”后，显示如图4-7-20的操作界面:

图4-7-20 24道工程地震仪操作界面

数据采集前，首先设置观测系统参数，点击“参数设置”显示如图4-7-21的操作界面。在菜单中填写采集通道数、采样点数，采样率、触发方式、陷波、高切频、低切频、偏移距、道间距和桩号增量等参数。其中，采样点数一般设为1k或2k;采样率一般设为0.25ms，0.5ms或1ms;触发方式设为外触发;陷波器设为50Hz;高、低切频可根据现场的干扰因素而定，如1000Hz和10Hz;偏移距和道间距按规定的观测系统而定。当参数输入完后点击“确定”。

2.采集和叠加

参数设置完后，点击“采集”键可进行单炮地震记录的采集，点击“连续叠加”键可进行单炮地震记录的能量叠加采集，点击完“采集”或“连续叠加”后，屏幕上显示“waiting”等待外触发信号，此时操作员指挥爆炸组激发地震波。仪器接收完信号后在屏幕上显示如图4-7-22所示的地震记录。

图4-7-21 “参数设置”操作界面

图4-7-22 单炮地震记录

操作员根据记录上信号的幅度大小、噪声的大小和有用信号的清晰程度决定是否需要重测或是否需要叠加，如果所勘探的地层较深，折射波勘探时折射波不清楚或折射波信号幅度较弱，反射波勘探时反射波不清楚或反射波信号幅度较弱，此时需要多次激发地震波进行能量的叠加，操作员指挥爆炸组连续激发地震波，直到取得满意的地震记录为止，当不需要再叠加时，点击“停止叠加”后再激发一次即可。

3.数据存储与回放

信号采集完后，点击“文件”，将地震记录按需要的记录格式存盘，记录格式可选择“SEG-2”，“SEG-Y”或“*.C”格式。

如果要回放某一炮记录，可通过点击“文件”中的“打开文件”项进行数据的回放显示。

(二)NZ-24型工程地震仪的操作

NZ-24型工程地震仪是由GEOMETRICS公司生产的浅层工程地震仪。仪器为24通道，Signal1～12和Signal13～24为24道地震电缆插座，每道记录长度为16～64K字节;频带宽度为1.7～20kHz;放大器增益为定点增益方式，增益挡为0，12，24或36dB;数据记录格式为SEG-Y，SEG-2，SEG-D;操作系统为Win98或NT;触发方式为外部触发，TART为外部触发开关电缆插座;模数转换器位数23位。

仪器操作如下:

启动仪器电源开关后，仪器进入图4-7-23所示数据采集主菜单，主菜单内有11个子菜单。按“MENU”键使所选菜单中某一选项加亮，按回车键进入二级子菜单，通过“TAB”键循环移动子选项中的虚线框到需要参数项，通过箭头键在参数选项中移动并改变参数。

图4-7-23 NZ-24型工程地震仪数据采集界面

Survey用于记录一个新测量的名称、起始线号和起始磁带号。通过Survey选项下的“1NewSurvey”选项来完成，如图4-7-24所示。通过“TAB”键和箭头键移动虚线框并输入测量号和测线间隔。

图4-7-24 设置测线号等参数

图4-7-25 设置测量方式等参数

Geometry 用于设 置 测量 方 式 ( 反 射 或 折射) 、地震 检 波 器和震 源 位 置 等，如图 4 -7 -25所示，共有五个选项:

Survey Mode 中记录测量方式，反射 Reflection，折射 Refraction，按箭头键移动 “·”到所需的测量方式，按箭头键移动虚线框到 “OK”，再按回车键确认。

Group Interval 中记录两个检波器或检波器组间的距离。单位为英寸或米。

Group / Shot Locations 中记录并显示检波器间隔及检波器与炮点的间距和排列关系等信息。图 4 -7 -26 显示出上一炮的检波器排列等信息，该观测系统为小号放炮，偏移距100in，道间距 10in，检波点与炮点的间距为 100，110，120……放大器增益为 24dB。操作员可按新的观测系统进行修改，如新观测系统道间距为 2m，偏移距为 20m。按箭头键移动加亮条到 Channal Interval，在第一个检波点位置处输入 2，移动加亮条到 Geophon1Coordinate，在第一个检波点位置处输入 20。按 “TAB” 键移动虚线框到 “OK”，按回车键确认。

Observer 用于编辑基本的测量信息，有两个选项:

1 Edit Survey Description

2 New Line Number

当开始一条新测线的测量时要输入新的测线编号和起始文件号。

Acquisition 包括采样间隔，记录长度，叠加操作和前放增益等内容 ( 图 4 - 7 - 27) ，这些参数应根据对勘探深度和精度的要求，以及场地噪声情况等，经现场实验后确定。

Sample Interval / Record Length 用于设置采样间隔、输入记录长度和延迟时间; Stack

图 4 -7 -26 设置偏移距、道间距等参数

图 4 -7 -27 设置采样间隔、记录长度等参数

Options 用于设置叠加次数和叠加方式;

Specify Channels 用于设置采集使用的通道;

Preamp Gains 用于设置前放增益，前放增益挡有全部通道为 24dB 或全部通道为 36dB等选项，如果选择了 “Individual”方式，可对每个地震通道设置不同的增益，这在某些特殊情况下是有用的。

File 用于设置文件存储参数等内容，如图 4 - 7 - 28 所示，其中 Storage Parameters 可设置下一个文件号、自动存储方式、数据格式( SEG -2、SEG - D、SEG - Y) 、磁盘号和路径等内容。在大多数测量中选择自动存储方式; 数据格式可根据数据处理软件的要求而定。

图 4 -7 -28 设置文件号、数据记录格式等参数

Display 用于设置文件显示所需的各种参数，在对当前炮地震记录显示或对存储在磁盘中的地震数据回放时使用，如图 4 - 7 - 29 所示。其中 Shot Parameters 中增益方式、记录显示方式和显示时的滤波器参数等。增益方式有固定增益、自动增益和普通增益; 记录显示方式有变面积显示和波形显示等; 滤波器参数有高切滤波、低切滤波和陷波。

图 4 -7 -29 设置显示方式等参数

Do Survey 用于设置激发、清除内存、炮点位置、噪声显示、信号显示方式、存储炮集记录、打引炮集记录等，如图 4 - 7 - 30 所示。使用箭头键移动加亮条到所需选项。

图 4 -7 -30 数据采集与存储

执行 Arm，使仪器处于数据采集状态，此时使用大锤或炸药爆炸激发地震波，通过捆绑在大锤上的触发开关或起爆器产生触发信号与仪器同步，开始采集地震信号。

执行 Clear Memory，在数据采集之前，首先清除内存，使内存中存储新的地震数据。

执行 Shot Location，使当前炮处在新的炮点位置。如果在前面已经设置了 Shot Incre-ment，在每一炮数据采集后炮点位置将自动调整。

执行 Noise Display，使噪声监测窗口最大化。

执行 Trace Display，使炮集记录窗口最大化。

执行 Save，可以手工存储每一炮地震记录。在数据存储后，下一炮激发前首先清除内存。

执行 Print Shot Record，打印输出当前内存中的炮集记录或存储在硬盘上的炮集记录，通过按 CLR 键中止打印输出。

Window 用于设置各种显示窗口，如图 4 - 7 - 31 所示。其中 Noise Display 命令，一张屏幕上仅显示出一张当前的噪声记录; Trace Display 命令，一张屏幕上仅显示出一张当前的炮集记录; Log Display 命令，一张屏幕上仅显示出测量参数列表; Tile All Windows命令，一张屏幕上炮记录窗口、噪声记录窗口和测量参数列表窗口等。窗体如图4 -7 -31所示。

图 4 -7 -31 设置显示窗口

Answers 用于折射波解释。

System 用于设置日期、触发操作 ( 触发保持时间、触发灵敏度、主触发线号) 、检波器测试等功能。

以上介绍了 NZ 型工程地震仪的主要操作，显然，在地震数据采集中应首先设置测线号，测量方式，观测系统等参数。然后通过大锤或炸药爆炸激发地震波，在一炮地震数据采集完成后存储或打印地震记录。实际操作过程将在实习中进一步学习。

地震仪记录系统功能简介

（一）地震检波器

检波器是安置在地面、水中或井下以拾取大地振动，将机械振动转换为电信号的一种传感器。检波器的类型和性能是多种多样的。按接收波型的不同可分为纵波（垂直）和横波（水平）检波器。现代地震检波器主要是动圈电磁式（用于陆地工作）和压电式（用于海洋和沼泽工作）的。这里以陆地上接收纵波的电磁式（动圈式）垂直检测器为例，讨论其结构和功能。

图3-3-2 检波器结构示意图

陆上用电磁式检波器结构如图3-3-2所示。它主要由外壳、圆柱形磁钢、环形弹簧片和线圈等组成。磁钢被垂直地固定在外壳中央，它产生一个强磁场，线圈绕在圆柱形的线圈架上，它通过上下两个弹簧片与外壳作软连接，使它置于磁钢和外壳之间的环形磁通间隙中并能上下移动。当地震波引起地表介质振动时，检波器外壳连同磁钢随介质质点一起振动，而线圈由于惯性却不随外壳同时运动，于是便产生了线圈与磁钢的相对运动，线圈切割磁力线便产生了感应电流，机械振动产生了电信号。感应电流的大小与地面振动的方向和速度有关，只有与检波器线圈的轴线方向一致的机械振动才能产生较大的输出电压，这种检波器为垂直检波器。它的输出还与地表质点振动的速度成正比，故也称为速度检波器。

检波器对地震波有频率选择作用，即不同的检波器有其对应的频率特性。按检波器的固有频率的高低来分，可分为高、中、低频检波器。一般固有频率为33Hz的为中频检波器，固有频率约为10Hz的为低频检波器，固有频率约为100Hz的为高频检波器。

（二）前放滤波电路

前放滤波电路包括：前置放大器，高通、低通滤波器，陷波器等。

前置放大器：它是安置在仪器最前端的放大器，它的功能是对微弱的地震信号进行低噪声的线性放大。

滤波电路：可以滤除面波等各种干扰波。

陷波器：主要是为了消除50Hz的交流电干扰。

前放滤波电路的个数与检波器道数一一对应，即有多少个检波器就有多少个前放滤波电路。

（三）多路转换开关

前置放大器输出的是模拟信号，数字计算机是无法处理这种信号的。转换开关第一个作用就是要把随时间连续变化的模拟信号进行离散采样，即按一定的时间间隔对模拟信号顺序取若干个瞬时值，使其变成一系列的离散值，每个离散值称为子样。这种离散过程称采样或抽样，图3-3-3表示模拟信号离散采样的过程。相邻子样的时间间隔为采样间隔，用Δt表示。Δt越小，则所得的一组离散值越能代表原模拟信号的形状。一般Δt大小必须满足采样定理，即

，fmax为信号中的最高频率成分。如取fmax＝250Hz，则Δt≤2ms。石油地震勘探中采样间隔（也称采样率）多为2ms～4ms。

图3-3-3 对模拟信号的采样过程

图3-3-4 多路转换开关示意图

多路转换开关的另一个作用是把“多路并行”的地震信号变成“单路串行”的子样脉冲，送入到主放大器中。

以往的地震仪如模拟磁带地震仪，一道检波器对应有一个放大器和一个记录器共同组成地震记录道。野外有多少道检波器，地震仪中就有多少个放大器和记录器，这种数据的传输方式叫“多路并行”。现在的数字地震仪为了减少仪器的体积，在仪器中只有一个为各道公用的主放大器，数据到达放大器之前，就必须有一个转换开关，它相当于一个单刀多掷开关，如图3-3-4所示。在一次采样间隔内，开关依次对所有地震道扫描一遍，从而将所有地震道信号的子样按时间顺序合为一路输入主放中，顺序是第一道第一个子样；第二道第一个子样，第三道第一个子样……直至最后一道第一个子样；然后是第一道第二个子样，第二道第二个子样，第三道第二个子样……依次类推，到最后一道最后一个子样。这样就把多路地震信号变成了一路信号，从而完成了“多路合一”的任务。这个工作就是由多路转换开关完成的。

（四）瞬时浮点增益放大器（主放大器）

瞬时浮点增益放大器又称为主放，它的作用就是能够不畸变地放大能量悬殊很大的地震信号。即主放具有较大的动态范围，信号被放大后不会发生畸变；其增益随信号能量的强弱可自动变化，同时把对信号子样进行放大的增益值记录下来，回放时可恢复其信号的真值。

（五）模数转换器（A/D）

计算机只会读取计算数字信号，而由主放大器来的信号仍是离散后的模拟信号。模数转换器的作用就是把从放大系统接收到的离散模拟信号转换为二进制的数字信号，从而便于计算机的读取。

（六）磁记录器

磁记录器是将数字信号通过磁头记录在磁带上，它可直接将记在带上的原始数据输入计算机。