地震勘探仪器原理作业及最终答案

地震勘探原理作业整理

作业一

1、地震勘探的三个阶段和每个阶段需要的设备？

地震勘探基本上可分如下三个阶段：野外数据采集、室内资料处理、地震资料解释。每一个阶段都需要相应的设备，地震勘探装备是地震勘探的物质基础。

需要的设备分别是：地震勘探仪器，大型计算机集群和交互的工作站。

2、地震勘探仪器的任务是什么？

地震勘探仪器的任务是将由震源激发的，并经地层传播反射回地表的地震波接收并记录下来3、地震勘探第一个阶段的成果是什么？

地震勘探第一阶段的最终成果，就是地震勘探仪器产生的野外地震记录，它是资料处理和资料解释的原始依据和工作基础

4、地震勘探仪器大致分为哪几代？

地震勘探仪器经历了六代：

第一代：模拟光点记录地震仪

第二代：模拟磁带记录地震仪

第三代：集中控制式数字地震仪

第四代：分布式遥测地震仪

第五代：新一代分布式遥测地震仪

第六代：全数字地震仪

5、地震信号有效范围是0.001毫伏-100毫伏，要求地震勘探仪器的动态范围至

少为多少？

DR=20log(V max/V min)=20log(100/0.001)=100dB,仪器动态范围为0-100dB

6、对于一个满量程为4096毫伏的10位二进制电压表，输入信号电压为2231.5

毫伏，转换的二进制数据是（不含符号位）多少位，量化电平是多少毫伏？输入信号电压>1/2满量程，所以转换的二进制数据是10位的

量化电平q=V FSR/2N=4096mV/210=4mV

7、叙述地震波的运动学和动力学特征？

运动学特征：反射波到达时间有关的特征，如到达时间、速度等，称为运动学特征。

动力学特征：地震波的波形特征称为动力学特征，它包括振幅特征和频率特征。

8、叙述采样定理。

用低通滤波器从离散信号中恢复原信号的条件是采样频率(f s)大于信号最高频率（f m）的两倍。

作业二

1、叙述讲过的四种地震勘探检波器的种类，并说明哪种检波器是速度检波器，

哪种检波器是加速度检波器。

速度检波器：电动式地震检波器、涡流式地震检波器

加速度检波器：压电式地震检波器、数字地震检波器-MEMS加速度传感器

2、叙述电动式检波器的性能参数？

1、失真度（畸变系数）

检波器是一线性振动系统，按理想状态，它的输出应当是一纯正的正弦波，但是由于种种原因，在它的上面总含有其它的倍频于它的高频成分，使其看上去就不那么纯，这就叫做检波器的失真度。

2、假频（伪谐振频率或横向固有频率）Fs

假频”一词在地震勘探仪器系统中有两次出现，采样定理；另一个就是检波器的假频，其实称为伪谐振频率或横向固有频率更为恰当。

3、极性

对极性的规定是敲击检波器底部，若示波器屏幕上的第一个波形向上跳，那么示波器正夹子端为负，这就是说规定的方向是和线圈的运动方向相同。

4、绝缘电阻

检波器装入护壳后，均要对其进行绝缘检测。绝缘是保证检波器免受工频等干扰的主要因素。绝缘电阻越高，抗电干扰能力就越强，检波器的绝缘电阻根据使用条件规定了大于10兆欧、20兆欧、50兆欧三个档次。

5、跌落指标

对于常规的8～40Hz 检波器来讲应承受5000次跌落，然后放入一个低速转动的对边距离为一米的六角滚筒内进行自由跌落，以跌落次数对检波器进行考核。

6、自然频率

仅和弹性系数K 和质量M 有关

7、灵敏度（机电转换系数S ）

3、 绘出24位Δ-∑A/D 型采集站框图。

4、 叙述IFP 型采集站存在的问题。

（1）影响地震仪频率特性的因素主要是模拟电路及A/D 转换之前采样速率的限制。 其高频响应主要取决于多路转换开关的采样频率。设采样频率为f s

，有效信号中的最高频率为f max ，IFP 的单道调整时间为t c ，地震道数为N ；考虑到采样定理f s ≥2 f max 的要求，取f s =4 f max ，系统的高截止转折频率f c = f max ，则有 0f =00R dx dx V s G R dt dt =⋅⋅=s R R G ⋅=0011144c s c f f t N

==⋅⋅

（2）影响仪器动态范围的主要因素是模拟电路本底噪声幅值和仪器最大不失真信号的幅值。一般情况下，对于n 位A/D 转换器，其动态范围DR 为： 就目前集成电路工艺和技术来说，对于传统的积分型A/D 转换器、逐次逼近型A/D 转换器和直接比较型A/D 转换器，由于电路本身噪声特性的影响，其分辨率很难达到18位，因此，直接使用传统A/D 转换器的仪器系统，其动态范围难以达到110 dB 。

（3）IFP 结构的采集站使用了大量模拟器件和数字器件，电路结构十分复杂，功耗也比较大，这些都不符合现代电子技术集成化、数字化、低功耗（低电源电压）、高性能的要求。因此，需要一种新型结构的地震数据采集站，以适应现代高分辨率地震勘探的需要

5、 从电路的角度出发叙述地震信号干扰的类型，并叙述如何消除？大线检波器

输入电路是如何消除干扰信号的？

①信号传输电缆感应等因素产生的共模干扰，其峰值通常远大于待测信号电压的幅度，因此需要使用具有很强共模干扰抑制能力的仪器输入电路抑制共模干扰

②工频交流电干扰、雷电等因素造成的高频差模干扰，可以用滤波器滤除

对于共模信号，大线滤波器是一个二阶低通滤波器，其截止频率为： 它对高于f c 的共模干扰有很强的滤波作用;

对于差模信号来说，大线滤波器是一个五阶LC 低通滤波器，在频率低于1000Hz 时，它近

似于一个由R6和C7+C8+C9并联成的RC 滤波器，其截止频率为： 对于高于fd 的差模干扰有一定的压制作用

对于频率低于截止频率的有效地震信号，大线滤波器具有较好的平坦通带作用。采用这种平衡式大线滤波器与后续前置放大器配合，对于双端输入信号具有很好的共模抑制比，从而提高整个仪器输入回路的信噪比。

6、 对于一个10位的A/D 数据采集系统其动态范围是多少？在不增加转换位数

的情况下如何提高系统的动态范围？

DR=20log(V Imax /V IN )=20log 102N ≈6.02n=60.2dB

使用IFP 放大器。

7、 计算下图U 0/(V i1-V i2

)

(1)求(V1-V2)/(Vi1-Vi2)

20log 2 6.02n DR n

=≈()Hz LC f c 45921≈=π()()Hz C C C R f d 227219876≈++=π