第四章浅层地震勘探仪器简介
第1篇-3 工程勘探仪器设备简介
工程地震勘探仪器设备简介
3.1 工程地震仪简介
3.1.1 功能原理 地震仪是将埋置于介质表面的检波器所接收到 的地震波信号进行放大、显示并记录下来的专门仪器， 一般皆具有滤波、放大、模数转换以及数字记录的微 机处理等功能。其功能原理见图1.3.1。
安徽建筑工业学院岩土工程系
图1.3.1 数字地震仪的功能原理图
3.2 辅助设备
3.2.1 检波器
检波器是安置在地面、水中或井下以拾取 大地振动的地震探测器或接收器，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。这里 只介绍接收纵波的垂直检波器。
安徽建筑工业学院岩土工程系
3.2.1.1 主要类型和工作原理
图1.3.2 动圈式检波器结构草图
2 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（如水压变化），它们产生一个与瞬 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。 还有种压力检波器通常安置在注满油的塑料软管内，
1. 动圈式地震检波器
这类检波器结构如图1．3．2所示，其机电转换通过线圈 相对磁铁往复运动而实现。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。巧线圈在磁极间 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，动因式检波器也称 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，所以，这种植波器 的输出为零。而对于接收水平振动的横波检波器而言，垂直振 动的信号输出为零，其工作原理与垂直检波器相同。
地震勘察仪器原理与结构
地震勘察仪器原理与结构地震勘察仪器是一种用于探测和测量地震波以及地壳运动的工具。
它可以帮助地震学家和地质学家了解地震的产生机制、地壳的变动以及预测地震的可能性。
地震勘查仪器的原理和结构主要可以分为三个部分：传感器、信号处理和数据记录。
传感器是地震仪器的核心部件，它主要用于感测地震波的运动。
地震波是由地壳运动引起的地球表面的振动，可以分为纵波和横波两种，传感器需要能够准确地感知这些振动并将其转化为电信号。
一种常用的传感器是加速度传感器，它通过测量物体的加速度来感测地震波的振动情况。
加速度传感器通常由质量块、弹簧和电感器构成，质量块受到地震波的作用后产生振动，振动的大小和方向通过感应到的电流信号传输到信号处理器。
信号处理是地震仪器的第二个关键步骤，它用于将传感器收集到的信号转化为可以分析和研究的数据。
地震波的振动信号通常是微弱的，同时还受到环境噪声的干扰，因此需要对信号进行过滤和放大，以提高信号的质量和可靠性。
信号处理器通常由低噪声放大器、滤波器和模数转换器等组成。
低噪声放大器用于放大微小的信号，滤波器用于滤除噪声干扰，模数转换器将模拟信号转化为数字信号，以便于保存和处理。
数据记录是地震仪器的最后一个部分，它用于记录和保存信号处理后的数据。
数据记录器通常由数字存储设备和计算机系统组成。
数字存储设备可以将经过信号处理的数据保存为数字文件，以便后续的分析和研究。
计算机系统可以用于控制仪器的工作流程，同时还可以进行数据的实时处理和分析。
通过对保存的数据进行分析，地震学家和地质学家可以研究地下地壳的结构和性质，进一步了解地震的发生机理和可能性。
除了以上的主要部分，地震勘查仪器还可以包括其他一些辅助部件，如温度和湿度传感器，用于记录环境的温度和湿度变化，以及定位系统，用于记录地震发生的位置和时间等信息。
总结起来，地震勘查仪器的原理和结构主要包括传感器、信号处理和数据记录三个部分。
传感器用于感测地震波的振动，信号处理器将振动信号转化为可分析的数据，数据记录器用于保存和记录处理后的数据。
地震勘探仪器-地震
随着物联网和云计算技术的发展，地震勘探仪器将实现实时数据传输和处理，提高数据利 用效率和响应速度。同时，通过网络技术实现地震数据的共享和协同分析，提高地震研究 的协作性和开放性。
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地震勘探仪器-地震
• 地震勘探仪器概述 • 地震勘探仪器的工作原理 • 地震勘探仪器的分类与应用 • 地震勘探仪器的发展趋势与挑战 • 结论
01
地震勘探仪器概述
地震勘探仪器的定义与特点
• 定义：地震勘探仪器是一种用于探测地下地质构造和矿产资源的地球物 理仪器。它通过测量地球表面或近地表的地震波，分析地震波在地下的 传播规律和特征，推断地下岩层的性质、结构和构造，为地质勘探、矿 产资源开发、工程地质等领域提供重要的数据支持。
等方法。
中期发展
随着电子技术和计算机技术的不 断发展，地震勘探仪器逐渐实现 了数字化和自动化，提高了测量
精度和效率。
现代发展
现代地震勘探仪器采用了更先进 的技术和算法，如数字信号处理、 人工智能等，进一步提高了测量 精度和自动化程度，同时也拓展
了应用领域。
02
地震勘探仪器的工作原理
地震波的产生与传播
基础研究
地震勘探仪器可以揭示地球内部的结 构和演化，为地球科学基础研究提供 重要数据。
灾害防治
地震勘探仪器可以探测地下岩层的性质和 构造，为地质灾害防治提供数据支持，如 滑坡、泥石流等灾害的预测和防治。
地震勘探仪器的发展历程
早期发展
地震勘探仪器最早可以追溯到20 世纪初，当时的地震勘探技术比 较简单，主要采用敲击和听诊器
04
地震勘探仪器的发展趋势与挑战
高分辨率地震勘探技术的发展
总结词
工程物探期末复习总结
物探（概述）：通过观测和研究多种地球物理场旳变化来处理地责问题旳一种勘查措施。
地球物理勘探（全称）：通过专门旳仪器观测地球物理场旳分布和变化特性，然后结合已知地质资料进行分析研究，推断出地下岩土介质旳性质和环境资源等状况，从而到达处理问题旳目旳。
2、物探旳分类及关系按研究地球物理场不一样分类：①地震勘探：以介质弹性差异为基础，研究波场变化规律旳措施。
②电法勘探：以介质电性差异为基础，研究天然或人工电场变化规律旳措施。
③放射性勘探：以介质放射性差异为基础，研究辐射场变化特性旳措施。
④地热测量：以地下热能分布和介质导热为基础，研究地温场旳措施。
⑤重力勘探：以地下介质密度差异为基础，研究重力场变化旳措施。
⑥磁法勘探：以介质磁性差异为基础，研究地磁场变化规律旳措施。
按物探工作旳空间分类: ①航空物探②海洋物探③地面物探④地下勘探按工作目旳和应用范围分类:①金属物探②石油物探③工程与环境物探形变：任何固体介质在外力作用下，内部质点旳互相位置会发生变化，使得介质旳形状或大小产生变化。
弹性：某物体在外力作用下产生形变，当外力取掉之后，物体能迅速恢复到受力前旳形态和大小,物体旳这种性质。
弹性介质:具有弹性旳介质。
地震勘探中，人工震源旳激发是脉冲式旳，作用时间短，激发能量对地下岩层和接受点介质产生作用力较小。
因此，可以把地下介质近似看作弹性介质。
各向同性介质：弹性性质与空间方向无关；各向异性介质：弹性性质与空间方向有关应变：单位长度所产生旳形变ΔＬ／Ｌ。
应力：单位横截面所产生旳内聚力Ｆ／s杨氏模量（或拉伸模量）：线性弹性形变区，应力与应变旳比值。
泊松比：介质旳横向应变与纵向应变旳比值。
拉梅系数：各向同性旳均匀介质，各不一样方向旳弹性系数大都对应相等，可以归结为应力与应变方向一致和互相垂直时旳两个系数λ和μ，合称拉梅系数弹性振动：应力和惯性力不停作用，使质点围绕其本来旳平衡位置发生振动等效空穴：震源点附近旳非线性形变区振动图：用ｕ－ｔ坐标系统表达旳质点振动位移随时间变化旳图形描述振动曲线旳参数：Ａ：地震波振动位移大小（称振幅值变化）T：振动周期△t：延续时间 t0:初至时间波长：波峰至相邻波峰间旳距离λ。
浅层地震勘探实验报告
一、实验目的1. 了解浅层地震勘探的基本原理和方法；2. 掌握地震资料的采集、处理和分析技术；3. 通过实验，提高对浅层地质结构的认识。
二、实验原理浅层地震勘探是利用地震波在地下传播的特性，通过采集地震波数据，分析地震波在不同地层中的传播速度、反射和折射等现象，从而推断地下地质结构的一种地球物理勘探方法。
实验中，我们主要采用反射波法，即通过激发地震波，接收其反射波，分析反射波的特征，推断地下地质结构。
三、实验内容1. 实验器材（1）地震仪：用于采集地震波数据；（2）震源：用于激发地震波；（3）接收器：用于接收地震波；（4）计算机：用于数据处理和分析；（5）实验场地：用于进行地震波数据采集。
2. 实验步骤（1）实验场地选择：选择合适的实验场地，确保场地平坦、开阔，便于地震波传播。
（2）地震波数据采集：按照设计好的测线，布置震源和接收器，激发地震波，接收其反射波。
采集过程中，注意控制震源和接收器的间距、排列方向等参数。
（3）地震资料处理：将采集到的地震波数据传输到计算机，利用地震数据处理软件进行预处理、去噪、叠加等操作。
（4）地震资料分析：对处理后的地震资料进行分析，识别反射波特征，推断地下地质结构。
四、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，我们采集到了一定数量的地震波数据，并对这些数据进行了处理和分析。
根据分析结果，我们得到了以下地质结构信息：（1）地下存在一个明显的反射界面，推断为沉积层与基岩的接触面；（2）地下存在一个倾斜的断层，推断为该地区的主要断裂；（3）地下存在一些小型的地质构造，如溶洞、地裂缝等。
2. 分析与讨论（1）实验结果表明，浅层地震勘探方法可以有效地探测地下地质结构，为地质勘探、工程地质、地质灾害防治等领域提供重要依据。
（2）在实验过程中，我们发现地震波数据采集、处理和分析的质量对实验结果具有重要影响。
因此，在实际应用中，应严格控制实验参数，提高数据处理和分析的精度。
（3）针对不同地质条件，选择合适的地震波数据采集、处理和分析方法，以提高实验结果的可靠性。
第四章 浅层地震勘探仪器简介【免费文档】
M
m1 m2
分贝(dB):用对数值表示放大倍数
M db 2l0 o 1g M 0
100dB意思指:若有5μV的输入振幅,则可得到0.5V(即0.5×106μV)的输出。
2.动态范围 定义:测量信号振幅极大值与系统噪音水平的比值,用分贝表示: ［动态范围］=［ A ］dB a
3.假频 计算机只能对离散数据进行运算。 采样:连续波形信号 离散信号。 子样:某离散信号瞬时值。
按检波器固有频率分:低频,＜ 10Hz; 中 频 ,10 ～ 33Hz; 高 频,33～100Hz。
图示为100 Hz高频检波器的频 率特性曲线。曲线分三段。
第一段:线性段,f较低时,输出 随f的升高而增大;
第二段:当f为某值时,输出最 大;
图4.2 SSJ—100型检波器频率特性
第三段:f再升高,输出渐小,趋于一极限值。
3.数字地震仪的特点 (1)全数字化
全数字化:就是利用微机控制仪器来完成数据采集和信息处理。微机处理 是中心,而采集系统则属于外围设备。通过对计算机的操作就可实现对地震仪 的操作。这样可使地震仪的稳定性和可靠性大大提高。同时,仪器具有操作简 单、重量轻、体积小的优点。
(2)动态范围大
采用浮点放大,动态范围可达130dB左右,几乎可把全部能量范围的地震信 号记录下来。模拟地震仪:40～50dB。
(3)频带宽
数字地震仪:20Hz～300Hz;模拟地震仪:20～120Hz。因此,数字地震仪分 辨率大大提高。
第三节 地震数据的记录格式
文件号(或炮号):地震数据采集时,通常把每放 一炮所记录的全部数据存储在一个文件上,并进 行编号。
其数据存储是按事先规定的格式进行编排 存储的。SEG(美国勘探地球物理学会)通过了 SEG-2格式为工程地震仪的数据记录格式。
《浅层地震勘探》总结
《浅层地震勘探》总结绪论：地震勘探方法简介：地震勘探：人工震源激发地震波，研究其在地下介质中的传播规律，解决地质问题。
各物探均以各种物性为前提，地震勘探依据岩、矿石的弹性，研究地下弹性波场的变化规律。
浅层地震勘探：常用于“水、工、环”地质调查，主要用于解决：工程地质填图、建筑、水电、矿山、铁路、公路、桥梁、港口、机场等各种工程地质问题，因此，多被人称之为：“工程地震勘探”。
分类据波的类型分:纵波、横波、面波勘探据波传播特点分：反射、折射、透射波法据目的层深度分：浅层<n.100m，中层(n.100～n.1000m)，深层>n.1000m 据勘探目的任务：工程(浅层), 煤田, 石油, 地震测深地震测深: 研究大地构造、深部地质问题。
浅震的特点：工作面积小，勘探深度浅，探测对象规模小，浅部各种干扰因素复杂。
优点：精度高、分辨率高、抗干扰能力强、仪器轻便第一章地震勘探的理论基础第一节弹性理论概述一、弹性介质与粘弹性介质1.弹性介质弹性: 外力体积、形状变化外力去掉恢复原状:具有这种特性的物体称为弹性体，其形变称为弹性形变：……如弹簧、橡皮等。
塑性: 外力 体积、形状变化 去掉外力 不恢复原状，保持外力作用时的状态：具有这种特性的物体称为塑性体，其形变称为塑性形变：……. 如橡皮泥外力下，是弹是塑，取决于: 是否在弹性限度之内，即三个方面: 外力大小、作用时间长短、物体本身的性质。
自然界中绝大部分物体，在外力作用下，既可显弹，也可显塑地震勘探，震源是脉冲式的，作用时间很短（持续十几～几十毫秒），岩土受到的作用力很小，可把岩、土介质看作弹性介质，用弹性波理论来研究地震波。
各向同性介质：凡弹性性质与空间方向无关的介质 各向异性介质: 凡弹性性质与空间方向有关的介质 沉积稳定的沉积岩区，各项同性，简化问题地震勘探中，只要岩土性质差异不大，都可以将岩土作为各向同性介质来研究，这样可使很多弹性理论问题的讨论大为简化。
地震勘探仪器介绍讲义
40GB
128MB
40dB
陷 波 器 ：
72dB/
切 滤 波 器 陡 度 ： 优 于
倍 频 程
截 滤 波 器 陡 度 ： 软 件 滤 波
≥90dB
间 串 音 压 制 ：
20K
入 阻 抗 ：
0 9999ms
时 ：
～
± 0.05%
真
度 ：
±0.01ms
位 一 致 性 ：
±0.2%
度 一 致 性 ：
1μV
第一节 地震仪器主机
集中式逻辑控制型数字地震仪总框图
如SN338、DFS-V和MDS-10等
第一节 地震仪器主机
集中式数控地震仪框图
第一节 地震仪器主机
分布式遥测型数字地震仪
第一节 地震仪器主机
SK-1004遥测地震记录系统框图
第一节 地震仪器主机
分布式遥测系统布置模拟
第一节 地震仪器主机
10. 间 隔： 声波采样 ：2.5μs～32000μs (以0.5μs为增量可选)。
1. 探测介质
1. 探测深度： 自动探测为100m以内，用户自定义探测深度不限。
2. 探测层数：≤5层；
2. 电 源
1. 供 电：内含有高能锂电池，可连续工作4小时以上；
2. 数据保持：掉电情况下，可保证数据1000小时不丢失；
5℃-+40℃
267×457×533.4mm
● 几 何 尺 寸 ： 。过 冲 击 和 振 动 试 验 ；。 全 封 闭 结 构 ， 小 雨 中 可 工 作 ，● 工 作 环 境 ： 启 动 温 度 ， 工 作 温待 时 消 耗 电 为 ， 外 接 电 源 供 电 ；● 电 源 ： ， 采 集 时 每 道 增 加 ，控 制 触 发 门 槛 值 ；● 触 发 ： 正 ， 负 触 发 或 接 触 式 闭 路 ， 软括和英寸的连续热敏打印机；●绘图仪：可驱动各种兼容的打印机，或；接口存入磁带记录，数据格式有，●数据存储：数据存储在内置硬盘上或通外接各道的数据采集；的软件控制本机各道和●软件：平台操作系统，采，和格式；●数据格式：标准格式，同时具备户需要设计检测结果显示方式；●本机检测：内置或外带检测系统，根据置；，测量检波器故障同时指出大线短路或短路●大线测试：实时监测排列上检波器的噪动覆盖；●滚动：全部工作道可通过软件实现辅助道或数据道；● 辅 助 道 ： 可 以 通 过 程 序 设 置 任 意 工 作 道● 延 迟 ： 至 一 步 到 位 ；源 ；● 智 能 型 自 触 发 ： 可 供 天 然 地 震 观 察 和 可● 延 时 触 发 ： 最 大 样 点 ；样 点 ；● 记 录 长 度 ： 标 准 样 点 ， 也 可 选先 导 相 关 器 ；器 ， 还 可 选 用 于 伪 随 机 震 源 （ ）相 关 器 ： 内 置 用 于 可 控 震 源 的 高 速 硬 件 相
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① 方向特性：当振动方向与线圈轴线方 向一致时，产生最大输出电压，具有最 大的灵敏度。
图4.1 电动式检波器结构示意图
按检波器固有频率分：低频， ＜ 10Hz ； 中 频 ， 10 ～ 33Hz ； 高频，33～100Hz。
图示为100 Hz高频检波器的频 率特性曲线。曲线分三段。
第一段：线性段，f较低时， 输出随f的升高而增大；
放大倍数：输出信号振幅m1与输入信号振幅m2的比值。
M m1 m2
分贝(dB)：用对数值表示放大倍数
M db 20 log10 M
100dB意思指：若有5μV的输入振幅，则可得到0.5V(即0.5×106μV)的输出。
2.动态范围 定义：测量信号振幅极大值与系统噪音水平的比值，用分贝
表示： ［动态范围］=［ A ］dB a
3.数字地震仪的特点 (1)全数字化
全数字化：就是利用微机控制仪器来完成数据采集和信息处理。微机处 理是中心，而采集系统则属于外围设备。通过对计算机的操作就可实现对地 震仪的操作。这样可使地震仪的稳定性和可靠性大大提高。同时，仪器具有 操作简单、重量轻、体积小的优点。
(2)动态范围大
3.记录显示装置 一般用计算机记录和显示。 4.震源同步系统
一是激发地震波，二是与激发时间同步产生触发信号，使主机开始记时。 锤击：用两个弹簧片与导线连接作触发器； 炸药：爆炸使捆在炸药包上的导线炸断，产生触发信号。
第二节 数字叠加式浅震仪介绍
按叠加方式分：模拟叠加增强式，数字叠加增强式
一、几个基本概念 1.分贝
图 (a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别对连续信号进行25、100、125、200、250Hz采样， 则输出频率分别为25、100、125、50、0Hz。显然，后两个采样不足，出现假频。
假频：某连续信号，采样频率小于信号频率的两倍，则在每个周期内采样不足
两个，采样后变成另一种频率的新信号。 采样间隔并非越小越好，△t过小，会增加不必要的处理工作量； 另一方面，一般浅震仪只能处理一定数量的子样（通常为512个，1024个或2048 个），因此过小的采样间隔会使记录长度缩短，致使勘探深度变浅。 一般浅震仪，△t有0.125、0.25、0.5、1、2ms等不同档次，可据不同情况选用。
3.假频
计算机只能对离散数据进行运算。 采样：连续波形信号 离散信号。
子样：某离散信号瞬时值。
采样间隔△t：相邻子样的时间间隔。△t越小，所得一组离散值越 能代表原波形信号（模拟信号）的形状。
图4.5 假频现象
采样定理：
t
1
2 fmax
fmax ： 信 号 中 的 最 高 频 率 成 分 。 采样间隔为，那么采样频率为， 如图所示。
图 (a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别 对连续信号进行25、100、125、 200、250Hz采样，则输出频率 分别为25、100、125、50、 0Hz。显然，后两个采样不足， 出现假频。
假频：某连续信号，采样频率 小于信号频率的两倍，则在每 个周期内采样不足两个，采样 后变成另一种频率的新信号。
如图示：陆上接收纵波的电磁式（动圈式） 速度检波器。
组成：外壳、磁钢、弹簧片、线圈等。
检波器工作原理：
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 线便产生感生电流。其作用相当于小小 “发电机” ，将机械振动转变成了电振
二、仪器的工作原理及特点 1.工作原理
工作原理如 图示。
图4.6 数字叠加式浅层地震仪工作原理图
2.数字叠加原理
图4.7 数字叠加原理及流程图
如图所示。数字叠加原理如下：来自放大器的模拟信号经A/D转换后的数字信 号和存贮器已有（前一次）的数字信号相加，再送回存贮器，等待与再次激发 产生的数据信号相加。若使每次激发产生的地震信号依次进行相加，就可得到 多次叠加后的增强地震数据。
第四章浅层地震勘探仪器简介源自二、地震仪的主要组成部分地震道：一个检波器、一个放大器（包括滤波器等电路） 和一个记录器组合在一起。浅震仪道数有12道、24道或48道。
四个主要部分：检波器、放大器、震源同步系统和记录显示装置
1.检波器 作用：把地震波到达地表接收点处所引起的微弱机械振动转换
为电磁振动。一种机电转换装置。为适应地震勘探的各种要求，其 类型和性能多种。接收波型：纵波、横波、井中检波器（三分量检 波器）；使用地区：陆上、海上检波器；电压输出与质点运动速度 关系：速度、加速度检波器。
第二段：当f为某值时，输出 最大；
图4.2 SSJ—100型检波器频率特性
第三段：f再升高，输出渐小，趋于一极限值。
整个频率曲线表现为一种高通滤波性能，可适当地压制 低频面波等干扰。
在浅震中，多采用高频检波器。
2.放大器
自动增益控制(AGC)：使放大器的放大倍数能随反射信号能量的强弱而自动调节。 可将浅、中、深层能量悬殊的反射信号同时出现在波形记录上。放大倍数可达几 十万倍以上。