地震数据采集系统产品现状及发展趋势(下)

耿启立

(中国地质装备集团有限公司，北京 100102)



地震数据采集系统产品现状及发展趋势(下)

耿启立

(中国地质装备集团有限公司，北京 100102)

本文在介绍国外新型地震传感(检波)器的同时，对代表地震数据采集系统总体技术发展趋势的油气地震仪产品现状进行了概述，重点介绍了国内外工程地震仪的产品现状和代表产品，概括总结了国内外地震传感(检波)器、油气地震仪、工程地震仪的发展趋势。

地震仪；检波器；物探；发展趋势

(上接第5期)

2.2.2 国内地震仪代表产品

国内工程地震仪的生产厂家分散，一般规模不大，主要厂家有重庆地质仪器厂、吉林大学骄鹏工程技术有限公司、中国科技大学国为电子有限公司、重庆奔腾数控研究所等，代表产品有重庆地质仪器厂系列地震仪、吉林大学骄鹏工程技术有限公司系列地震仪等。

(1)重庆地质仪器厂系列地震仪

重庆地质仪器厂系列地震仪产品主要有DZQ系列高分辨率地震仪、DZS深层数字地震仪、EPS系列宽频地震仪、CZS系列宽频地震仪等。

DZQ系列高分辨率地震仪(如图20，详细技术指标见表4)为12/24/48通道一体化地震仪，采用高速高精度ΔΣ24位模数转换器，系统动态范围144 dB，最小采样间隔31.25 μs；内置军品级PC104工控机、1024×768 LED显示屏、Windows XP操作系统，全中文操作界面，具有反射、折射、面波、地脉动测量、地震映像、剪切波波速测试、振动监测等测量功能，可广泛应用于水利、电力、铁路、桥梁、城市建设、交通等工程地震勘探，也可用于石油、矿产、煤田、铀矿及地下水等资源能源勘探和基岩(及覆盖层、风化带)和空(溶)洞地质调查、爆破振动安全监测等。

图20 DZQ系列高分辨率地震仪

图21 DZS深部地震仪

DZS深层数字地震仪(如图21，详细技术指标见表5)为内置3分量检波器、GPS的3通道一体化地震仪，通过外置PDA或笔记本电脑进行参数设置或数据传输，可单台独立工作，也可以多台组成三维台网工作，具有自动定时开机、自动数据采集存储、GPS授时定位等特点和功能，可应用于无人值守长时间微动监测、天然地震预报研究、能源及矿产资源三维勘探、路基及堤坝灾害监测等。

表4 DZQ系列地震仪技术指标

EPS系列地震仪(如图22，详细技术指标见表5)依据通频带带宽的不同，分为EPS-1、EPS-2、EPS-3等三个产品型号，均内置三分量检波器、GPS+北斗模组、电子罗盘、姿态传感器、ZigBee模块、Bluetooth模块、可充电锂电池等，配置USB、RS232、ZigBee、Bluetooth等接口，具有通频带宽、动态范围大、体积小、功耗低(小于150 mW，无需任何外部电源即可连续工作30 d以上)、布设方便等特点；具有数据自动采集存储、GPS授时定位等功能，可实现定时开机采集、采集结束定时关机、连续采集、监测控制等功能，可单台观测，也可多台通过ZigBee方式自动组网布设观测，可广泛应用于地震勘探、地震台站预报系统、长时间微动测量、工程质量监测、爆破振动监测等无人值守长时间定时监(检)测等领域。

图22 EPS系列地震仪

CZS系列地震仪(如图23，详细技术指标见表5)依据通频带带宽的不同，分为CZS-1、CZS-2、CZS-3等三个产品型号，均内置三分量高灵敏度地震传感器、高精度GPS+北斗模块、电子罗盘、姿态传感器、ZigBee、WiFi、可充电锂电池等；采用32位A/D，具有数据自动采集存储、GPS授时定位等功能；在自存储工作模式下，可连续工作30 d以上；也可以采用平板电脑或PC控制操作，方便实现WiFi或ZigBee方式自组网观测，实时数据回传给平板电脑或PC；也可利用无线终端及独立IP网络，实现远程控制和远程数据实时传输；非常适合进行无人值守的长时间定时监测和野外地震观测、天然微动监测及人工源地震勘探、瞬态面波勘探、桥梁及建筑工程质量检测、爆破振动监测等应用。

图23 CZS系列地震仪

(2)骄鹏工程技术研究所有限公司系列地震仪

吉林大学骄鹏工程技术研究所有限公司系列地震仪主要有面向工程地震勘探应用的Miniseris24A/48A综合工程探测仪、SE2404EI综合工程探测仪、SE2404NT遥测地震数据采集系统、SE3W无线遥测地震采集站和面向工程监测/检测应用的SE3NT微破裂四维监测系统等。

表5 一体化地震仪技术指标

Miniseris24A/48A综合工程探测仪(如图24，详细技术指标见表6)配置24/48个通道，采用ΔΣ24位高精度、高速模数转换器，动态范围达131 dB，最小采样间隔25 μs；内置高性能计算、Windows 2000操作系统、锂离子电池(可连续工作8 h以上)，配置密封薄膜键盘和鼠标触控杆、双USB接口，具有轻便(主机整体仅重4.5 kg)、全中文界面、操作简单等特点，具备反射、折射面波(瞬态瑞雷波)、波速测试、地脉动测试、小应变桩基完整性检测、弹性波CT层析成像、地震映像、地基动力参数测试等测量功能，内置滚动开关，便于进行多次覆盖反射波勘探，采用信号沿触发、TTL触发等同步方式，可广泛地应用于工程地质勘察、堤防隐患探测以及地质调查等领域。

图24 Miniseris24A/48A综合工程探测仪

SE2404EI综合工程探测仪(如图25，详细技术指标见表6)内置24，可扩展为48道，支持遥测编码器和译码器，可选配GeoPen制造的BOMTEXⅡ型遥测爆炸机，起爆时间精确、通讯控制方式灵活，方便在复杂地区及水上开展地震反射波法和折射波法勘探，支持锤击、炸药、随机震源以及电火花震源，配备水上漂浮电缆、沼泽地震电缆串可进行浅水域工程地震勘探，具有内触发、外触发、信号沿触发、TTL触发、遥爆触发等同步方式，除此以外的产品主要技术指标、配置、特点和功能和Miniseris24A/48A综合工程探测仪基本相同，可广泛地应用于矿产勘查、交通、能源、工业与民用建筑地质勘测以及地质环境调查等领域。

图25 SE2404EI综合工程探测仪

仪器型号Miniseis24A/48ASE2404EI通道数24/4824/48频带范围/kHz01～501～5ADC/bit2424采样率0025～10ms分档可选25～2000Hz分档可选低切滤波器/Hz10～200分档可选10～200分档可选高切滤波器/Hz500～2000分档可选500～2000分档可选陷波滤波器/Hz50/6050/60等效输入噪声1μV，RFI(@20ms)1μV，RFI(@20ms)道间抑制/dB>80>80谐波失真-114dB(@20ms)-114dB(@20ms)主处理器Inter(R)Atom(TM)16G处理器IntelPentiumIII内存容量/MB1000256存储介质内置硬盘，16GB内置硬盘，30GB操作系统WindowsXPWindowsXP数据格式SEG-2、SEG-Y、GeoPen格式SEG-2、SEG-Y、GeoPen格式数据传输USBUSB显示1024∗6008”SVGA1024∗76814”SVGA

表6 续表

SE2404NT遥测地震数据采集系统由主机、交叉站(CSU)、采集站(RSU)和遥控爆炸机(如图26～29所示，详细技术指标见表7)等组成，利用先进的网络通讯技术，最大带载能力可达2 048个采集站，实现分布式地震数据实时采集即实时显示功能(野外二维、三维观测布设示意图如图30～32所示)。主机设计有两个数据流端口，内置遥控爆炸编码器；交叉站具有10 Mb/s的传输速率和256站的最大带载站数，并且具有体积小、重量轻和易于维护等特点；采集站单站12道，采用真24位高精度模数转换器以及无址链接技术，采用铸铝外壳，防水设计，具有动态范围大、功耗低、体积小重量轻、使用方便易于维护等特点；遥控编码器、译码器之间无线遥控距离在平原地区可达10 km。系统采用Windows操作系统，遥测通信采用协议式安全模式，配置两个高精度辅助通信通道，数据实时显示、存储及回放，具有野外操作简单快捷、高可靠性和高安全性等特点，可广泛应用于工程、煤田、地矿、水利电力等领域二维及三维高精度地震勘探。

图26 SE2404NT主机

图27 采集站

图28 交叉站

图29 遥控爆炸机

图30 SE2404NT二维采集布线观测示意图(无交叉站)

图31 SE2404NT二维采集布线观测示意图(有交叉站)

图32 SE2404NT三维采集布线观测示意图

SE3W无线遥测地震采集站(如图33，详细技术指标见表7)采用高度集成优化技术，特点如下：

①体积小重量轻：采用防雨防尘、掌上型设计，内置可现场更换式锂电池，含电池质量仅为250 g；

②高精度超宽频带：内置3个24位高精度采集通道，可驳接三分量速度型和加速度型检波器，通道频带带宽为0～500 Hz，动态范围126 dB；

③采样设置灵活：最高采样率可达1 kHz，单道采集长度可达4 GB；

④高精度授时同步：内置高灵敏度、高精度授时GPS，授时误差小于30 ns，单机定位精度可达3 m，采集触发方式可选择人工定时、无线授时、事件等；

⑤大容量数据存储：内置micro SD卡，存储容量4～16 GB可选；

⑥无线自组网：内置无线自组网通讯模块，可根据需要扩展成由无线采集站(RSU)、现场子站(CSU)和远程控制上位机(KCU)三部分组成的观测系统，每台现场子站(CSU)可管理高达256个RSU节点，CSU除可监测管理RSU工作外，还同时监测现场环境参数，如温度、湿度、雨量、风速、风向等现场参数提供给上位机，用于评价环境对地脉动数据采集数据的影响。上位机(KCU)通过GPRS网远程控制CSU和RSU，实时获取现场数据；

图33 SE3W无线遥测地震采集站

⑦数据采集和数据分析处理软件配置、功能齐全：数据采集软件具有数据采集、存储、回放及实时监测功能和对现场子站及无线采集站的综合控制功能；数据分析处理软件包括数据预处理、时域分析、频域分析、幅域统计、模态分析、脉动数据分析、微破裂四维向量扫描、天然源面波处理等功能，同时可接驳各种商业震动分析软件，具有强大的可扩展性。可应用于折射波、反射波、微地震监测、天然源面波勘探等地震数据采集。

表7 SE2404NT遥测地震数据采集系统技术指标

SE3NT微震监测无线采集站(RSU)(如图34所示，详细技术指标见表8)是专门为各类微振动监测和检测应用设计的采集单元，内置3个采集通道、GPS/BD授时定位模块、大容量MicroSD卡，具有采集精度高、通频带宽、动态范围大、授时定位灵敏度和精度高、大容量存储、单体身份标识唯一、体积小、重量轻等特点，具有定时采集、长时间连续采集、数据自动存盘等功能。产品采用防水设计，可在野外长期布置或埋入地下。现场布设多台套三分量无线采集站(RSU)，和现场子站(CSU)、远程控制主机(KCU)一起即可组成远程遥测无线微地震监测系统，应用于各种人工源和天然源震动监测与检测，如建筑物抗震评价、抗震设计、地基分类滑坡监测、滑坡等环境地质灾害监测、地热调查、石油地质勘探、油井压裂动态监测等。

图34 SE3NT微震监测无线采集站

仪器型号SE3WSE3NT通道数33频带范围/kHz0～60～05动态范围/dB126142ADC/bit2424采样率/Hz25～3000025～2000输入阻抗/kΩ3030前放增益-1～64倍可调

续表8

工程地震仪的总体发展趋势是：宽频带、高分辨率、大动态范围、大容量数据存储；分布式、无线网络化、传感采集一体化；低功耗、小型化、轻便化；集成GPS/BD(北斗)/3G/4G等新技术，实现震源和采集站间的高精度触发同步；远程控制和远程监测。

[1] 刘振武, 撒利明, 董世泰,等. 地震数据采集核心装备现状及发展方向[J]. 石油地球物理勘探, 2013, 48(4):663-675.

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[3] 曾然, 林君, 赵玉江. 地震检波器的发展现状及其在地震台阵观测中的应用[J]. 地球物理学进展, 2014(5):2106-2112.

2016-08-29

耿启立(1964-)，男，中国地质装备集团有限公司技术中心副主任兼重庆地质仪器厂总工程师，高级工程师，1984年毕业于长春地质学院地质仪器专业，长期从事地震、电法及嵌入式产品设计开发、研发团队管理、项目管理、质量技术管理、产品开发规划等工作，多次主持开发国家级/省部级重点技术创新项目，先后获得部级科技成果2等奖2项，3等奖3项，Tel：18600398326，E-mail：gengqili@cgeg.com.cn。

P631.33

A

1009-282X(2016)06-0022-07