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地震勘察仪器原理与结构

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地震勘探仪器原理与结构

5.1 地震勘探对仪器的基本要求

5.1.1 地震波运动学特征对仪器的要求

为了利用地震波的运动学特征来推测地下反射界面的位置和形态， 就要求记录多道地震 信号， 以便 进行波的对比，识别同相轴； 记录震源激发信号作为计算反射时间的起点； 记录 计时信号作为计算反射时 间的标尺； 在采用炸药震源时还要记录井口信号， 以测定地震波从 炮井井底的炸药爆炸点传到炮井井口的 时间- T值， 进而依据已知的炮井深度 h来推算表层

的速度v = h/T,为今后地震资料处理时进行静校正提供依据。除地震信号以外的这些需要 记录的信号统称

为辅助信号。通常所说的地震仪记录道数指的是地震道的道数，辅助道不 包括在内。

地震仪对地震信号的数据采集过程从震源激发时刻开始,一直持续到最深目的层反射 信号完全到达时 为止。 采集过程的持续时间称为记录长度, 采用炸药等冲激震源时, 记录长 度 T 为 :T=2h/v 式中 h---勘探目的层最大深度；

v 地震波的平均速度。

在地震勘探中,有意义的最大反射界面的深度很少超过 10km ,而达到这样深度的平均

地震波速度，至少是3500m/s。因此，通常要求的记录长度为 6s。深钻、地质解释和地震 信号穿透力等 项技术改进后,需要的记录时间还可能增加。

反射时间的标记是根据磁带上记录的计时信号进行的,如果计时信号本身不精确的话, 依据它测出的

反射时间也就不精确, 由此推测出的反射界面的位置也就不准确, 因此, 一般 要求计时信号的可重复性 和绝对准确度都应保持在 0 .05 ％的容许范围内。

5.1.2 地震波动力学特征对仪器的要求

为了能利用地震波的动力学持征来推测地下岩性, 甚至直接找油找气, 就要求地震仪高 保真、高信 噪比、高分辨宰地把地震波记录下来。具体来说,应满足以下几项基本要求：

（1）地震仪允许输入的幅度范围 （简称仪器的动态范围 ）必须大于需要记录的地震信号 的动态范 围。 需要记录的地震信号的最大幅度是从震源到最近的检波点的直达波幅度, 它与

偏移距的大小有关；需要记录的地震信号的最小幅度是最深目的层反射波传到地表时的幅 度,由勘探深度要 求决定。目的层越深, 反射信号则越弱,当反射信号幅度比外界环境噪声 的幅度还小时, 就会被外界环境 噪声淹没。 因此, 一般认为需要记录的地震信号最小有意义 幅度是外界环境噪声的幅度。 目前通过地震 资料的数字处理, 有可能从环境噪声背景中提取 幅度仅有环境噪声幅度 1/10 的弱信号。 考虑上述三方面 因素, 人们普遍认为地震勘探仪器 的动态范围应达到或接近

120dB 。

②地震仪应该设置滤波器，在记录之前对接收进来的妨碍有效波记录的干扰波进行压 制。这些滤波器

给地震仪限定的记录频率范围应该尽可能大于需要记录的地震信号的频率范 围。由于地层的选频吸收效应, 使得越是深层的反射信号,其主频越低。因此,需要记录的 地震信号最低频率由勘探深度要求决定,可能需

要延伸到 10Hz 或 10H2 以下。需要记录的 地震信号最高频率由勘探分辨率要求决定。一般来说,在进行 地震普查时取 125Hz 就可以 了,进行地震详查时应取 250Hz ,高分辨率勘探可能需要取到 500Hz ,甚至 更高。

③在所能记录的幅度范围和频率范围内，地震仪应该是一个线性系统。所谓线性系统 就是当输入为单

一频率的正弦波时， 输出也是同频率的单一正弦波。 如果给一个系统输入一 个频率的正弦波 , 其输出中出 现很多频率为 n（n 为正整数 ）的新的频率分量 , 那么我们就认

为这个系统是非线性系统或者说存在非线性失真。实际上 , 完全线性的系统是不存在的。

5.1.3 多道记录对地震仪器的要求

最早的地震仪是单道的 , 为了便于进行波的对比和提高野外生产效率 , 后来发展成为多 道地震信号同 时记录。随着多次覆盖技术的推广和覆盖次数的提高 , 要求进一步增加道数。

高分辨率地震勘探要求缩短道距至 25m、10m甚至5m，而为了保持一定的排列长度，自然 也要求道数多 一些。三维地震勘探方法的普遍应用更是要求地震仪的道数多达几千道。

在多道记录的情况下， 为了确保地震记录的质量， 还必须要求地震仪内部各地震道电路 的振幅特性 和相位特性保持良好的一致性， 道与道之间的相互干扰 （即道间串音 ）应很小 （一般 要求小于 - 80dB ） 。

5.1.4 野外工作条件对地震仪器的要求

地震仪长年在野外工作， 工作环境与室内仪器大不相同。 由于野外环境条件差， 造成仪 器发生故障 的外部原因很多。 而地震仪一旦发生故障， 轻则影响地震记录的质量， 重则使整 个地震勘探队的工作陷 于停顿， 所以特别要求地震仪有很高的稳定性和可靠性， 并且具有一 定的自检能力和野外监视功能。除此 之外，体积小、质量小、耗电省、操作简便、易于维修 也是应尽可能满足的基本要求。

5.2 常用地震检波器的工作原理

地震检波器是把传输到地面或水中的地距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。

5.2.1 电动式地震检波器

电动式地震检波器的结构和外形如图 3—1 所示。它由永久磁铁、线圈和弹簧片组成， 磁铁具有很强 的磁性， 它是地震检波器的关键部件； 线圈由铜漆包线绕在框架上而成， 有两 个输出端， 它也是地震检 波器的关键部件； 弹簧片由特制的磷青铜做成一定的形状， 具有线 性弹性系数，它使线圈与塑料盖连在一 起，使线圈与磁铁形成一相对运动体 （ 惯性体 ） 。

图3 - 1电动式检泼器的基本结钩和外形

Ca）电为式检注界基本結构

■

M

lror simnlt U'H y<]ii

当地面存在机械振动时， 线圈对磁铁作相对运动切割磁力线， 根据电磁感应原理， 线圈 中产生感生

电动势，且感生电动势的大小与线圈和磁铁的相对运动速度成正比， 线圈输出的

模拟电信号与地面机械振动的速度变化规律是一致的。

一、运动方程的建立

检波器内部各组成部分的运动关系如图 3 — 2。地震检波器运动方程的建立，以及其基

本思路要从地震检波器的功能入手。 地震检波器的功能是将地面的机械振动转换为相应的电

S3-2检波器内各部分的运动关系

模拟振动信号。因此，研究地震检波器就应该首先找出地震检波器输出电压和地面运动的关 系，而地震检波

器输出的电压是由于线圈相对磁铁运动切割磁力线产生的， 所以关键是要找

出地面运动与线圈运动的关系。

地震波传到地面后，假设地面相对其原来位置产生一个向上位移 z。如忽略检波器与地

面的藉合问题，即认为检波器外壳与地面一起运动，则地面的位移就是检波器外壳的位移， 而磁铁又是同外

壳固定在一起的，所以此时磁铁也相对其原位置产生一个向上位移 z。显然,

惯性体也会相对其原来的位置产生一个向上的位移 y,由于惯性的原因，惯性体的位移将小

于地面的位移，于是弹簧被拉长 x,即线圈相对磁铁有一个向下的位移 X。

检波器内各部分的运动关系为

Y=z+x (3-1)

此时，线圈及框架组成的惯性体受到如下外力的作用

1 ?弹簧克服惯性体重力后的拉力 FK

FK = — kx 式中k 一一弹簧的弹性系数，负号表示

2?线圈受到的电磁阻尼力 FK与x方向相反。 根据法拉第定律，线圈相对磁铁运动时，线圈产生的感应电动势为

①一线圈磁通量E- 韶d」 du

— ? ?「■ n —线圈匝数；

S----机电转换系数

(3-4)

对低频地震信导而言，线圈的感抗很小可以忽略，因此线圈中的感应电流为

R c ――线圈内阻；

Ro ――线圈负载电阻。

由楞次定律可知：当线圈中有电流流过时，线圈将受到阻止其运动的电磁力

-比寺「F S亠门 (3 -6)

WC3-3)式、(3-5)式代入(3-6)式得

3 ?铝制线圈架受到的电磁阻尼力

圆筒形铝制线圈架可看作是一个单匝闭合线圈。 当线圈架随同线圈一起在磁场中运动时,

圈架内将产生涡流磁场。涡流磁场对此涡流的作用力也将阻止线圈架运动，由 (

知，这种电磁阻尼力与线圈相对磁铁的运动速度 dx/dt成正比，方向相反： (3 " 5)

(3 -7)

线

3-7)式可

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析方法的主要特点。此外，配合离子束剥离技术和变角XPS技术，还可以进行薄膜材

料的深度分析和界面分析。 基 本 原 理 XPS方法的理论基础是爱因斯坦光电定律。用一束具有一定能量的X射线照射

固体样品，入射光子与样品相互作用，光子被吸收而将其能量转移给原子的某一壳层

上被束缚的电子，此时电子把所得能量的一部分用来克服结合能和功函数，余下的能

量作为它的动能而发射出来，成为光电子，这个过程就是光电效应。

该过程可用公式表示：hγ=Ek+Eb+Er （1）

hγ：X光子的能量（h为普朗克常数，γ为光的频率）；Ek：光电子的能量；Eb：

电子的结合能；Er：原子的反冲能量。

其中Er很小，可以忽略。对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静

止电子，而是选用费米能级，由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能Eb，由

费米能级进入真空成为自由电子所需的能量为功函数Φ，剩余的能量成为自由电子的

动能Ek。

公式（1）还可表示为：

Ek= hγ- Eb-Φ Eb= hγ- Ek-Φ 仪器材料的功函数Φ是一个定值（谱仪的功函数），约为4eV，入射光子能量已

知，这样，如果测出电子的动能Ek，便可得到固体样品电子的结合能。原子能级中电

子的结合能(Binding Energy，简称为B.E.)。 其值等于把电子从所在的能级转移到

地震勘探在海洋石油勘探中的基本原理(2)资料

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《地震勘探在海洋石油勘探中的基本原理和OBS技术的介绍》

学生姓名

学 号

指导教师

学 院

专业班级

- 1 - 目录

引言 ............................................................................................................................................. - 2 -

一、 海洋地震勘探 .................................................................................................................... - 4 -

1.1测量原理 ....................................................................................................................... - 4 -

1.2数据处理和资料解释方面 ........................................................................................... - 5 -

1.3海洋地震波的激发 ....................................................................................................... - 5 -

地震勘探的原理及应用

地震勘探的原理及应用

地震勘探的原理及应用

1. 地震勘探的原理

地震勘探是一种利用地震波在地下传播的特性来获取地下结构信息的方法。地震勘探的原理基于以下两个基本假设：

1. 地震波在不同介质中传播速度不同

地震波在地下介质中传播时，会遇到不同密度、不同速度的介质。根据介质的物理性质不同，地震波在不同介质中传播时会有相应的速度变化。这种速度变化导致地震波在地下的传播路径发生偏折、折射和反射，从而提供了地下结构的信息。

2. 地震波与地下结构的相互作用导致地震波的衰减和改变

地震波在地下传播时，会与地下结构发生相互作用。地震波的能量在与地下结构相互作用时会发生衰减，即地震波的振幅逐渐减小。同时，地震波也会因为地下结构的反射、折射等作用而发生衰减，波形也会发生改变。通过地震波在地下的衰减和改变，可以推断地下结构的性质和分布。

2. 地震勘探的应用

地震勘探在地质科学研究、地下工程勘察和矿产资源开发等领域具有广泛的应用。

2.1 地质科学研究

地震勘探可以帮助地质学家研究地下岩石、沉积物的分布和结构。通过分析地震波在地下的传播速度变化和波形改变，可以推断出地下的岩石类型、厚度、形态等信息。地震勘探可以帮助地质学家了解地壳运动、地震活动和地下断裂带等地质现象，进而预测地震风险和地质灾害。

2.2 地下工程勘察

地震勘探在地下工程勘察中起着重要的作用。在建设大型工程项目（如大坝、地铁、隧道等）前，需要了解地下的地质条件和结构，以便选择合适的工程设计方案。地震勘探可以提供地下土层、岩石、裂隙等的信息，帮助工程师在进行工程勘察和设计时避免地质灾害风险，减少工程风险并提高工程质量。

2.3 矿产资源开发

地震勘探可以在矿产资源勘探中发挥重要的作用。通过分析地震波在地下的传播速度和波形改变，可以判断地下是否存在矿产资源。地震勘探可以帮助勘探人员找到矿脉、矿体等矿产资源的分布情况，并预测矿体的形态、规模和品位等信息。这些信息对于矿产资源的开发和利用具有重要的指导意义。

地质勘探中的地质勘探仪器

地质勘探中的地质勘探仪器

地质勘探中的地质勘探仪器

地质勘探是指通过对地壳、地球内部及地球表面的各种物质和现象进行系统观测、测量和分析，以获取地质信息的一门科学技术。地质勘探仪器作为地质勘探的工具，发挥着关键作用。本文将介绍几种常见的地质勘探仪器。

一、地震仪

地震仪是地质勘探中最常用的仪器之一。地震勘探利用地震波的传播特性研究地球内部结构，探测油气矿藏、岩层构造等信息。地震仪通过测量地震波的传播速度、振幅等参数，推断地下的地质情况。

二、地磁仪

地磁仪用于测量地球磁场的变化，通过观测磁场强度和方向的变化，探测地下的矿产资源、构造特征等信息。地磁仪常用于寻找地下金属矿床、勘探石油和天然气储层等。

三、重力仪

重力仪测量地球表面某一点上物体受到的引力大小，通过观测引力变化来探测地下的密度变化。重力勘探常用于寻找矿床、发现地下脉络和断层。

四、电磁仪 电磁仪是利用地球的自然电磁信号或外加电磁信号，通过观测电磁场的变化来探测地下的物质分布和性质。电磁勘探广泛应用于矿产资源勘查、地下水勘察等领域。

五、雷达仪

雷达仪利用超声波或电磁波在地下的反射和传播特性，勘探地下介质的物理属性和构造特征。雷达仪在城市规划、土壤调查、地下管道探测等方面具有重要作用。

六、地电仪

地电仪是测量地下电磁场的仪器，通过测量地下电阻率的分布，推断地下结构特征和地下含水层分布情况。地电勘探广泛应用于勘探地下水、找寻矿藏、勘查地震活动断层等。

地质勘探仪器的发展为地质勘探提供了强有力的支持，使得勘探工作变得更加高效、准确。随着技术的进步，地质勘探仪器也在不断创新和改进。

总结：

以上介绍的是地质勘探中常用的一些地质勘探仪器，包括地震仪、地磁仪、重力仪、电磁仪、雷达仪和地电仪。这些仪器通过测量和观测地球的物理场和信号，来推断地下的地质情况，为矿产资源勘查、地下水勘察等工作提供了重要的支持。随着科技的不断进步，地质勘探仪器的发展也在不断创新和完善，将进一步提高地质勘探的准确性和效率。