槽波地震仪的发展和DYSD_型矿井数字地震仪_冯宏

地震仪的发展与应用研究摘要：地震仪是一种监视地震的发生，记录地震相关参数的仪器，在工业社会，地震仪的应用范围也愈加广泛，成为很多民用领域的重点仪器。

本文主要针对地震仪的发展历史进行阐述，并探究集中代表性仪器的特征与应用。

关键词：地震仪；发展；应用地震仪在各个工业领域中的应用都十分广泛，伴随着地球物理科学的发展，地震仪的影响更加深远，地震仪不仅仅被应用于工程勘测、矿井安全等领域，也成为很多民用领域的重点仪器。

1 地震仪的发展历史随着技术的革新，地震仪更新换代的速度也越来越快，美国的DFS-V、法国SN338、国产SDZ-751是近年来研发出的新型数字型地震仪。

实际上，早在上世纪90年代初期，三维地震仪就已经诞生，代表性的有美国I/0公司的SYSTEM-ONE与法国Sercel公司的SN368，目前使用的主要地震仪是美国I/O公司的SYS-TEM-2000与SYSTEM-TWO。

地震仪最广泛的应用领域就是石油天然气勘探领域，这一技术的作用是其他勘探方式难以比拟的，受到了业界的广泛关注，地震勘探工作是一项系统的工程，其核心包括三个方面，即野外数据采集、地震数据处理以及综合地质解释，其中，地震数据的采集是核心环节，如果这一环节的工作出现问题，那么就无法保证勘探的质量。

在地震数据的采集方面，主要有仪器记录和野外施工两个方面，在确定施工方法与施工方案之后即可采集数据，目前我国最为常用的就是分布式多道遥测地震仪与集中式数字地震仪，在以往，我国地震仪的应用多集中在野外数据采集与室内资料处理上，进入到80年代后，开始改进现有的地震勘探仪，将原有fs/4的截止频率提升到fs/2.5，并提高了低切滤波器的陡度与频率，大量应用1ms采样，推行高频检波器、涡流检波器与频谱整形滤波器。

采用该种方式有效改善了地震仪的性能，在下一阶段下，为了开发出高分辨率的地震勘探仪，可以借鉴发达国家的编码震源技术。

同时，研发自主知识产权技术，改善现有的制造工艺，研制出具备高频提升功能与大瞬时动态功能的地震仪，提升我国在国际市场上的综合竞争力。

维歇尔垂直向地震仪，开始进行三分向地震观测。

为研究地脉动，1932年1月又装置了伽魏式水平向地震仪，使徐家汇天文台的地震观测装备达到了当时的先进水平。

由于日本发动侵华战争和台站经费不足，1941～1949年期间，除1200kg维歇尔地震仪勉强维持记录外，其余仪器有的停记，有的断续记录。

这是外国人在中国大陆设立的第一个地震台。

日本侵占中国台湾省后，首先于1897年建立了台北地震台。

以后，又相继建立了台南台(1898)、台中台(1902)、台东台(1903)、恒春台(1907)，以及花莲、阿里山、高雄、澎湖等台，初步形成了区域地震台网。

1935年台北、花莲、兰屿、台中、新竹、苗栗、宜兰、南投、台东等地连续发生了14次5～7级地震以后，又增设了宜兰、新竹、嘉义、新港、兰屿、玉山及大武等7个台，并改进了观测技术。

东北地区的地震观测工作开展较早。

1904～1908年间，俄国人与日本人相继在大连、营口、旅顺、沈阳及长春等地建立地震台。

伪满时期，又于1933至1936年分别增设了长春(新京)和延吉台。

这些台站的工作时断时续，资料不多，质量不高。

1909年德国人在青岛设置了地震台，配有维歇尔式水平向地震仪。

1924年该台由中国接管，一直工作到1948年。

这个地震台是中国大陆上记录时间比较长的一个台，但是观测质量不高，可用资料不多。

此外，耶稣会传教土曾在陕西省西安市以北的通远坊进行过地震观测；天津中法工商学院也在天津安置过地震仪。

这两处观测的时间很短，没有取得有用的资料。

第二节地震监测仪器设备发展中国地震局地球物理研究所的地震监测工作包括自1950年由在南京的前中央研究院的气象研究所和物理研究所、前中央地质调查所与当时在北京（当时的北平）的前北平研究院物理研究所等几部分组成的中国科学院地球物理研究所所做的工作（1954年由南京迁来北京，1978年与中国科学院分离）。

从时间跨度上看，中国地震局地球物理研究所的地震监测工作从某种意义上说也体现了我们国家近半个多世纪的监测发展史。

地震仪的发展史我国东汉时代的科学家张衡，在公元132年就制成了世界上最早的“地震仪”--地动仪。

由于地动仪只是记录了地震的大致方向，而非记录地震波，所以相当于是验震器，而非真正意义上的地震仪。

第一台真正意义上的地震仪由意大利科学家卢伊吉·帕尔米里于1855年发明，它具有复杂的机械系统。

这台机器使用装满水银的圆管并且装有电磁装置。

当震动使水银发生晃动时，电磁装置会触发一个内设的记录地壳移动的设备，粗略地显示出地震发生的时间和强度。

第一台精确的地震仪，于1880年由英国地理学家约翰·米尔恩在日本发明，他也被誉为“地震仪之父”，约翰·米尔恩发明出多种检测地震波的装置，其中一种是水平摆地震波检测仪。

这个精妙的装置有一根加重的小棒，在受到震动作用时会移动一个有光缝（一个可以通过光线的细长缝）的金属板。

金属板的移动使得一束反射回来的光线穿过板上的光缝，同时穿过在这块板下面的另外一个静止的光缝，落到一张高度感光的纸上，光线随后会将地震的移动“记录”下来。

1906年俄国王子鲍里斯·格里芩发明了第一台电磁地震仪，在这台机器的设计中，他利用了19 世纪由英国物理学家迈克尔·法拉第提出的电磁感应原理。

法拉第的感应原理认为磁铁磁力线密度的改变可以产生电荷。

在此基础上，格里芩制造出一种仪器，可以在感受到震动时将一个线圈穿过磁场，产生电流并将电流导入检流计中，检流计可以测量并直接记录电流。

电流随后移动一面镜子，如同米尔恩所制作的引导光线的金属板一样。

发展于第二次世界大战后，普雷斯·尤因地震仪使研究者能够记录长周期地震波－－波在相对较慢的速度下传递很长时间。

这种地震仪使用的摆与米尔恩模型中所使用的类似，不同的是使用一条有弹性的金属线代替枢轴支撑加重的小棒以减少摩擦。

战后还对地震仪进行了以下改进，引进自动计时器使计时更加准确，可以将数据放入计算机中进行分析等。

现在在地震研究中使用的地震仪主要有三种，每一种都有与它们将要测量的地震震动幅度（速度和强度）相应的周期（周期指的是摆完成一次摆动所需的时间长度，或者来回摆动一次所需的时间）。

中国煤炭地震勘探技术发展五十年中国煤炭地震勘探技术发展五十年2011年01月14日星期五12：50我国煤炭地震勘探技术的发展有着近50年的历史。

从无到有，从使用光点仪、模拟仪、数字仪到无线遥测仪；从折射到反射，从单次覆盖到多次覆盖；从二维到三维；从单波到多波。

经过几代人的不断努力，逐步形成了中国特色的煤炭地震勘探技术体系，目前整体技术水平处与国际先进地位。

1起步阶段50~60年代是我国煤炭地震勘探的起步阶段。

期间，使用光点地震仪，应用折射波及对比折射波法和简单的单次覆盖反射方法为我国一些老矿外围进行了扩大和延伸勘探，发现了一些新的煤炭资源，受到煤炭工业部和地质部的高度重视，为我国煤炭地震技术进步和勘探队伍的发展壮大打下了坚实的基础。

中国第一个煤田地震队成立于1955年，成立的同年在华北平原的开平煤田佃家寨区进行了方法试验。

1956年在该煤田的弯道山井田试验成功，取得了煤系和非煤系地层的界面数据，初步确立了用以寻找新煤田的地震折射波野外工作方法和资料解释方法。

1956年八月，在徐州贾汪煤田潘家庵区首次进行了单次覆盖反射波法勘探。

随后，在华北平原、黄淮平原、松辽平原、西北、江南地区利用地震方法开展了找煤和圈定煤田边界的工作，并在车轴山、蓟玉、两淮外围、徐州张集、新郑、禹县、邢台等寻找和发现了一些隐伏煤田，圈出了邢台、东庞、隆尧等煤田边界，并得到地质钻探验证，地质效果显著。

该方法的应用发现了一些隐伏煤田，并大大加快了勘探速度，节省了为控制煤田边界而造成的钻探工程量的浪费，为进一步普、详查提供了可靠的依据。

这些成果初步体现了利用地震勘探寻找新的煤炭资源以及其配合钻探进行综合勘探的作用，为我国煤炭地震勘探的进一步发展奠定了基础。

这期间，所使用的地震仪是光点地震仪，主要有,1955年进口的第一台民主德国生产的Askanina-24型24道光点地震仪和1956年开始先后引进的匈牙利、前苏联和瑞典等国制造的光点地震仪，总计26台。

2019年第11期西部探矿工程*收稿日期：2019-03-13修回日期：2019-03-21作者简介：赵护林（1965-），男（汉族），陕西渭南人，工程师，现从事煤炭地质工作。

透射法槽波地震勘探技术在采煤工作面的应用赵护林*（山西省煤炭地质144勘查院，山西洪洞041600）摘要:槽波地震勘探技术是近年来发展起来的矿井物探新技术、新方法。

以山西某矿150117工作面为例，阐述了槽波地震勘探技术在解决采煤工作面内隐伏地质构造方面的应用效果。

关键词：槽波；采煤工作面；地质构造中图分类号：P632文献标识码：B 文章编号：1004-5716(2019)11-0145-03槽波地震勘探是利用在煤层中激发、煤层中传播、煤层中接收的导波，来探测煤层不连续性的—种物探方法。

槽波勘探，属于地震勘探的一个分支，可以查明采煤工作面内隐伏断层、陷落柱、冲刷带、煤层变薄带等地质构造，具有探测距离大、精度高、抗干扰能力强、信噪比高以及最终成果直观的优点，尤其在探测精度和距离上，优于其他矿井物探方法。

下面以山西某矿150117工作面为例，分析说明透射法槽波地震勘探技术在采煤工作面的应用效果。

1勘探区地质概况1.1矿区地质概况该矿区位于山西地台中部，祁吕贺“山”字型构造，前弧东翼之外侧，山西经向构造亚带与阳曲—盂县纬向构造带结合部位之东南隅，沁水坳陷的东北边缘，地处太原东山背斜南翼与晋中新断陷接壤部位。

区域以断裂为主，褶皱次之，地质构造总体上近东西走向，倾向向南的单斜构造，北山地区的一系列NE 向断层构成的山前断裂带，对西北部低山区和东南部丘陵的形成起到控制作用。

煤矿开采15号煤层过程中，揭露了一些断层、褶皱、陷落柱等构造，15号煤层共揭露55条断层，均为正断层，落差在1.2~40m 之间，其中落差大于或等于10m 的断层4条，落差小于10m 且大于或等于5m 的断层13条，其余断层落差均小于5m 。

1.2矿井工作面地质概况该矿150117工作面位于矿井东南部，开采石炭系上统太原组15号煤层，煤的密度为1.44g/cm 3，煤层厚度从1.97~7.15m ，平均煤厚5.97m ，煤层倾角小于8°，煤层稳定可采，有两层夹矸，厚度为0.2m 和0.4m 。

地震勘探仪的发展与趋向遥测地震仪具有很多优点:如基于分布式数据采集的设计理念,提高了仪器的带道能力,适合三维地震勘探;大线中传输的数据为数字信号,大幅降低了信号传输过程中的道间串音、天电干扰、工频干扰等影响;去掉了转换开关、瞬时浮点放大器和模拟滤波器等,减轻外设和系统质量,降低了功耗,提高了工作效率;采用24位A/D转换器,使记录动态范围增大、量化误差(白噪声)减小;采样率大幅提高,波形畸变减小,频带宽度增大,串音减小;另外,采用遥测技术实现数据的网络传输,传输速率增加,可以实现实时采集;在地震仪中植入GPS(GlobalPositioningSystem)授时系统,使地震仪可以独立定位、同步授时。

当然,该仪器也存在一些缺点,如检波器和采集站之间传输的信号为模拟信号,处于数据采集前端的检波器的动态范围一般只有50~60dB,采集道数增加后仪器系统显得笨重等。

第5代———全数字遥测地震仪2002年,ION公司首次研制出MEMS(MicroE-lectroMechanicalSystems)加速度检波器。

可以替代传统的动圈式传感器,地震勘探仪又进入了一个新的发展阶段。

目前,以MEMS检波器接收为特征的全数字遥测地震仪中,无线采集系统的代表性仪器有FireFly、Hawk、UNITE,有线采集系统的代表性仪器有428XL、System-Ⅳ等,核心技术与器件为MEMS技术全数字传输记录。

该采集系统的外设能耗低、质量小、斜角度可达±180°、带道能力可达10万道,采用三分量全数字传感器接收,动态范围达120dB(4ms)、失真小(-90dB)、频带宽(0~800Hz),幅频特性好、数据传输可靠性高,具有超低噪声、动态范围大、向量保真度高等优点,一些地震勘探队伍也已引进了设备。

全数字遥测地震仪的主要特点有:①采用MEMS数字检波器,解决了高频信号接收的问题;②检波器直接输出数字信号,大幅提高了信号保真度;③采用新工艺使仪器的集成度更高、体积更小、质量更小、耗电更少。

第三册矿井地球物理勘探39 矿井物探概述39 .1 矿井物探的意义我国能源发展战略是：坚持以煤炭为主体，电力为中心，油气和新能源全面发展。

因此，煤炭作为主体能源的地位将在很长一段时间内保持下去。

而我国以地下采煤为主，开采技术条件复杂，其中地质条件是制约采掘机械化、井下作业环境和煤矿企业可持续发展的主要因素。

随着科学发展观在煤矿企业的落实，以及国民经济快速发展对能源需求的骤增，一批高产高效矿井正在建设或陆续投产，一是要求在探测的采区内在地面选择适宜的勘查手段，如：地面高分辨二维和三维地震勘探，电法对采区进行探测，为采区规划设计提供地质依据。

二是在大型重达上千吨综采设备安装前或采区开采前，在矿井下查明与控制工作面内一切地质异常体，如：小断层和小褶曲、煤层厚度变化、煤层冲刷、剥蚀、煤层分叉、合并与尖灭、陷落柱、岩浆岩侵入煤层变焦、瓦斯涌出、岩溶及老空空间分布、可能的涌水点及通道、顶底板富水情况、顶板与围岩的稳定性等等。

这些地质异常即使规模小，如果不及时超前探查，不但造成采掘系统布局不合理，资源浪费，还直接影响高产高效工作面的持续开采及矿井水害的有效防治，更甚者危及整个矿井和矿工安全。

一旦发生问题，损失巨大。

由于一个等于煤厚小断层存在，导致工作面无法正常推进，设备被迫搬迁，经济损失惊人。

例如联邦德国约有20%左右综采面都遇到没有预料到的地质破坏；前苏联有三分之一综采工作面，因地质条件变化而被迫搬迁。

另外，众多的地方小煤矿，多数开采零星的煤田边角，原勘探程度低，构造相对复杂，给矿井采区设计和采掘造成很大影响。

据不完全统计，1955年至2002年四十余年来，全国煤矿发生300m3/h以上突水达893次，淹没矿井398次，造成直接经济损失达十亿元。

例如：1984年6月，开滦范各庄煤矿2171综采工作面发生充水陷落柱透水灾害，突水高峰期11h，平均涌水量达123180m3/h，仅21h淹没年产300万吨的整个矿井，8天后又淹没了吕家坨矿。

0引言矿产资源勘探期间，人们需要先充分了解不同的物探方法与仪器，然后结合实际选择最佳的探测仪器和方法，如此方能顺利完成勘探任务。

因此勘探工作开始前，有必要对不同的勘探方法应用范围与特点展开详细研究，以便为勘探工作开展奠定良好基础。

1地震勘探仪发展历程地震勘探仪作为记录地震波的主要仪器，结合地震波记录形式，地震勘探仪发展已经历时6代。

其中，第1代设备是电子管地震仪，也叫做模拟光点记录地震勘探仪。

这种地震仪由电子管研制而成，受到光电感应方面的限制，动态范围相对较小，大小为20dB，频率为10Hz，使用自动增益进行控制，实际记录结果不能当做数据进行处理。

第2代地震仪材质为晶体管，也叫做模拟磁带地震勘探仪。

这种地震勘探仪主要使用晶体管电路，用磁带记录信息，可以进行多次回放，也可以经过多次数据处理和叠加。

其中动态范围一般为50dB，频率范围在15~120Hz之间，控制方法为程序增益控制。

第3代地震仪为集成电路式，也叫做数字磁带记录地震仪。

这种地震仪主要使用二进制与瞬时点增益控制法。

这一装置可以将检波器信号转变为数字信号，然后将其记录于磁带当中。

这种地震仪的主要勘测范围在120~170dB之间，频率超过3~250Hz之间，这一仪器可以明显提升振幅精度，其精度可达0.1%~0.01%。

第4代地震仪也是集成电路形式，这种地震仪又叫做早期遥测地震仪。

遥测地震仪由野外地震数据采集站与中央控制记录系统组成。

第5代地震仪为大规模集成电路构成，这种地震仪也叫做新的遥测地震仪，它可以实现多种数据的传输，且模式多样。

第6代地震仪为全数字遥测地震仪，其主要使用全数字化技术对数据进行传输记录。

自本世纪起，地震仪中就开始使用微机械电子技术，并在技术上有效解决了传统地震检测器中的地震勘探问题。

另外，该地震勘探仪的发展也促进了经济的良性发展，在工业化生产的助推下，物探技术不断向前。

总之，随着地质勘探难度逐渐加大，地球物理极限问题逐渐增加，这给物探技术发展带来了新的挑战。

地震仪器的发展(第一部分)
杨大克;罗艳
【期刊名称】《防灾科技学院学报》
【年(卷),期】2005(007)002
【摘要】国内外地震仪器的发展过程，主要可分为四个阶段：古代地震仪(验震器)，早期地震仪(机械杠杆放大地震仪，光杠杆放大地震仪，电流计放大地震仪)，近代地震仪(电子放大地震仪)和现代地震仪(反馈式地震仪，数字地震仪，网络化地震仪)。

现分述如下。

【总页数】6页(P19-24)
【作者】杨大克;罗艳
【作者单位】中国地震局地震预测研究所,北京,100036;中国地震局地震预测研究所,北京,100036
【正文语种】中文
【中图分类】TP315.62
【相关文献】
1.我国城市燃气的发展和国际燃气联盟对当前燃气发展形势的有关论述(第一部分) [J], 李猷嘉
2.地震仪器的发展(第二部分) [J], 杨大克;罗艳
3.2012年度零售业发展报告第一部分零售业发展情况 [J],
4.现代通信新技术现状及发展：第一部分：国内外卫星通信的发展现状与趋势 [J], 温永兴;李华清
5.优化环境：挑战新一轮发展先机的第一竞争点—关于对全省部分市县优化发展环境的调查与思考 [J], 蔡普春;冯印涛
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槽波地震仪的发展和DYSD-Ⅲ型矿井数字地震仪
冯宏;文柱展;张仲礼
【期刊名称】《煤田地质与勘探》
【年(卷),期】1994(000)003
【摘要】无
【总页数】1页(P55)
【作者】冯宏;文柱展;张仲礼
【作者单位】无
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于节点式地震仪的煤矿井下槽波地震勘探技术 [J], 程建远;江浩;姬广忠;吴海
2.从现实物探技术要求与当前数字地震仪差距看地震仪器的发展 [J], 贾艳芳;彭珣
3.DAS型轻便数字地震仪在野外观测中的运用及注意的有关问题 [J], 何德超
4.KDY—1型矿井地震仪在槽波法探测地质构造中的应用 [J], 徐守仁
5.中地装(重庆)地质仪器有限公司(原重庆地质仪器厂)EPS便携式数字地震仪和CZS一体化宽频带数字地震仪 [J],
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我国地震勘探仪器的发展
王百成
【期刊名称】《地质装备》
【年(卷),期】2000(001)003
【摘要】本文详细介绍了我国地震勘探仪器的发展历程：即模拟地震仪时期、数字地震仪时期和遥测地震仪时期，分析了各个发展时期地震勘探仪的特点和内存的不足之处。

最后，作者简要地指出了地震仪器今后的发展方向。

【总页数】8页(P3-10)
【作者】王百成
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】P631.43
【相关文献】
1.槽波地震勘探仪器的发展现状 [J], 杨雪;宋俊磊;王典洪;晋芳;莫文琴;董凯锋
2.地震勘探仪器发展的机遇、挑战及研发分析与展望 [J], 易碧金;穆群英;岩巍;夏颖;仲明帷
3.井中地震勘探仪器的现状与发展 [J], 章玉平
4.地震勘探仪器的现状与发展 [J], 周杨
5.现代网络传输技术与地震勘探仪器的发展分析 [J], 江雷
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地震勘探仪器发展的时代划分及其技术特征王文良石油物探局物资装备事业部装备租赁中心2002年11月26目录前言一、地震仪器发展时代划分的原则和方法1、地震仪器发展时代划分的原则2、地震仪器发展时代划分的方法和主要标志二、地震勘探对地震仪器的基本技术要求——地震仪器发展的理论条件和动力1、地震勘探从理论到方法的需要是地震仪器发展的动力源泉2、地震勘探对地震仪器的基本技术要求三、地震勘探仪器发展的技术条件1、地震勘探仪器发展的技术条件2、地震勘探仪器的发展与电子技术和计算机技术发展的关系四、各代地震仪器的特点1、第一代：模拟光点记录地震仪2、第二代：模拟磁带记录地震仪3、第三代：数字磁带记录地震仪4、第四代：早期遥测地震仪5、第五代：24位遥测地震仪五、我国地震勘探仪器装备的发展六、当前地震仪器发展所面临的关键问题七、下一代地震勘探仪器的基本技术性能和特征结束语***********************************前言在现代社会生产力中，以劳动工具为主的生产资料无不凝聚着各种科学知识和技术成果。

新的生产工具几乎都是科学技术知识的物化。

劳动者在生产过程中不断有所发明、有所创新，当他们创造和使用新的生产工具时，就必然会大大推动生产力的发展，从而引起生产方式的发展和变化。

而生产方式的变化又引起整个社会的发展变化。

地震勘探仪器，毫无疑问是凝聚着浓重现代科学技术知识的复杂生产工具。

一方面，地震勘探仪器的发展，是以地震勘探的发展和需求为前提条件和动力源泉；另一方面，地震仪器的发展又直接制约和促进着地震勘探的发展。

地震仪器至今已经发展几十年了，关于仪器发展的时代如何划分的问题，并没有专题研究的文献。

涉及到这个问题的文字和信息基本上都是散见于有关教科书，仪器制造厂商的商业宣传，以及本行科技工作者的观点反应。

我今天给各位简要介绍一下。

不谈原理、不写公式、不分析电路的技术发展。

一、地震仪器发展时代划分的原则和方法1、地震仪器发展时代划分的原则（1）由于采用了关键性新材料、新器件或引入了创新性的新方法、新工艺、新技术，而直接影响了仪器系统一系列主要功能、重要性能和技术指标，从而大幅度提高了生产质量。