海上宽频地震采集技术新进展

海上地震勘探系统的技术发展与趋势地震勘探系统是一种关键的工具，用于检测和研究地下的地震活动。

它通过记录和分析地震波的传播路径和特征，可以帮助地质学家和地震学家更好地理解地壳结构和地震活动的模式。

在过去的几十年里，海上地震勘探系统得到了显著的技术发展，这些发展不仅提高了数据采集的效率和准确性，还增加了勘探任务的范围和深度。

本文将探讨海上地震勘探系统的技术发展与趋势。

从传统的海底地震勘探设备到现代化的多传感器系统，地震勘探技术已经取得了巨大的进步。

传统的海上地震测量通常利用单一传感器，如水下声纳或磁力计，通过测量海底的地震信号来获取地下地壳的信息。

然而，这种方法有一些限制，例如对数据的处理速度较慢、只能测量有限的参数以及不能进行高分辨率的地下成像等。

近年来，随着技术的进步，多传感器地震勘探系统逐渐成为主流。

这些系统结合了多种传感器，如水下声纳、地震仪、磁力计和测量钻孔，以获取更多的数据和参数。

其中一个关键的发展是多传感器的同时采样和记录，这使得研究人员可以在短时间内获取更多的数据并进行实时的数据处理和分析。

另一个重要的发展是多传感器系统的自动化，使得数据的收集和处理更加高效和准确。

除了传感器和数据采集的技术发展，海上地震勘探系统还受益于数据处理和成像算法的进步。

传统的地震数据处理需要大量的时间和计算资源，而现代的算法和技术可以更快地处理海量的数据并生成高分辨率的地下成像结果。

例如，全波形反演是一种先进的算法，可以通过分析全部的地震波数据来提高成像的质量和准确性。

此外，机器学习和人工智能等新兴技术也被应用于地震数据的处理和解释，以帮助解决一些复杂的地下问题。

随着海上地震勘探系统的不断发展，一些新的趋势也逐渐出现。

首先，海上地震勘探系统正朝着更大深度和更高分辨率的方向发展。

为了探测和研究更深的地下结构，勘探船和设备需要具备更大的工作范围和深度能力。

同时，为了获取更清晰的地下成像结果，系统需要提高分辨率，以便更好地解析地壳的细节。

海洋海底地震勘探技术一、引言海洋地震勘探技术是指利用声波、电磁波等物理手段进行海洋海底地质、地形的勘探。

随着科学技术的不断发展，海洋地震勘探技术在海洋国防、海洋资源开发利用、海洋环境保护等方面发挥着越来越重要的作用。

本文将从测深、声纳、地震探测、岩心采样、多波束扫描成像等方面介绍海洋地震勘探技术的发展及其应用。

二、测深技术测深技术是指利用声波测定海洋的水深。

它是海洋地震勘探中最基本、最常用的测量方法。

测深的主要手段有声学测深和卫星测深。

1. 声学测深声学测深是利用声波测定水深的方法，可以测定海底形态，确定水深，为后续的海洋地震勘探提供基本条件。

2. 卫星测深卫星测深是利用卫星高度测定海平面高度和海底地形的方法。

卫星测深主要利用雷达高度计进行测量，可以得到全球海岸线和河口密度分布。

三、声纳技术声纳是海洋地震勘探中最重要的仪器之一，常用于测定海底地貌、水体速度分布和海洋环境等参数的测量。

目前，声纳技术主要有单波束和多波束两种。

1. 单波束声纳技术单波束声纳技术是指通过一个声学波束对目标进行扫描、接收反射信号并实现成像。

它的主要用途包括测量海底深度、地形、地貌和地下构造等。

2. 多波束声纳技术多波束声纳技术是指同时对多个方向进行声学波束发射和接收，从而实现海底的分区域探测。

它可用于检测复杂的海底地貌和地下结构，具有成像效果更加清晰、更详细的优点。

四、地震探测技术地震勘探技术是指利用地震波来探测地球内部结构和矿产资源等，它是一种高效的海洋地质勘探方法。

在海洋地震勘探中，可以利用声波，甚至地震震源发射的冲击波来进行地震探测。

1. 重力法地震探测技术重力法地震探测技术是一种基于质量引力的探测方法，利用重力变化分析来判断沉积地层厚度、海底地形等地质信息。

重力法对大地形影响较弱，测量精度较高，而且数据可靠。

2. 电磁法地震探测技术电磁法地震探测技术利用地下矿产物的电性差异，运用电磁波在海底进行传递，探测法影响电学参数的变化。

国内陆上“两宽一高”地震勘探技术及发展宁宏晓;唐东磊;皮红梅;唐传章;唐海忠;张艳红【摘要】“两宽一高”是指宽方位、宽频带和高密度地震勘探技术.从地震勘探高密度空间采样理念出发,系统地介绍了无假频检波、基于波动照明分析的观测系统优化、基于原始单炮信噪比的覆盖密度设计、基于叠前偏移子波均匀性的观测系统评价方法等新的地震勘探观测系统设计与评价方法;介绍了基于硬件改进的宽频激发和宽频接收技术,可以实现1.5Hz的低频和超过120Hz的宽频带激发技术;描述了可控震源滑动扫描方法、井炮高效激发技术、自动实时质量控制等高效采集作业技术,为“两宽一高”地震勘探技术的有效实施实现了技术配套.“两宽一高”地震资料与基于炮检距向量片(OVT)的五维处理技术的结合,发挥了“两宽一高”地震资料的优势,提高了地震勘探资料的成像精度.统计分析了近年该项技术的实际应用情况,并给出了该项技术在我国西部复杂山地和东部复杂城区的两个典型三维地震勘探应用实例.最后分析讨论了节点仪器采集、超高效混叠采集技术、智能化信息化控制管理技术和压缩感知技术,认为这些技术会成为今后地震勘探特别是地震勘探采集技术的发展趋势和方向.【期刊名称】《石油物探》【年(卷),期】2019(058)005【总页数】9页(P645-653)【关键词】两宽一高;高效采集;宽频激发;宽频检波器;动态扫描;实时监控;数字化管理;谐波干扰【作者】宁宏晓;唐东磊;皮红梅;唐传章;唐海忠;张艳红【作者单位】中国石油集团东方地球物理责任有限公司,河北涿州072750;中国石油集团东方地球物理责任有限公司,河北涿州072750;中国石油集团东方地球物理责任有限公司,河北涿州072750;中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司,河北任丘062552;中国石油天然气股份有限公司玉门油田分公司,甘肃酒泉735019;中国石油集团东方地球物理责任有限公司,河北涿州072750【正文语种】中文【中图分类】P63121世纪以来,我国陆上油气勘探的重点迅速向复杂构造、地层岩性、碳酸盐岩和非常规储层4个领域转移[1-2]。

无线传感器网络在海洋地震监测中的应用地震作为大自然中常见的自然灾害之一，给人类的生命财产安全带来了巨大的威胁。

对于海洋地震的监测和预警尤为重要，因为海洋地震不仅会引发海啸等次生灾害，还会对沿海地区的生态环境和渔业资源造成重大破坏。

随着科技的进步，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）在海洋地震监测中的应用发挥了重要作用。

无线传感器网络是一种由大量低成本、低功耗、具有自主存储和通信功能的传感器节点组成的分布式网络。

这些节点能够感知环境中的各种参数，并将数据无线传输到基站进行处理和分析。

在海洋地震监测中，无线传感器网络可以实现多个节点的远程监测并进行实时数据采集，从而提供准确性高的地震预警和监测服务。

首先，无线传感器网络可以广泛部署于海床，形成一个连续覆盖的监测网络。

传感器节点可以通过浮力装置等方式固定在海床上，通过感应器感知地震波传播过程中的压力、振动等参数。

节点之间通过无线通信相互连接，构成一个实时监测网络。

由于无线传感器节点成本低廉，因此可以密集部署在待监测区域，提高监测的准确性和覆盖范围。

其次，无线传感器网络还能够实时采集地震数据并进行实时传输。

在传统的地震监测方法中，通常需要人工驻守和手动采集数据，工作量大且耗费时间。

而无线传感器网络能够自动、高效地采集数据，并实时传输到地震监测中心。

通过无线传感器网络，地震监测中心可以及时获取到地震事件的发生时间、震级和震源位置等详细信息，为后续的地震预警和抗震减灾工作提供重要依据。

此外，无线传感器网络还能够实现海洋地震监测的远程管理和控制。

在传感器节点的部署和维护过程中，人们通常需要投入大量的人力物力。

而无线传感器网络可以实现远程配置和管理，减少了人力资源的浪费。

监测中心可以通过远程控制节点的工作模式、功耗和传输频率等参数，使传感器网络更加灵活和高效地工作。

另外，无线传感器网络还可以实现故障检测和自愈功能。

由于海底环境复杂且恶劣，无线传感器节点在使用过程中可能会发生损坏、失效或者被破坏。

一体化低功耗宽频带数字地震仪研制彭朝勇;杨建思;薛兵;陈阳;朱小毅;张妍;李江【摘要】流动观测台网与固定观测台网的结合是当前地震观测技术系统发展的一个趋势.针对流动观测时地震计与地震数据采集器互相独立、携带不方便、功耗高的问题,自主研发了一款适合流动观测的集地震信号提取、数据采集、记录和服务为一体的数字地震仪.该仪器具有频带宽(60 s-80 Hz)、动态范围高(＞140 dB)、功耗低(0.6 W)、携带方便(整机重量在15kg左右,包括供电系统、GPS天线和包装箱)等特点.详细介绍了该地震仪的外观结构、整体硬件结构、低功耗处理技术和所采用的灵敏度校正、标准方位和正交校正技术.对仪器的主要性能参数指标进行了严格的测试,并给出了具体的测试结果.该仪器研制完成后,投入到了青海玉树Ms7.1地震震后流动观测中.从半年的实际使用结果来看,该仪器能够满足流动观测的要求.【期刊名称】《地震学报》【年(卷),期】2014(036)001【总页数】10页(P146-155)【关键词】一体化;宽频带地震仪;低功耗;仪器校正;流动观测;玉树Ms7.1地震【作者】彭朝勇;杨建思;薛兵;陈阳;朱小毅;张妍;李江【作者单位】中国北京100081 中国地震局地球物理研究所;中国北京100036 中国地震局地震预测研究所;中国北京100081 中国地震局地球物理研究所;中国北京100036 中国地震局地震预测研究所;中国北京100036 中国地震局地震预测研究所;中国北京100036 中国地震局地震预测研究所;中国北京102628 北京港震机电技术有限公司;中国北京100036 中国地震局地震预测研究所【正文语种】中文【中图分类】P315.62引言流动数字地震台网作为“‘十五’中国数字地震观测网络”项目建成的新一代中国数字地震观测系统的一部分，在我国地震观测事业中发挥着重要作用（刘瑞丰等，2008；郑秀芬等，2009）.流动数字地震观测设备必须满足流动性要求（郭建，刘光鼎，2009；陆其鹄等，2009），因此组成流动数字地震观测系统的各个设备必须具有体积小、重量轻、功耗低等特点（游庆瑜等，2003；李江等，2010）.另外，流动观测现场一般都不具备交流电源，而是采用蓄电池或太阳能电池供电.在这种情况下，观测设备的功耗越低，则耗电越少，采用容量不太大的蓄电池或太阳能电池即可工作，从而有助于降低观测成本.当前，我国流动地震观测中使用的观测仪器，有进口的，也有国内自制的，基本都是将独自存在的地震计与地震数据采集器通过电缆连接而成（陈祖斌等，2006；王超等，2007）.在这种情况下，进行流动观测时，需要同时运输地震计和地震数据采集器，增加了观测成本和安装成本.目前，国际上一体化低功耗宽频带数字地震仪的种类并不多，成为正常销售产品的只有英国Guralp公司生产的CMG-40TDE.在本项设备完成研制之前，我国还没有自行研制的用于野外流动地震观测的一体化数字地震仪.为此，在中国地震局统一组织下，中国地震局地震预测研究所开发出了新型的集地震信号提取、数据采集、记录和服务为一体的低功耗宽频带数字地震仪，并于2010年5月将该仪器投入到青海玉树MS7.1地震活动现场进行流动观测.1 整机系统总体设计与结构图1 宽频带数字地震仪总体结构Fig.1 Global structure of the broadbanddigital seismograph一体化低功耗宽频带数字地震仪研制项目组在经过充分的预研、调查和研制准备后，确定了总体技术方案.图1是该地震仪的外观和内部实体图.从图1可以看出，整机系统外观结构由以下部分组成：底座、三分向宽频带数字机械摆、4层电路板和机壳.底座上安装航空插座，向外提供各种输入／输出接口.为了减少接口数量，我们将网络通信接口和串口通信接口合二为一，只向外提供电源、通信和授时模块3个接口.另外，底座上还添加了3个底脚螺丝和一个水平气泡用于系统安装时调平.宽频带数字地震仪的机械摆通过扁平电缆与上层电路板之间进行连接.从底座伸出3根立柱，用于支撑4块电路板：前级放大电路板（AMP板）、反馈及采集电路板（ADC板）、电源及控制电路板（PWR板）和CPU板.AMP板生成驱动地震计电容极板的振荡信号，并完成地震计输出小信号的放大和解调；ADC板负责将地震计输出的模拟电平转换成数字量，并完成地震计反馈控制；PWR板提供仪器所有的数字电路供电（＋3.3V）、模拟电路供电（±12V，±3.5V）以及部分控制电路供电；CPU板上运行Linux操作系统，提供数据采集管理、数据存贮、数据网络服务等功能.4层电路板之间分别用一定高度的有机玻璃套环进行定位，下方通过立柱上的小台阶进行定位，上方通过金属套环和顶丝固定在立柱上.为了便于携带安装，机壳上设计有拎手，同时在拎手上增加“N”方向指示.机壳上还设计了一个CF卡盖，方便用户在野外观测时随时更换CF卡.下面从硬件模块、低功耗处理和仪器校正等3个方面进行详细说明.1.1 硬件功能设计该地震仪对应的硬件结构如图2所示，由4大部分组成：宽频带地震计、数据采集、FPGA控制和微控制单元.图2 宽频带数字地震仪硬件结构Fig.2 Hardware structure of the broad-band digital seismograph1.1.1 宽频带地震计宽频带地震计是由一个垂直分向和两个水平分向组成的三位一体式结构的地震计.每个分向均为一体式独立结构，可以单独拆卸下来，其工作原理如图3所示.当地面运动时，由电容换能器产生的电压信号经放大后进入反馈网络产生反馈电流，流经反馈线圈产生反馈力.1.1.2 高精度数据采集一体化地震仪数据采集部分由前置放大、24位A／D转换、辅助采集通道、高稳定度晶体振荡电路等单元组成.为了将地震计输出的微小地震信号调整成24位A／D转换器所需要的信号大小，采集器三通道前置放大由3级基本电路组成.第一级小信号输入的放大电路采用场效应管组成的单端输入、双端输出的差分放大电路.使用场效应管可以提高输入阻抗，达到与电容换能器极板匹配的目的.第二级解调电路部分通过控制信号对高速模拟开关MAX353进行通道切换，从而达到调制目的.第三级放大电路由运算放大器LT6011和电容、电阻构成，形成差分平衡输出.实际使用中，该电路仅仅保留了直流增益.24位A／D转换器采用TI公司生产的ADS1281，其内部集成了可配置的数字滤波器.在电路连接上，采用引脚设置方式.在4.096MHz的工作时钟下，第一级SINC滤波器的抽取比为16；第二级为最小相位FIR数字滤波，抽取比为32.ADS1281的输出采样率为2kHz.辅助通道采样率固定为10Hz，用于电源电压量监测和宽频带地震计三分向零位监测.所采用的ADS7822是一种12位串行高速、采集速率可达75kHz的微功耗ADC芯片.ADS7822的输入端为“多选一”模拟开关，输入端采用高阻值电阻分压网络实现±10V的采集量程.由于ADS7822为单电源供电设计，模拟输入端电压范围不能超过供电电压范围，因此需要通过运算放大器对采集到的模拟量进行电平转化及平移.采集到的数字信号通过SPI接口送到CPU板.晶体振荡器主要提供数据采集ADS1281的采样时钟和可编程门阵列FPGA的时钟计数脉冲.选择稳定度优于10－6的TCXO模块，并带有压控输入端，在对钟的状态下，对晶振进行频率调节.TCXO晶振采用T11A（8.192MHz），其工作电压为3.3VDC±5%，频率稳定度≤±1.0×10－6，控制电压变化范围为0.5—2.5V（中心电压1.5VDC），频率牵引范围≥±10×10－6，斜率为正.由12位DAC7513提供TCXO的控制电压，通过CPU的SPI接口进行控制.1.1.3 FPGA控制逻辑一体化地震仪对数据采集通道、GPS码和SSC数据收发进行逻辑控制的所有功能仅由1枚FPGA芯片完成（Yu et al，2010）.该芯片采用Altera公司出产的具有20 060个逻辑门的EP1C3T144C8芯片.FPGA控制逻辑采用模块化的设计方法，其中包括：① 数据采集模块.每个ADS1281对应一个采集模块，当检测到DRDY有效时，FPGA向ADS1281连续发送32个SCLK信号，同时读取输出的32位数据到32位移位寄存器，等32位数据读取完成时，移动该数据到锁存寄存器，并设置数据标识为“有效”，以便SSC数据上行模块获取该数据；②IRIG-B码接收模块.根据IRIG-B码格式对GPS输入信号进行解析并生成6个16位数据缓存到6个寄存器中；③ 秒沿处理模块.当PPS秒沿到时，获取4.096MHz晶振计数值并缓存；④SSC数据上行模块.定时检测每个锁存的寄存器是否有新的数据，如果有，则根据类型对数据增加数据类型标识，生成32位数据并通过SSC将数据发送到CPU；⑤SSC数据下行模块.当进行地震计标定处理时，将标定数据从CPU通过SSC传输到1 024字节的FIFO缓冲区，并按照每1ms 1个数据的方式发送到DA 控制器进行标定控制.1.1.4 微控制单元微控制单元选用Atmel公司的AT91SAM9263CPU.该CPU采用ARM926EJ-S核心，最高时钟为240MHz.CPU与FPGA之间采用同步串行控制器SSC进行数据接收与命令发送操作.由于SSC接口配置了专用外设DMA控制器PDC，显著降低了外设与存储器之间数据传输所需的时钟周期数，因此提高了微控制器的性能，数据传输效率高，CPU负荷小，不会出现采集数据丢失的现象.微控制单元内置嵌入式Linux操作系统，同时在操作系统核心内实现了数据采集管理、FIR数字滤波运算（同时进行1，10，20，50，100，200和500Hz线性相位和最小相位滤波计算）、地震计控制等功能，并通过网络接口提供实时数据服务和参数设置.软件系统的主要功能包括：参数设置与管理、实时数据记录（存储于8GB CF卡上）、地震事件检测与记录、网络数据服务（提供低延时网络数据传输功能，用于“预警”处理）、主动发送服务、串口数据服务、标定处控制（提供脉冲、正弦、伪随机二进制码等3种标定信号）、GPS时间服务、地震计调零、存储空间监测与管理和系统运行监控等（王洪体等，2006）.1.2 低功耗处理为了降低整机系统功耗，使其能够适合流动观测的要求，在仪器设计时作了以下4种处理：①通过修改U-Boot和Linux内核程序，将ARM CPU主频频率由原来的200MHz降低到143MHz；② 增加了网络电源开断控制按钮，使得在不进行网络数据传输的情况下，用户可以关闭网络电源；③ 授时服务由原来的连续GPS授时模式，修改为间隔式GPS授时，即当一次GPS授时完成后，自动关闭GPS电源，并在下一次授时时，重新打开GPS电源进行服务；④LED显示15分钟后，自动关闭其背光电源.1.3 仪器校正传统的地震计与地震数据采集器分开设计的方式极少考虑对仪器的输出数据进行各种校正处理，主要是因为地震计与地震数据采集器不进行成套销售，或者由于某些公司只生产地震计或者地震数据采集器，所以用户方进行数据校正难度很大.采用一体化的设计，可以大大降低该项工作的难度，直接在仪器生产时就可以进行数据校正.1.3.1 灵敏度校正由于各台仪器的灵敏度往往都会有一些偏差，为了将3个通道的灵敏度都调节到500 counts／μm／s，需要对灵敏度因子进行修正.具体方法为：首先通过对比法（专业设备性能指标测试检测方法标准研究课题组，2011）得到地震仪的三分向灵敏度S，然后分别计算三分向灵敏度调节因子：将上式得到的调节因子K存入仪器的存储器中，最后在获取数据时自动乘以该因子就可以得到灵敏度校正后的输出结果.1.3.2 标准方位和正交性校正由于地震计内部装配误差等因素，地震计实际传感方向与标示方向并不一致.实际传感方向用xyz来表示，它们与ENU不重合，而是有一个小角度的误差，可采用如下公式进行消除：式中，vx，vy和vz是地震计原始记录的EW，NS和UD 3个地动速度分量；vEW，vNS和vUD是通过校正后输出的数据；αNS，αEW为地震计NS分向和EW分向的方位角；αUD为地震计垂直分向在水平面投影的方位角；βNS和βEW 分别为地震计NS分向和EW分向相对于水平面的仰角，βUD为地震计垂直分向偏离铅锤线的角度.6个角度量可通过对比法或者振动台法测得的结果经过拟合后得出（专业设备性能指标测试检测方法标准研究课题组，2011）.2 系统测试2.1 简介样机完成后，我们分别于2010年3月和9月在中国地震局地震预测研究所测震实验室和河北沽源九连城地震计测试基地依据相关测试标准（Charles et al，2010；专业设备性能指标测试检测方法标准研究课题组，2011）对其进行了各项参数指标测试.在测试中使用的具体测试设备有：1）超低失真度信号发生器（DS360）：失真度为－110dB.2）温湿度试验箱（SETH-020L）：温度范围为－50—100℃，温控精度为0.1℃. 3）标准时钟：GPS授时，具有时、分、秒脉冲输出，准确度为1μs.4）甚低频振动测试系统：频率范围为0.000 2—250Hz（有中国计量科学院出具的检定证书和校准证书）.2.2 主要参数指标测试及其结果1）灵敏度测试.测试时，将样机平稳地放在振动台台面中心，调整灵敏轴使其与振动方向平行，记录振动台输出信号的速度值.从计算机记录文件读取地震仪的输出数字值，获取到的测试结果如表1所示.2）线性度测试.由于地震计的频率特性为带通滤波器，不能使用静态直流信号输入进行测试，只能使用正弦信号进行交流测试.具体测试时，测试频率选择5Hz，然后通过调整标准信号源输出幅度x，同时记录样机的输出幅值y，最后进行线性拟合并求出线性度误差，测试结果见表2.表1 灵敏度测试结果Table 1 Test result of sensitivity测试频率／Hz响应灵敏度／（coun t·μm－1·s－1）UD EW NS 5.0 503.774 502.226 506.015表2 线性度测试结果Table 2 Test result of linearity频率／Hz信号源输入／V UD被测仪器输出／count线性拟合结果／count EW被测仪器输出／count count 1 1321265 1318186 1046320 1044447 1015009 101线性拟合结果／count NS被测仪器输出／count线性拟合结果／0.234% 0.179%0.117%3827 2 2640482 2637392 2091207 2088685 2028991 2027645 3 3957207 3956597 3134036 3132922 3041847 3041463 45274885 5275803 4176722 4177160 4055317 4055280 5 6591787 6595009 5218334 5221397 5067499 5069098 5.0 6 7910342 7914214 6261688 6265635 6080917 6082916 7 9228467 9233417 7306788 7309872 7094492 7096734 8 10549850 10552625 8352665 8354109 8109529 8110552 9 11872650 11871831 9399388 9298347 9124821 9124369 10 13199180 13191037 10448010 10442584 10141650 10138187线性度3）幅频特性测试.测试频点选择16个，分别为0.008 3，0.01，0.016 7，0.025，0.05，0.1，1，5，9，19，33，39，44，49，52和58Hz.系统实际测得的经过归一化后的幅频特性曲线如图4所示.4）动态范围测试.使用正弦波测量地震计有效观测频带内限幅电平与频率的关系.限幅电平描述了地震计观测大信号的能力，具体测试结果见图5.根据测试结果可得系统的动态范围大于140dB.表3 4种处理方式可节省的功耗Table 3 Saved power consumption for four processing modes处理方式可节省功耗／W 0.2关闭网络电源 0.3关闭GPS电源 0.2 LED显示关闭降低CPU主频0.35）系统功耗测试.按照1.2节中描述的方式对4种处理方法分别进行了功耗测试，具体测试结果见表3.从表3可以看出，4种处理方式均可明显降低整机系统功耗.在省电模式下可节省1W左右，而整机系统功耗也从原来的1.6W降低到了0.6W. 6）多采样率同时输出和低延时输出测试.整机系统在上电启动后，通过在台式机上同时运行多个客户端软件，并在每个软件界面上针对每个分向数据设置不同的采样率，验证了多采样率同时输出功能；通过客户端软件设置不同的输出间隔（分别为100，200，500ms和1s），验证了低延时输出功能.2.3 与同类型仪器的比较通过与Guralp公司生产的一体化宽频带地震仪CMG-40TDE对比，可以得出，该地震仪在频带范围、动态范围、系统功耗、灵敏度等方面与CMG-40TDE非常接近.从噪声水平方面来讲，CMG-40TDE是一款中等自噪声（Ringler，Hutt，2010）的地震仪，而该地震仪的噪声相对来说要低一些.另外，该地震仪在软件功能方面还具有CMG-40TDE和其它地震数据采集器不具备的一些特点：多采样率同时输出和低延时数据输出.多采样率同时输出可以大大提高地震仪产出数据的利用率，使得地震仪在同一时刻既可以输出50／100／200Hz数据用于常规的台站观测或者流动观测，又能输出1Hz数据用于全球地震学研究；而低延时数据输出方式则可以将该地震仪用于地震预警数据传输.3 试验研究2010年4月14日7时49分，在青海省玉树县（33.23°N，96.61°E）发生MS7.1地震，震源深度18km.玉树地震是继汶川地震后的又一次震灾严重的地震.玉树地震后，中国地震局科学技术司立即组织了“玉树地震综合科学考查”.其中，野外流动地震观测由中国地震局地球物理研究所与青海省地震局共同组成的流动地震观测科考队负责.根据中国地震局的统一部署和要求，整个科考队于2010年5月2日出发，共建立了两个观测项目：一个是在震源区架设由14个流动地震台站组成的密集台阵，分布在玉树地震断层两侧并覆盖震源区；另一个是北起青海花石峡，南至西藏内乌齐架设的由16个（其中4个与密集台阵共用）流动地震台站组成的600 km地震大剖面（图6）.一体化宽频带地震仪共计12台，全部应用于第二个观测项目上，包括QSX（清水乡）、MAD（玛多台）、HHX（黑河乡）、YNG （野牛沟）、ZMT（扎马台）、ZDT （扎朵镇）、ZQT （珍秦台）、NQT （囊谦）、BZT （白扎乡）、JQT（吉曲台）、JSK（甲桑卡）和JDX（吉多乡）.流动地震观测持续了半年，记录了大量的区域地震事件和远震事件.其中3级以上地震有30余次，4级以上地震有10余次，5级以上地震有2次.记录到的最大地震为MS5.9，发生于2010年5月29日10点29分，位于（33.3°N，96.3°E），震源深度为10km（波形见图7）.根据这些记录到的余震资料，可以对地震序列的空间分布进行精确定位，反演地震的震源过程，并根据地震学方法得到震源区的深部结构图像，获得该震源区的构造异常分布和区域深部构造环境.图7 JDX台站记录到的2010年5月29日青海省玉树MS5.9地震Fig.7 The29May 2010 MS5.9earthquake in Yushu，Qinghai of China，recorded by the station JDX4 结论针对流动观测中传统的由于地震计与地震数据采集器单独存在而出现的运输不方便、功耗大的问题，本文详细介绍了一款将地震信号提取、数据采集、记录和服务集为一体的低功耗宽频带数字地震仪.该地震仪具有频带宽（60s—80Hz）、动态范围高（＞140dB）、功耗低（0.6W左右）、携带方便（整机系统在15kg左右，包括供电系统、GPS天线和包装箱）等特点.另外，该仪器还具有多种采样率同时输出和低延时数据输出等其它同类仪器不具备的特点，进一步扩大了本仪器的应用范围.该仪器在研制过程中进行了大量的实验室和台站测试.仪器研制完成后，投入到了青海玉树MS7.1地震震后实际流动观测试验中，并取得了详尽的第一手观测资料.通过在青海玉树地震震后流动观测试验中的具体应用，不管从仪器的运输和携带上，还是从仪器的稳定运行上都可以得出，该仪器是一款非常适合流动观测的设备.与国外同类仪器相比，该仪器还具有很好的性价比.下一步将从更低的功耗、更轻的整机系统重量和更稳定的系统运行等3个方面着手，进一步提高该系统的各项性能指标.参考文献陈祖斌，滕吉文，林君，张林行.2006.BSR-2宽频带地震记录仪的研制［J］.地球物理学报，49（5）：1475－－1481.Chen Z B，Teng J W，Lin J，Zhang L X.2006.Design of BSR-2broad band seismic recorder［J］.Chinese J 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宽频带海底地震仪的研制李江;刘明辉;杨桂存;周银兴;林湛;李建飞;庄灿涛;薛兵;朱小毅;陈阳;朱杰;彭朝勇;叶鹏;梁鸿森【摘要】为填补我国海洋地震监测和海洋地震研究的空白,获得对海洋地震多发区域的监测能力, 特此进行宽频带海底地震仪的研制. 本文详细介绍了宽频带海底地震仪的设计目标、基本工作原理、组成结构及性能技术指标和研制过程. 此外, 还介绍了宽频带海底地震仪在中国南海东北部海域应用实例的实验结果, 展示了宽频带海底地震仪在3000 m海底所记录到的数据资料.【期刊名称】《地震学报》【年(卷),期】2010(032)005【总页数】10页(P610-618,后插二)【关键词】宽频带;海底地震仪;南海;地震【作者】李江;刘明辉;杨桂存;周银兴;林湛;李建飞;庄灿涛;薛兵;朱小毅;陈阳;朱杰;彭朝勇;叶鹏;梁鸿森【作者单位】中国北京100036,中国地震局地震预测研究所;中国北京100036,中国地震局地震预测研究所;中国北京100036,中国地震局地震预测研究所;中国北京100036,中国地震局地震预测研究所;中国北京100036,中国地震局地震预测研究所;中国北京100036,中国地震局地震预测研究所;中国北京100036,中国地震局地震预测研究所;中国北京100036,中国地震局地震预测研究所;中国北京100036,中国地震局地震预测研究所;中国北京100036,中国地震局地震预测研究所;中国北京102628,北京港震机电技术有限公司;中国北京102628,北京港震机电技术有限公司;中国北京102628,北京港震机电技术有限公司;中国北京102628,北京港震机电技术有限公司【正文语种】中文【中图分类】P315.62Abstract:In order to comp rehensively imp rove marine seismic study and monitoring capability,ocean bottom seismograph(OBS)was developed.This paper describes the basic wo rking p rincip le of OBS,p roposes its perfo rmance specifications.The overall design,composition and structure p rincip le of the various componentsof developed broadband OBSare described in detail.Thispaper also introduces app lication example in the South China Sea,and show s the seismic w avefo rm s from earthquakes reco rded by the broadband OBSon the sea floo r at 3000 m dep th. Keywords:broadband;ocean bottom seismograph;the South ChinaSea;earthquake20世纪90年代以前,探测海底地球物理信息的主流方法为人工地震.地震波在海水中能长距离地传播,这使得信号采集可以在海面实施.然而从设备角度看,即使地震波可在海面观测,但对于天然地震场(非人工震源)的测量,由于测量的时间长,需解决设备长期固定放置的问题.显然在动荡的海洋环境中,这一问题在海面上难以解决.因此,国际上在20世纪80年代末就开始发展放置于海底的地震仪.日本、法国、美国等发达国家启动了海底地震观测计划,经历了流动海底地震观测和永久性海底地震观测两个发展阶段.从90年代末开始,在国际上便产生了海洋半球台网计划(OHP)和国际海洋台网计划(ION),海洋区域的地震观测步入国际合作的新阶段(周公威等,2005).我国东南沿海处在亚洲板块、太平洋板块和菲律宾板块交界的前沿,海岸线很长.在我国东南沿海建立海底地震观测,对于了解我国大陆周边的地震活动,了解我国大陆东南沿海板块交汇地的地下结构,进而了解我国大陆地震的成因以及我国海域大陆架的构造,有着很大的作用.海底地震仪在海洋学的研究中也起着重要作用.未来海洋地震研究需要更多的海底观测资料,因而对海底地震仪的需求量也会越来越大.根据海上作业特点以及工作方式和内容多样化的要求,低成本、小型化、易回收并能长期置于海底的高灵敏度且安全的海底地震仪将越来越受到研究者们的欢迎(阮爱国等,2004).当前,美国伍兹霍尔海洋研究所研制出一次事件记录超100 s的宽频带、大动态、三分量、数字化海底地震仪;日本研制的密封投放式海底地震仪有自浮式和锚标式两种,其中自浮式海底地震仪是目前主要使用的仪器;英国的Guralp公司制造了CM G-1T型宽频带地震仪,其观测频带为60 s—40Hz(阮爱国等,2004).1997年,我国研制成功宽频带大动态三分量数字记录海底地震仪,其主要技术指标为:工作频带2—100Hz;动态范围120 dB;工作深度3000 m(邓明等,2004).由于天然地震观测需要地震仪的频带很宽,而且需要大的动态范围,目前,我国尚没有自行研制的宽频带海底地震仪用于天然地震观测.为了全面提高我国对海洋地震多发区域的监测能力,以及确定中国近海海底的地震活动性及其地质构造,从而为地震监测预报开拓新的领域空间,填补我国对海洋地震监测和海洋地震研究的空白,在中国地震局“十五”项目“中国数字地震观测网络”海洋分项目的支持下,开展了宽频带海底地震仪的研制.海底地震仪有自浮式和锚标式两种,其中自浮式是国际上目前主要使用的海底地震仪器.以下介绍自浮式海底地震仪的结构和工作原理.海底地震仪由地震计、采集器、调平装置、密封舱、沉耦架、水声通讯、释放装置和电池组成.各部分的功用如下:地震计将地动信号转换为可测量的电信号.采集器实现地震计输出数字化并记录在存储介质中.调平装置提供地震计工作的水平平台.密封舱地震计、采集器以及其它电子设备一起组装在密封舱中.密封舱耐压应远大于海底地震仪工作时的海水压力,同时还为整个海底地震仪提供上浮的浮力.目前理想的密封舱都是使用特殊工艺制作的玻璃球壳.沉耦架增加仪器重量使其下沉至海底.水声通讯接收由海面发送的释放或者测距命令.释放装置使沉耦架与仪器分离,仪器依靠自身浮力浮出海面.电池为所有电子单元供电.海底地震仪基本工作过程如下:1)选择适当的海域将海底地震仪从海面投放入海水中,由于海底地震仪整体的重量远大于其在海水中的浮力,故会下沉至海底.2)下沉到海底后,自动启动内部的常平架进行调平.3)调平完成后地震计开始工作,数据采集器也进入工作状态,开始连续采集并记录地震计输出.4)当需要获取记录数据时,就要将海底地震仪回收.可以通过声纳发送释放命令,海底地震仪接收到水声释放命令后启动释放机构,使沉耦架与宽频带海底地震仪回收部分分离.由于海底地震仪的回收部分浮力大于自身重力,因此就会浮出海面,并由数传电台发出GPS定位信息.然后根据该信息确定仪器的位置并打捞仪器.5)提取数据采集器记录的观测数据进行分析和科学研究.根据海底地震仪内部安装的地震计不同,可以将海底地震仪分为短周期海底地震仪和宽频带海底地震仪两种.短周期地震计通常具有较小的体积和较轻的重量,还具有比较短的自振周期(大于3Hz).通常可以将短周期地震计、采集器、调平装置等其它电子单元组装在一个玻璃球壳内,再与沉耦架、释放机构组装在一起,组成单球结构的短周期海底地震仪. 宽频带地震计因为其自振周期比较长,具有较大的体积和重量,因此配合地震计的调平装置就需要占用较大的空间,在一个玻璃球内无法实现.同时,宽频带地震计的弹性系统比较软,容易变形.对沉浮式宽频带海底地震仪来说,结构设计是研制难点,包括仪器自由下落速度控制、姿态控制以及着地减振等;还有低功耗大动态范围的数据采集器、供电系统、大角度调整的常平系统等,也是宽频带海底地震仪的研制难点.而当前海底地震观测的发展趋势又是大动态、宽频带观测(邵安民等,2003).因此,突破这些难点就更为重要.宽频带海底地震仪研制项目组在经过充分的预研、调查和研制准备后,确定了总体性能技术指标(表1),同时确定了总体技术方案.图1是宽频带海底地震仪的总体结构图.从图1可以看出,宽频带海底地震仪由以下部分组成:两个保护外壳;一块连接板,上述两个保护外壳分别固定在该连接板的两端;一个密封仪器舱玻璃球和一个密封电池舱玻璃球,分别装在上述两个保护外壳中;电池舱球中装有电池和水声通讯电路;两个密封舱球之间用电缆连接;用于保持地震计处于水平状态的常平架,装在仪器舱球内,常平架上安装数据采集器和地震计;用于释放耦合架的电腐蚀释放机构,固定在连接板上;为地震仪提供下沉力的沉耦架,位于连接板下方并用钢丝绳与上述电腐蚀释放机构连接,沉耦架的下方还用铁链连接配重架.其中,仪器舱、电池舱和释放结构都固定在不锈钢连接板上,构成了宽频带海底地震仪的回收部分,实现地震仪在海底地震观测、数据记录和熔断上浮功能.沉耦架是宽频带海底地震仪不可回收部分,其为地震仪提供下沉的重量,使地震仪从海面下沉至海底.由图1可见,仪器舱是安装了本宽频带海底地震仪主要观测仪器的密封舱玻璃球壳,该密封舱玻璃球放置在ABS工程塑料保护壳内.仪器舱内部安装有采集器、水平向地震计、垂直向地震计、常平架、数传电台和频闪灯.2.1.1 采集器宽频带海底地震仪的采集器主要实现对地震信号的数字化,并将数据记录在CF卡中.采集器集成了24位AD转换、低功耗CPLD大规模可编程逻辑阵列、网络芯片、GPS、CF卡以及电源管理变换电路.采集器内置软件系统是ECOSⅡ实时操作系统,同时在操作系统核心内实现了24位数据采集、FIR数字滤波运算、数据压缩存储操作,使得采集器在具有非常低的功耗(小于0.3 W)的同时也具有好的技术指标,包括:大于120 dB动态范围、大于100 dB总谐波失真度、好的幅频特性.采集器通过网络接口提供数据服务和参数设置,在采集器内部集成一个无线AP,无线AP通过网线连接在海底地震仪采集器网络接口上,在使用中不需要打开仪器舱就可以通过无线网络对所述海底地震仪进行数据下载以及参数设置操作.CPU选用A TM EL公司的A T91FR4016S.该CPU集成ARM 7TDM I内核,内置256K字节SRAM、2M字节FLASH、2个UART以及32个IO口,采用全静态设计,工作频率为0—75 MHz,核心供电1.8V.CPU外围扩展一片1M字节SRAM(K6F8016R6D),总线上连接CPLD XC2C384;内部串口一个作为终端控制台,另一个通过CPLD复用连接GPS、电子罗盘和无线电发射机.CPU通过I/O控制光发射、调平电路.CPLD选用XC2C384,208脚封装,共384个宏单元.该器件功耗非常低而且性能可靠.XC2C384实现与CPU数据通信、对SRAM实现电平转换、接收AD转换数据、扩展CF卡接口(IDE)、桥接LAN接口、切换串口和扩展SPI总线功能,同时连接电压温度监视芯片MAX1298(5通道,带温度传感器).AD转换器选用TI公司的ADS1251.ADS1251是24位差分输入的AD转换器,在采样率20 kHz时能达到19位分辨率,而且具有很低的功耗(8mW).传感器输出的模拟信号经过运算放大器驱动后直接输入AD转换器,ADS1251采用+5V供电,参考电压外置+4.096V.为了保证海底地震仪低功耗和高可靠性,在采集器及控制系统中采用ECOS作为软件操作系统.ECOS是一个优秀的嵌入式实时操作系统,它的体系结构是一种分层结构,硬件抽象层将操作系统与硬件隔离开,这使将ECOS移植到不同的硬件平台成为可能,抽象层就像软件与硬件之间的桥梁.颜若麟(2006)主要的移植思想是,按照ECOS的模块化设计,完成硬件抽象层.在实现ECOSⅡ的移植工作和设备驱动程序调试工作后,就可以实现采集、控制应用软件的设计.软件系统的主要功能包括:数据记录、数据下载和系统设备控制(包括系统电压温度监视,逃生设备控制,调平机构控制,声纳控制板监视,电子罗盘接收、电池充电管理和终端命令解释等).2.1.2 地震计宽频带海底地震仪的地震计由两个水平向地震计、一个垂直向地震计和地震计反馈电路组成.该地震计是宽频带力平衡反馈式电容位移换能式地震计,其自振周期为2 s,工作频带为40 s—40Hz,灵敏度1000 V/(m/s)(单端),还具有低噪声以及大动态范围的性能.地震计在反馈电路中集成了调零电路,对地震计零点进行调整.在地震计开始调零时,首先将地震计频带切换到1 s—40Hz,然后通过AD转换采集地震计零点信息,通过计算得出调整信息并将它发送给数字电位器,数字电位器将调零参考电压量输出至调零线圈,当有电流通过调零线圈会产生电磁场,以此对地震计进行调整,调整范围达到±3°.2.1.3 常平架海底地震仪工作环境非常复杂,仪器由海面自由下落至海底,没有人工安装这个步骤,而地震计需要一个水平的工作台基,这就要求海底地震仪中的地震计是工作在一个可以自动调平的装置上,该装置就是常平架.常平架基于重力原理调整水平,其工作原理是使用两个互相正交的轴承构成一个平面,将一个重心在中心的平台放置在轴承上.当这两个轴承构成的平面与水平面不平行时,这个平台可以自由地围绕这两个轴承转动;当平台的重心与中心重合时,平台会停止转动,此时平台与水平面重合.常平架由常平机构和锁紧机构组成.其工作过程是控制电路控制电机驱动传动螺杆顺时针旋转,升降螺母和球型支撑向下运行,当触碰杆与限位开关接触后,电机停止转动.此时球托及安装在底座上的地震计可以在±30°内围绕轴承转动,最后保持在水平状态.然后控制电路控制电机驱动传动螺杆逆时针旋转,升降螺母和球型支撑向上运行,当触碰杆与限位开关接触后,电机停止转动,此时球形支撑弧面与球托弧面紧密接触,调平结束.球托和球形支撑表面的弧度是一样的,均为圆弧面,两者的表面均匀分布有0.2mm 的凹坑,可以增大两个面接触的摩擦力,保证地震计与常平架之间是刚性连接,减少寄生共振.数据采集器、地震计、常平圈都安装在常平机构的底盘上,在密封仪器舱球内部仅需固定左右两个固定支架,以便调试与组装.2.1.4 GPS、电子罗盘、数传电台和频闪信号灯密封仪器舱球内还装有GPS、电子罗盘、数传电台和信号灯.当海底地震仪浮出海面后,为了方便打捞,地震仪在海面上打开GPS定位,并将位置信息通过数传电台发送出去.数传电台工作频率为230 MHz,发射功率为2W,使用1/8波长短棒天线,确保海底地震仪在海面上信号传输距离大于2km.同时,海底地震仪内部还集成了高亮度红光二极管,发射功率5W,方便在夜间进行打捞.宽频带海底地震仪在海底需要维持较长工作时间,因此需要携带大量电池.本设计使用一次性锂聚合物电池,电池分为四大组:第一组,两节电池串联后再并联,供电电压6.6V,这部分电池给采集器和地震计供电.第二组,4节电池串联后再并联,供电电压13.2V,给逃生机构供电.第三组,4节电池串联后再并联,供电电压13.2V,给数传电台和频闪灯供电.第四组,4节电池串联后再并联,供电电压13.2V,给水声通讯电路和释放控制电路供电.上述多组方式供电有以下优点:1)供电电池多组并联,防止个别电池出现问题.2)多组分别供电可以更好地根据各部件功耗合理分配电池.3)释放部分单独供电,可以使这部分电池在记录中没有被使用,保证长时间海底记录后,释放电源仍然充足,确保释放.4)数传电台和频闪灯单独供电,保证上浮后的正常工作时间.宽频带海底地震仪携带大量的电池,这些电池分别放在玻璃密封舱内电池盒的孔中.电池盒使用硬海绵一次加工而成,外形略大于玻璃密封舱球内壁,安装时将电池盒整个放入玻璃密封舱中就可以,不需要粘贴、固定,利用电池放入后整个电池盒的体积会增大,使其与玻璃密封舱内壁紧密结合.宽频带海底地震仪的仪器舱与电池舱之间是通过一个不锈钢连接板连接的.不锈钢连接板采用8mm厚的不锈钢板直接加工而成(陆明炯,2004),上面均匀分布直径20mm的孔以便地震仪在海水中下沉时透水.不锈钢连接板通过四边的孔分别与两个ABS保护壳上的孔连接在一起.宽频带海底地震仪的电腐蚀释放机构包括一根熔丝和固定在连接板上的熔丝盘.熔丝盘的两端各嵌设一块熔丝拉块,熔丝拉块上设绕线桩,熔丝盘的中央设有正负电极、若干绕线桩、压片,熔丝经由负电极绕过熔丝盘和熔丝拉块上的各绕线桩.该熔丝的两端由压片压紧,将熔丝拉块与熔丝盘固定在一起,熔丝拉块经钢丝绳与耦合架连接. 释放机构与宽频带海底地震仪紧密固定在一起,随着海底地震仪的回收而回收,是可以重复使用的部件.因此,释放机构中所有的金属部件都采用316不锈钢加工而成(曾正明,2005),具有高抗腐蚀性.装有仪器舱和电池舱的ABS保护壳通过不锈钢连接板固定在一起,释放机构也与不锈钢连接板固定在一起,然后整个放置在耦合架上.耦合架通过耦合钢丝与释放机构的熔丝拉块连接,钢丝绳通过熔丝拉块上的绕线桩把熔丝拉块与整个释放机构连接在一起.当海底地震仪给释放机构中的正电极和负电极加直流电后,负电极上方的钢丝就开始发生电腐蚀反应(夏兰廷,2004),最后直至断开.钢丝断开后,熔丝拉块就与整个释放机构分离,这样连接在熔丝拉块上的耦合架也与整个宽频带海底地震仪分离. 宽频带海底地震仪的沉耦架由上下两个铸铁制作的椭圆形环及连接于两个椭圆形环之间的数根铁管焊接而成,两个ABS工程塑料外壳就放置在耦合架的上面.耦合架的下方用铁链连接配重架.部分铁管上焊接角铁,角铁上穿设螺杆,螺杆固接钢丝绳,该钢丝绳与释放机构的熔丝拉块固接.当释放机构启动后,耦合架与地震仪分离.配重架通过4根1 m长的铁链与耦合架连接.当宽频带海底地震仪在海水中下沉时,由于配重架的重量远大于地震仪的浮力,其会拽着地震仪竖直下沉,减少海流对仪器的影响.宽频带海底地震仪在研制完成后,通过了中国地震局专家的测试和验收.为了进一步检验其性能和开展海洋天然地震观测研究,于2009年9—10月在中国南海东北部,中国台湾南面的巴士海峡附近进行了深海实验.2009年8月31日,实验组参加2009年中国科学院南海海洋所开放航次,搭乘“实验3号”考察船在开放航次行进航线上的指定位置投放了两台宽频带海底地震仪.投放地点的海水深度约3300 m.2009年10月14日,实验组搭乘实验2号考察船出海,回收了该两台宽频带海底地震仪.其在海底工作了30天,记录到了10月4日台湾花莲海域M 6.2地震、9月30日印尼苏门答腊南部M 7.7地震以及其它一些地震.记录的台湾花莲海域地震波形如图2所示.根据宽频带海底地震仪记录的数据,对海底噪声进行了初步分析.选取平静时段的数据做功率谱分析可以得到海底台基(即宽频带海底地震仪在海底放置的位置)的噪声功率谱,如图3所示.图中NLNM和NHNM分别为低噪声和高噪声模型功率谱密度.从谱线中可以得到,海底台基的噪声整体是比较高的,整个形态与地球噪声模型是一致的,从另一方面反映了海洋噪声的水平;从垂直向和水平向的表现来看,宽频带海底地震仪水平向受到海底环境干扰的影响大于垂直向,这体现了仪器采用的耦合方式的特点.宽频带海底地震仪在研制完成后先后进行了大量的实验室测试、台站测试,最后进行了深海投放实验,并成功地在海底记录到了天然地震,在地震记录中可以清晰地看到P波、S波以及面波等震形.这说明宽频带海底地震仪与沉耦架耦合良好、与海底底基耦合良好,检测结果表明宽频带海底地震仪总体设计合理、地震计常平装置、采集器、水声通讯以及释放装置工作可靠.宽频带海底地震仪海上成功投放和回收,也验证了其回收指示信息工作可靠、安全,达到了研制目标.邓明,侯胜利,王广福,邱开林,熊玉珍,张启升.2004.中国海底地球物理探测仪器的新进展[J].勘探地球物理进展,27(4):241--245.陆明炯.2004.实用机械工程材料手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社:90--123.阮爱国,李家彪,冯占英,吴振利.2004.海底地震仪及其国内外发展现状[J].东海海洋,22(2):19--27.邵安民,张玉云,赵凤文.2003.海底地震数据记录器[J].地球物理学报,46(2):224--228. 夏兰廷.2004.金属材料的海洋腐蚀与防护[M].北京:冶金工业出版社:27--89.颜若麟.2006.嵌入式可配置实时操作系统eCos软件开发[M].北京:北京航空航天大学出版社:57--310.曾正明.2005年.机械工程材料手册:金属材料[M].北京:机械工业出版社:121--176.周公威,庄灿涛,郝春月,刘冬金.2005.海洋半球台网计划(OHP)与海底地震观测系统的发展[J].西北地震学报,27(增刊):6--13.。

50大民屯凹陷是辽河油田陆上部分中典型的“小而肥”的富油凹陷，近年来随着多口探井的成功实施，大民图凹陷在沙四段砂砾岩体勘探及元古界潜山勘探方面突显出良好勘探前景。

但由于老资料采集覆盖次数低、信噪比较低；沙四段岩层埋藏深，厚度变化快；西部斜坡带断块破碎；元古界及中生界潜山构造复杂等采集技术限制和地质原因，造成现有地震成果不能满足勘探需求，为此辽河油田在该区采用“两宽一高”勘探技术进行了新一轮目标勘探。

一、资料特征大民屯凹陷“两宽一高”三维地震资料采用低频可控震源激发，扫描频带为1.5-96Hz，达到6倍频程；单只检波器单次接收，横纵比为0.78，目的层横纵比为0.95，面元为10m×20m，覆盖次数828次。

通过新老采集参数对比，可以看出新资料是真正的“两宽一高”地震采集资料，具有以下几方面特征：（1）新资料采集时采用长排列、小道距、小面元、宽排列片，地震信号空间采用提高，能有效减少空间假频产生，对地下地质体的照明度更高，地下波场记录更完整，能更好的对有效信号及噪声进行刻画，有利于规则噪音的衰减与压制。

宽方位采集有利于记录微裂缝或断裂发育区造成的HTI信息，为后期裂缝油藏的预测及分析提供资料基础。

（2）低频可控震源激发，单只检波器接收地震信号，使得原始资料中包含了丰富的低频信号，有利于陡倾角构造及深层构造的精细成像，为后期叠前反演预测获得更精确的低频模型创造条件。

二、“两宽一高”资料处理关键技术根据“两宽一高”三维地震资料采集技术特点，结合大民屯凹陷实际地震资料情况，针对保幅噪音压制、保真宽频处理及宽方位处理等开展处理技术研究，形成了一套适合“两宽一高”地震资料处理的技术流程。

1.低频可控震源噪声压制技术。

“两宽一高”资料采集方式决定其对波场信息的记录更完整，对噪音的刻画也更精细，这是有利于规则噪音衰减压制的；但另一方面由于可控震源激发能量弱，单点接收抗噪能力差，滑动扫描采集时还产生谐波干扰等特殊噪音，所以大民屯凹陷原始地震资料信噪比很低。

海上宽频地震反演方法及其在南海深水区的应用叶云飞;刘春成;刘志斌;张益明;王志红【摘要】In the conventional offshore seismic data,the information lower than 6～8 Hz is normally absent,and the number of wells drilled in deep water is very limited and extremely uneven.Therefore,it is difficult to establish accurate low frequency models through conventional methods,which would influence the accuracy and reliability of seismic impedance inversion greatly.Addressing to these problems,an economic and efficient method to achieve offshore broad-band seismic inversion was proposed.Firstly,the seismic frequency division technique based on 5-parameter generalized S-transform is used to compensate the missing low-frequency and broaden the frequency band.Secondly,a more accurate low-frequency model is established through the 3D tomographic velocity inversion,which can clearly present the structural changes of the underground geological body,and solve the problem of constructing the low-frequency model without or with few reference stly,the procedure of obtaining wavelet for broad-band seismic inversion was proposed,where the side lobes were pressured and the spectrum has been widened obviously.This method was applied for the reservoir predication of W structure in the Pearl River Mouth basin,and effectively improved the accuracy of seismic inversion and provided the technical support for exploration and development in the deep water,enjoying a good application potential.%海上常规地震资料中普遍缺失6～8Hz以下低频信息,加之钻井数量非常少且分布极不均匀,很难通过常规方法建立准确的低频模型,从而影响着地震波阻抗反演的精度和可靠程度.提出了一种经济、高效实现海上宽频地震反演的方法,首先利用基于5参数广义S变换的分频技术高效补偿地震中缺失的低频信息,拓宽了资料频带;其次通过立体层析速度反演构建更为精确的低频模型,更好地反映了地下地质体的结构性差异变化,解决了少井、无井情况下低频模型构建的难题;最后提出了针对宽频地震资料反演的子波求取步骤,提取的子波旁瓣得到了明显压制,频谱宽度有了明显拓宽.在南海珠江口盆地深水区W构造储层预测中的应用表明,本文方法有效提升了地震反演精度,为深水区油气勘探开发提供了技术支持,具有很好的应用推广价值.【期刊名称】《中国海上油气》【年(卷),期】2018(030)002【总页数】6页(P65-70)【关键词】宽频地震;波阻抗反演;低频模型;分频技术;立体层析;子波;南海深水区【作者】叶云飞;刘春成;刘志斌;张益明;王志红【作者单位】吉林大学南方研究院广东珠海 519000;中海油研究总院有限责任公司北京 100028;中海油研究总院有限责任公司北京 100028;中海油研究总院有限责任公司北京 100028;中海油研究总院有限责任公司北京 100028;中海油研究总院有限责任公司北京 100028【正文语种】中文【中图分类】TE132.1+41 问题的提出地震反演技术是油气勘探开发过程中刻画地下储层特征及分布范围的重要手段之一，其精度受地震资料主频、频带范围、低频模型精度和反演方法等多重因素控制。

海底地震勘探最新方法与技术发展摘要：随着深海耐压材料工艺的突破和海上高分辨精细地震勘探技术的发展，底地震勘探方法逐渐成为热点。

一方面，海上三维地震勘探方法逐渐向四维发展，在海上布设漂缆数量越来越多的同时，海底电缆或检波器也被应用到海上复杂油气区块的精细调查中去；另一方面，新能源研究与深水油气技术的突破，同样需要高频与低频型海底地震仪器。

本文讲述目前国际上海底地震勘探新方法与仪器设备的发展和我国在海底地震勘探领域的研究状况。

关键词：海底地震仪；横波勘探；四维地震；精确时间计时；精准布设DOI:10.3772/j.issn.1009-5659.2010.06.003上个世纪地震勘探发展过程中，海底地震勘探方法是以横波信息接收分析，作为观测天然地震，研究海底演变以及作为海上拖缆地震的补充而出现和发展的。

由于横波(S波) 不能在液体中传播，因而只接收到了纵波的反射与折射信息。

海底地震仪器的出现，检波器放置于海底，与海底耦合，可以接收到横波或者转换横波信息。

随着电子科学、材料科学的发展进步，海底地震勘探仪器设备的性能得到了很大的提升；同时，全世界对能源需求和依赖进一步提高，海上油气资源勘探难度逐步加大，海底新型能源的开发利用步伐加快，海底地震勘探技术方法正逐渐成熟，已成为海底深部构造研究、海上四维油气勘探、天然气水合物勘探研究必不可少的手段。

1 海底地震勘探技术简介海底地震勘探技术是海上地震勘探技术的一种，同样有震源和采集器组成。

海底地震勘探技术大都采用非炸药震源（以空气枪为主），震源漂浮在接近海面，有海上调查船拖曳；采集器陈放到海底来接收震源发出，经过海底底层反射的纵横波信号。

其特点是在水中激发，水中接收，激发、接收条件均一，可进行不停船的连续观测。

检波器最初使用压电检波器，现在发展到压电与振速检波器组合使用。

海底地震勘探技术又可分为海底电缆勘探技术（OCEAN BOTTOM CABLE，以下简称OBC）和海底地震仪勘探技术(OCEAN BOTTOMSEISMOMETER，以下简称OBS)。