地震勘探野外数据采集系统简介

地震勘探数据采集系统可把接收到的地面振动转换为电信号，记录这种信号就称为地震记录。数据采集系统主要由地震检波器和数字地震仪组成。

2.1.2.1 地震检波器

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。

2.1.2.1.1 地震检波器的主要类型和工作原理

动圈式地震检波器 这类检波器结构如图2-1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。当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，动圈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，这种检波器的输出为零。

动磁式检波器 这种检波器主要用于地震测井，因此生产的数量很少。其结构见图2-2。它是由磁铁及固定在磁铁上的线圈、弹性垫片、软铁隔板组成。地震波到达时使水压发生变化，水压变化引起软铁隔板相对磁铁发生位移，进而导致磁路的长度变化，引起磁路中磁阻差改变，磁阻变化使磁通改变，结果在线圈中产生感应电势。

图2-1 动圈式检波器结构示意图

图2-2 动磁式检波器结构原理示意图

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(如水压力变化)，它们产生一个与瞬时水压(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。还有一种压力检波器，通常安置在注满油的塑料软管内，油的作用是将水的压力变化传给检波器内的敏感元件。这类检波器包在海洋电缆(称拖缆)内。

涡流地震检波器 这是一种新型检波器，其结构见图2-3。它是利用惯性部件和固定在机壳里的永久磁场作相对运动产生涡流，涡流又使固定在机壳里的线圈感应出电流的原理而制成。一个固定的圆柱形磁铁沿中央轴安装在机壳内，线圈固定地绕在永久磁铁的外面，非磁性可运动的铜制套筒由弹簧悬挂在磁铁和线圈之间构成惯性部件。当机壳被地震振动驱动时，固定在机壳里的永久磁铁和机壳一起运动，但由于弹簧悬挂着的铜制套筒因其惯性而滞后运动，于是，永久磁场和铜制套筒之间的相对运动在套筒中形成涡流，涡流的变化率引起变化的次生磁场，变化的磁场在固定的线圈中产生电动势而输出电压，通常把这种检波器也称为加速度检波器。

图2-3 涡流地震检波器的结构图

2.1.2.1.2 检波器的特性及指标要求

人工产生的地震波再经地下界面反射后传播到地面引起的地面振动是非常微弱的，因此要求检波器具有较高的灵敏度。另外，为分辨地下多层介质，要求检波器的固有振动延续度尽可能小，即应有较大的阻尼系数，再加上检波器的频率特性和相位特性。即我们把固有频率、阻尼系数、灵敏度作为评价检波器的重要参数。它们分别与检波器的弹簧的弹性系数、惯性体的质量、内阻和负载阻抗、机电耦合系数、摩擦系数等有关。一个合格的检波器，应有标定值，而且实测值应与标定值一致。

2.1.2.2 地震数字记录系统简介

图2-4为数字记录系统的方框图。图中除检波器外，可分为五大部分，其中有3个方面的技术水平直接代表了地震仪的技术水平：

1)前置放大及滤波部分。这一部分属模拟电路部分，主要功能是对检波器接收的电信号放大及滤波。

图2-4 地震记录系统框图

2)多路转换器部分。这一部分实质是对多道输入信号进行采样。这是一个核心部件，若对很多道(上千道)用小采样间隔采样，就要求在一个采样间隔时间内对所有道采样一次。

3)瞬时增益放大器部分。这是一个变放大系数的放大器，是一个核心部件。该部件体现了记录系统的动态范围，能将能量强弱差别很大的波记录下来。

4)A/D转换器。是将模拟信号转换为数字信号，转换后的数字信号的有效数位影响地震波振幅的精度，目前已普遍采用24位转换器，这也是一个核心部件。

5)数字记录部分。经前几部分得到的数字地震信号可记录在大容量的磁带或磁盘上，以供后续进行地震资料处理。