地球物理仪器历史现状与发展(2)

2020-02-21 15:40

次曝光。模拟光点记录地震仪原理框图如图2所示,放大器增益由自动增益和半自动增益控制,虽然输入信号有大约120dB的动态,但由于记录用人眼观看,人工解释,只有用自动和半自动的非线性增益控制,才能使其动态限定在照相纸的范围之内,这样就只有10~20dB左右的动态范围,使地震信号畸变,破坏了地震波的动力学特征。

滤波器分几档,由高截和低截滤波器构成20、30、40、50Hz中心频率的带通滤波器,用电阻、电容、电感组成的无源滤波器。记录用光点示波仪,一道一个检流计,有一定比例的混波。

在放炮的6—7秒时间里,操作员要用手、嘴、眼、耳、脑同时运作,精神高度集中。手要搬动五个开关,嘴要喊:预备!注意!放!眼要直盯示波仪光点,耳朵听炮声,头脑要注意协调配合,稍有不注意,就会出废品。布置排列、操作仪器、放炮、洗相、解释,层层由人来把关,哪一个环节疏忽,都是不行的。在零下2O~3O0C的气温下,洗出来的每张记录都要“眉清目秀”,一个冬季施工期下来洗相员的手裂开道道血口子。仪器不稳定要时时刻刻地凋校,人们戏称“调不完的仪器”。

模拟光点地震仪使用到60年代初,逐渐被模拟磁带记录地震仪所代替, 同时在5O年代未晶体管在各个领域被应用,电子管地震仪也逐渐被晶体管地震仪所代替,从而进入了模拟磁带地震仪阶段,其特征是晶体管电路加上模拟磁带记录。6O年代初,西安石油仪器厂和山东牛庄207队开始研制模拟磁带记录地震仪,到1966年底研制成功,1967年通过石油部级鉴定,批准批量生产,型号为DZ661。1969年改进为DZ663,1970年又改进为DZ701。当时配备了相应的回放系统DZ662和DZ664。石油物探局仪器厂在大修的基础上也开始制造了模拟磁带地震仪。模

拟磁带地震仪单道原理框图如图3所示。

模拟磁带记录地震仪比模拟光点记录地震仪有很大提高,主要表现在: 1.野外获得的结果是一张磁带记录。可以在较宽范围内记录,回来在回放仪上精细选取,可进行6次或者l2次覆盖,可以进行信号处理,如计算速度谱等。可进行半自动处理获得时间剖面。

2.记录的动态范围扩大到40dB,采用能量曲线可定性地了解排列平均能量的变化。

3. 频带为15~120Hz,回放可选最佳滤波。

4. 采用晶体管电路,体积小、重量轻、耗电小,提高了稳定性和可靠性。 1.2.2数字地震仪时期

我国从1966年开始研制数字地震仪,1974年引进第一台SN338,而后进入了数字地震仪时期,该时期大约分三个阶段,即模拟放大器数字磁带记录地震仪,二进制增益放大器的数字磁带记录地震仪和瞬时浮点放大器数字磁带记录地震仪。

1960年美国研制第一台模拟放大器数字磁带记录地震仪,型号为GS- 1型, 我国物探局仪器厂于1965年开始研制GC—l型就是这种放大器的仪器, 1966年、1967年进行了野外试验,其原理框图如图4所示。

整体线路用晶体管组装而成,增益也是公控,多个地震道的并行信号经采样保持电路,变成多道串行,经12位模数转换和格式编排而记在数字磁带上。当时没有国外的样机也没有资料可供参考,从电路到磁带机、显示器全部是白行设计、制造。由于采用l2位模数转换器,使其动态分辨率达72dB,记录的动态范围扩大到40~50dB 也方便了计算机的数字处理,我国的150计算机就是那时开始研制的。由于采用模拟的增益控制放大器,其增益不能进行数字恢复,动态范围也没有增加多少,波形的动力学特征仍然没有全部保存下来。这种仪器仅用于数字化的试尝,没有批量生产,而转入研制数字式放大器的仪器。

随着电子元器件的不断发展,运算放大器和数字集成电路已经问世。1968年国外已有了二进制增益控制的放大器运用到地震勘探仪器中 如Sercel的SN328和Ti的DFS—I,我国石油物探局仪器厂也在1970年前后开始研制了SCD--2型二进制增益放大器的地震仪,其原理框图如图5所示,检波器信号经输入放大器、滤波器进入二进制增益放大器 这种放大器有四个放大节,每个放大节增益有二个状态,它们分别是20或21、20或2 2、22或24.20或28 ,四个放大节的增益可在20~215 内变化,由逻辑控制电路控制,增益按二进制方式变化。

数字地震仪进入二进制增益放大器阶段算是进入了数字化时代。又由于采用的是地球物理工作者协会(SECT)的标准记录格式,与处理机之间的联系也就形成了标准,处理资料非常标准、也很方便。二进制增益放大器看来增益是在20~215 范围变化,实际上其速度是很慢的,每相临样增益只能变化6dB,而且是前一个样的大小决定后一个样的增益,即增益调节滞后一个样,在高频信号或过零点附近的样会产生增益失调。

1.2.3 瞬时浮点放大器数字记录地震仪

1970年美国首先推出DFS—IV型浮点放大器仪器,1971年法国也生产了SN338浮点放大器仪器。1975年西安石油仪器总厂和物探局仪器厂也开始研制浮点放大器数字磁带记录地震仪,并先后于1978年和1980年研制出SDZ一751A型数字地震仪和SK-8000数控型地震仪 浮点放大器的框图分别如图6、7所示。 图6为游标式瞬时浮点放大器,物探局仪器厂的SK-- 8000采用这种方式,其增益调节方式是先粗调后细调,恰像游标卡尺一样。粗调增益以24 为阶,共三阶,调三次,可调212 。细调增益以2为阶,共三阶,即20、2 1、22 、2 4调三次。粗调和细调完成增益调节215 ,阶差为2 ,其调节过程如图7所示由图7可以看出,增益调节粗调为3次,细调也是3次,共用6次可以将一个样的增益确定。放大器调节增益范围为84dB或90dB,加以15位尾数的模数转换器,理论上动态分辨率可达180dB,去掉噪音其动态范围也能达到120dB,可见瞬时

浮点放大器,已经完全适应r地震信号数字化的要求,可充分发挥数字计算机的优势 归纳起来,数字地震记录时期的仪器有如下特点:

(1)采用通用记录格式的数字地震记录.便于计算机的处理,多次读取,不影响记录质量。

(2)由于采用阶码加尾数的浮点记录格式,记录的动态范围达到120dB,提高了记录的精度,为地震波的动力学解释创造了更充分的条件。

(3)可进行宽频带(3~250Hz)接收,提高了地震勘探的分辨率。

(4)采用大规模集成电路,减少体积,增加了道数,操作自动化,提高了野外工作效率。

数字地震仪的缺点是:

(1)所有地震道的部件,都集中在仪器车上,不利于扩展道数。上千道、上万道,仪器车很难容纳下这么多道的设备, 野外的排列要宽要长,数十公里的长线传输小于1V的信号,衰减太大。外界电磁波,大地电磁场等都干扰了微小信号的传递 为此提出要进行数字信号传输,不用模拟信号传输。

(2)瞬时浮点放大器看起来有90dB增益调节范围,但真动态确实达不到90dB,原因是浮点放大器对大信号是不放大的,对于大信号背景上寄生的小信号,被放大器认为是大信号而不能被放大,这个小信号就被大信号淹没了,这对高分辨率


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