國土資源部實(shí)驗(yàn)室評(píng)估-深部探測(cè)寬頻地震儀研制

1、國土資源部地球探測(cè)技術(shù)及儀器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,2013年7月17日,地震勘探儀器研究室報(bào)告人：陳祖斌,,國土資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評(píng)估學(xué)術(shù)報(bào)告,深部探測(cè)寬頻地震儀研制(SinoProbe-09-04),1. 研究背景2. 研究?jī)?nèi)容3. 系統(tǒng)測(cè)試4. 總結(jié)與展望,匯報(bào)提綱,1. 研究背景,“深部探測(cè)技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)”中，在青藏高原、中亞造山帶以及松遼盆地等區(qū)域完成3000km以深反射地震為主導(dǎo)的工作量。在未來15年的“地殼探測(cè)專項(xiàng)”中，將

2、預(yù)期開展更多的深反射地震以及地震流動(dòng)臺(tái)陣觀測(cè)。,紅實(shí)線：擬實(shí)施探測(cè)剖面紅虛線：擬與石油部門合作的探測(cè)剖面黑線：已經(jīng)完成的剖面,1. 研究背景,USArray,1. 研究背景,USArray計(jì)劃中，在美國本土分區(qū)域開展地震流動(dòng)臺(tái)陣觀測(cè)，用于了解其地下深部構(gòu)造信息。,全球地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)（GSN）經(jīng)過測(cè)試與實(shí)際運(yùn)營(yíng)考評(píng)，將Kinemetrics Q330HR作為唯一指定的下一代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將Reftek作為Quanterra的備用廠家。,1

3、. 研究背景,在流動(dòng)觀測(cè)地震儀器領(lǐng)域，國內(nèi)基本處于空白，每年均需要大量進(jìn)口昂貴的地震儀器！,1. 研究背景,1. 研究背景2. 研究?jī)?nèi)容3. 系統(tǒng)測(cè)試4. 總結(jié)與展望,匯報(bào)提綱,2.1 研究目標(biāo),針對(duì)深部探測(cè)所需，以現(xiàn)有無纜地震儀為基礎(chǔ)，研制應(yīng)用于寬頻地震數(shù)據(jù)采集的記錄儀：側(cè)重背景噪聲成像和地震流動(dòng)臺(tái)陣觀測(cè)適用于大道距、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀測(cè)作業(yè)要求采集系統(tǒng)具有低噪聲、低功耗、超大動(dòng)態(tài)范圍和穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)瞄準(zhǔn)行業(yè)的技術(shù)標(biāo)桿，以Q3

4、30HRS和REFTEK 130S-01的技術(shù)指標(biāo)為設(shè)計(jì)參考以寬頻地震擺（120S-50Hz）為傳感器,2.1 研究目標(biāo),2.1 研究目標(biāo),,2.2 方案設(shè)計(jì),20VPP,40VPP,5VPP,,通道A,通道B,A/D,FPGA,ARMCPU,雙存儲(chǔ)卡,GPS,WIFI,NET,POWER,,,40VPP,Trillium120A,STS-2.5,CMG-3T,CDJ-S2C-2,2.2 方案設(shè)計(jì),Trillium12

5、0A,STS-2.5,CMG-3T,CDJ-S2C-2,,,天然源地震流動(dòng)臺(tái)陣觀測(cè),人工源地震觀測(cè),2.3 寬頻地震儀研制關(guān)鍵技術(shù),數(shù)據(jù)采集通道超低自噪聲設(shè)計(jì)技術(shù)分布式采集系統(tǒng)高精度時(shí)間同步技術(shù)采集站功能集成電磁兼容設(shè)計(jì)地震臺(tái)陣觀測(cè)站精確自定位技術(shù),2.3.1 數(shù)據(jù)采集通道超低自噪聲設(shè)計(jì)技術(shù),,前置放大器的噪聲系數(shù)：,前置放大器的噪聲模型：,可見， F與放大電路的En 、In噪聲、信號(hào)源的阻抗有相關(guān)聯(lián)。,,,信號(hào)源,,,,,,,

6、,,,,2.3.1 數(shù)據(jù)采集通道超低自噪聲設(shè)計(jì)技術(shù),低噪聲放大器應(yīng)選用在信號(hào)工作頻率范圍內(nèi)，EnIn盡量小的器件。 通過前置放大器的半導(dǎo)體器件及工作點(diǎn)的選擇來滿足源電阻匹配條件。,2.3.1 數(shù)據(jù)采集通道超低自噪聲設(shè)計(jì)技術(shù),,,,,AD在采樣率為1kHz時(shí)的，等效輸入噪聲電壓：,,,總噪聲功率譜：,AD量化噪聲：,,2.3.1 數(shù)據(jù)采集通道超低自噪聲設(shè)計(jì)技術(shù),2.3.2 分布式采集系統(tǒng)高精度時(shí)間同步技術(shù),衛(wèi)星#2,衛(wèi)星#1,衛(wèi)星#3,

7、衛(wèi)星#4,(Xi,Yi,Zi)(i =1,2,3,4)為四個(gè)衛(wèi)星的空間位置；(UX,UY,UZ)為GPS接收機(jī)位置；,,PR1、PR2、PR3、PR4為偽距測(cè)量值、CB為接收機(jī)鐘差,2.3.2 分布式采集系統(tǒng)高精度時(shí)間同步技術(shù),ERTC=±(0.309+0.36n)(μs),采集站間同步誤差,設(shè)n取最大值：校準(zhǔn)后連續(xù)工作8個(gè)小時(shí)，可以求得最差情況下的誤差上限為±3.189μs，優(yōu)于±3.2μs。,2.3.

8、2 分布式采集系統(tǒng)高精度時(shí)間同步技術(shù),2.3.3 采集站功能集成電磁兼容設(shè)計(jì),“系統(tǒng)集成”= “簡(jiǎn)單相加”？ 電磁兼容問題: 天線、主控板、采集板、電源板等。,,,,,數(shù)據(jù)采集,GPS模塊,無線通訊,電源系統(tǒng),2.3.3 采集站功能集成電磁兼容設(shè)計(jì),2.3.4 地震臺(tái)陣觀測(cè)站精確自定位技術(shù),野外工作地形復(fù)雜多變，地表落差大，地面通視條件差，通過常規(guī)測(cè)試手段進(jìn)行地質(zhì)測(cè)量困難較大，施工效率低下；大范圍流動(dòng)臺(tái)陣觀測(cè)，儀器安全性難以保證。

9、GPS靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)：目前GPS定位中精度最高的方法，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)點(diǎn)自測(cè)量。GPS靜態(tài)絕對(duì)定位：利用偽距絕對(duì)定位精度約為±10m，實(shí)現(xiàn)儀器防丟失功能。,,基線向量：,T1,T2,,,靜態(tài)相對(duì)定位定義,2.3.4 地震臺(tái)陣觀測(cè)站精確自定位技術(shù),,,誤差因素,2.3.4 地震臺(tái)陣觀測(cè)站精確自定位技術(shù),,三維無約束平差：,以基線向量為觀測(cè)值，對(duì)于每一條基線向量，都可以列出如下的一組觀測(cè)方程：引入一個(gè)基準(zhǔn)（已知點(diǎn)位置基準(zhǔn)或

10、秩虧自由網(wǎng)基準(zhǔn) ），求得各點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。,,,2.3.4 地震臺(tái)陣觀測(cè)站精確自定位技術(shù),2.3.4 地震臺(tái)陣觀測(cè)站精確自定位技術(shù),1. 研究背景2. 研究?jī)?nèi)容3. 系統(tǒng)測(cè)試4. 總結(jié)與展望,匯報(bào)提綱,3.1 實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試,寬頻帶地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究,GEIWSR與REF-TEK130性能測(cè)試現(xiàn)場(chǎng),3.1 實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試,3.1 實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試,實(shí)驗(yàn)測(cè)試-儀器采集帶寬測(cè)試,3.2 應(yīng)用實(shí)例-遼寧興城深部探測(cè)折射實(shí)驗(yàn)

11、,在遼寧葫蘆島-內(nèi)蒙古赤峰200km的測(cè)線上布設(shè)400臺(tái)GEI地震儀,,,3.2 應(yīng)用實(shí)例-遼寧興城深部探測(cè)折射實(shí)驗(yàn),10Hz檢波器,2Hz檢波器垂向,2Hz檢波器南北向,2Hz檢波器東西向,3.3 應(yīng)用實(shí)例-遼寧興城深部探測(cè)寬頻實(shí)驗(yàn),CMG-3T,CDJ-S2C-2,,,Reftek 130-01,GEIWSR,,CDJ-S2C-2,3.3 應(yīng)用實(shí)例-遼寧興城深部探測(cè)寬頻實(shí)驗(yàn),寬頻帶儀器接收的人工源激勵(lì)信號(hào),3.3 應(yīng)用實(shí)例-遼寧興城