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防灾科技学院大学生创新项目（201611775002）资助 浅层地震勘探仪器操作手册 指导教师：沈军、焦轩凯 编者：王超越、吴晴、王乐乐、王晓娜 单位：防灾科技学院 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 2017 年 9 月 目录 1 仪器介绍.........................................................................................................4 1.1 系统硬件组成 .......................................................................................4 1.1.1 主机（显示器）（接收） ...........................................................4 1.1.2 智能接口模块---SLIM（转换） .................................................5 1.1.3 智能地震检波器(接收) ..............................................................5 1.1.4 电源（供电） ............................................................................6 1.1.5 激发系统（激发） .....................................................................6 1.1.6 数据线 .......................................................................................7 1.1.7 系统连接 ....................................................................................8 1.2 数据采集软件介绍 ...............................................................................9 1.2.1 遥测窗口介绍 ..........................................................................10 1.2.2 记录窗口介绍 ..........................................................................11 1.2.3 激发记录窗口 ..........................................................................12 1.2.4．炮点列表窗口 .......................................................................13 2 野外操作流程 ...............................................................................................14 2.1 确定作业的位置和地理环境................................................................14 2.2 布线....................................................................................................15 2.3 安置系统 ............................................................................................15 2.4 实验....................................................................................................17 2.4.1 最佳窗口和最佳偏移距............................................................17 2.4.2 有效波识别..............................................................................18 2 2 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 2.4.3 实验：中间激发（以 1001 开始为例，测试 3-5 次） ............18 2.5 制定观测系统 .....................................................................................20 2.6 滚动采集数据 ☆................................................................................22 2.6.1 软件滚动操作 ..........................................................................22 2.6.2 硬件滚动操作 ..........................................................................25 2.7 激发....................................................................................................25 2.7.1 人工操作 .................................................................................25 2.7.2 软件操作 .................................................................................26 2.8 查看获取的数据..................................................................................27 2.9 注意事项 ............................................................................................28 3 数据处理.......................................................................................................29 3.1 地震数据导入；预处理 .......................................................................29 3.2 排列参数检查 .....................................................................................31 3.3 道集排序方式 .....................................................................................31 3.4 增益控制 ............................................................................................32 3.5 地震数据滤波 .....................................................................................33 3.6 速度分析 ............................................................................................33 3.6.1 速度相似性谱分析 ...................................................................33 3.6.2.速度相似谱处理 ......................................................................34 3.7 速度扫描 ............................................................................................35 3.8 动校正 ................................................................................................35 3.9 静校正 ................................................................................................35 3.10 二次叠加 ..........................................................................................35 3.11 叠后偏移 ..........................................................................................36 3.12 时深转换 ..........................................................................................37 3 3 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 3.13 得到剖面图 .......................................................................................37 4 4 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 1 仪器介绍 1.1 系统硬件组成 技术指标 5 5 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 1.1.1 主机（显示器）（接收） 通过操作员控制台完成设置管理和数据采集过程。见图 1-1。 图 1-1 主机 1.1.2 智能接口模块---SLIM（转换） 地震仪器多功能接口模块具有控制和采集数据的功能。它还提供同步和遥 测处理功能,收集检波器数据并把这些数据传送回操作员控制台。见图 1-2。 6 6 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 图 1-2 智能接口模块 1.1.3 智能地震检波器(接收) 地震检波器是一个小的数字传感器，用于地震数据采集。见图 1-3。 地震检波器：检波器又称拾震器，是把地震波到达所引起地面微弱震动转 换成电信号的换能装置。主要由线圈、弹簧片和磁钢将发生相对运动而产生的 震动周期相对应的感应电流信号，通过专门仪器可将这信号放大并记录下来， 从而拾取到地震波，这类检波器输出的信号电压和其震动时的速度有关，因此 又称速度检波器。 图 1-3 智能地震检波器 1.1.4 电源（供电） 电源通常的供电电压为 12v,见图 1-4。 7 7 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 图 1-4 电源 1.1.5 激发系统（激发） 由铁锤、铁饼、传感器组成的激发系统是激发系统中的一种。铁锤敲打铁 饼用于激发地震波，地震开关为触发器。见图 1-5、图 1-6。 图 1-5 铁锤、铁饼 图 1-6 地震开关 1.1.6 数据线 智能系统中使用了四根主要数据传输线，具体见下。 8 8 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 1.1.6.1 连接主机与 SLIM 的数据传输线 此电缆将所有仪器连接到操作员控制台。电缆网口端插入电脑操作台网 口。另一端接入 SLIM 模块。见图 1-7。 图 1-7 主机与 SLIM 数据传输线 1.1.6.2 智能检波器数据传输线 此电缆用于连接检波器和模块、检波器与检波器之间的传输线，见图 18。 图 1-8 检波器与模块的数据传输线 1.1.6.3 电源传输线 电源线用于连接模块与电源。红色夹端连接正极，黑色夹端连接负极，线 的另外一端接入模块。见图 1-9。. 9 9 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 图 1-9 模块与电源的传输线 1.1.6.4 地震开关与 SLIM 的数据传输线 连接传感器与模块的接线，其中长方形条一端为传感器，另一边为传感器 与模块的接头，见图 1-10。传感器的延长线：是延长传感器与模块距离的数据 线，见图 1-11。 图 1-10 传感器与 SLIM 的数据传输线 图 1-11 地震开关的延长传输线 1.1.7 系统连接 2D 线路由智能地震检波器、多功能接口模块、电源、操作员控制台及其它 10 10 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 传输线组成。 检波器数据传输线沿着测绳放置，在每个接收器点处有一个智能地震检波 器。两个智能地震检波器电缆线由电缆线接头连接，电缆线接头有红色和蓝色 的区分，连接模块的为两个红色的接头，下一根电缆线为蓝色接头，再下一根 为红色接头，即“红—蓝—红”的连接方式,见图 1-12。注：检波器接线时， 只有红口可以直接接在多功能接口模块上，向外依次为红→蓝→红。 图 1-12 1.2 数据采集软件介绍 数据采集软件（原名 SI Engineering System）,即下图图标。 采集软件的参数设置见图 1-13 11 11 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 图 1-13 12 12 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 1.2.1 遥测窗口介绍 打开采集软件，即遥测工具栏： 图 1-14 遥测窗口提供遥测和能量监测信息，见图 1-15。 图 1-15 二维能量监测器主要有四个水平状态和控制区域，见下图 1-16。 图 1-16 13 13 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 1.2.2 记录窗口介绍 以下是记录模式设置对话框（图 1-17）： 图 1-17 进一步设置激发方式，请点击“添加规则”按钮。 将显示 2-D 扩展的“添 加规则”对话框，见图 1-18。 14 14 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 图 1-18 注意： a.第五行为线滚动叠加。如果要使用，要添加每个炮点的增量；否则输入为 零。 b.第六行为站滚动叠加，即多次覆盖。添加排列和激发点向前滚动的道间距 数 d（d=接 收道数÷（2×覆盖次数））。 c.最后一行是检波器接收设置。四个空定义了炮点周围检波器的工作状态。 1.2.3 激发记录窗口 一旦部署好了仪器（系统硬件），并完成了记录模式设置，就可以开始记 录。 当记录参数设置完成时，记录窗口将打开。 15 15 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 图 1-19 记录窗口分为四个部分： 顶部是工具栏；工具栏下面是炮点列表； 接下来 是记录状态窗口；在底部是观察日志窗口。 1.2.4．炮点列表窗口 “记录”窗口的炮点列表分为三列：文件编号，源点和接收器点。 单击炮点 列表的一行将导致活动扩展滚动到该特定的炮点。 在下面的示例中，已经选择 了第二个炮点，文件编号 5002。 请注意，遥测窗口标尺显示的蓝色代表活动 点，红色代表炮点。 炮点列表中的线可以在炮点状态的图形指示符之前。 已选 - 这是当前选择的炮点。 可以编辑，记录或测试所选的炮点。 忙 - 系统当前正在记录或测试此炮点。 完成 - 此炮点上的激发已完成。 16 16 1 仪器介绍 浅层地震勘探仪器操作手册 图 1-20 17 17 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 2 野外操作流程 操作流程图： 18 18 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 2.1 确定作业的位置和地理环境 图 2-1 19 19 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 2.2 布线 测线一般垂直地下构造的走向，实际操作见图 2-2。 图 2-2 2.3 安置系统 找到电脑操作台的位置，从此位置向两侧布检波器线缆，见图 2-3。 图 2-3 安插地震检波器，见图 2-4，图 2-5 20 20 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 图 2-4 图 2-5 实际操作见图 2-6，图 2-7，图 2-8。 图 2-6 21 21 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 图 2-7 图 2-8 2.4 实验 2.4.1 最佳窗口和最佳偏移距 在浅层反射波法勘探中，为了使面波、声波、直达波和折射波产生较少的 干扰，可以把接收地段选择在既不受面波影响又不受折射波影响的地段。这种 最佳接收地段称为最佳窗口。 所谓最佳偏移距就是在选择最佳窗口内选择一个公共的偏移距，即炮点到 第一个检波器的距离达到最佳偏移距时，使观测窗口内除反射波外的其他干扰 波最少。偏移距指激发点到最近的检波器组中心的距离。 一般都需要通过实验性采集来确定。 22 22 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 图 2-9 2.4.2 有效波识别 图 2-10 各类地震波的频谱特征： 23 23 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 图 2-11 2.4.3 实验：中间激发（以 1001 开始为例，测试 3-5 次） 在野外正式测量开始时，进行中间激发是为了测试仪器。 开始测试检波器，并通过反射波结果选取合适的偏移距，为避免排序问 题，开始数据尽量选四位数。 将 光 标 移 动 到 “ 电 源 （ power ） ” ， 再 将 光 标 移 动 到 “ 开 机 （ power on）”条目，然后单击鼠标左键，多功能接口模块开始通电，见图 2-12。 图 2-12 一旦多功能接口模块成功通电，遥测窗口将变成橘色，见图 2-13。 24 24 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 图 2-13 要唤醒检波器，首先将光标移动最上面图标。点击鼠标右键按钮并弹出菜 单。然后点击“唤醒站”条目，见图 2-14。 图 2-14 当检波器电缆线唤醒时，图标颜色变为绿色（图 2-15）。否则图标颜色变 为紫色。 图 2-15 在电脑唤醒检波器后，检查检波器的安插状况（所有连接的检波器颜色显 示均为绿色时表示正常；如果有的显示为紫色，则需要检查连接或者重新安插 检波器，直至全部显示为绿色。） 进行记录窗口设置: 25 25 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 图 2-16 实验结束，通过获得的数据图像，分析计算最佳偏移距。 2.5 制定观测系统 观测系统的分类 26 26 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 a. 观测系统根据有无偏移距分为： 端点观测系统和有偏移距观测系统（偏移距为炮点与最近检波点间的距离 （最小炮检距）。 ） b.观测系统根据反射点采集次数又分为： 1)单次覆盖观测系统： 每个反射点只采集一次。不断地移动接收点和炮点位 置，实现连续追踪界面。 2)多次覆盖观测系统： 指对被追踪界面的观测次数而言，n 次覆盖即对界面 追踪 n 次。例如对同一界面追踪了两次，称为二次覆盖，追踪了多次，则为多 次覆盖。 选择采集激发方式 有单边激发（放炮）和中间激发（放炮）两种方式 图 2-17 2.Test2 单边激发 测试完毕，选取合适的偏移距开始采集数据。 0m 偏移（从 2001 开始为例，测试 2-3 次） 27 27 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 图 2-18 28 28 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 2.6 滚动采集数据 ☆ 2.6.1 软件滚动操作 实验后确定的偏移距为 20m 。 向前滚动的道间距 d=有效接收道数÷（覆盖次数×2） 由于精度限制，检波器有效接收的个数通常选 24 个，单道接收，每道共有 72 个检波器，通常设置第一个检波器序号为 0，炮点序号为 0，炮间距为 1m。 以 5001 为例，这样，每次布完线可以探测的有效距离为 49m，共 48 个炮点 （0-47）；测完 48 个炮点，拔线并进行移线开始下一次采集。 29 29 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 图 2-19 第二次采集，设置第一个检波器编号为 50，并设置第一个开始数据为 5049，设置炮点为 48，其它参数设置不变，开始第二次采集。同理，第二次的 探测距离也为 49m，共 48 个炮点（48-95）。 图 2-20 同理第三次采集，设置第一个检波器编号为 100，并设置第一个开始数据 为 5097，设置炮点为 96，其它参数设置不变，开始第三次采集，以此类推。 30 30 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 图 2-21 2.6.2 硬件滚动操作 31 31 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 测完 48 个炮点后，拔起全部线缆并进行整体平移 图 2-22 2.7 激发 2.7.1 人工操作 在选择好要激发的炮点后，向抡锤操作员示意激发地震波。抡锤时，要用 力、让锤子面与铁饼垂直接触。 图 2-23 32 32 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 2.7.2 软件操作 激发记录窗口打开后，界面见下： 选中要激发的炮点，点击红色圆圈，进行激发。 当出现此状态栏时，示意可以激发，通知抡锤的人进行激发： 33 33 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 激发成功后，电脑将显示记录过程的当前状态。 以上是这些指标的简要说明。 2.8 查看获取的数据 数据视图窗口提供了一种显示记录数据的灵活方法。 以下是启动数据视图窗口的几种方法： •Automatic：在记录模式下，如果“Show Last File”按钮打开，则每次将文件 写入磁盘时，File View 窗口将显示该记录。 •Shot Point:：在记录模式窗口中突出显示先前记录的炮点，然后单击显示记录 按钮。 •Open SEG-Y:：在主菜单栏中，Record / Open-Seg_Y（记录/）选项将允许 查看任何以前记录的 SEG-Y 文件。 数据视图窗口中的左侧列显示包括线路/站/检波器通道号的跟踪信息。 如果使 用通道作为时间中断源，则该跟踪的数字以“A”开头。 水平轴以毫秒为单位 显示相对时间。 34 34 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 图 2-24 2.9 注意事项 • 安插检波器要垂直插入地面 • 安插检波器不要用重物锤击，以免损坏检波器 • 砸锤子时注意不要砸到检波器，同时注意人身安全 • 砸锤子时人尽量不要走动，以免干扰信号 • 设置参数不要出现错误，会影响数据的处理 • 对城市地下结构勘探，由于白天外界干扰太大，尽量选择夜间作业 • 在硬化路面导致无法安置检波器，可以使用沙袋或泥土帮助固定 35 35 2 野外操作流程 浅层地震勘探仪器操作手册 图 2-25 36 36 3 数据处理 浅层地震勘探仪器操作手册 3 数据处理 数据处理流程图： 图 3-1 数据处理的基本步骤见下，先打开骄佳处理软件-反射波。 37 37 3 数据处理 浅层地震勘探仪器操作手册 图 3-2 3.1 地震数据导入；预处理 1．导入地震数据：单击文件菜单项的导入地震数据命令，如图 3-2，图 3-3。 对于后缀为“dat”文件，已经包含数据参数，一般无需人为设置。 对于后缀为“segy”文件需要根据实测情况设定数据参数。 2．设置数据参数：单击文件表格下方的添加按钮，设置炮点（四位数）、炮点 深度、首道检波点号、首道检波点、检波点等参数。（注：相邻 x 差值要与 dx 对应） 3．最后选择文件输出位置，单击集成并装入文件，导入数据完成。对于使用大 锤激发的地震波传播深度有限，我们可以减小处理的终止时间。 38 38 3 数据处理 浅层地震勘探仪器操作手册 图 3-3 图 3-4 3.2 排列参数检查 打开排列参数，检查数据导入是否正确。单击文件菜单项下的排列参数命令 或单击如图 3-5 位置。 39 39 3 数据处理 浅层地震勘探仪器操作手册 图 3-5 排列参数观测系统图，如图 3-6 图 3-6 3.3 道集排序方式 单击文件菜单项下的道集排序命令或单击如图 3-5 位置 40 40 3 数据处理 浅层地震勘探仪器操作手册 其中有四种排序方式：共中心点、共炮点、共偏移距、共检波点。 例如：共炮点道集排序观测（见图 3-7） 图 3-7 共偏移距道集排序观测，见图 3-8。共偏移距道集可以初步看到地下大致情 况。 图 3-8 3.4 增益控制 增益控制:信号过强或者过弱时，可以控制“增益”调节;如果增益效果不好， 可以撤销。 单击编辑菜单项下的增益控制命令或单击如图 3-9 位置 41 41 3 数据处理 浅层地震勘探仪器操作手册 图 3-9 3.5 地震数据滤波 地震数据滤波主要目的是滤掉低频的直达波和折射波以及高频的噪声等干 扰。单击滤波菜单项下的频率滤波命令，如图 3-10 图 3-10 频率滤波处理，如图 3-11。设计滤波器带通范围的截止频率约位于信号峰值对 应频率的 3 倍处。 42 42 3 数据处理 浅层地震勘探仪器操作手册 图 3-11 3.6 速度分析 3.6.1 速度相似性谱分析 选取“共中心点”道集，进行“速度相似性谱分析”。单击速度分析菜单 项下的相似谱分析命令及其参数设置，如图 3-12。由于探测深度有限，速度一 般不会很大，数值约为几百至几千，要参考实际情况。 43 43 3 数据处理 浅层地震勘探仪器操作手册 图 3-12 3.6.2.速度相似谱处理 速度相似谱处理，如图 3-13。“选择速度分析位置”小数据量选择一个合适位 置即可。大数据量时选择三个位置：两边和中间。分析时要在最左侧区域适当 选点，尽量使中间图像中倾斜的波层变水平。数据分析是数据处理的重点和难 点，要多尝试几次，以便获取最佳处理效果。 图 3-13 3.7 速度扫描 单击速度分析菜单项下的速度扫描命令，设置参数如图 3-14。 44 44 3 数据处理 浅层地震勘探仪器操作手册 图 3-14 3.8 动校正 动校正：共中心点道集中炮检距不同的道有不同的正常时差。动校正处理 是消除这些正常时差的处理，即将共中心点道集中炮检距不同的各道上来自同 一界面同一点的一次反射波到达时间 t(i)校正为共中心点处回声时间 t(0)的一种 处理。见图 3-15。 图 3-15 3.9 静校正 静校正：对地形的校正。如果实际过程中有地形数据，我们可以地形数据 进行静校正；如果没有地形数据，直接叠加处理。见图 3-16。 图 3-16 3.10 二次叠加 二次叠加：在数据处理差时，选择混波，增强反演效果。 45 45 3 数据处理 浅层地震勘探仪器操作手册 二次叠加参数设置，如图 3-17。 图 3-17 3.11 叠后偏移 叠后偏移：在时深转换之前，我们可以先进行“叠后偏移”，能得到反演 的地下结构图。 图 3-18 46 46 3 数据处理 浅层地震勘探仪器操作手册 图 3-19 3.12 时深转换 时深转换：二次叠加后也可以直接进行时深转换。 时深转换参数设置如图 3-18，时深转换得出反演的地下结构图。如图 3-19。 图 3-20 图 3-21 47 47 3 数据处理 浅层地震勘探仪器操作手册 3.13 得到剖面图 剖面图显示，如图 3-20 图 3-22 48 48