1、1. 研究背景研究背景2. 研究內容研究內容3. 系統測試系統測試4. 總結與展望總結與展望匯報提綱匯報提綱1. 研究背景研究背景“深部探測技術及實驗研究專項深部探測技術及實驗研究專項”中，在青藏高原、中，在青藏高原、中亞造山帶以中亞造山帶以及松遼盆地及松遼盆地等區域完成等區域完成3000km以以深反射地震深反射地震為主導為主導的工作量。的工作量。在未來在未來15年的年的“地殼探測專項地殼探測專項”中，將預期開展更多的中，將預期開展更多的深反射地震深反射地震以及以及地震流動臺陣地震流動臺陣觀測。觀測。 紅實線：擬實紅實線：擬實施探測剖面施探測剖面紅虛線：擬與紅虛線：擬與石油部門合作石油部門合作

2、的探測剖面的探測剖面黑線：已經完黑線：已經完成的剖面成的剖面1. 研究背景研究背景USArray1. 研究背景研究背景USArray計劃中，在美國本土分區域開展計劃中，在美國本土分區域開展地震流動臺陣地震流動臺陣觀測，用于了解其地下深部構造信息。觀測，用于了解其地下深部構造信息。全球全球地震監測網（地震監測網（GSN）經過測試與實際運營考評，）經過測試與實際運營考評，將將Kinemetrics Q330HR作為唯一指定的下一代數據采集系統，作為唯一指定的下一代數據采集系統，將將Reftek作為作為Quanterra的備用廠家。的備用廠家。1. 研究背景研究背景在流動觀測地震在流動觀測地震儀器領

3、域，儀器領域，國內基本處于國內基本處于空白，每年均需要大量進口昂貴的地震儀器！空白，每年均需要大量進口昂貴的地震儀器！130S-01美國美國REFTEK公司公司:130B-01130-GSN125A-02160-01Q330HRS美國凱尼公司美國凱尼公司:Q330Q330SQ330S+Q330HR1. 研究背景研究背景1. 研究背景研究背景2. 研究內容研究內容3. 系統測試系統測試4. 總結與展望總結與展望匯報提綱匯報提綱參數指標參數指標130S-01Q330HRSGEIWSR-II通道數通道數3通道或通道或6通道通道 24Bits6通道，通道，3-26， 3-244通道，通道， 24Bit

4、s動態范圍動態范圍135dB100sps147-148dB130dB共模抑制比共模抑制比大于大于70dB-大于大于80dB增益選擇增益選擇1和和321和和201248163264輸入滿幅值輸入滿幅值20VPP10.625VPP3240VPP15VPP1噪聲水平噪聲水平1.589V-1.555V同步精度同步精度10sTCXO溫補，鎖定溫補，鎖定GPS3.2s采樣率采樣率1000, 500, 250, 200, 125, 100, 50, 40, 25, 20, 10, 5, 1次次/秒秒200，100，50， 40， 20，10，1次次/秒秒4000, 2000, 1000, 500, 200,

5、 100, 50, 1傳感器控制傳感器控制有有有（階躍、正弦、隨機）有（階躍、正弦、隨機）無無記錄能力記錄能力2,4,8,16GB(雙雙CF-II卡卡)最大最大32GB，雙，雙USB最大最大64GB，單，單CF-II功耗功耗1.4W(3道，道，GPS，數據寫盤，數據寫盤，數據傳輸數據傳輸)2.1W(6道，道，GPS，數據寫盤，數據寫盤，數據傳輸數據傳輸)3通道：通道：2.0W6通道：通道：2.5W約約2.5W2.1 研究目標研究目標 針對深部探測所需，以現有無纜地震儀為基針對深部探測所需，以現有無纜地震儀為基礎，研制應用于寬頻地震數據采集的記錄儀：礎，研制應用于寬頻地震數據采集的記錄儀：u側重

6、側重背景噪聲成像背景噪聲成像和和地震流動臺陣地震流動臺陣觀測觀測u適用于適用于大道距大道距、長時間長時間連續觀測連續觀測作業作業u要求要求采集系統具有采集系統具有低噪聲低噪聲、低功耗低功耗、超大動態超大動態范圍范圍和和穩定可靠穩定可靠的的特點特點u瞄準行業的技術標桿，以瞄準行業的技術標桿，以Q330HRS和和REFTEK 130S-01的技術指標為設計參考的技術指標為設計參考u以寬頻地震擺（以寬頻地震擺（120S-50Hz）為傳感器）為傳感器2.1 研究目標研究目標參數指標參數指標擬達到的目標擬達到的目標通道數通道數3通道或通道或6通道通道 24Bits動態范圍動態范圍148dB共模抑制比共模

7、抑制比大于大于80dB增益選擇增益選擇1,4,8輸入滿幅值輸入滿幅值通道通道A：5VPP1，20VPP1通道通道B：5VPP1，40VPP1噪聲水平噪聲水平1.5V同步精度同步精度3.2s采樣率采樣率1000, 500, 250, 200, 125, 100, 50, 40, 25, 20, 10, 5, 1次次/秒秒傳感器控制傳感器控制有（階躍、正弦、隨機）有（階躍、正弦、隨機）記錄能力記錄能力最大最大128GB，雙，雙CF-II功耗功耗3通道：通道：2.0W 6通道：通道：2.5W數據通信協議數據通信協議支持有線、無線網絡數傳支持有線、無線網絡數傳2.1 研究目標研究目標2.2 方案設計方

8、案設計20VPP40VPP5VPP通道A通道BA/DFPGAARMCPU雙存儲卡GPSWIFINETPOWER40VPPTrillium120ASTS-2.5CMG-3TCDJ-S2C-22.2 方案設計方案設計Trillium120ASTS-2.5CMG-3TCDJ-S2C-2天然源地震流天然源地震流動臺陣觀測動臺陣觀測人工源人工源地震觀測地震觀測2.3 寬頻地震儀研制關鍵技術寬頻地震儀研制關鍵技術數據采集通道超低自噪聲設計技術數據采集通道超低自噪聲設計技術分布式采集系統高精度時間同步技術分布式采集系統高精度時間同步技術采集站功能集成電磁兼容設計采集站功能集成電磁兼容設計地震臺陣觀測站精確自

9、定位技術地震臺陣觀測站精確自定位技術2.3.1 數據采集通道超低自噪聲設計技術數據采集通道超低自噪聲設計技術前置放大器的噪聲系數：前置放大器的噪聲模型：可見， F與放大電路的En 、In噪聲、信號源的阻抗有相關聯。信號源噪聲系數如下：源電阻和最小求得最佳源電抗、最佳令, 0, 0ssRFXF0soX2nsnEXI nsonERImin12nnE IFkT 20221nsnERI221min112nnE IFkT 2.3.1 數據采集通道超低自噪聲設計技術數據采集通道超低自噪聲設計技術低噪聲放大器應選用在信號工作頻率范圍低噪聲放大器應選用在信號工作頻率范圍內，內，EnIn盡量小盡量小的器件。的器

10、件。 通過前置放大器的通過前置放大器的半導體器件及工作點的半導體器件及工作點的選擇選擇來滿足來滿足源電阻匹配條件源電阻匹配條件。2.3.1 數據采集通道超低自噪聲設計技術數據采集通道超低自噪聲設計技術22164.96533 10ampVEHz( )( )( )( )123S fSfSfSfAD在采樣率為在采樣率為1kHz時的，等效輸入噪聲電壓：時的，等效輸入噪聲電壓：75.02.98 1012582912nadVEV總噪聲功率譜：總噪聲功率譜：AD量化噪聲：量化噪聲：7sum5.080 10EV2.3.1 數據采集通道超低自噪聲設計技術數據采集通道超低自噪聲設計技術2.3.2 分布式采集系統高

11、精度時間同步技術分布式采集系統高精度時間同步技術衛星#2衛星#1衛星#3衛星#4GPS接收機PR1PR2PR3PR4(Xi,Yi,Zi)(i =1,2,3,4)為四個衛為四個衛星的空間位置；星的空間位置；(UX,UY,UZ)為為GPS接收機位置；接收機位置；偽距方程組偽距方程組22221112222222222233322224441234XYZXYZXYZXYZXUYUZUPRCB CXUYUZUPRCB CXUYUZUPRCB CXUYUZUPRCB C接收機鐘差接收機鐘差CB(UX,UY,UZ)PR1、PR2、PR3、PR4為偽距測量值、為偽距測量值、CB為接收機鐘差為接收機鐘差 2.3

12、.2 分布式采集系統高精度時間同步技術分布式采集系統高精度時間同步技術ERTC=(0.309+0.36n)(s) 采集站間同步誤差采集站間同步誤差 設設n取最大值：校準后連續工作取最大值：校準后連續工作8個小時，可以求得個小時，可以求得最差情況下的誤差上限為最差情況下的誤差上限為3.189s，優于，優于3.2s。 2.3.2 分布式采集系統高精度時間同步技術分布式采集系統高精度時間同步技術2.3.3 采集站功能集成電磁兼容設計采集站功能集成電磁兼容設計 “系統集成系統集成”= “簡單相加簡單相加”？ 電磁兼容電磁兼容問題問題: 天線天線、主控板、采集板、電源、主控板、采集板、電源板板等等。 數

13、據采集數據采集GPS模塊模塊無線通訊無線通訊電源系統電源系統2.3.3 采集站功能集成電磁兼容設計采集站功能集成電磁兼容設計2.3.4 地震臺陣觀測站精確自定位技術地震臺陣觀測站精確自定位技術野外工作地形復雜多變，地表落差大，地面通視野外工作地形復雜多變，地表落差大，地面通視條件差，通過常規測試手段進行條件差，通過常規測試手段進行地質測量地質測量困難較大，困難較大，施工效率低下；大范圍流動臺陣觀測，施工效率低下；大范圍流動臺陣觀測，儀器安全性儀器安全性難以保證。難以保證。GPS靜態相對定位靜態相對定位技術：目前技術：目前GPS定位中精度最定位中精度最高的方法，實現高的方法，實現觀測點自測量觀測

14、點自測量。GPS靜態絕對定位靜態絕對定位：利用偽距絕對定位精度約為：利用偽距絕對定位精度約為10m，實現，實現儀器防丟失儀器防丟失功能。功能。T1T2XYZLxzyLxyz 2.3.4 地震臺陣觀測站精確自定位技術地震臺陣觀測站精確自定位技術011( )( ) 1( )1( )( )( )( )jjjjjjjjiiiiiiiiffftD tD tfD ttf tItTtNtccccc誤誤差差因因素素2.3.4 地震臺陣觀測站精確自定位技術地震臺陣觀測站精確自定位技術000000100010001100010001jiijjiijjiijjjjiiiZYXZZZYYYXXXdZdYdXdZdYd

15、Xvvv2.3.4 地震臺陣觀測站精確自定位技術地震臺陣觀測站精確自定位技術三維地震勘探無需測量，儀器完全自三維地震勘探無需測量，儀器完全自定位定位2.3.4 地震臺陣觀測站精確自定位技術地震臺陣觀測站精確自定位技術1. 研究背景研究背景2. 研究內容研究內容3. 系統測試系統測試4. 總結與展望總結與展望匯報提綱匯報提綱3.1 實驗室系統指標測試實驗室系統指標測試寬頻帶地震數據采集技術研究寬頻帶地震數據采集技術研究GEIWSR與與REF-TEK130性能測試現場性能測試現場兩款地震儀對同源信號采集波形完全吻合兩款地震儀對同源信號采集波形完全吻合00.10.20.30.40.50.60.70.

16、80.91-0.25-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.20.25時 間 （ S）幅度（V） GEIWSRREFTEK1303.1 實驗室系統指標測試實驗室系統指標測試00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81x 10-5時 間 （ S）幅度（V）GEIWSR REFTEK130儀器噪聲水平儀器噪聲水平( (均方根均方根) )：REFTEK130：2.3779e-006 VGEIWSR：1.7443e-006 V自主研制儀器指標明顯優于進口儀器自主研制儀器指標明顯優于進口儀器3.1 實驗

17、室系統指標測試實驗室系統指標測試REF-TEK130幅頻特性曲線幅頻特性曲線050100150200250300350400450500-140-130-120-110-100-90-80-70-60-50Frequency (Hz)Power/frequency (dB/Hz)Periodogram Power Spectral Density Estimate050100150200250300350400450500-150-140-130-120-110-100-90-80-70-60Frequency (Hz)Power/frequency (dB/Hz)Periodogram Po

18、wer Spectral Density Estimate自主研制儀器指標明顯優于進口儀器自主研制儀器指標明顯優于進口儀器GEIWSR幅頻特性曲線幅頻特性曲線實驗測試實驗測試- -儀器采集帶寬測試儀器采集帶寬測試3.2 應用實例應用實例-遼寧興城深部探測折射實驗遼寧興城深部探測折射實驗在遼寧葫蘆島在遼寧葫蘆島-內蒙古赤峰內蒙古赤峰200km的測線上布設的測線上布設400臺臺GEI地震儀地震儀3.2 應用實例應用實例-遼寧興城深部探測折射實驗遼寧興城深部探測折射實驗10Hz檢波器檢波器2Hz檢波器垂向檢波器垂向2Hz檢波器南北向檢波器南北向2Hz檢波器東西向檢波器東西向3.3 應用實例應用實例-遼寧興城深部探測寬頻實驗遼寧興城深部探測寬頻實驗CMG-3TCDJ-S2C-2Reftek 130-01GEIWSRCDJ-S2C-23.3 應用實例應用實例-遼寧興城深部探測寬頻實驗遼寧興城深部探測寬頻實驗寬頻帶儀器接收的人工源激勵信號寬頻帶儀器接收的人工源激勵信號3.3 應用實例應用實例-遼寧興城深部探測寬頻實驗遼寧興城深部探測