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地震勘探仪器是什么?

发布时间:2013-06-29

地震勘探仪器

目前,地震勘探仪器在当代的应用可谓是越来越广泛,地震勘探仪器是值得我们好好学习的,现在我们就深入了解地震勘探仪器,希望本文能对各位读者有比较大的参考价值。

地震勘探仪器的简单介绍

地震勘探中用人工爆炸或用其他可控震源激发地震波﹐并记录它在地面引起的振动位移的仪器。通过分析地震波在岩石中的传播规律﹐确定地震界面的埋藏深度和形状。

按地震波的记录方式﹐地震勘探仪器的发展已经历了6代。第一代是模拟光点记录地震勘探仪。这代地震仪大多数由电子管制成。由于光点感光方式的限制﹐其动态范围小﹐仅有20分贝﹐频带宽约10赫兹﹐采用自动增益控制﹐记录结果不能作数字处理。第二代为模拟磁带记录地震勘探仪。大多数采用晶体管电路﹐利用磁带记录﹐可多次回放﹐并可作多次叠加和数据处理。动态范围达50分贝﹐频带宽为15~120赫兹﹐采用公共增益控制或程序增益控制。第三代为数字记录地震勘探仪器。这代地震仪采用二进制增益控制方式和瞬时浮点增益控制。它把检波器输出的信号转化为数字化信息﹐记录在磁带上。其动态范围为120~170分贝﹐频带宽为3~250赫兹以上﹐记录的振幅精度高达0.1~0.01%。第四代早期遥测地震仪。遥测地震仪由许多分离的野外地震数据采集站和中央控制记录系统组成。第五代为多种数据传输模式。全数字化地震数据传输与记录系统标志着第六代全数字遥测地震仪的出现。

地震勘探仪器
地震勘探仪器
最早的地震勘探仪器

这架仪器是铜铸的,形状像一个酒樽,四周有八个龙头,龙头对着东、南、西、北、东南、西南、东北、西北八个方向。龙嘴是活动的,各自都衔着一颗小铜球,每一个龙头下面,有一个张大了嘴的铜蛤蟆,仪器的内部中央有一根铜质“悬垂摆”,柱旁有八条通道,称为“八道,还有巧妙的机关。当某个地方发生地震时,悬垂摆拨动小球通过“八道”,触动机关,使发生地震方向的龙头张开嘴,吐出铜球,落到铜蟾蜍的嘴里,发生很大的声响。于是人们就可以知道地震发生的方向。 经过公元134年的甘肃西南部的地震试验,完全证实了它检测地震的准确性。它比欧洲创造的类似的地震勘探仪器早了1700多年。可惜的是东汉地动仪早已失传,现在我们看到的地动仪都是后人根据史籍复原的。

地震勘探仪器制成后,安置在洛阳。在公元138年的一天,京都和往常一样,周围并没有什么动静,但是小钢球却异乎寻常地从龙口里吐了出来,落到蛤蟆嘴里。激扬的响声,惊动了四周,人们纷纷议论,大地并没有震动,地震勘探仪器为什么会报震呢?大概是地震勘探仪器不灵吧?谁知过了没有几天,陇西(今甘肃省西部)发生地震的消息便传来了,事实生动地证明了地震勘探仪器是何等的灵敏、何等的准确!

由于地动仪只是记录了地震的大致方向,而非记录地震波,所以相当于是验震器,而非真正意义上的地震勘探仪器。张衡发明的地震勘探仪器开创了人类使用科学仪器测报地震的历史。对此,长期以来中外科学家一直给予极高的评价。认为它是利用惯性原理设计制成的,能探测地震波的主冲方向。在科学技术还很落后的2世纪初能做到这一点,是极其难能可贵的。它和国外类似的地震勘探仪器相比,早了1千多年。

地震勘探仪器发展史

第一台真正意义上的地震勘探仪器由意大利科学家卢伊吉·帕尔米里于1855年发明,它具有复杂的机械系统。这台机器使用装满水银的圆管并且装有电磁装置。当震动使水银发生晃动时,电磁装置会触发一个内设的记录地壳移动的设备,粗略地显示出地震发生的时间和强度。

第一台精确的地震勘探仪器,于1880年由英国地理学家约翰·米尔恩在日本发明,他也被誉为“地震勘探仪器之父”。在帝国大学的同事詹姆斯·尤因和托马斯·格雷的帮助下,约翰·米尔恩发明出多种检测地震波的装置,其中一种是水平摆地震波检测仪。这个精妙的装置有一根加重的小棒,在受到震动作用时会移动一个有光缝(一个可以通过光线的细长缝)的金属板。金属板的移动使得一束反射回来的光线穿过板上的光缝,同时穿过在这块板下面的另外一个静止的光缝,落到一张高度感光的纸上,光线随后会将地震的移动“记录”下来。今天大部分地震勘探仪器仍然按照米尔恩和他助手的发明原理进行设计。科学家将继续通过研究地壳的移动和摆锤的摆动的关联性来探测地球的震动。

地震勘探仪器

1906年俄国王子鲍里斯·格里芩发明了第一台电磁地震勘探仪器,在这台机器的设计中,他利用了19 世纪由英国物理学家迈克尔·法拉第提出的电磁感应原理。法拉第的感应原理认为磁铁磁力线密度的改变可以产生电荷。在此基础上,格里芩制造出一种仪器,可以在感受到震动时将一个线圈穿过磁场,产生电流并将电流导入检流计中,检流计可以测量并直接记录电流。电流随后移动一面镜子,如同米尔恩所制作的引导光线的金属板一样。这个电子装置的优点在于记录器可以放置在实验室里,而地震勘探仪器可以被安放在比较偏僻的的可能会发生地震的地点。

20世纪时,核能测试检测系统的出现促进了现代地震勘探仪器的发展。尽管地震会对人身和财产安全造成巨大损失,直到地下核爆炸的威胁促使世界性的地震监测仪网络(WWSSN)于1960年建立后,地震勘探仪器才被大规模地投入使用,在60多个国家共设立了120多台地震勘探仪器。

发展于第二次世界大战后,普雷斯·尤因地震勘探仪器使研究者能够记录长周期地震波--波在相对较慢的速度下传递很长时间。这种地震勘探仪器使用的摆与米尔恩模型中所使用的类似,不同的是使用一条有弹性的金属线代替枢轴支撑加重的小棒以减少摩擦。战后还对地震勘探仪器进行了以下改进,引进自动计时器使计时更加准确,使用狮子读出器,可以将数据放入计算机中进行分析等。 现代地震勘探仪器最重要的发展是应用地震检波器组合。这种组合,有些由几百个地震勘探仪器组成,都连接到一个单独的中心记录器上。通过对不同地点产生的地震波图的进行比较,研究者可以确定震中位置。

地震勘探仪器的分类

现在在地震研究中使用的地震勘探仪器主要有三种,每一种都有与它们将要测量的地震震动幅度(速度和强度)相应的周期(周期指的是摆完成一次摆动所需的时间长度,或者来回摆动一次所需的时间)。
短周期地震勘探仪器
一般用于研究初次和二次震动,测量移动速度最快的地震波。这是因为这些地震波移动速度太快,短周期地震勘探仪器在不到一秒钟的时间就能完成一次摆动;它同样能够放大记录下来的地震波图,使研究人员能够看出地壳瞬间运动的轨迹。
地震勘探仪器
地震勘探仪器
长周期地震勘探仪器

使用的摆锤一般需要20秒左右的时间完成一次摆动,可以用来测量跟随在地壳初次和二次震动后的较缓慢的移动。地震检测仪网络现在使用的就是这种类型的工具。
超长地震勘探仪器
具有最长摆锤摆动周期的地震勘探仪器叫超长型或宽波段地震勘探仪器。宽波段地震勘探仪器的应用越来越广泛,通常能够对全世界范围内的地壳运动提供更为全面的信息。
 
现在的地震勘探仪器

记录地震波的仪器称为地震勘探仪器,它能客观而及时地将地面的振动记录下来。其基本原理是利用一件悬挂的重物的惯性,地震发生时地面振动而它保持不动。由地震勘探仪器记录下来的震动是一条具有不同起伏幅度的曲线,称为地震谱。曲线起伏幅度与地震波引起地面振动的振幅相应,它标志着地震的强烈程度。从地震谱可以清楚地辨别出各类震波的效应。纵波与横波到达同一地震台的时间差,即时差与震中离地震台的距离成正比,离震中越远,时差越大。由此规律即可求出震中离地震台的距离,即震中距。

值得注意的是,地震勘探仪器只能用于测量地震的强度、方向,并不能用于预测地震。

石油地震勘探仪器

种类很多﹐一般常用的是数字地震仪。这种仪器是把检波器输出的信号数字化﹐并将数字化的信息按一定格式记录在磁带上。这种仪器的特点是动态范围大﹑频带宽﹑精度高等。

仪器的主体包括3个箱体﹕模拟箱体﹑逻辑箱体和磁带机。

另外还有两个辅助箱体﹕覆盖开关(包括电台)和照相记录仪。60道或120道地震检波器接收到的地震信号﹐经过滤波前置放大器﹐模拟滤波﹐再经多路转换开关对各道地震信号进行采样﹐瞬时浮点放大和模数转换﹐送至控制箱体﹐经过记录逻辑系统再送入磁带机最後记录在磁带上。

浅层地震仪

称工程地震仪。一般是指勘探深度近数百米范围内的地震勘探仪器。按其工作原理分计数型﹑波形表示型和信息增强型 3大类。

广泛用于矿产﹑水文地质﹑工程地质等领域。浅层地震仪常见的有传真式地震仪。它的记录方式是只记录幅度超过一定阈值电平的信号﹐并用归一的“短划”形式记录在电敏纸上。

测量仪原理图


一方面通过地震波的非线性变换﹐将连续的地震信号用幅度比较器转换为脉冲讯号﹔另一方面用逻辑门对双信号道的信号利用相关波长滤波技术进行处理﹐可得到记录良好的浅\层反射波。计数型浅层地震仪是通过地震波由检波器1到检波器2的传播时间来得知振动速度的。即把地震波到检波器1﹑2产生的信号分别作为启停控制脉冲﹐并用时钟电路提供的计时脉冲﹐将两个信号的时间间隔数字化﹐用数字的计时单位直接给出观测值。

波形表示型浅层地震仪主要有光线示波器型和紫外线示波器型﹑阴极射线管指示器型和传真摹写型等。它的波形显示方式具有直观显示特点﹐能进行续至波记录﹐还能提供地震波的动力学特征。增强型浅\层地震仪是一种采用信号叠加的处理方法来改善检出信号的信噪比﹐以增大探测深度或便于在干扰严重地区进行有效工作。它测量在同一锤击点多次激发的地震波﹐将其到达检波器的时刻与各地震界面相对应的相同信号叠加在一起﹐从而使信号得到增强﹐而相位紊乱的随机干扰信号随锤击次数增加而趋于互相抵消。

综上所述,本文已为讲解地震勘探仪器的简单介绍、地震勘探仪器发展史、石油地震勘探仪器等等,相信大家对地震勘探仪器的认识越来越深入,希望本文能对各位读者有比较大的参考价值。

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