专利名称：地震勘探数据采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数据采集系统，特别涉及一种对油气、煤炭资源勘探开发使用的高密度地震勘探数据采集系统。
背景技术：
2004年7月20日发布的《国家发展改革委员会办公厅关于组织实施“资源勘探开发与高效利用关键技术”国家重大产业技术开发专项的通知》，其中包含高精度、高分辨率地球物理勘探技术内容，重点是针对复杂地表和地质条件下进一步提高三维地震的精度和分辨率地震勘探技术。
2006年1月26日发布的中共中央、国务院“关于实施科技规划纲要，增强自主创新能力的决定”中又十分明确的提出了“把复杂地质油气资源勘探开发利用”作为重点领域及其优先主题。
目前在油气、煤炭勘探开发中应用最广、效果最好的，是反射地震勘探方法。随着地质勘探目标由简单构造勘探到目前的复杂构造、隐蔽圈闭和岩性勘探，从而对地震数据采集方法和勘探技术的要求也越来越高。例如，在油气勘探的初期，寻找地下构造如背斜圈闭、断层复杂化的构造圈闭等，使用多道地震仪作单次覆盖观测，在大庆那样优越的地震地质条件下，即可获得良好质量的反射记录，勾绘出大庆长垣构造，开发出大庆油田。随着油气勘探的深化发展，要求解决地层岩性圈闭。像胜利油田的古河道砂体、辽河油田的火山岩体，寻找复杂地质体的油气资源，古潜山及其内幕、山前高陡构造带等不仅勘探深度增大，而且地表与地下条件均呈复杂化，这就要求必须努力提高资料的分辨率、信噪比、保真度真实刻画地下地质现象才能解决。而使用SI高密度地震数据采集系统及勘探方法进行地震勘探，是完成上述目标的最好选择。
发明内容
本发明的目的在于，通过提供一种高密度地震勘探数据采集系统，以解决在寻找复杂地质体的油气资源，古潜山及其内幕、山前高陡构造带，地表与地下条件均呈复杂化的情况下，进一步提高资料的分辨率、信噪比、保真度真实刻画地下地质现象。
本发明是采样以下技术手段实现的一种高密度地震勘探数据采集系统，将接收到的信号进行储存、管理、处理、输出；
完成信号接受的为将采集信息进行模数转换的数字检波器；将数个数字检波器串联后组成同样数字道结构的SMGs数据链；每个大线接口单元SLIM连接二串数字传感器SMGs数据链，通过数传电缆把每个SMGs的数据以二维SEG-Y格式或通过数据交叉站连接以三维SEG-D格式或IBM32位浮点格式记录在磁介质上；在中央记录系统收到数据后进行数据的存储和绘图；并同时对采集的数据进行屏幕回放显示；在所述的大线接口单元SLIM里进一步设有一个带有RAM存储器的计算机；在所述的三维SEG-D格式数据进行采集时，对每条数据接收线使用一个数据排列管理单元IXU对单线的接收点和数据进行控制、管理和传输。
本发明还可以采样以下技术手段实现前述的数字检波器之间的道距为5M或10M。
前述的数字传感器之间的道距为5M时选用传输数据为284Kbps的2芯数据电缆或100Mbps的4芯数据电缆；道距为10M时选用传输数据为100Mbps的4芯数据电缆。
前述的SEG-Y格式接收为2000道/1ms采样；所述的SEG-D格式为30000道/1ms采样。
前述的数传电缆的传输速率为100Mbps；在网络中，每个数字检波器都有独立的IP地址，可以实时样点传输。
前述的数传电缆的插头为无插针、插孔的自清洁防水结构。
前述的数据排列管理单元IXU被放置在接收线的任一位置；在该管理单元上设有支持热插拔的双单元接口。
前述的磁介质为磁带、磁盘或光盘。
前述的数字检波器内设有检波器芯体，在所述芯体的上端设有进行模数转换的微处理器，在其顶部的两侧连接有数据传输电缆的接口，其数字检波器为密封结构。
前述的数字检波器的芯体为速度型、加速度型或压敏型传感器。
本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果1、在WINDOWS XP系统平台下运行，仪器操作的应用软件简单，易于学习、维护、使用。
2、可实时无间断、无闪烁的，运用能量条、波形两种排列监视功能，监视每一个接收点的工作状况。
3、可方便灵活的对数字检波器的电子部分和芯体部分进行技术指标测试。如脉冲响应、相位特征、内部噪声、自然频率等。
4、可检测每一个数字检波器在野外埋置后的倾斜角度。
5、采集系统体积小、重量轻、操作简单方便，更适合复杂地表区的野外勘探。不仅能够实现快速的野外排列铺设，而且使用的车辆少、人员少。
6、具备快捷，更加精确的野外排列故障检测、排除功能。
7、道距小、道数多、放炮少，通过室内组合叠加可获得不同覆盖次数的地震剖面，因而生产时效高，勘探成本低。
综上所述，SI是为高密度勘探而精心设计的一套高密度地震勘探数据采集系统。其先进的设计理念，配套的软、硬件功能，为高分辨率、全三维勘探提供了基础。为油田、煤田勘探开发搞准小断层、小幅度构造，正确客观认识复杂岩性、复杂构造体提供了条件。由于其体积小、重量轻、施工简单、生产实效高、成本较低，为广泛应用提供了保证。
图1为二维高密度地震勘探数据采集系统示意图；图2为三维高密度地震勘探数据采集系统示意图；图3为数字检波器示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施例加以说明本发明的设计思路为应用当前已广泛使用，并且非常成熟的局域网管理、控制和数据传输技术，传输速度快、带道能力强，每个接受点都有自己的IP地址；采用数字化检波器，避免地震信号在传输过程中的能量损耗和高频衰减；每道一个数字检波器，道距5米、10米高密度接收，分辨率高、保真度高；应用嵌入式、终端/节点计算机技术；应用单片高速微处理器技术；使用了最新的元器件产品；系统设计简单、轻便灵活、适合复杂地表环境下施工。
本发明的主机系统的记录、生产能力强。使用5米、10米道距接收，二维2000道/1ms采样；三维30000道/1ms采样。
数传电缆以100Mbps的传输速率，可进行样点的实时传输。
每道单个数字检波器结构设计，传感器芯体的输出端子直接插入数字化总成。从而使传感器芯体输出的摸拟信号传输路径最短，使信号得到了最高的保真度，并十分有效地保护了信号的输出能量。
每个数字检波器的电子总成内，都有一个微处理器。同时具有数据采集、数据编排、数据传输、模数转换、指令控制、网络管理等和对传感器芯体、电子总成技术指标的测试功能。
数字检波器内的传感器芯体，可根据完成不同地质任务的要求和用户需求非常方便的进行更换。结构简单、极其轻便和灵活的主机系统可方便用户根据勘探目标的不同需要，选择适合野外施工作业的主机配置。
主机配置一便携式计算机、中央记录单元CRU、野外排列管理单元IXU、编码器、12VDc-220VAc电源转换器，总重量小于30公斤。一套这样的主机设备可进行48道@1ms-2000道@1ms的二维或小型三维地震数据采集。
主机配置二多屏幕台式计算机、中央记录单元CRU、野外排列管理单元IXU、编码器、12VDc-220VAc电源转换器、磁带机、绘图仪，总重量小于50公斤，用户可以选配5-8Kw的小型发电机为主机系统供电。一套这样的主机设备可以进行2000道@1ms-7000道@1ms的三维地震数据采集。
主机配置三多屏幕台式计算机、中央记录单元DSU、中央服务器、光纤信号转换器、网络管理和控制设备、编码器、磁带机、绘图仪，总重量小于150公斤。用户可以选配8-15Kw的小型发电机为主机系统供电。一套这样的主机设备可以进行7,000道@1ms-30,000道@1ms的三维地震数据采集。
二维高密度地震勘探数据采集系统的具体实现方法，请参阅图1所示；从图中可以看出，100为数字检波器，由数据传输线将每6个SMG数字检波器100组成的数据链200，由二组数据链组成的数据串110连接到大线接口单元301的输入端，而另一数据串120连接到另一大线接口单元302的输入端；大线接口的输出端通过数传电缆210连接中央记录单元70的输入端，中央记录单元70的输出端连接控制单元71的输入端，其控制单元71的输出端连接到显示单元72，将测量和采集处理后的数据进行显示。
三维高密度地震勘探数据采集系统的具体实现方式请参阅图2所示；从图中可以看出，由三组原有的二维系统通过三个交叉站60、601和602组成或连接多线组成三维地震勘探数据采集系统。
分别由二组数据链组成的数据串110、120、130、140、150、160、170、180、190的输出端连接到大线接口301、302、303、304、305、306、307、308、309的输入端，其中，大线接口301、302、303的输出端连接到交叉站60的输入端，大线接口单元305、306、304的输出端连接交叉站601的输入端，大线接口307、308、309的输出端连接到交叉站602的输入端，上述交叉站之间相互连接，上述交叉站601将得到的三维格式数据信息输入到中央记录单元70、控制单元71和显示单元72。
图中所示的电源站50、501、502分别将电源输送给与其相连接的大线接口单元、交叉站以保证其正常工作。
上述数据链内部的传输速率有两种5米道距配置数据链的数传速率为284Kbps，10米道距配置数据链的数传速率为100Mbps。
本发明可以采用灵活多样的数据记录方式SEG-Y、SEG-D、IBM32位浮点数据记录格式。可记录在磁带、硬盘、光盘上，也可通过用户选配的远程遥测数据传输系统，把采集到的数据发送到数据处理中心或基地中心。
上述BBU电源站50、501、502可对48道供电，有两个热插拔输入端。可满负荷连续工作12小时，放1200炮。1sm采样率的检波器频率响应在-3db点时达到428Hz，有利于宽频信号数据采集。
整个数据采集系统使用环境温度为-40℃-+75℃。
SI是为高密度勘探而精心设计的一套地震采集系统。其先进的设计理念，配套的软、硬件功能，为高分辨率、全三维勘探提供了基础。为油田、煤田勘探开发搞准小断层、小幅度构造，正确客观认识复杂岩性、复杂构造体提供了条件。由于其体积小、重量轻、施工简单、生产实效高、成本较低，为广泛应用提供了保证。
该SMG数字化检波器的结构请参阅图3所示，从图中可以看出数字检波器80内设有检波器芯体83，在所述芯体83的上端设有进行模数转换的微处理器88，在其顶部的两侧连接有数据传输电缆的接口85、86，该数字检波器为密封结构，81为其前端部，84为感测弹簧，82为感测线圈。当81受到地震信号的震动时，其感测弹簧将带动芯体83震动，由于芯体为相对感测线圈而震动，因而通过切割磁力线，而产生一个模拟的增量变化信号，而设置在检波器内的模数转换的微处理器88将其检测到的模拟增量变化信号转化为数字信号，并将其数字信号通过设置在顶部的两侧连接有数据传输电缆的接口85、86通过数据线传输到大线接口单元。
上述检波器芯体的主要测试项目有脉冲测试、自然频率测试、阻尼测试、畸变系数测试、倾斜度测试。所有测试数据都是由模数转换的微处理器88转化为数字信号后记录为SEG-Y或SEG-D格式对于数据处理时对系统指标进行分析。
上述检波器电子部分的主要测试项目有漂移测试、动态范围测试、畸变系数测试、二种系统脉冲测试、内部噪音测试、环境噪音测试。所有测试数据可以记录为SEG-Y或SEG-D格式，用于数据处理时对系统指标进行分析。
由于对模拟信号转化为数字信号可以采用现有技术的多种方案实现，在此就不予以详细叙述，本发明的重点是高密度地震勘探数据采集系统的实现。
在本实施例中，通过2芯有线遥测总线发送数字化格式的检波器响应，1000道以上仪器采用4芯电缆或根据用户的要求配置；完善的数字检波器测试和诊断功能，可以对电子部分或传感器进行随时的检测。
防水、防潮措施能够确保SMG正常工作。SMG可以根据用户的使用要求，配置不同的外壳封装以适应不同的数据采集施工作业。
SMG可以根据用户的使用要求，配置不同频率的检波器芯或其它传感器芯体，例如涡流或MEMS传感器。
上述的一个数据链由6个SMG组合而成。用户可选的SMG道间距电缆配置5米道间距选用2芯电缆；10米道间距配置4芯电缆；2芯数据链电缆的传输速率为284Kbps。4芯数据链电缆的传输速率为100Mbps。可以在仪器的操作系统中，通过发送测试指令的方式，对数据链的技术指标随时进行测试。
上述大线接口单元-SLIM；每个SLIM连接二串SMG数据链即12个SMG，通过数传电缆把每个SMG的数据高速传送到二维CRU或三维主机；在SLIM里有一个带有RAM存储器的计算机；包含有对传输数据的错误进行校正等功能；铝合金外壳具有重量轻、小型化、刚性化设计、防水、防静电等特点。
该大线接口单元采用铝合金防水外壳。
上述交叉站即排列管理单元-IXU，在三维系统中每一条接收线上都需要配置一个IXU来接收和合并其它线上的数据，并把这些数据发送到主机CRU。IXU通过高速数传电缆即100Mbps电缆或高速光纤缆，连接到CRU。IXU可以被放置在接收线上的任何位置。在IXU上有双电源接口，每个电源接口都可以实现热插拔更换电瓶。其显著的特征是刚性化设计的外壳具有小型化、防水、防静电的特性。
该交叉站的主要功能在于分配时钟信号和控制多线施工，实时收集和传输来自各条接收线的数据，用于二维和三维单线排列的管理和数据传输。
上述交叉站同样采用铝合金防水外壳。
上述地震数传电缆，采用有线100MHz网络传输，每个数字检波器都有自己的IP地址，可实时样点传输，速度快并应用了局域网管理、控制技术，带道能力强。
电缆插头采用自清洁防水插头，无插针、插孔结构，减少野外泥沙对插头的影响，提高连接的可靠性。
上述电源站BBU，为48道野外地面采集设备-4个SLIM、8个采集数据链，共48道采集单元提供电源供应。该电源站把12V的电瓶电压转换到48V，为系统电子器件的正常工作供电；在BBU内有内部时钟重复器功能、有热插拔更换电瓶的连接装置。BBU的铝合金外壳具有重量轻、小型化、刚性化设计、防水、防静电等特点。
本发明为一种高密度地震勘探数据采集系统，采用高速实时数据传输的有线以太局域管理、控制网络，应用了局域网管理、控制和数据实时传输技术，每个接收点都有自己的IP地址。
本系统方便灵活的检测功能，可随时对数字化检波器的传感器芯体和数字化电子单元进行技术指标测试，所有测试的数据以SEG-Y格式二维系统或SEG-D格式三维系统记录在特定文件号的数据文件里。
本发明采用的超强带道能力的主机——CRU中央记录和控制单元，在二维采集时2000道/1ms；三维采集时30000道/1ms。
二维采集时，首先通过人工方式激发，产生地震反射波，然后SMG数据链上的每一个SMG数字化检波器开始数据采集，并对接收到的每个样点数据进行模数转换、数字滤波、数据编排后，通过数据链电缆把这个样点的数据立即传送到放置在野外排列上的大线接口单元SLIM，再由SLIM和数传电缆组成的高速以太网以100Mbps的传输速率把数据传送到中央记录单元CRU。在CRU的管理和控制下对接收到的所有记录道的同一时刻的样点数据进行编排和记录，在完成全部的数据采集后按照要求对采集的数据进行屏幕回放显示、QC监控和绘图作业。
100Mbps传输速率的数据传输技术使得二维2000道的样点数据在1ms采样率、三维30000道的样点数据在1ms采样率情况下，能够在完成模数转换、数据编排后即刻发送到中央记录系统。因此可以实现几乎在数据采集完成的同时即将所有采集道的数据传送到中央记录系统。在中央记录系统收到全部的数据后进行数据的存储和绘图。
在三维采集时，还要每条接收线使用一个IXU即交叉站对单线的接收点和数据进行控制、管理和传输。系统主机和IXU之间、单线IXU之间使用光缆实时传输指令和数据。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种地震勘探数据采集系统，将接收到的信号进行储存、管理、处理、输出；其特征在于完成信号接收的为将采集信息进行模数转换的数字检波器；将数个数字检波器串联组成同样数字道结构的SMGS数据链；每个大线接口单元SLIM连接二串数字传感器SMGS数据链，通过数传电缆把每个SMGS的数据以二维SEG-Y格式或通过数据交叉站连接以三维SEG-D格式或IBM32位浮点格式记录在磁介质上；在中央记录系统收到数据后进行数据的存储、管理和绘图；并同时对采集的数据进行屏幕回放显示；在所述的大线接口单元SLIM里进一步设有一个带有RAM存储器的计算机；在所述的三维SEG-D格式数据进行采集时，对每条数据接收线使用一个数据排列管理单元IXU对单线的接收点和数据进行控制、管理和传输。
2.根据权利要求1所述的一种地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的数字检波器之间的道距为5M或10M。
3.根据权利要求2所述的一种地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的数字传感器之间的道距为5M时选用传输数据为284Kbps的2芯数据电缆或100Mbps的4芯数据电缆；道距为10M时选用传输数据为100Mbps的4芯数据电缆。
4.根据权利要求1所述的一种地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的SEG-Y格式接收为2000道/1ms采样；所述的SEG-D格式为30000道/1ms采样。
5.根据权利要求1所述的一种地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的数传电缆的传输速率为100Mbps；在网络中，每个数字检波器都有独立的IP地址，可以实时样点传输。
6.根据权利要求3所述的一种地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的数传电缆的插头为无插针、插孔的自清洁防水结构。
7.根据权利要求1所述的一种地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的数据排列管理单元IXU被放置在接收线的任一位置；在该管理单元上设有支持热插拔的双单元接口。
8.根据权利要求1所述的一种地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的磁介质为磁带、磁盘或光盘。
9.根据权利要求1所述的一种地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的数字检波器内设有检波器芯体，在所述芯体的上端设有进行模数转换的微处理器，在其顶部的两侧连接有数据传输电缆的接口，其数字检波器为密封结构。
10.根据权利要求9所述的一种地震勘探数据采集系统，其特征在于所述的数字检波器的芯体为速度型、加速度型或压敏型传感器。
全文摘要
本发明公开了一种地震勘探数据采集系统，将接收到的信号进行储存、管理、处理、输出；将数个设有各自独立IP地址的数字检波器串联后组成同样数字道结构的SMG
文档编号G01V1/22GK101021565SQ200610078860
公开日2007年8月22日 申请日期2006年5月11日 优先权日2006年5月11日
发明者侯树麒 申请人:侯树麒