地震数据数字记录系统
国家地震台网中心已经建立技术比较先进、功能比较齐全、基本能够满足不同用户需求的地震数据管理与服务系统，用户可以通过网站下载国家数字地震台网、各区域数字地震台网的地震事件波形数据、地震目录、震相数据、震源机制解等数据。为了确保国家地震台网中心的数据安全，在中国地震局地球物理研究所建立了国家地震台网数据备份中心，对国家地震台网中心所汇集的实时数据、准实时数据进行在线数据备份，并依托地球物理研究所地震学和地球内部物理学学科优势，通过系统集成构建高性能、高可靠性的地震数据平台和计算平台，实现面向地震科学研究、面向国家各个行业需求的科学研究产品开发与计算能力。
既然野外地震已经采集到了反映地下地质情况的地震记录，为什么还要进行地震资料数字处理呢？这是因为野外采集的地震记录仅仅是把来自地下地层的各种信息以数码形式记录在磁带上或光盘上，还不能直接反映出地下地层的埋藏深度及起伏变化情况，还需要将地震记录拿到室内输入到运算速度非常快、存贮量非常大、专业功能非常强的计算机系统中，在专家的指令下进行反复计算和分析，才能获得直接反映地下地层真实情况的数据和图像，专业上把这一过程叫做地震资料数字处理。这个过程有点像我们生活中使用的数码照相机（或数码摄像机）的显像过程，将数码照相机拍摄到的图像输入到室内的电脑上，根据需要，对显示在屏幕上的影像进行修改、调整、增加、删减，满意后可通过屏幕拷贝、彩色打印输出图片来，也可以录制到光盘上存贮以供调用，这个过程叫做编辑，也叫处理。不过地震资料的数字处理所用的硬、软件则要复杂得多。因为数码相机拍摄到的图像仅是几米到几十米远的景物，而地震资料数字处理要对从地面开始到地下五六千米甚至上万米深范围内的地震数据进行处理，不仅将上面第一套地层，还要将下面很多套地层逐层搞清楚。这些地层在不同地区形态都不一样，有的很平，有的像喜马拉雅山似的高山，有的像雅鲁藏布江似的河谷。可见地震数字处理要把地下数千米深的看不见、摸不着，又极其复杂的地层情况搞清楚，这是多么难的一门学科。
不过，近些年来由于将迅速发展起来的计算机技术、信息技术等许多高新科学技术引用到地震资料数字处理中，为搞清地下地层情况，寻找深埋地下的油气田提供了条件，提供了可能，而且提高了油气勘探的成功率。
这是经过数字处理得到的一条地震偏移剖面，它清楚地显示了克拉2大气田的地下构造形态经过数字处理后的成果有好几十种。专业上把反映地层的埋藏深度、厚度以及形态的图件叫做水平叠加剖面（简称叠加剖面）、偏移剖面。把反映地层岩石（砂岩、泥岩等）组成及其物理性质（速度高低、孔隙大小等）等的成果叫地震属性资料。将经过数字处理的这些剖面和属性资料录制到数字磁带或光盘上，可提供给下道工序（解释）使用。
1965年出现地震信号的数字记录，到1975年初西方国家开始普及。数字记录系统通常装在称为记录站的专用汽车上，由前置放大器、模拟滤波器、多路采样开关、增益控制放大器、模数转换器、格式编排器、磁带机、回放系统组成。其方框图见图3-4-4。
图3-4-4 数字地震仪的结构方框图
1.前置放大器和模拟滤波器
每道有一个前置放大器，它的主要作用是在信号离散化之前提高信噪比。除了放大弱信号外，有时还要适当地对信号进行限幅。通常采用固体电路使之体积很小。与地震检波器电缆相连接的是平衡电路，它可减小与高压线的耦合因而降低工业交流电噪声的影响。然后是低截止滤波器，用于滤除强面波等低频干扰，并防止使第一放大级过载和引入畸变。还有高截止滤波器或称除假频滤波器，用于滤除经模数转换可能产生假频的高频成分，截止频率为采样频率的1/4。例如，对于2 ms采样率，合适的除假频截止频率是125 Hz。滤波陡度高达每倍频70 dB。
由于初至波对地表校正有重要用途，所以应该清楚地观测到初至波。为此，前置放大器要有可选的固定增益，使记录的开始部分强信号到达时具有低的放大倍数，干扰波几乎觉察不到。
2.多路采样开关
多路采样开关是依次把模数转换器与工作道连接起来的电子开关。其功能是与模数转换器一起按选定的采样间隔将多道连续信号离散为一个时间序列。即按规定的时间间隔依次接通不同的地震道，并将其送到模数转换器成为惟一的一个输出道。
3.瞬时浮点增益放大器
瞬时浮点增益放大器简称主放，其作用是没有畸变地放大120 dB以上的高动态范围的信号。它具有增益能自动变化、高速、高精度的特点。瞬时浮点增益控制以二进制增益控制方式为基础，后者的增益变化以6 dB阶跃跳变，从一个增益变化的瞬间到下一个变化瞬间放大器的增益保持不变，当放大器输出高于或低于某个规定的水平（记录器的满程电压）时，放大器增益突然变为原来值的两倍或一半。同时用一定位数来记录增益值，有了这种记录信息，就能够恢复原始信号振幅。瞬时浮点增益控制是在二进制增益控制的基础上发展起来的。它对每个输入信号子样可很快地控制增益的变化，以调节放大器对该子样本身达到合适的增益，增益调节的速度达到微秒级，所以可以认为是瞬时实现的。其增益调节也不限于6 dB，最大可达10 μs内变化90 dB，增益的变化按2的整数次幂跳变，其增益码与数字技术中的浮点表示法的阶码相对应，故称瞬时浮点增益控制。
4.模数转换器（A/D）
模数转换器把从放大系统接收到的模拟信号转换为数字形式。每个数字站通常装备一个模数转换器做所有地震道和辅助道的转换。一个模数转换器与许多道输入之间的协调是利用多路采样开关来实现的。
多路采样开关依次把模数转换器与工作道连接起来，对每一道的连接待续一个短的时间间隔，这段时间足以使模数转换器读取信号振幅并把它转换为二进制字，这是由设在多路采样开关和模数转换器之间的采样保持器完成的。
举一个例子来说明多路采样开关工作的速率。如果是50道的仪器，多路采样开关在第一个循环时从第1道开始至第50道结束依次连接这些道，第二个循环时重复第1道到第50道，余类推。这就是说，每一道以一次循环的时间作为采样周期进行采样。对于4 ms采样周期而言，道到道的转换时间是1/10 ms以内。
模数转换器的输出是一系列用二进制数表示的采样值。它们在送入记录系统之前，每个二进制字的各个位被按照规定的格式排列。数据的格式编排之所以必须，是为了使所记录的数据能够被计算机读取。格式编排处理包括把每个二进制字的各位分配在磁带上若干个规定的信息轨上。地震数字记录中普遍格式是：对半英寸磁带来说用7轨或9轨，对一英寸磁带用21轨。
格式编排装置除了做各个位的排列外，还产生错误检测位，称为奇偶检验处理。它能够提供两种检验：垂向奇偶检验和纵向奇偶检验。在第一种检验的情况下，格式编排装置根据横向写在磁带上的1的总个数是偶数还是奇数而把1或0的数字放在一特定轨上。在纵向奇偶检验的情况下，则对整个记录长度计算包含在每个轨（7或9或21轨中的）中的1的总个数。在回放过程中，如果所记录的磁带漏掉了一个位，奇偶检验位就会指示出来。在奇偶错误的情况下，用一个专门指令给处理机就可能消除错误的二进制字。
5.磁记录器
格式编排装置的输出送到磁记录系统，按照格式编排装置控制的预先确定的位-轨关系把每个二进制字记录在磁带上。
数字记录器通常装有写后读装置，由放在写磁头之后的专门读磁头读取所记录的数据，从读磁头出来的数字被反多路转换，然后转换为模拟信号供照相装置显示。
数字地震站的发展趋向是更精密、更迅速的增益控制和更大的总体动态范围。
为了便于三维数据采集、提高分辨率和更好地压制噪声，20世纪80年代初，出现了多达几百到上千道的记录系统。但是，这样的系统使用普通系统所使用的电缆是困难的，因此开始使用遥测系统。遥测记录系统沿着排列安置许多数字化单元装置，在检波器附近由这些数字化单元完成多路采样和模数转换。在陆地勘探中，数字化单元有时用无线电传送到记录车，全部操作由中央处理器控制。这样的系统不需要电缆，因而也避免了工业电干扰。
图3-4-5 地震数据的显示方式
a.波形加变面积；b.变面积；c.波形；d.变密度；e.波形加变密度
最近，市场上出现了多达几万到几十万道的超多道记录系统。它们使用光学纤维电缆传送数据。光纤电缆可以传送密度很高的数据，并且也可免除电干扰。
6.数据的显示
地震记录站使每个检波器组（道）记录的数据输入到其自己对应的磁头（或检流计）回路。除了每道有自己的磁头外，还有几个磁头供记录爆炸信号、井口时间等之用，它们叫做辅助道。爆炸信号以尖锐脉冲的形式标记在记录上，作为t＝0的位置。在使用炸药震源时，放在炮井井口的井口检波器的输出信号与爆炸信号的时间间隔称为井口时间，它表示从爆炸点到地面的垂向传播时间，供静校正之用。
通过回放野外记录磁带或者直接从放大器输出的信号，可以进行照相显示。照相装置利用电压变化使检流计偏转的原理，通过某些光学装置把检流计的偏转记录在照相纸上。输出一般是波形记录，在记录上附加有垂向的计时线。
近些年来，已广泛采用静电显示，它所用的纸要比照相纸便宜。地震道振动图形的显示方式也有多种，除了振幅相对于时间的波形显示外，还有变面积显示和变密度显示以及波形加变面积或变密度显示等，见图3-4-5。
地震数据的数字记录系统简介
答：1965年出现地震信号的数字记录，到1975年初西方国家开始普及。数字记录系统通常装在称为记录站的专用汽车上，由前置放大器、模拟滤波器、多路采样开关、增益控制放大器、模数转换器、格式编排器、磁带机、回放系统组成(图3-15)。图3-15 数字地震仪的方框图 1.前置放大器和模拟滤波器 前置放大器每道一...
地震数据数字记录系统
答：1965年出现地震信号的数字记录，到1975年初西方国家开始普及。数字记录系统通常装在称为记录站的专用汽车上，由前置放大器、模拟滤波器、多路采样开关、增益控制放大器、模数转换器、格式编排器、磁带机、回放系统组成。其方框图见图3-4-4。图3-4-4 数字地震仪的结构方框图 1.前置放大器和模拟滤波器 ...
地震仪记录系统功能简介
答：以往的地震仪如模拟磁带地震仪，一道检波器对应有一个放大器和一个记录器共同组成地震记录道。野外有多少道检波器，地震仪中就有多少个放大器和记录器，这种数据的传输方式叫“多路并行”。现在的数字地震仪为了减少仪器的体积，在仪器中只有一个为各道公用的主放大器，数据到达放大器之前，就必须有一个...
地震勘探野外数据采集系统简介
答：地震勘探数据采集系统可把接收到的地面振动转换为电信号，记录这种信号就称为地震记录。数据采集系统主要由地震检波器和数字地震仪组成。2.1.2.1 地震检波器 检波器是安置在地面、水中或井下以拾取大地振动的地震探测器或接收器，它实质是将机械振动转换为电信号的一种传感器。现代地震检波器几乎完全是动...
海底地震的数据记录器
答：海底地震数据记录器是一种大动态、宽频带数字仪器,能用于海底或陆地边远地区记录地震数据. 它体积小、重量轻、操作简单,采用两个缓存存储器控制PC/104嵌入式计算机,能在低功耗、长时间连续记录地震数据. 记录器的关键部件是PC/104嵌入式计算机,能保证记录器工作可靠. 它使用硬盘存储数据,2GB的硬盘能容纳1...
中国地震台网中心的数据系统
答：国家地震台网中心已经建立技术比较先进、功能比较齐全、基本能够满足不同用户需求的地震数据管理与服务系统，用户可以通过网站下载国家数字地震台网、各区域数字地震台网的地震事件波形数据、地震目录、震相数据、震源机制解等数据。为了确保国家地震台网中心的数据安全，在中国地震局地球物理研究所建立了国家地震...
数字地震仪的组成
答：数字地震仪的结构框图如图3-3-1所示。它主要由记录系统、回放系统两大部分组成。记录系统主要包括：检波器、前放滤波电路、多路转换开关、主放、采样保持器、模数转换器和磁记录器等。回放系统是记录系统的逆过程，主要包括：回放输入编排器、数字自动增益控制、数模转换器、反多路转换开关、回放滤波器和...
什么是计算机集中控制式地震数据采集系统
答：计算机控制系统(Computer Control System，简称CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的...
地震台网的简介
答：按其控制震级的大小分为微震台网和强震台网；按监视范围分为全球地震台网、国家地震台网和区域地震台网；按台站仪器设置分为长周期地震台网和短周期地震台网；按信息记录方式还可分为模拟地震台网和数字地震台网等。地震台网内观测数据由各台站定时发往地震数据处理及分析预报中心 中心负责数据的收集...
数字地震仪的基本工作原理简介
答：(四)数据记录格式(SEG-D)简介 数字磁带记录的是经过模数转换器输出的尾数码,主放输出的增益码以及其他数码。以什么样的规格在磁带上记录这些数码,就是所谓的记录格式。 一张记录格式的编制,应使记录格式编排电路尽量简单;能最大限度地实现记录格式化,即当使用磁带记录时,便于计算机对地震资料的处理;在使用上要方便...
