高分辨率低功耗浅层地震勘探仪器的研究与实现

论文摘要

浅层地震勘探方法是一种工程、水文和环境物探方法中最重要和最常用的方法之一,其面临突出难题是在干扰严重环境下解决浅而小地质构造问题,要解决此问题关键是提高地震记录分辨率实现精确勘探。然而,分辨率是一种综合性、系统性概念,其贯穿整个勘探过程。因此,要实现高分辨率浅层地震勘探,仍然有许多理论和技术问题需要研究和解决。本文综合运用地震勘探、系统工程、信号分析、传感器、数据采集系统、嵌入式系统和数字信号处理等理论和技术方法,在国家中小企业创新资金支持下,以地震记录分辨率为中心内容,以浅层地震仪器为主要研究对象,深入系统地分析研究了地震记录分辨率分析方法、地震仪器分辨率分析方法、低功耗高分辨率浅层地震仪基于平台设计方法和基于平台的矿井浅层地震仪产品开发,取得如下主要结果:1.提出基于时间分辨率和振幅分辨率的地震记录分辨率分析方法,利用此方法可比较容易从理论上分析影响地震记录分辨率的关键因素,有针对性地提出相应的解决方法,并为高分辨率浅层地震勘探仪器产品开发提供理论基础。2.提出基于动态范围和频率特性的地震仪器分辨率分析方法,利用此方法可有效地解决浅层地震仪器分辨率分析问题,并为高分辨率浅层地震仪器产品开发提供技术基础。3.提出浅层地震仪基于平台设计方法,此方法具有先进性、科学性、实用性、高效性、灵活性、可裁剪性、可维护性、可扩展性和可升级性。利用此方法不仅可开发出低功耗、高分辨率浅层地震勘探仪器产品,而且还可以彻底根除基于器件设计方法所带来的种种弊端,同时还可为高分辨率浅层地震勘探仪器系列产品高效开发提供技术保证。4.开发出两款低功耗高分辨率矿井浅层地震仪产品——矿井地质探测仪和矿井巷道超前探测仪,通过现场试验验证,其可有效地解决煤矿井下巷道四周浅层地质小构造(如断层)勘探和煤层厚度探测问题,仪器性能和功能达到或超过国内同类产品水平,且仪器的功耗(≤4W)小于国内外先进的高分辨率浅层地震仪产品。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 浅层地震勘探仪器发展的历史、现状与趋势
• 1.2.1 地震勘探仪器发展概况
• 1.2.2 浅层地震勘探仪器发展简史
• 1.2.3 浅层地震勘探仪器发展现状
• 1.2.4 浅层地震勘探仪器存在问题及发展趋势
• 1.3 论文的主要研究内容
• 1.4 本课题研究的项目支持
• 第二章 地震记录分辨率分析方法研究
• 2.1 地震记录分辨率极限
• 2.1.1 地震记录纵向分辨率极限
• 2.1.2 地震记录横向分辨率极限
• 2.2 地震记录时间分辨率
• 2.2.1 地震记录时间分辨率
• 2.2.2 地震记录时间分辨率与主频
• 2.2.3 地震记录时间分辨率与频带宽度
• 2.2.4 地震记录时间分辨率与子波形态
• 2.2.5 地震记录时间分辨率与子波类型
• 2.3 地震记录振幅分辨率
• 2.3.1 地震记录褶积模型
• 2.3.2 地震记录中的有效波
• 2.3.3 地震记录中的干扰波
• 2.3.4 地震记录振幅分辨率
• 2.4 地震记录分辨率
• 2.4.1 地震记录分辨率与时间分辨率关系式
• 2.4.2 地震记录分辨率与振幅分辨率关系式
• 2.4.3 地震记录分辨率与时间和振幅分辨率关系讨论
• 2.5 地震记录分辨率与地层扩散吸收衰减效应
• 2.5.1 地层吸收衰减规律
• 2.5.2 地层扩散衰减规律
• 2.5.3 地层扩散吸收作用而导致地震波相位变化
• 2.5.4 地震记录分辨率与地层扩散吸收效应
• 2.6 基于时间和振幅分辨率的地震记录分辨率分析方法
• 2.6.1 方法的基本原理与分析步骤
• 2.6.2 方法的特点
• 第三章 地震仪器分辨率分析方法研究
• 3.1 地震记录振幅分辨率与地震仪器动态范围
• 3.1.1 地震仪器的记录动态范围
• 3.1.2 地震仪器的输入动态范围
• 3.1.3 地震仪器的瞬时动态范围
• 3.1.4 地震仪器的全局动态范围
• 3.1.5 地震记录全局动态范围
• 3.1.6 地震记录振幅分辨率与动态范围
• 3.2 地震记录时间分辨率与地震仪器采样率
• 3.2.1 地震记录时间分辨率与时间采样率
• 3.2.2 地震记录空间分辨率与空间采样率
• 3.3 地震记录时间分辨率与检波器频率特性
• 3.3.1 地震记录时间分辨率与检波器频率特性关系
• 3.3.2 地震记录时间分辨率与动圈式速度检波器频率特性关系
• 3.3.3 地震记录时间分辨率与涡流加速度检波器频率特性关系
• 3.3.4 地震记录时间分辨率与MEMS数字检波器频率特性关系
• 3.4 基于动态范围和频率特性的地震仪器分辨率分析方法
• 3.4.1 方法的基本原理与分析步骤
• 3.4.2 方法的特点
• 第四章 矿井浅层地震仪基于平台设计方法研究
• 4.1 矿井浅层地震仪低功耗要求与基于平台设计方法
• 4.1.1 矿井浅层地震仪低功耗要求对产品开发提出新挑战
• 4.1.2 嵌入式系统应用产品开发中的基于平台设计方法
• 4.1.3 矿井浅层地震仪开发中的基于平台设计方法
• 4.2 低功耗高分辨率矿井浅层地震仪硬件平台构建
• 4.2.1 基于MPC823e嵌入式硬件基本平台构建方法
• 4.2.2 基于MPC823e嵌入式硬件基本平台动态低功耗设计方法
• 4.2.3 矿井浅层地震仪的低功耗和高分辨率硬件产品平台构建
• 4.3 矿井浅层地震仪的软件基本平台和产品平台构建
• 4.3.1 嵌入式Linux的引导加载程序选择
• 4.3.2 嵌入式Linux操作系统选择
• 4.3.3 基于嵌入式Linux软件基本平台和产品平台构建
• 4.4 矿井浅层地震仪的GUI平台构建
• 4.4.1 层次模块化GUI平台构建
• 4.4.2 基于GUI平台的图形界面应用开发效果
• 4.5 矿井浅层地震仪的算法库和应用程序构建
• 4.5.1 分析处理与解释算法库平台构建
• 4.5.2 一体化应用程序系统构建
• 第五章 基于平台的矿井浅层地震仪开发实例
• 5.1 基于平台的低功耗高分辨率矿井地质探测仪产品开发
• 5.1.1 低功耗高分辨率矿井地质探测仪产品概要
• 5.1.2 低功耗高分辨率矿井地质探测仪产品性能
• 5.1.3 低功耗高分辨率矿井地质探测仪产品应用效果
• 5.2 基于平台的低功耗矿井巷道超前探测仪产品开发
• 5.2.1 低功耗矿井巷道超前探测仪的产品平台创建
• 5.2.2 基于平台开发的低功耗矿井巷道超前探测仪产品概要
• 第六章 结论与建议
• 6.1 主要研究结论
• 6.2 进一步研究的建议
• 致谢
• 参考文献
• 博士期间已申请专利、主持和参加科研项目及发表的论文