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勘探地震数据获取系统设计

曹平  
【摘要】: 众所周知,石油和天然气是不可再生资源,是重要的战略物资,直接关系到人们生活和国家安全。地震数据获取系统是地球物理勘探最为核心的装备,有什么样的地震数据获取系统就决定了有什么样的勘探能力,也就决定了在采集装备方面的国际竞争力。综合而言,研发自主知识产权的地震数据获取系统,是利益竞争、国力竞争、价格竞争、市场竞争、人才竞争等各方面的综合需要。 然而在石油物探仪器方面,长期以来我国一直处于落后的状态,国内勘探仪器基本全部依赖进口,这严重制约了我国石油地震物探事业和石油工业的发展。为了能更好地、更主动地设计勘探设备,而不盲目地设计系统,同时能够跟上国际大型地震勘探仪器的发展步伐,亟需从设计方法上对地震数据获取系统的设计进行分析和指导,为将最新发展出来的实用技术引入到地震勘探系统的设计中提供方法基础和实验方案,确立了“勘探地震数据获取系统设计方法”的博士研究课题。 本文首先根据勘探地震原理,归纳和总结出地震数据获取系统的组成和特点。然后根据这些特点设计出数据获取系统的逻辑模型,该模型由前端数据采集、数据传输、后端数据处理以及分析控制系统组成,这四个子系统共同组成一种四层逻辑模型。接着分别描述采集系统、数据传输、数据处理和控制系统的设计细节。最后讲述利用该设计方法而设计成功的两个地震数据获取系统的设计实例。 本文共分为八章,每章的主要内容如下: 第一章:导言 本章首先研究勘探地震原理和采集方式,归纳和总结出地震数据获取系统的组成和特点,接着叙述地震数据获取系统的发展现状,最后给出本论文的课题意义和主要研究内容。 第二章:地震数据获取系统设计概论 地震数据获取系统的设计应该采用适当的技术,满足石油勘探的需要,体现地球物理的前沿进展,而不是一味地追求新技术和高指标。本章给出地震数据获取系统的构成模型,该模型是后续各章节讨论的基础,也是实际系统设计的依据。本章最后也给出了在系统设计实现的过程中需要重点注意的几个方面。 第三章:采集系统设计 采集系统负责将模拟地震信号转换成数字信号,包括传感器、模拟的预处理和数字化处理电路三部分。采集系统是数据获取系统的前端模拟处理部分,决定了系统的关键指标,如动态范围和谐波失真等。本章描述了采集系统各组成部分的实现细节以及因地震勘探而提出的要求。 第四章:传输系统设计 数字化的地震数据获取系统采用分层架构,使用数字信号的传输方式,这就使得大覆盖面的2D/3D勘探成为可能。但当道数多时,对数据传输系统的设计提出了要求,主要包括拓扑结构和传输方式两方面的要求。本章重点分析数据传输系统流水线、总线和网络这三种拓扑结构,本章还分析了电传输、光传输和无线传输这三种传输方式,最后描述了一种适合地震应用的数据压缩算法。 第五章:处理系统设计 处理系统完成数据接收、格式转换和数据存储等功能。处理平台的结构直接关系到系统的最大道处理能力、系统扩展能力以及系统可靠性等。本章以海洋和VSP地震数据获取系统来讨论处理平台的设计和实现。 第六章:控制系统设计 针对地震勘探设计三层架构的控制系统,包括管理层、前端控制层和设备控制层。控制系统软件分成主控软件和质量控制软件。最后本章讨论了系统的同步设计。 第七章:设计实例 本章描述了两个地震数据获取系统的设计实例:海洋地震数据获取系统和VSP地震数据获取系统。 第八章:总结与展望 本章展望了地震数据获取系统的发展方向,针对这个发展方向,指出了本文中需要进一步研究内容。此外,本章还给出了本论文研究过程中所取得的创新和亮点,同时也指出了本人的工作。


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