GPS 時(shí)鐘同步法地震勘探儀器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

朱俊波

（中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司海洋物探分公司，天津 300457）

地震是對人類生產(chǎn)生活產(chǎn)生極大威脅的自然災(zāi)害之一，科學(xué)地質(zhì)勘探方式的采用能夠?qū)Φ卣鸬陌l(fā)生時(shí)間與發(fā)生地點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測，從而減少地質(zhì)災(zāi)害的影響，采用GPS 時(shí)鐘同步法能夠達(dá)到良好的地質(zhì)勘探效果。

1 GPS 時(shí)鐘同步法地震勘探儀器使用優(yōu)勢分析

地震勘探活動一般是在地形條件比較復(fù)雜的環(huán)境下開展的，在山區(qū)中較多，因此要求勘探儀具有輕便與靈活的特點(diǎn)，具有較為簡單的操作方式，能夠在山地、叢林、沼澤、水湖等較為復(fù)雜的地理環(huán)境下進(jìn)行地震勘探工作，并在勘探的同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)地?cái)?shù)據(jù)采集與記錄。GPS 時(shí)鐘同步法地震勘探儀器具有兩個(gè)組成部分，分別是采集記錄與處理單元即DCPU 與定時(shí)啟動放炮單元即BLU。與傳統(tǒng)的地震勘探儀器相比，GPS 時(shí)鐘同步法地震勘探儀器的運(yùn)用沒有設(shè)置中央控制單元，將采集工作與記錄工作進(jìn)行了有效融合，采用了定時(shí)自動啟動放炮裝置，在單元之間與爆炸機(jī)之間能夠?qū)崿F(xiàn)有效的一致性。具有比較大的容量存儲空間，具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。

2 GPS 時(shí)鐘同步法在地震勘探過程中的運(yùn)作方式

2.1 數(shù)據(jù)的同步采集與單元處理

GPS 時(shí)鐘同步技術(shù)具有多種組成，其中DCPU 的運(yùn)用能夠有效采集并記錄地震勘探過程中的數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行有效處理，能夠?qū)崿F(xiàn)比較高效穩(wěn)定的運(yùn)作，在石油與天然氣的地震勘探行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用空間，能夠?qū)崿F(xiàn)從沙漠到深海的勘探，震源激發(fā)方式具有炸藥、震源車、氣槍激發(fā)等多種震源激發(fā)方式，在接收方式上，陸地為檢波器接受地震波，深海為拖纜接收地震波，目前比較流行的是節(jié)點(diǎn)接收地震波。

采用嵌入式計(jì)算機(jī)進(jìn)行模塊化操作，以計(jì)算機(jī)（DIMM-PC）作為中心，建立計(jì)算器操作的智能儀器，在儀器中要求具備控制、定時(shí)與數(shù)據(jù)采集功效，能夠?qū)Φ卣鹂碧竭^程中相關(guān)的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、及時(shí)調(diào)整與記錄，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地存儲與整理。在具體的操作過程中主要包括了五個(gè)部分，分別是模擬部分、CPU 部分、GPS 時(shí)鐘與觸發(fā)、電源等。在部件的運(yùn)作過程中以大功率的太陽能電池作為供電系統(tǒng)，運(yùn)用GPS技術(shù)進(jìn)行定位與時(shí)間追蹤等，在地震勘探相關(guān)信息的輸入上運(yùn)用了紅外線設(shè)備與快速功能鍵鍵盤。實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)信息數(shù)據(jù)在不同電子設(shè)備上的連接與存儲等。具體如下圖1 所示。

圖1 GPS 時(shí)鐘同步智能爆炸控制系統(tǒng)

2.2 模擬部分

模擬部分充分調(diào)整并經(jīng)過放大系統(tǒng)接收到檢波數(shù)據(jù)，在對其進(jìn)行濾波處理之后進(jìn)行數(shù)字化處理，同時(shí)將電池的電壓與溫度等相關(guān)信息進(jìn)行數(shù)字化處理，采用模塊化設(shè)計(jì)方式，根據(jù)所需要的程序調(diào)整菜單中的一些選項(xiàng)，提升排列布置中的便捷性。為了在道數(shù)使用過程中減少功能消耗，需要設(shè)置合理的技術(shù)相關(guān)指標(biāo)。在道模塊中具有輸出保護(hù)電路、輸出開關(guān)電路、前置放大電路與A/D 電路等多種形式，高精度信號源的使用需要和道模塊中的輸入開關(guān)電路互相配合，以此來檢查儀器并測試地震道中的性能情況。

2.3 數(shù)字部分

數(shù)字部分的運(yùn)作能夠?qū)\(yùn)行過程中所需要的多種指標(biāo)進(jìn)行定時(shí)與測試，在最終存儲到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之前需要經(jīng)歷數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)編排與緩沖等多個(gè)階段，最終將息存儲到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的指定程序之中。具有時(shí)序邏輯、控制邏輯、數(shù)字濾波部分與FIFO 存儲部分等，在數(shù)據(jù)采集過程中具有計(jì)算機(jī)接口、前放測試與采樣率等多種程序，其中控制邏輯的運(yùn)用能夠在數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)串并與轉(zhuǎn)換之后將其運(yùn)送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中進(jìn)行相應(yīng)處理，對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中發(fā)出的一些定時(shí)信號與控制命令及時(shí)進(jìn)行處理。

2.4 GPS 時(shí)鐘與定時(shí)觸發(fā)部分

GPS 時(shí)鐘與定時(shí)觸發(fā)部分的運(yùn)用能夠利用GPS 提供多種信號，通過儀器的數(shù)據(jù)采集提供運(yùn)行所需要的同步、觸發(fā)、定時(shí)與停止等信號，GPS 數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)儀器中地理位置、經(jīng)緯度、高程、時(shí)間與日期等相關(guān)信息的獲取。并且生成時(shí)間代碼與位置代碼，為計(jì)算機(jī)文件的形成提供多種信息數(shù)據(jù)，將其運(yùn)用到文件頭段的寫入過程中，在后期處理過程中為其提供數(shù)據(jù)支撐與依據(jù)，包括GPS OEM 板與時(shí)鐘發(fā)生器、實(shí)時(shí)鐘與觸發(fā)電路等多種形式，實(shí)現(xiàn)串行口與CPU 之間的通信。

2.5 電源部分

電源部分的實(shí)現(xiàn)能夠利用外接的12V 太陽能電池組提供設(shè)備運(yùn)行過程中所需要的各種能源，同時(shí)利用太陽能板進(jìn)行充電。電源中涵蓋了電池充電部分與電流變換器部分，能夠滿足數(shù)字電路與模擬電路運(yùn)行中對電源的需要。

2.6 CPU 部分

CPU 部分指的是模塊化的DIMM-386IE 板，在監(jiān)視儀工作過程中，使用串行口作為紅外線接口，接受勘探到的地理位置并采集文件號等，在GPS 通訊口的設(shè)置過程中選擇另外一個(gè)通訊口，同時(shí)在鍵盤口位置處設(shè)置快速功能鍵與標(biāo)準(zhǔn)PC 鍵盤，以此實(shí)現(xiàn)軟件的升級操作并對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場分析與有效處理，對設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行充分診斷與調(diào)試。為了實(shí)現(xiàn)地震勘探信息的有線傳輸與無線傳輸，在設(shè)備中設(shè)置內(nèi)置網(wǎng)口，將其直接與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連。通過DCPU 的運(yùn)行采用無線登錄的方式與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行相連，最終向基地發(fā)送DCPU數(shù)據(jù)信息。

3 GPS 時(shí)鐘同步智能爆炸控制單元即BLU

GPS 時(shí)鐘同步智能爆炸控制單元即BLU 的運(yùn)用能夠?qū)崿F(xiàn)地震勘探過程中炮點(diǎn)位置與爆炸時(shí)間的測算，并對其進(jìn)行記錄，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘，對爆炸等信息進(jìn)行定點(diǎn)記錄與觸發(fā)，為遙控爆炸機(jī)的產(chǎn)生提供相應(yīng)的預(yù)備與后爆等多種信息，并記錄爆炸信息中的工作狀態(tài)、TB 延遲情況與井口時(shí)間等相關(guān)信息，最終在充分處理完相關(guān)信息之后再啟動爆炸機(jī)。在組成上主要包括了DCPU 部件、顯示部件與爆炸控制部件等幾個(gè)組成部分。

BLU 的運(yùn)用能夠?qū)崿F(xiàn)DCPU 的相關(guān)功能，同時(shí)在運(yùn)用過程中能夠結(jié)合控制炮點(diǎn)的需要嚴(yán)格控制起爆的功能，顯示相關(guān)的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析。在運(yùn)用中能夠?qū)崿F(xiàn)GPS 通訊、放炮的定時(shí)啟動、定位炮點(diǎn)信息并充分記錄炮序號。能夠基于其運(yùn)行情況及時(shí)記錄地震勘探過程中所需要的GPS 信息、TB 時(shí)間點(diǎn)與井口位置等，并在此基礎(chǔ)上充分分析放炮的質(zhì)量，將以上的相關(guān)信息最終匯集到數(shù)據(jù)回收器之中留待使用。

4 結(jié)語

目前地震勘探采集過程中對精度的要求來越來越高，小道距技術(shù)得到了快速地發(fā)展，在進(jìn)行地震數(shù)據(jù)的傳輸與記錄過程中存在著大面積與多道距記錄的問題，使用GPS 時(shí)鐘同步技術(shù)要求各個(gè)采集點(diǎn)之間能夠相互獨(dú)立進(jìn)行工作，在比較遠(yuǎn)距離與大面積數(shù)據(jù)采集過程中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，能夠降低數(shù)據(jù)傳輸與野外勘探過程中的成本，具有較強(qiáng)的理論可行性與實(shí)際可行性。