海底地震仪（ＯＢＳ）
海底地震仪（ＯＢＳ）
Geopro海底地震仪(OBS)
一、前言
德国Geopro公司成立于1994年是专门从事海底地震仪（OBS）开发、制造，海洋地球物理调查和海洋油气勘探的专业公司，其总部位于德国汉堡。
在总部办公室设有专门机构利用最先进的软件进行数据处理、解释和分析工作，野外工作队伍则利用公司研发和制造的最先进设备从事数据采集。
Geopro公司的主要产品有：
l 海底地震仪OBS，用于海洋油气勘探，天然地震监测和海洋地球物理调查
l 深海垂直拖缆地震数据采集系统，用于深海二维和三维油气勘探
l 浅海水平拖缆地震数据采集系统，用于浅海和深海过渡带二维和三维油气勘探
l 海洋地震，海啸观/预测和数据实时传输系统
l SEDIS Ⅵ宽频带数字地震仪，用于陆地小广角反射/折射剖面，天然地震监测和地壳上地幔构造研究
目前Geopro公司研发了新的OBS系统以及深海垂直拖缆系统和浅海及过渡带水平拖缆地震数据采集系统。既可进行叠前偏移和偏移，也可应用于PS转换波信息。
Geopro公司的关键技术之一是小广角反射/折射剖面（WARRP）。该技术是有Geopro公司研发的。它能够以小广角排列探明被岩丘，底辟，复杂的逆断层和玄武岩层所覆盖的地质结构和分层。在这些地区近垂直反射地震法往往是无能为力的。
在陆地上WARRP技术也被广泛应用于工作条件极度困难（近垂直反射地震法不能获得有效数据）的地区。在陆地可利用Geopro公司研发的SEDIS Ⅵ 宽频带数据地震仪。每个SEDIS Ⅵ 具有1-6数据采集道，采样率1-1000m可变（高频可扩展至0.25ms），内存32GB或32GB+64GB，工作温度-40℃—+70℃，功耗仅1.6W
SEDIS Ⅵ也被广泛应用于天然地震监测和地壳上地幔构造研究。
与其他OBS相比，Geopro公司OBS的主要优点：
1. 操作简单，组成紧凑
2. 回收率高，在过去总共700个OBS投放中，回收率高达99%
3. 数据存储量大，32GB+64GB
4. 采样率高，1ms-1000ms可选
5. 可提供不同频带的海底检波器，如＞45Hz的SM6，1Hz-300Hz的MTLF-1040,60S-50Hz 的GME4011以及120s—100Hz的Trillium低频检波器，以适应不同的工作目的
6. 根据用户要求可在海底连续记录一个月，半年和一年。最大工作深度可达水下6000m
7. 为了避免OBS陷入泥泞之中，设计了特殊释放系统
8. 壳牌公司的试验证明，本OBS系统具有很好的应用效果。
二、SEDIS Ⅵ 海底地震仪OBS
1.简述
SEDISⅥ海底地震仪(OBS)是最新一代的海底地震仪。它以高强度玻璃圆球做外壳，可以在6700m深的海底上采集地震数据，三分量检波器和深海水听器安装在底部的方向架上。OBS地震仪可以自动回收或者定时浮出水面，由无线电定位或光学指示器定位，回收率99%。
SEDISⅥ海底地震仪(OBS)即可以在海底长期记录天然地震活动也可以进行海洋油气和可燃冰勘探。SEDISⅥ 海底地震仪还可以与海洋垂直拖缆和水平拖缆配合组成两维或三维地震勘探排列。
海底地震仪OBS系统，主要包括：
l SEDIS Ⅵ 宽频地震数字记录仪
l 三分量海底检波器
l 深水水听器
l 声波释放系统
l 发射器
l 全向无线信号标
l 小旗子
l 罗盘
l GPS单元
l 内部链接电缆及插件
l 玻璃球17″（连续工作半年）
l 镇重锚
下图是标准的OBS检波器与通用检波器的谱—频对比，40Hz处的最小值是试验场地导常所致。
红线：OBS垂直检波器谱，兰线：通用垂直检波器谱，绿线：谱的比率
红线：OBS水平检波器谱，兰线：通用水平检波器谱，绿线：谱的比率
2.OBS主要技术指标
l 玻璃罩尺寸17”
l 水下工作深度6700m
l 重量30kg带镇重锚47kg
l 道数：1-6道可选，包括：
3分量检波器万向接口安装
1-3个深水水听器
或4道水听器阵列
l 120 dB动态范围，24位AD转换
l 采样率1-1000ms,可变
l 无线下载数据
l 声波释放和限时释放
l 罗径分辨率及精度：
分辨率1°，精度2°，重复性2°
l 无线电定位和灯光指示器
l 连续工作时间：单球 30天，双球半年，三球一年
l 海底检波器频带五种可选: SM6:＞4.5Hz
MTLF:1Hz-300Hz
CEM 4111:60S-30Hz
CEM 4011:60S-50Hz
Trillium：120s-100Hz
l 回收率：大量实际回收统计结果为99%
3.宽频带数字地震仪SEDIS Ⅵ
SEDIS Ⅵ是最新研制的超轻型、高性能的管频带数字地震仪，即可应用于主动震源的海洋地震勘探，也可记录天然地震，包括小广角反射/折射地震勘探（WARRP），近垂直反射勘探 ，以及天然地震活动和微震研究。SEDIS Ⅵ不仅可以应用于海洋（将其安装在海底地震仪OBS之中），还可应用于陆地。
由于 SEDIS Ⅵ内置32GB的闪存卡以及非常低的功耗和极宽的供电电压范围（9-36VDC）,所以它可以连续工作400天而不需要更换电源。可使用的电源包括D尺寸的碱电池、太阳能电池和普通干电池。应用通用的PC机设置仪器的数据采集参数和时间窗口。
SEDIS Ⅵ内置质量控制软件和仪器功能测试软件。内置的稳定晶振和高精度的时间GPS接收器保证采样率和时间服务的高度精确。
SEDIS Ⅵ的主要技术指标
l 模拟输入道数：1-4道差分输入
l 采样率：1，2，3，4，5，6，8，10，15-1000ms可选
l 输入信号范围：±4.5V
l 过载电压保护：±36V
l 内置放大器： CS3301 检波放大器（2X）
CS3302 水听器放大器(2X)
l A/D转换器：24位，Cirrus Logic CS5371A（2X）
l 数字滤波器：Cirrus Logic CS5376A （1X）
l 动态范围：127dB@215Hz
l 内振飘移：最大37/81 ×10-8
l 主处理器：200Mhz ARMq
l 板上内存：32MB SDRAM
l 数据存储界面：PCMCIA
l 编程界面：CDM（RS-232）,蓝牙，WiFi，10BM以太
l GPS单元：Trimble嵌入式GPS接收器SveeSix-CMB
l 电源电压：9-36VDC
l 数字存储：32GB闪存
l 尺寸：133×105×85mm
l 工作温度：-40℃—+70℃或+85℃@166Mhz
l 功耗：1.6w
4.不同频带海底检波器技术指标
1.SM-6高频检波器
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固有频率 |
4.5Hz |
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频率响应 |
＞4.5Hz（见图） |
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允许偏差 |
±0.5Hz |
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最大安装倾角 |
0° |
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典型寄生频率 |
140Hz |
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畸变0.7 ips p.p. 线圈至外壳速率 |
< 0.3% |
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失真测量频率 |
12Hz |
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失真指标最大倾角 |
0° |
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开路阻尼 |
0.56 |
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开路阻尼容差 |
±5% |
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标准线圈阻抗 |
375Ω |
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容差 |
±5% |
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开路灵敏度 |
28.8V/m/s(0.73v/in/s) |
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容差 |
±5% |
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RtBcfn |
6.000 ΩHz |
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运搬量 |
11.1g (0.16 in) |
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最大线圈偏差 |
4mm(0.16 in) |
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直径 |
25.4mm (1 in) |
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高度 |
36mm (1.42 in) |
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重量 |
81g (2.85oz) |
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工作温度 |
-40°C～+100°C |
2.MTLF-1040高频检波器
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带宽 |
1Hz-300Hz（见附图） |
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低切频率容差 |
5% |
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高切滤波 |
二阶Butterworth滤波 |
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寄生频率 |
＞400Hz |
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灵敏度 |
300V/m/s(标准)
60-300 V/m/s(可选) |
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畸变 |
< 0.05% |
|
输出极限 |
±6V |
|
最大线性误差 |
满量程的1% |
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等效输入噪声 |
10nm/s/√Hz在10Hz时
3nm/s/√Hz在50Hz时 |
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供电电压： |
12V |
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供电流 |
7.5mA |
|
直径 |
4cm |
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高度 |
11.6cm |
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重量 |
250g |
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工作温度 |
-55°C～+85°C |
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3. CME 4011 低频检波器技术指标
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转换器类型 |
克分子电子转换 |
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灵敏度 |
2000 V/m/sec – 差分输出 |
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限幅范围 |
±10 mm/s |
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标准带宽 |
60 s – 50 Hz for 4011 OBS |
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自噪声 |
见图标 |
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质量销 |
没要求 |
|
质量定中 |
没要求 |
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最大安装倾角 |
±15 ° |
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机械共振 |
没有 |
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温度范围 |
-12 ～ + 55 °C; |
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外壳材质 |
不锈钢 |
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外壳直径/高度 |
160/140 mm |
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重量 |
3.0 kg |
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电源 |
6 mA ， 7.5 - 15 V直流电源 |
美国地质调查局USGS认定
OBS海洋地震仪应用的宽频带摆CME4011
4.三分量组合型Trillium低频宽带检波器
高128mm，直径90mm的三分量组合型Trillium宽带地震检波器具有优越性能、坚固耐用和简便安装等一系列优点。它是三轴对称力反馈检波器，在120秒—100Hz的带宽内具有平坦的速度相应。
l 带宽120秒—100Hz
l 限幅电平 26mm/s 从0.1Hz到10Hz
l 160mW的极低功耗
l 没有质量锁，不需要质量定中
技术参数
工艺
布局
反馈 力平衡式电容换能传感器
质量定中 不需要
定平 集成式定平
方位标定 垂直划线标记南北，5/16’’孔型标尺测定东西
性能
自身噪声 见图表
灵敏度 750V*s/m±0.5%精度
离轴灵敏度 ±0.5%
带宽 120秒—100Hz
低频极不超过规定的±0.5%
传输函数 高频极不超过规定的±0.5%
在高频时没有峰值响应
限幅电平 26mm/s从0.1Hz到10Hz
操作倾斜范围 ±2.5°
寄生谐振 200Hz以下没有
端口
连接器 14针，外壳尺寸12，MIL-C-26482系列I型，
顶部安装
输出速度 40Vpp，差分
输出电压 16Vpp，差分
质量位置输出 单电压输出表示最大质量位置
通过串行接口可显示3道质量位置
单电压输入，激活高控制信号，触发所有3道
标定输入 在XYZ或UVW模式下遥控标定
串行接口进行独立道选择
数字指示和管理界面
兼容RS232的串行IP（SLIP）
数字界面 板载网络服务器标准HTTP形式
XYZ，UVW模式转换
|
数字指令 |
标定道选择（关闭，触发所有道，U，V或W） |
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短/长周期模式 |
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硬件升级 |
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健康状态查询 |
独立质量位置值
仪器温度
数字数据输出 出场灵敏度
用户标定数据（极点和零点）
仪器序列号和硬件版本
电源
电源电压 9-36V直流隔离输入
功耗 ＜160mW
环境
操作温度 -40℃到+60℃
存储温度 -65℃到+75℃
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冲击 |
100g半正弦波，5ms无损，6轴线 |
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在运输过程中不需要质量锁
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磁性 不受各种天然大地磁场的影响
实体
直径 90mm（3.54’’）
高度 连带水平支架128mm（5.04’’）
重量 1.2kg（2.6lb）
|
外壳 |
抗腐蚀、划伤和破碎表面 |
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集成气泡水准仪，可以锁定平衡支架 |
5.HTI-94-SSQ系列水听器
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灵敏度 |
带前放（最大）-165dB，re: 1 V/uPa |
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频率响应 |
2Hz——30kHz |
|
自噪声 |
RMS 1Hz～1000Hz
- 75 dB re: 1 uPa
- 0.06 uBar
频谱
· - 54 dB re: 1 uPa/√ Hz @ 10 Hz
· - 40 dB re: 1 uPa/ √Hz @ 100 Hz
· - 38 dB re: 1 uPa/ √Hz @ 1000 Hz |
|
最大工作深度 |
20,000英尺（6096米） |
|
尺寸 |
3.8cm长 x 3.2cm直径 |
三、深海垂直拖缆和浅海水平拖缆地震数据采集系统
第二章所述的SEDIS Ⅵ海底地震仪（OBS）是单台三分量地震仪，可以同时接收三分量海底地震检波器信号和深水水听器信号，但都是单台信号。虽然三分量信息量丰富，但采集效率低。Geopro公司最近研制了深海垂直拖缆和浅海水平拖缆地震数据采集系统。
深海垂直拖缆地震数据采集系统工作原理图（左图）
和在北大西洋1800m水深处采集的地震数据集（右图）
从工作原理图（左图）可见，把SEDIS Ⅵ海底地震仪（OBS）沿观测剖面，道间距投放至海底。每个OBS 有6个输入道可与6个深水水听器连接，每6个深水水听器组成一条垂直拖缆。拖缆被浮子在水中镇位、拉直，拖缆末端与海底OBS连接。
当回反射波从地下反射回海底时，即由高速层返回至低速层（海水）时，它们将在低速层内沿初射角继续向上传播并被垂直拖缆上的水听器所接收。此时各水听器所对应的位置就相当于回反波投射至海底时的位置，该位置称作“虚拟位置“。
由于一个SEDIS Ⅵ海底地震仪（OBS）只能接收6道地震信号，如果同时需要接受120道地震信号，就要投放20个OBS和20条垂直拖缆。可投放的道数是没有限制的。
深海垂直拖缆地震数据采集系统是在海底地震仪OBS基础上发展起来的新型海洋地震勘探设备，投放/回收简单易行，工作效率可观，数据采集质量高，是深海油、气地震勘探中的有效设备。
四、浅海水平拖缆地震数据采集系统
对于浅海和过渡带，Geopro公司研发了水平拖缆地震数据采集系统。由于浅海和过渡带海域水深有限，所以拖缆可以直接铺设在海床上，如下图所示：
浅海水平拖缆地震数据采集系统工作原理（左图）和投放现场（右图）
五、海域地震，海啸监/预测和实际传输系统
海洋地震，海啸监/预测和实际传输系统是Geopro公司的第二代海洋地震监测和海啸预测的永久性观测系统。它由8mm厚的聚乙烯浮筒做浮标，浮力达2400Kg。
SEDISⅥ宽频带数字地震仪，无线电发送设备，调制、解调装置以及系统电源均安置于浮筒之内。太阳能板充电的两个12V电池给整个系统供电。整个结构非常牢固，几乎不需要保养和维修。
数字宽频地震传感器（摆）和数字压力传感器（预测海啸）位于投放至海底的密封玻璃球底部，它们可以在海底移动而不必抬起浮动。
该系统也可用于计量学和海洋学观测研究。
主要技术指标:
尺寸：1.8m X 1.8m X 1.3m
重量：＜500Kg
浮力：2400Kg
功耗：6w
数字传输速度：57.6千波特/7200比特/秒
数据传输协议：XMODEM
采样率和数据道数可变
地震、海啸监/预测和实时传输系统组成
地震、海啸监/预测和实时传输系统电路框图
海底地震仪（ＯＢＳ）
海底地震仪（ＯＢＳ）