爱达荷国家实验室数据采集器的仪器响应和自噪声分析

本文介绍了爱达荷国家实验室地震台网和全球其他地震台网目前使用的三种不同数字化仪的性能测试。三种数字化仪分别是Symmetric Research的PAR4CH,以及DAQSystems公司的DAQ24USB-5V和DAQ24USB-XR。本文讨论了每种数字化仪的理论响应,以及如何计算滤波器系数。将实验中确定的灵敏度与制造商报告中的灵敏度进行比较,通过进行噪声测试来更好地了解这些数字化仪的局限性。三个数字化仪使用的数字滤波器是多种N阶sinc滤波的组合;因此,通过N个单位矩形函数的卷积计算出滤波器系数。我们测量出具有增益性能的仪器灵敏度,并与制造商报告中的灵敏度进行比较。数字化仪DAQ24USB-5V和DAQ24USB-XR的电路板对于1~16之间的增益设置有着更高的准确度(小于0.6%),对于32和64的较高增益设置则准确度较低(大于1%)。PAR4CH电路板在本研究的三块电路板中的准确度最低(约为5%)。噪声测试表明,在每秒100个采样点的较低采样率下,DAQ24USB-5V具有最低的自噪声,并在1~20Hz的范围是平坦的,而DAQ24USB-XR在较低采样率下具有较高的自噪声,但在10Hz后变平坦。PAR4CH具有最平坦的噪声模型,但是其自噪声却比DAQ24USB-5V大30dB左右。在更高的采样率,即每秒约500个采样点,DAQ24USB达到200Hz左右的时候都非常平坦,之后却开始下降,而DAQ24USB-XR从10Hz到奈奎斯特频率都相对平坦,因此表明DAQ24USB-XR更适合需要较高采样率的应用。

Geophonino-3D的设计与测试：应用H/V谱比法的低成本三分量地震噪声记录仪

地震效应与地震发生地的地质特性密切相关,会加强该地区的地表运动,尤其是软土地区。加强的程度与共振频率相关,可通过水平与垂直谱比法(H/V谱比法)测量地震噪声从而估算共振频率。本文设计了一种低成本用户友好型数据采集系统(Geophonino-3D),用于记录三分量地震噪声。可开发的系统由信号调节电路和安装有SD Shield(用于存储数据)的Arduino Due组成。本设备首先在实验室中对其实验灵敏度、内部噪声稳定性、通道一致性进行了测试,评估了其是否适用于H/V谱比法。随后,通过在阿利坎特省(西班牙东南部)8个土壤特性不同的场地记录地震噪声,进行了实验验证。根据比较商用地震记录仪测出的功率谱密度和H/V峰值,评估了所开发数据采集系统的性能。所得结果表明本数据采集系统适用于应用H/V谱比法记录地震噪声。Geophonino-3D采用开源和开放硬件系统,部件价格远低于其他商用设备,对于资金短缺的研究团队来说,这是明显的进步。

新的免费软件:钻孔地震数据处理与解释

在地下成像和储层特征化中,垂直地震剖面(VSP)测量是一个重要的工具,这项技术可以使地球物理学家推断出其他方法无法获取的关键信息。MVSP是一个新的、具有图形用户界面(GUI)的MATLAB工具,用于垂直地震剖面炮点建模、数据处理和解释。该软件处理垂直地震剖面数据,从加载和预处理阶段到廊道绘图,以及集成测井数据和地震数据的最终阶段。一些地震和信号处理工具箱被集成和修改,以适应并完善处理和显示的软件包。开发该软件的主要动机是为地球科学领域的新地学科学家和学生提供免费软件,它将所有垂直地震剖面模块汇集成一个易于使用的软件包。该软件有几个模块,允许用户测试、处理、比较、可视化和生成可发布的结果。该软件开发成一个独立的MATLAB应用程序,只需要MATLAB Compiler Runtime(MCR)即可运行完整的功能。我们将详细介绍MVSP,并使用该软件来创建合成的垂直地震剖面数据。然后使用不同的可用工具来处理这些数据。并使用该软件加载和完全处理实际数据。最后,将该数据和测井数据相结合以进行更详细的分析和解释。为了评估该软件处理流程的准确性,使用商业软件处理相同的数据。对处理结果的比较表明,MVSP在处理垂直地震剖面数据方面和目前工业中使用的商业软件包同样高效,并且能提供相似高质量的处理后的数据。

Geophonino的开发与编程：一个低成本的基于Arduino技术并用于垂直地震检波器的地震记录仪

通常用于地震勘探的商用数据采集系统都是一些很昂贵的设备。本文中,我们开发了一种低成本的数据采集系统(Geophonino),用来记录来自垂直地震检波器的地震信号。该信号首先通过INA155仪表放大器,这个放大器适用于诸如地震噪声这样的低振幅信号,以及一个基于MAX7404开关电容滤波器的反混叠滤波器。然后,放大和滤波后的信号经过Arduino Due数字化和处理并写入SD存储卡中。将Geophonino设置为连续写入,其中采样频率、振幅增益和寄存时间可由用户定义。完整的原型是一个开源和开放硬件的系统。我们已经把写入的信号与从不同的商用数据采集系统和不同种类的地震检波器获得的信号进行了比较测试。得到的结果显示被测试的测量值之间具有良好的相关性,表明可以将Geophonino作为低成本的地震数据采集替代系统。