【摘要】：隨著地震勘探技術(shù)日益向精細(xì)采集、多元高效采集、高密度采集和多波多分量采集方向發(fā)展,地震數(shù)據(jù)量級急劇增長,有線無線融合的分布式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已難以適應(yīng)這些變化。而節(jié)點(diǎn)地震儀以其無纜、適應(yīng)復(fù)雜勘探環(huán)境以及布設(shè)方式的多樣性正好適應(yīng)地震數(shù)據(jù)量級增加這種變化。因此,本課題針對無纜節(jié)點(diǎn)式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行研究,針對國內(nèi)外部分節(jié)點(diǎn)式地震儀采集分辨率低,采集效率低下,時(shí)鐘精度不高,采得的地震數(shù)據(jù)信噪比不高等問題展開研究,研制出一套半盲采的節(jié)點(diǎn)式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本課題在i.mx6平臺Linux系統(tǒng)上開發(fā)了節(jié)點(diǎn)式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),主要集成了信號調(diào)理、三分量高精度ADS1282采集單元、基于STM32的GPS/BD獨(dú)立時(shí)標(biāo)單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與指令傳輸單元以及上位機(jī)數(shù)據(jù)處理單元等功能模塊。本課題的主要工作重點(diǎn)集中以下在三個(gè)方面:第一,研制出高分辨率、高精度、低噪聲、高工作效率的三分量高精度采集單元。針對目前國內(nèi)外部分節(jié)點(diǎn)地震儀分辨率不高,工作效率低下的問題展開研究。硬件上,采用三路高精度32位Σ-Δ型ADS1282 ADC利用過采樣技術(shù)進(jìn)行采樣,提高微弱地震信號的分辨能力,實(shí)現(xiàn)低噪聲采樣。i.mx6主控通過一路SPI時(shí)分復(fù)用采集數(shù)據(jù),提高工作效率。軟件上,采用Linux內(nèi)核模塊方式動(dòng)態(tài)加載ADS1282采集設(shè)備和驅(qū)動(dòng),運(yùn)行相關(guān)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制。并與應(yīng)用層驅(qū)動(dòng)對比了系統(tǒng)調(diào)用和采集效率方面的參數(shù),內(nèi)核采集驅(qū)動(dòng)避免了應(yīng)用層驅(qū)動(dòng)的大量系統(tǒng)調(diào)用造成系統(tǒng)資源的占用與浪費(fèi),并將實(shí)時(shí)操作與非實(shí)時(shí)操作分離實(shí)現(xiàn),提高采集的實(shí)時(shí)性,提升采集系統(tǒng)工作效率。第二,研制出基于STM32的具有微秒級時(shí)鐘同步精度的GPS/BD獨(dú)立時(shí)標(biāo)單元。針對對Linux系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)授時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)間標(biāo)記的方案存在幾十毫秒級的誤差的問題,提出以STM32作為副MCU解析時(shí)間信息,i.mx6作為主CPU進(jìn)行采集活動(dòng)并向副MCU發(fā)硬件中斷請求時(shí)間信息。GPS/BD接收機(jī)接收高精度全局衛(wèi)星時(shí)鐘信號,再由STM32通過串口接收解析出UTC時(shí)間,同時(shí)利用本地晶振對PPS脈沖進(jìn)行秒間計(jì)數(shù)獲取微秒時(shí)間,并追加到UTC時(shí)間字符串后返回給發(fā)過時(shí)間請求中斷的i.mx6,可以較好地避免對i.mx6上的Linux系統(tǒng)直接進(jìn)行系統(tǒng)授時(shí),避免由于系統(tǒng)調(diào)用、進(jìn)程調(diào)度與控制帶來的幾十毫秒級延時(shí),降低時(shí)間精度。第三,對低頻地震數(shù)據(jù)預(yù)處理單元的小波閾值降噪算法提出改進(jìn),提高信噪比,放大了低頻有效信號。針對傳統(tǒng)的一維地震數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中不能有效進(jìn)行高頻噪聲壓制的問題以及常規(guī)地震反演軟件中的增益調(diào)節(jié)功能以觀察地震波傳播趨勢的需求展開研究,提出一種帶增益調(diào)節(jié)的改進(jìn)小波閾值去噪算法,實(shí)現(xiàn)在噪聲處理過程中對低頻有效地震信號直接進(jìn)行增益調(diào)節(jié)。利用小波多尺度分解算法、閾值處理方法實(shí)現(xiàn)對地震數(shù)據(jù)的噪聲壓制,并對比分析幾種閾值函數(shù)在小波閾值去噪算法中的去噪效果。本文改進(jìn)小波閾值降噪算法可靠性高,有效地實(shí)現(xiàn)地震信號的增益調(diào)節(jié)和噪聲壓制,提高了地震資料的信噪比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本文的節(jié)點(diǎn)式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求,也達(dá)到了預(yù)期的研究目標(biāo),并根據(jù)課題實(shí)際提出了一些創(chuàng)新性的改進(jìn)方法。首先,采集系統(tǒng)的內(nèi)噪聲低、信號畸變率低、道間隔離性好、串?dāng)_小,能夠采集微弱地震信號、精度高、噪聲小且工作效率高;其次,時(shí)標(biāo)單元的時(shí)間精度能夠達(dá)到0.1us級別,時(shí)標(biāo)單元間的同步精度優(yōu)于20us;最后,改進(jìn)的小波閾值去噪算法在標(biāo)準(zhǔn)含噪Doppler信號和實(shí)際含噪地震信號的去噪處理中應(yīng)用效果良好,且能夠?qū)τ行盘栠M(jìn)行增益調(diào)節(jié)控制。但是,節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)由于采用嵌入式Linux系統(tǒng)架構(gòu),系統(tǒng)功耗目前仍然較高,降噪算法在弱信噪比地震資料的應(yīng)用上存在一些不足,有待深入研究。希望通過本課題對節(jié)點(diǎn)式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究,可以進(jìn)一步推動(dòng)節(jié)點(diǎn)式地震儀器的進(jìn)步與發(fā)展。
【圖文】：

波(R 波)和勒夫波(L 波)兩種形式[31]。R 波主要在彈性介質(zhì)的深入介質(zhì)內(nèi)部，且質(zhì)點(diǎn)在彈性介質(zhì)中按橢圓軌跡作逆進(jìn)運(yùn)動(dòng)，播方向和表面層法向構(gòu)成的平面上，其頻率低，周期長，振幅生膨脹與切變且衰減慢[31]。L 波主要在半無限層狀巖體表面?zhèn)鞑シ较蚺c表面介質(zhì)的切向向量組成的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，主要沿介質(zhì)穿透介質(zhì)內(nèi)部[31]。上述對各種類型的波的性質(zhì)及形成原因簡介可知，縱波波長長強(qiáng)，但其振幅小，因此縱波勘探主要針對深部地層地震勘探，為了成像隱蔽油氣藏信息。而橫波波速慢，波長短，能量強(qiáng)，探，，而面波從其形成原因分析可知其適用于近地表地震勘探。震波的頻譜縱波勘探而言，橫波、聲波和面波均是地震資料中的噪聲；而，主要關(guān)注水平偏振橫波，其他類型的波均屬于干擾雜波。如與地震勘探有關(guān)的波的頻譜范圍[30][31]。面波的頻率范圍為 10的主頻為 30~50Hz，深層反射波頻率更低，聲波的頻率一般在干擾集中在 50Hz 或 60Hz 附近。

BWfs/2圖 2-3 過采樣過程噪聲分布示意開分析，一個(gè) n 位 ADC 的量化噪聲噪聲功率譜密度 /12 sPSD qKf 的原始信號，濾出了帶外噪聲。進(jìn)行聲信號的總功率不變，功率譜密度變量至 /2sKf 更寬頻帶范圍內(nèi)，經(jīng)過數(shù)帶外噪聲。BW 帶寬內(nèi)，相當(dāng)于噪聲在同等 ADC 條件下提高了 ADC 的分失真的前提下，盡量采用遠(yuǎn)高于原始震資料信噪比。率同樣參考國內(nèi)外先進(jìn)節(jié)點(diǎn)地震儀指PS 和 4000 SPS 可配置。進(jìn)節(jié)點(diǎn)地震儀的設(shè)計(jì)指標(biāo)，提出地震
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P631.4

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本文編號：2635375