SUMMIT Ⅱ plus地震仪

一、引言

SUMMIT Ⅱ plus地震仪是德国DMT公司研发的最新一代地震数据采集系统。DMT公司位于德国埃森高技术园区，它已有150多年历史，其营业范围包括物探仪器研发和生产，承包和咨询物探测量任务以及资料处理和解释，矿山和工程设计，安全开采，煤炭综合利用等众多领域。

北京欧华联科技有限责任公司是DMT公司在中国的唯一代理

DMT公司是德国鲁尔集团的重要成员，员工近千人，下设六个分部，物探仪器与勘探分部生产的仪器主要有：

●SummitⅡplus地震仪

●组合型多用途SummitⅡ地震仪

●RESECSⅡ三维高密度电阻率仪

●彩色岩芯扫描仪

●井中（间）地质雷达

●水平钻井测井仪

●高精度自动陀螺仪

SUMMITⅡplus地震仪的前身是Summit地震仪。Summit地震仪自1997年进入中国市场，共有用户48家，总道数约12000道。它们分布在煤田勘探，石油勘探，中国地震局系统，地矿系统，水利系统，高等院校和研究单位。Summit地震仪在中国的8年应用中获得了用户的好评，同时用户也对使用中的问题提出了很多宝贵意见。德国DMT公司针对这些意见和世界上地震仪的发展趋势，2006年初推出了新一代“SummitⅡplus地震仪”，仅一年时间SummitⅡplus地震仪在中国已拥有用户9家。使用表明，SummitⅡplus非常稳定，几乎无故障，操作方便，生产效率高。

二、SummitⅡplus地震仪组成及特点

                                                  图1 SUMMIT Ⅱ plus地震仪三维排列组成

1. SummitⅡplus数据采集单元

该单元是SummitⅡplus地震仪的核心部分，负责采集和传送来自地下的地震信号，其质量优劣决定着地震信号的采集质量(图2) 。SummitⅡplus数据采集系统是双道的，其主要技术性能:

●  SummitⅡplus数据采集单元具有24位分辨率，120dB的瞬时动态范围，小于0.2μV的输入噪声和0.5-120K的道记录长度，即具有高分辨率、大动态范围、高信噪比、高保真度以及大的道存贮能力。

●  SummitⅡplus数据采集单元的采样率为1/48，1/32，1/16，1/8，1/4，1/2,1.0,2.0,4.0和8.0ms，采样率与工作道数无关，它既适合于煤田和油气田勘探，也适合于浅层和超浅层地震勘探。

●  SummitⅡplus数据采集单元内置功能强大的数据处理器，可直接对来自检波器的模拟信息进行数据化、滤波、叠加和相关处理，它的每个采集单元都可视为一个独立的双道地震仪

                         图2  SummitⅡplus数据采集单元 重1.2Kg，尺寸15×16×8cm

●  在使用单个Summit USB接口卡和压缩传输下，传输速度为2M；在使用两个Summit USB接口卡时为4M。

●  SummitⅡplus数据采集单元是金属外壳，防潮、防水、防雷电、牢固，仅重1.2Kg，平均功耗0.7W，工作温度-30— +80摄氏度，非常轻便灵活。

SummitⅡplus数据采集单元分集中供电和非集中供电两种类型:

●  集中供电电源为12-36VDC，电缆为四芯，两芯负责供电，两芯负责传输数字化后的地震信号。可通过智能型中继站或USB 接口卡或任何一个采集单元实现集中供电（图3）。 

 图3  集中供电型SummitⅡplus地震排列

●   非集中供电电源是微型的12V电池，它与采集站相连并装在一个小型挎包内。非集中供电的电缆是双芯扁平电缆，它仅负责传输数字化后的地震信号。所以道间距可任意改变。由于改进了老型Summit地震仪的SNAP连接技术，新的连接技术非常容易建立排列，并能保持长时间的稳定连接，大大提高了野外工作效率（图4）。

 图4  非集中供电型SummitⅡplus地震排列，由微型可充电电池分别供电

（电池高95mm，宽68mm，厚45mm，可与采集单元装在挎袋内）

2. 智能型中继站

Summit智能型中继站可以把Summit数据采集单元组成一个你所期望的地震观测系统，例如任意长的二维观测剖面或各种复杂的三维观测系统。

智能型中继站可与主机直接通讯，在线显示地震排列的工作状态和主从循环冗余校正值（CRC）以及数据传输电缆的电阻值和电源状态等一系列参数，以帮助操作人员随时监视地震排列的工作状态。

一般情况下，每隔330m的测线长度加上一个中继单元。在三维观测时，中继单元也可做为交叉站使用。此时中继单元可以连接在地震排列的任何位置上，因此利用智能型中继单元可以在任何复杂的地形、地理条件下组成你所期望的三维观测系统。

图5  智能型中继站 重1.2Kg 尺寸19.0×16.6×8.0cm

3. 主机

SummitⅡplus地震仪主机由Summit USB接口卡，任意一款笔记本电脑和Summit数据采集软件组成

1）Summit USB接口卡：

Summit USB接口卡把笔记本电脑和地震排列连成完整的野外观测系统。它很小，重仅0.5Kg，尺寸14×13.5×5.5cm（图6）。它还具有下列功能：

• 启动脉冲输出：收到来自主机的启动指令之后，输出+3.3V、1ms的脉冲。
• 触发脉冲输出：收到来自主机、触发单元或触发闭路器的指令后，输出+3.3V、1ms的脉冲。
• 触发脉冲输入：可以产生2.5V-5V，1ms正脉冲，任何其它触发线路都可以与该输入口连接，以触发地震排列。
• 触发斜坡输入：如果该输入口短路，地震排列被触发。
• 5V直流电源/500mA：如果Summit USB接口卡直接连接在PC机的USB插孔上，就不需要这个电源。如果Summit USB接口卡连接在PC机之外的、被动型USB插孔上，则需要此电源。
• USB2.0接口：该接口是标准的USB-B接口，包括USB1.1和高速的USB2.0。Summit USB接口通过该接口卡与PC机USB接口相连

图6  SummitⅡplus地震仪USB接口卡

2) Summit数据采集软件

Summit数据采集软件(也叫Acquirer)是对用户友好的地震数据采集软件，它是针对windows2000和windowsXP设计的。很容易把该软件安装在任何笔记本电脑或台式PC机上。

Acquirer对所有的Summit单元进行完全控制。可在笔记本电脑或PC机显示屏上监视整个地震排列，测试所有Summit单元的各项技术指标和检波器指标，采集地震数据和管理整个地震调查，在与可控震源连接时进行叠前和叠后相关处理等等。Acquire执行高质量的地震数据采集。安装Acquirer特别简单。升级软件请登录DMT的“customer area”。

Summit数据采集软件新特点

●完全支持新SummitⅡplus系统，并与老Summit系统兼容

●由USB接口卡控制管理地震排列中的各种Summit单元，并对硬件指标和整个系统进行测试

●可扩展采集道数至无限，可单独组成辅助道

●可全面展示所采集的地震数据(AGC.按比例、放大、属性叠加)

●可以改变触发和延迟时间

●具有灵活的数据采集模式及道记录长度：动态模式可达120K样品数；叠加模式可达40K样品数；可控源模式可达60K样品数

●在滚动模式中支持Summit单元的自动定位

  在可控源模式中可改善炮点集的显示（如果与辅助道相关，则显示相关道并存贮）

●可以改善地震排列的色调

4. Summit袖珍定位器

图7　Summit袖珍定位(蓝牙技术)

地震仪中的每个数据采集单元在野外接收地震信号时都要给出该单元所处的线号和桩号。有两种方法定义SummitⅡplus数据采集单元的线号和桩号：

●由软件设定，但此时数据采集单元必须沿同一测线、按单元的物理地址号顺序向前滚动。

●由袖珍型定位器给定数据采集单元所在的线号和桩号。当向前滚动时只需给滚动的单元再输入其所在的线号和桩号，而不必考虑单元的物理地址号。

Summit 袖珍定位器由袖珍pc机（PDA）和Summit定位软件组成（图7），它是专门为SummitⅡplus而研制的。它利用兰牙技术给SummitⅡplus单元定位，包括线号和桩号。SummitⅡplus单元装有接收定位模块，所以可不用任何电缆连接就可以定出每个Summit单元所在的线号和桩号，非常简单、快速。

DMT公司可提供二种不同的袖珍PC机用来定位

●  极其牢固的PDA加上Summit定位软件

●  小型、轻便的商用PDA加上Summit定位软件（我们推荐使用防水、防尘的袖珍PDA）

如果用户愿意的话，也可以使用自已的PDA机，而仅向DMT公司购买Summit定位软件。此时，请注意用户自已的PDA机（Windows Mobile 2003或更高版本）必须装有新Widcomm stack集成兰牙器件。

5.Summit触发单元

图8  Summit触发单元

Summit触发单元的主要功能是触发地震排列。一般而言，Summit 触发单元像Summit数据采集单元一样可以连接在野外排列的任何位置上。

Summit触发单元的另一个特点是可以测量井口时间。为此，要把一个位于炮井旁边的检波器连接到触发单元的输入端。这样，就可以记录到井口时间并自动存储在炮点集中。

SummitⅡplus有以下触发方式

●由震源信号(包括炸药、可控震源、雷管、锤击等等)启动触发单元

●再由触发单元启动各地震数据采集单元

●主机发出指令触发遥爆系统，遥爆系统在引爆的同时返回主机一个信息，以触发各数据采集单元

●由Summit USB接口卡触发，包括短路触发和脉冲触发

●可由可控震源或夯源触发，进行叠前相关或叠后相关

6. SummitⅡplus地震仪电缆

正如前述SummitⅡplus地震仪有集中供电方式和非集中供电方式两种类型，每种类型应用不同的电缆。

1）集中供电方式需要三种电缆 

●  功率电缆（黄色，图9）：

集中供电的功率电缆是四芯电缆，其中两芯用来传输地震数字信号，另外两芯用来供电。电缆重40g/m。电缆一端装有四针公接头，另一端装有四孔母接头。接头防水、防尘。每条功率电缆的长度取决于道间距。由于采用特殊的接头技术，用户可以把两条或多条较短的功率电缆连在一起以适应更大的道间距长度。功率电缆也可用来将地震排列与主机连接起来。

●  终端电缆（兰色）：

终端电缆（1m）一端焊接90欧姆的电阻，另一端与中继站连接。终端电阻的目的是防止沿功率电缆传输的地震数字信号出现反射

●  电源－终端电缆（兰色）：

电源－终端电缆是把电源电缆和90欧姆的终端电阻装配在长约1.0m的四芯电缆里。电缆的一端与供电电瓶连接，另一端与中继站连接。

图9  SummitⅡplus地震仪电缆

2）非集中供电的方式需要两种电缆：

●  数据传输电缆

它是双芯扁平电缆，每根电缆的最大长度330m，重30g/m,电缆两端各接一个90欧姆的终端电阻，以防止沿电缆传输的地震数字信号出现反射。通过特殊插件将该电缆与地震数据采集站连接。数据采集站可以连接在数据传输电缆的任意位置上。每330m长的数据传输线电缆最多可连接60个采集站。数据传输电缆两端与中继站连接，从而可以使地震排列无限延长。

●  电源电缆

非集中供电SummitⅡplus系统的每个数据采集站外接一个微型电池（12V，2.2A或更大）。电源线一端与电池连接，另一端与采集站连接。  该电缆长度约0.5m。

7. 电源

DMT提供对所有Summit地震仪最合适的商用电池（电源），用户也可以使用自已的电池

8. 绘图仪

可选任何型号的绘图仪或打印

三、技术指标

四、SummitⅡplus地震仪的主要特点

世界上先进地震仪的技术指标基本相似，因为它们采用的都是最好的器件并且都有几十年研发地震仪的经验。世界上先进地震仪的主要差异，在于各自独有的特点。SummitⅡplus地震仪的独有特点是：

●非常轻便：一套480道SummitⅡplus系统（包括Summit单元272个），重约320kg，各种电缆总长11100m长、重约450kg，外加8个24V电池和一台记本电脑担当主机。

●适应任何野外工作坏境：由于SummitⅡplus系统非常轻便，道间距可变，采集站具有自身的物理地址，所以它可以在地形复杂的山区、沼泽区、森林区、村庄密集区、高速路以及河流阻隔等地区顺利的布置三维观测系统。

●组成灵活，道间距可变：一套480道SummitⅡplus系统可以分解成两个个或多个独立的地震队，只要增加一个或多个USB接口便可；相反，一个小型的Summit地震队，可以任意扩展为大型的队伍，只要增加采集站和相应的中继站便可。Summit的重要特点之一是道间距可变。

●最高采样率1/48ms：可以采集高达几千周的地震信号用于探测超浅层和薄层结构。采样率与工作道数无关。

●没有模拟大线：由于每个数据采集站只含两个数据道，所以检波器非常靠近采集站，省掉了模拟大线，避免了外界干扰。

●采集站功能齐全，道数可无限扩展：每个SummitⅡplus数据采集站都是一个独立的地震数据采集单元，内置功能强大的数字处理器，可以对地    震信号进行叠加和相关处理，可以对仪器和检波器的各项技术指标进行实时检测和打印输出。由于每个采集站都是独立的单元，工作道数可无限扩展。

●当与可控震源或夯源连接时，可以实现叠前相关或叠后相关

●优质的售后服务：DMT在中国设有售后服务中心，对Summit地震仪出现的任何问题都能迅速做出反应，并及时解决。升级软件由售后服务中心及时免费提供或网上下载。 

五、应用实例

1. SummitⅡplus地震仪与法国408地震仪验收对比

 德国DMT公司新研制的加强型Summit Ⅱ plus地震仪从2006年进入中国至2009年6月，已销售近3000道，用户达18家。主要分布在煤田地震勘探、工程地震勘探、活断层勘探以及少量矿产资源勘探和石油勘探。与过去老型Summit 地震仪相比，其稳定性和生产效率均有绝对性的提高，故障率不到1%，集中供电型SummitⅡ plus 地震仪由于采用插拔式接头，分离式SummitⅡ plus 地震仪由于采用新设计的SNAP插头，完全消除了老型Summit地震仪进站不稳定问题。

 加强型SummitⅡ 地震仪问世一年后就得到壳牌石油公司的认可。山东省物化探勘查院曾三次定购加强型SummitⅡ plus 地震仪达500多道，均获得了满意效果。最近河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队定购了360道加强型Summit  Ⅱ plus 地震仪，在验收过程中与法国408地震仪进行了同测线、同炮点的对比接收。参加验收的专家一致认为，加强型SummitⅡ plus 地震仪与408地震仪接收的信号一致，但加强型SummitⅡ plus 地震仪在高频数据采集方面有独到优势，设备使用方便，操作简洁。两者的原始地震记录的对比结果如下：

      图10 Summit Ⅱ plus地震仪原始记录（与408地震仪同炮点、同条件下接收的原始记录）

 图11法国408地震仪原始记录（与Summit Ⅱ plus地震仪同炮点、同条件下的原始记录）

2.石油勘探

  图 12　某油田垂直构造走向的三维地震勘探时间剖面，在4000ms时间内

图 13 　某油田大型盐丘底辟构造时间剖面（可控震源），可见对盐丘底辟两侧的底层分辨率非常高

3.煤田勘探应用实例

图 14  山东某煤田三维地震时间剖面.该区有两层煤，第一层出现在680-860ms之间，

非常稳定未受构造破坏；第二层出现在900-1100ms之间，它在剖面右端似乎尖瀎，在中部有断层存在。

图 15   山东兖州某煤矿已知断层的验证结果

该断层埋深700m，断距3.5m，从图可见，该断层被Summit地震仪清楚的确认了。

3.工程勘探应用实例

图 16  山东腾州岩马水库的探测剖面 

图中相位缺失区是已被证实的大坝内部泄露地段 

 图17 东北地区某混凝土大坝内部病害诊断剖面

此大坝年代很长，其中波速值低于3.00千米/秒的部分表示混凝土质量较差或已老化

 图18 在德国乌泊塔尔市用面波资料

 图19   根据面波频散数据确定的乌泊塔尔市地下灰岩中溶洞分布及钻孔验证结果  

图 20 　隧道选址

对穿过阿尔卑斯山的隧道进行选址，图中红线为断层，绿线为选定的随到位  

图21　在两个钻井之间通过地震CT成像对矿产资源分布的探测

反射面非常清晰，界面分层，构造特征及其变化一目了然