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1、分类号 密级中国地质大学（北京）课 程 结 课 报 告地 球 物 理 仪 器学生姓名 陈 浩 院（系）地球物理与信息技术专 业 电子与通信工程 学 号 2110130002 任课教师 邓 明 职 称 教 授 二O一四年四月目录1.绪论12.地震勘探方法12.1勘探原理22.2应用范围22.3反射法22.4折射法23.重磁仪器33.1磁力仪33.2重力仪34.地震勘探仪器44.1模拟地震仪44.2 数字地震仪44.3 24位模数转换器地震仪55. 电法仪器55.1 大地电磁探测仪55.2 瞬变电磁仪65.3 高密度电法仪66 核辐射仪器86.1 放射性仪器分类97 总结与展望10中国地质大学（北
2、京） 地球物理仪器报告1.绪论地球物理学就是用物理学的方法和原理，对地球的各种物理场分布及其变化进行观测，探索地球本体以及近地空间的介质结构、物质组成、形成和演化，研究与其相关的各种自然现象几其变化规律。本质上是一门观测学科，需要采集大量的有效信息，可靠信息和信息量的缺乏或不足则是任何数学技巧和图像显示无法弥补的。高精度和高分辨率的观测与实验仪器和设备是地球物理学发展史中的先行部队，为此，在不断学习国外先进科学技术的同时，也在逐步开创中国地球物理仪器的研制，并且成立具有自主独立主权的实力型品牌。地球物理仪器是地学仪器的主要组成部分，是认识自然的重要手段，我国地球物理界的前辈们经常说：“地球物理
3、学是一门观测科学”，我院著名老一代地球物理学家顾功叙生前再三强调要注重自主研发的地球物理仪器的重要性。当代物理学家刘光鼎院士曾明确指出，仪器问题不解决，就无法实现地学现代化。我国近十几年来正逐步开创中国地球物理仪器研究和研制的新局面，形成具有中国特色的并具有独立知识产权的设备和体制，进而开拓新市场，走向世界，并独立于世界科技之林。在地球物理学领域，地球物理场主体上分为重力场、地磁场(包括航磁)、电场、地热场、放射性辐射场和地震波场。对矿产资源、油气能源和环境的勘察与监测，对地震灾害的预测与预防，对地球深部圈、层结构以及物质组成和空间状态的探测等都是通过物理场完成的。随着地球物理学在理论、方法和
4、应用方面的不断进步，科学与技术发展的需求日益增加，相应学科的仪器与设备得到了迅速发展，物理学、力学、信息学和计算技术中的一些新成就得到了广泛应用，地球物理观测的精度和对信息的分辨率不断提高。因此可知，地球物理勘探所给出的数据时根据物理现象对地质构造做出合理的推断，也就是所谓的反演。此外，用地球物理方法研究活勘察地质体活地质构造，是根据测量数据或所观测的地球物理场求解场源体的问题。众所周知，在野外进行地球物理勘查要求所使用的仪器重量轻、体积小、坚固耐用，要能防潮、防晒、不怕振动，无论在寒冷的北极或是在炎热的赤道地区都能正常工作。同时还要求仪器有多种功能，即能同时测量多种参数，例如不仅能测重力值、
5、磁场值，而且还能测定他们的梯度；不仅能用来做电阻率法，也能用来做激发极化法、交流电法等。我国是一个多山国家，在固体矿产资源勘查中迫切需要有轻便多功能的地球物理仪器；同时，我国又是一个幅员辽阔的国家，海洋及西部的沙漠戈壁石油资源有待于开发，城市与环境物探方兴未艾，也迫切需要功能强，精度高，运用现代物理、电子与计算机技术的地球物理仪器装备。为了反映地球物理仪器的技术性能，人们常用灵敏度、精密度、准确度、稳定性、测量范围等各种技术参数来描述它们。在我国著名的地球物理学报中，刊登了有关地球物理科学的综合性学术论文，它是地学领域中具有代表行的期刊之一，被列入中国自然科学核心期刊。主要刊登固体地球物理、应
6、用地球物理、空间地球物理和大气、海洋地球物理以及与地球物理密切相关的交叉学科的研究论文，重点报道创新性研究成果。2.地震勘探方法地震勘探是近代发展变化最快的地球物理方法之一。它的原理是利用人工激发的地震波在弹性不同的地层内传播规律来勘探地下的地址情况。在地面某处激发的地震波向地下传播时，遇到不同弹性的地层分界面就会产生反射波活折射波返回到地面，用专门的一起可以记录这些波，分析所得记录的特点，如波的传播时间、震动形状等，通过专门的计算活仪器处理，能较准确地测定这些界面的深度和形状，判断地层的岩性，是勘探含油气构造甚至直接找油的主要物探方法，也可以用于勘探煤田、个别的层状金属矿床以及解决水文地质工
7、程地质等问题。近年来，应用天然震源的各种地震探测方法也不断得到发展。2.1勘探原理在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇到有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表活井中用检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。通过对地震波记录惊醒处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态。地震勘探在分层的详细程度和勘探的精度上，都优于其他地球物理勘探方法。勘探深度一般从数十米到数千米。地震勘探的难题是分辨率的提高，高分辨率有助于对地下的精细构造研究，从而更详细了解地层的构造与分布。2.2应用范围爆炸震源是地震勘探中广泛采用的
8、非人工震源。目前已经发展了一系列地面震源，如重锤、连续振动源、气动震源等，但陆地地震勘探经常采用的重要震源仍然为炸药。海上地震勘探采用炸药震源之外，还广泛采用空气枪，蒸汽枪以及电火花引爆气体等方法。地震勘探是钻探前勘测是由于天然气资源的重要手段。在煤田和工程地质勘探、区域地质研究和地壳研究等方面，地震勘探也得到广泛应用。20世纪80年代以来，对某些类型的金属矿的勘察也有选择地采用了地震勘探方法。2.3反射法利用反射波的波形记录的地震勘探方法。地震波在其传播过程中遇到介质性质不同的岩层界面时，一部分能量被反射，一部分能量透过界面继续传播。在垂直入射的情况下，有反射波的强度受反射系数影响，在噪声背
9、景相当强的条件下，通常只有具有较大反射系数的反射界面才能被检测识别。地下每个波阻抗变化的界面都可以产生反射波。2.4折射法利用折射波的地震勘探方法。地层的地震波速度如大于上面覆盖层的波速，则二者的界面可能形成折射面。以临街角入射的波沿界面滑行，沿该折射面滑行的波离开界面又回到原介质或地面，这种波称为折射波。折射波的到达时间与折射面的深度有关，折射波的时距曲线接近与直线，其斜率决定与折射曾的波速。震源附近某个范围内接受不到折射波，称为盲区。折射波的炮检距往往是折射面深度的几倍，折射面深度很大时，炮检距可以长达几十公里。3.重磁仪器3.1磁力仪我国第一台光学机械式磁力仪悬丝式磁力仪(磁秤)是195
10、8年由原地质部物探仪器修造所仿制成功的，而正式批量投产是在北京地质仪器厂建成之后的1960年，到1961年底，两年生产了1704台，此后一直到1991年该厂共生产了11种不同型号的光学机械式磁力仪，包括刃口式、水平定向式、袖珍式、地磁日变仪等近11000台，灵敏度由1020nT格逐步提高到12nT格，完全满足了近30年我国大规模地面磁测的需要。它们所测的量是地磁场的垂直分量，但是随着时间的推移，这类仪器从操作使用来看，在每一个测点，要摆三脚架、用罗盘定向、用水泡调平，在一个像显微镜的镜筒里读格数、全手工记录数据；从制造工艺上讲，要采用精度很高的设备加工机械零件和光学零件，调试过程也比较复杂。总
11、之，操作使用和制造工艺，比起电子磁力仪来，明显呈现出其劣势来，于1991年停产，代之而来的是各种各样的电子磁力仪。1986年，我国地矿和核工业系统分别引进了加拿大的IGS-2MP-4型和美国的G-856A型的“微机质子磁力仪”，灵敏度为01nT，观测精度达到25nT或更高，自动记录数据、自动日变改正、数据可以直接传送到其他计算机系统作进一步处理，同时，地质系统为推广使用MP-4仪器，在方法技术，推断解释等方面作了大量工作，出版了“高精度磁法勘探“等书籍、制定了相应的规程，使我国的地面磁法勘探水平在短时间内达到国际先进水平，并得到全面推广。MP-4型仪器逐步国产化，到1993年共生产近300台，
12、少部分仪器被我国计量部门采用当作标准仪器。G856A经过不断改进，如采用锂电池做电源，一直生产到今天，在各个系统得到广泛应用。虽然在1975年及以后的一段时间生产了200多台测量垂直分量CCM-12型地面磁通门磁力仪，因其精度并不比光学机械式磁力仪高，还要使用多节干电池，使用维护成本高、可靠性差，使其没有达到取代机械式磁力仪的设计初衷，没有得到推广使用。但是，近20年后这种仪器得到了新生，当把升级换代后的磁通门系统做成CCM-4磁力仪并在遵化地区推广后，得到农民找矿者的欢迎，数十台仪器很快售完，形成供不应求的局面。此后，物化探所的CBT-1型便携式探矿磁力仪和廊坊瑞星仪器有限公司的MCL-2微
13、机磁力仪相继投放市场，后者从2004年4月已销售200余台。2006年，廊坊瑞星仪器有限公司推出了灵敏度01nT的PM一1A型质子磁力仪，其特点是带有GPS，可外接GPS，存储测点坐标值，信号质量实时监控，信号质量下降可及时发现以便采取措施补救。3.2重力仪在地面使用的重力仪有两大类，即绝对重力仪和相对重力仪，上个世纪60年代后期至70年代初期，我国地质仪器企业曾仿制加拿大和前苏联的石英弹簧和金属弹簧重力仪，并投入小批量生产，因精度较低，未大量投产推广。70年代中期北京地质仪器厂建成了重力车间，设有专门设计的石英系统加工和调试室、高低温实验室、精密机械加工车间，具备了大批量生产的条件。与此同时
14、，ZSM-3型仪器(灵敏度10 GaL研制成功并投入生产，连同此后的ZSM-4型-大测程重力仪和ZSM-5型恒温重力仪，到80年代后期，共生产千余台，最高年产量达到百余台，虽然这些产品只具有中等精度水平，但也基本上满足了我国野外重力测量和部队的需要，特别是我国两次登上珠峰的重力测量都是使用国产重力仪完成的。从2005年底，北京地质仪器厂启动了全自动电子重力仪的研制工作，目前正在攻克传感器难关，相信在不久的将来，我国自行研制的具有自主知识产权的电子重力仪的投产，将会使目前电子重力仪完全依靠进口的形势会有根本性的扭转。我们的仪器性能必须满足在全世界均能正常工作，这是前几年设计仪器时没有考虑到的。另
15、外，也必须瞄准国际市场，特别是第三世界国家，过去都是用美国或加拿大的仪器，如果我国的仪器水平和质量能和国外水平相当，价格低于国外水平，就会有条件拿到国外的订单。CZM-2曾出口到日本、CZM-3出口到伊朗、MP4出口到越南，G856AF通过返销出口到很多国家。4.地震勘探仪器4.1模拟地震仪我国的模拟地震仪器时期是从建国初期到七十年代末，大致分为光点和磁带记录二个阶段。建国初期，我国使用的模拟光点记录地震仪是从原苏联、匈牙利进口的。1951年我国成立第一个地震队，在西北地区工作，使用CC一2651凸型地震仪， 1957年西安仪器厂仿照进口仪器研制生产了DZ571模拟光点地震仪，1965年原646厂仪修站(现为物探局仪器厂)也生产了该种仪器。模拟光点地震仪是用电子管和变压器组装的，记录采用照相纸一次曝光。虽然输入信号有大约120dB的动态，但由于记录用人眼观看，人工解释，只有用自动和半自动的
