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1、 地球物理勘探 概论论文 题 目 地球物理仪器的发展及新技术学院名称 指导教师 班 级 学 号 学生姓名 2015年1月 前 言 地球物理仪器是地学仪器的主要部分，是认识自然的重要手段，在世界进入信息时代的今天，仪器仪表在社会与经济发展中的作用体现得越来越明显，美国、日本、欧州共同体一些发达国家都把仪器仪表列为国家支持的关键技术。我国多位两院院士先后两次向国家提出建仪，国家现在也下决心大力发展我国的仪器仪表工业，无疑我国地学仪器的发展也会迎来一个新的春天。 地球物理仪器在国防、资源探测、自然灾害监测和工程质量检测等领域中具有不可忽视的作用,近年来技术进步迅速.国际上,地球物理仪器发展趋于多功能
2、化、轻便化、智能化、可视化、网络化和虚拟化.由于历史的原因,一方面我国对地球物理仪器的需求急剧增长,另一方面又形成了对国外仪器的过分依赖,严重冲击了我们对地球物理仪器的自主研发.在这样的逆境中,我国地球物理技术工作者仍然坚持不懈,在重、磁、电、地震、放射性等领域取得了显著成绩,并在某些领域达到了具有国际领先的水平.基于这种现状,我国地球物理仪器发展应该坚持适当引进与自主创新相结合、研产用相结合,形成标准统一、多学科交叉融合的研制体系,提高工艺水平和售后服务质量;重视地球深部探测、航空物探、海洋探测、地质灾害监测和国防工程领域的地球物理仪器开发和研制;发挥学术组织的特殊作用,集中力量组织攻关,争
3、取在关键领域中形成我国具有自主知识产权的先进地球物理技术和仪器.关键词：地球物理勘探仪器 发展历程 新技术 高精度重力测量一、 我国地球物理仪器发展历程的回顾（1）重磁仪器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1958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
4、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。我国从上个世纪的50年代末开始探索测量垂直分量的磁通门磁力仪，60年代初开始研制质子磁力仪等电子式磁力仪，但限于当时的条件，如主要器件只能使用电子管，电源只有干电池，探头和电路设计水平也极其有限，仪器的体积、重量远比光学机械式磁力仪大许多，无法推广
5、使用。到1962年，研制出了用锗晶体管为主要器件的质子磁力仪，到1983年共推出6个型号，生产了1500多台，“发”到了全国的物探队，几经推广，却未得到普遍应用，主要原因是可靠性差，故障率太高，另外，广大物探工作者也还不太熟悉所测的总向量的推断解释方法。 1983年，达到国外70年代后期水平的灵敏度达到1nT的CZM-2型质子磁力仪的问世，使我国物探界正式开始使用电子磁力仪，特别是在地震预报领域得到大面积推广使用，到目前，这种仪器及其改进型号CZM一2A 已经生产近600台。 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
6、度为0.1nT，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，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
7、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微机磁力仪相继投放市场，后者从2004年4月已销售200余台。 进入21世纪以来，随着国家对地质事业投资力度的加大，以及铁矿和多金属矿产资源的短缺，对质子磁力仪的需求猛增，北京地质仪器厂在MP一4经验的基础上、开发了全新的CZM一3
8、型仪器，2005年投入市场。 核工业系统的京核鑫隆公司在G856A 的基础上，不断改进，最近推出了G856F高精度智能质子磁力仪，采用锂电池供电，外形保持了传统的结构。据悉，该系列产品已出口上千台，国内销售也达到几百台，在地震、有色、地质、环保、冶金、石油勘探、煤田、科研等领域广泛应用。2006年3月重庆奔腾数控技术研究所重庆万马物探仪器有限公司在参照国外仪器的基础上，根据本国国情开发的WCZ一1质子磁力仪投产，灵敏度01T，至今已售出数百台。 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
9、质量下降可及时发现以便采取措施补救。 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，ZSM-3型仪器(灵敏度10GaL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
10、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。 令人遗憾的是，进入90年代，随着地质事业投资的锐减，物探工作的萎缩，重力仪的需求量也随之大降，北京地质仪器厂被迫撤销了重力车间，技术人员和技术工人纷纷转行或流失，为了保住这个在全世界产量曾经是第三位(1000台以上，第一和第二位是I &R 1500台和Worden1500台)、在亚洲乃至整个第三世界仅有的一个石英弹簧重力仪生产基地，工厂坚持保留下了一个重力组，到2005年，仅有两名技术工人留守阵地，年产量仅10台左右，在技术上也几乎没有太大变化，这种状态，远远不能满足近几年来国内外猛增的市场需求
11、，如伊朗的客户开口订5台，厂方却无法供货。 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。 当前，国内的用户呈现出多元化趋势，换言之，使用重磁仪器的群体，由于地质市场的变化，已从过去单一的物探专业工作者发展到地质工作者、非地质工作者、民营企业甚至农民兄弟，测量的精度也因目标的不同，高、中、低并存，这就使重磁仪器，特别是磁力仪，从磁通门、质子、光泵都有各自的市场。很多专业的物探队，到国外承包物探、地质工程甚至是买下一片土地进行风险开
12、发，工作的地点多在东南亚、南半球各国，于是出现了“准国外市场”，这些单位和个人，从国内买了仪器到国外工作，所以，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。（2） 地震勘探仪器1、模拟地震仪时期 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
13、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。这种仪器的研制生产始于40年代末，50年代初。当时先进的电子元器件是电子管、变压器，是电子管发展的鼎盛时期。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。模拟光点记录地震仪原理框图如图2所示，放大器增益由自动增益和半自动增益控制，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非线性增益控制，才能使其动态限定在照相纸的范围之内，这样就只有1020dB左右的动态范围，使地震
14、信号畸变，破坏了地震波的动力学特征。 2、我国数字地震仪时期 从1966年开始研制数字地震仪，1974年引进第一台SN338，而后进入了数字地震仪时期，该时期大约分三个阶段，即模拟放大器数字磁带记录地震仪，二进制增益放大器的数字磁带记录地震仪和瞬时浮点放大器数字磁带记录地震仪。 1960年美国研制第一台模拟放大器数字磁带记录地震仪，型号为GS- 1型, 我国物探局仪器厂于1965年开始研制GCl型就是这种放大器的仪器， 1966年、1967年进行了野外试验，其原理框图如图4所示。3、 瞬时浮点放大器数字记录地震仪 1970年美国首先推出DFSIV型浮点放大器仪器，1971年法国也生产了SN33
15、8浮点放大器仪器。1975年西安石油仪器总厂和物探局仪器厂也开始研制浮点放大器数字磁带记录地震仪，并先后于1978年和1980年研制出SDZ一751A型数字地震仪和SK-8000数控型地震仪 浮点放大器的框图分别如图6所示。 4、 瞬时浮点增益放大器遥测地震仪阶段为了解决和克服集中式浮点放大器仪器的弊端，首先由美国GUS公司在1975年研制出192道1ms的GUSBUS遥测地震仪，1977年法国的SerceL公司和其他厂家也先后研制出遥测仪器。我国石油物探局仪器厂和西安石油仪器总厂也分别研制出SK一1004和YKZ-480遥测仪，并于1991年3月10日通过“七五”国家重点科技攻关项目的鉴定和验收，从此便开始了批量生产遥测仪器。SK-1004仪器，采用当时先进的小型机PDP1124作为整机控制，单总线结构，每线21ms采样192道，最大8线输入达1536道，单站6道，可进行现场处理，用2. 5字节SEG- D格式,数传编码类似于I
