地球物理仪器结课论文

...“地球物理仪器”结课论文学院：核工程与地球物理学院专业：勘查技术与工程学号：班级：姓名：目录目录 第一章绪论1.1地球物理学地球物理学在本质上是一门观测科学，需要采集大量的有效信息，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乃是在地球物理学发展进程中的“前哨”。为此，在我国地球物理学领域里，在对仪器和设备的研究中必须转变观念，即在引进技术，仿造和合作研制的基点上发展自己的研究与研制体系，并在不断深化的进程中，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，并具有独立主权和品牌的地球物理仪器及设备的创新研究和研制体制，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。1.2地球物理仪器众所周知，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、磁场值，而且还能测定它们的梯度；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。1.3反映仪器性能的参数（1）灵敏度：指仪器反映地球物理场参数，如强度等最小变化的能力（敏感程度）。有时也称分辨率。对于用数码显示器读取地球物理场参数的仪器，在其读数装置上估读的最小可分辨的变化，称为显示灵敏度（读数能力），如质子磁力仪1nT/字，0.1nT/字等。由于仪器有一个噪声水平问题，因此灵敏度与显示灵敏度在概念上是有区别的。（2）精密度：它是衡量仪器重复性的指示，是指仪器自身测定地球物理场的各种参数所能达到的最小可靠值。由一组测定值与平均值的偏差表示。在仪器说明书上，称为自身重复精度。（3）准确度：系指仪器测定真值的能力，即与真值相比的总误差。通过地球物理仪器课的学习，掌握地球物理传感器的原理、地球物理仪器基本电路方框图和地球物理仪器正确使用的基本技能，掌握一般地球物理仪器采集信号的特点和使用注意事项，熟悉其参数指标。在工程实践中，根据所用地球物理方法不同，能正确地选用仪器，正确地操作仪器，获得准确、全面的地球物理信息。1.4重力仪器简介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10μGaL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。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&R1500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，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、MP--4出口到越南，G856A／F通过返销出口到很多国家。第二章重力勘探的方法简介重力勘探的全部工作过程包括：

(1)根据地质任务和收集有关的地质、物探资料，现场勘察进行工作设计；

(2)按照设计要求进行野外测量，即采集原始重力数据资料并进行计算整理和绘制各种图件；(3)处理解释，编制报告，得出地质结论。明确施工地区的地质任务之后，有必要收集本区及相邻地区的地质和地球物理资料，熟悉当地的自然地理条件，对重力勘探的可行性进行研究，弄清楚进行重力工作的有利因素和不利条件。如探测对象的剩余质量能否在地表产生足够被仪器感觉到的异常等，如果无可靠资料，则应进行试验工作。对一些干扰因素，如恶劣的地表条件等，也应采取措施消除影响。2.1野外工作技术2.1.1工作比例尺和测网的选择工作比例尺一般是根据地质任务、探测对象的大小及异常的特点来确定的。工作越详细，要求比例尺越大，单位面积内的测点就越多，对重力异常的研究详细程度就越高。通常在煤田的普查勘探中，采用比例尺较小，目的是圈定煤田边界、含煤盆地内较大断裂构造和煤系地层基底的起伏等。在详查和精查勘探中比例尺较大，可从1:10000～1:500，目的是详细研究工作地区的重力场分布规律和特点，进而确定局部地质构造，或岩矿体的位置、产状和其范围大小等问题。重力测量的方式常采用剖面测量和面积测量。面积测量是基本工作方式，即在工作地区的地面上按照一定的距离布置若干测线，每条测线上又按一定距离布置若干测点，这些测线和测点的纵横连线构成重力测网。测网的每个结点都是重力测点；测网结点的密度称为测网密度。测网的形状和密度是根据地质任务和工作比例尺确定的。测线方向尽可能垂直勘探对象的走向方向，如无明显走向，应采取正方形测网。

测网的密度应保证在相应比例尺的图上每平方厘米有1～3个测点，在异常地段可根据需要加密测点。2.1.2重力测量的精度重力测量的观测精度是检验观测质量的重要标志，又是决定技术措施、经济计划的重要指标。对精度的要求应保证地质任务的需要，即能够反映出探测对象引起的最小异常。通常，是以观测误差来表示精度的。观测误差越小，精度越高。观测精度的计算方法是要对测点进行检查观测，检查工作量是总工作量的10％左右，也就是对均匀分布于施工地区的10％左右测点进行重复观测，最后计算出均方根误差作为重力测量的精度。均方根误差的计算公式为

ε=i=1m式中δgi——均值与原始观测值（或检查观测值)之差；n——检查点数；m——为所有检查点总的观测次数；一般要求ε小于探测对象引起的最大异常的1／3～1／4。要查明异常的细节时，还应有更高的精度要求。2.1.3基点和基点网总基点和基点，它们是经过高精度重力观测的点。总基点是用来作为相对重力测量的起算点。进行面积测量时，还设立若干基点，这些基点均匀分布于测区内和总基点一起构成基点网。

基点网的作用是：检查重力仪在工作过程中的零位移情况，确定零位移校正系数；控制普通观测点的精度，减少积累误差；随时检查仪器的工作状态。

如果工作区面积不大，可不设基点网，只要有一个基点作为重力测量的起算点即可，并采取适当的工作方法，利用基点检查仪器工作状态和确定零位移校正系数。

总基点(或不设基点网的基点)应选择在交通方便、标志明显的非异常地域上，作为相对重力测量的正常重力场。

要求：

（1）精度比普通测点高出1倍以上。（2）平差为零∆2.1.4野外观测方法进行重力测量时，要从基点开始，然后逐个进行普通点观测，最后在某一基点结束观测。零位移线性的标准是两基点间零位移的直线连线和该树点之间实际零位移曲线的最大差值应小于观测均方根误差ε。

（1）读数：普通点读2～3个数，取平均；（2）在规定时间内起止于基点；（3）小测区可只有一个基点；

（4）记录：24小时制，分钟为单位。2.1.5仪器实验工作（1）静态试验；（2）动态试验；（3）一致性试验；（4）格值的标定。2.1.6测地的工作（1）测点位置坐标；

（2）高程（精度要求高）。2.2重力资料的初步整理重力资料的初步整理的目的是求得消除仪器零点漂移之后各测点相对于基点的相对重力值。2.2.1零位移校正方法例如，设从基点A开始进行观测，经过一段时间后于基点B结束观测(上图)，在A、B两点获得重力差值∆gAB',观测时刻分别为tAK如果没有设立基点网，只有一个基点，则只能利用一个基点来计算零位移系数。从基点开始观测，经过一段时间再返回该基点观测，基点两次观测值之差为∆g，经过了∆t时间，则零位移系数为K第i点的零位移校正值为∆式中∆ti2.3重力资料的校正地面上任一点的重力值都由该点所在纬度、周围地形、固体潮及岩(矿)石的密度变化等因素决定。其中固体潮的影响很小，一般可忽略不计；纬度变化的影响较大，可达500000g.u.，约为重力平均值(9800000g.u.)的0.5％；地形高差影响次之，可达1000g.u.。相对于这两种干扰而言，重力异常是十分微弱的。例如，储油构造的重力异常不超过100g.u.，仅为重力平均值的0.001％，金属矿的重力异常更小，不超过10g.u.，可见要从强干扰中提取如此微弱的异常，高精度地进行各项校正具有何等重大的意义。2.3.1地形校正地形起伏往往使得测点周围的物质不能处于同一水准面内，对实测重力异常造成了严重的干扰，因此必须通过地形校正予以消除。其办法是：除去测点所在水准面（下图中MN）以上的多余物质，并将水准面以下空缺的部分用物质填补起来。由图可见，测点O所在水准面以上的正地形部分，多余物质产生的引力的垂直分量是向上的，引起仪器读数减小。负地形部分相对该水准面缺少一部分物质，空缺物质产生的引力可以认为是负值，其垂直分量也是向上的，亦使仪器读数减少。可见，测点周围地形不论是而于测点还是低于测点，都造成重力测量结果比地形平坦时小。由此，地形校正值总是正值。

实际工作中，地形校正按以下步骤进行：首先，在详细的地形图上，用量板将测点周围的地形划分成许多扇形小块。然后分别计算这些小块在该点产生的重力值并相加，就获得了该点的重力校正值。现已经在计算机上实现了按照测网进行的地形校正，从而使校正精度大为提高。2.3.2中间层校正地形校正之后，测点所在平面与重力测量起算点所在基准面之间存在有水平中间层质量，要消除这部分质量对测点的影响，需要进行中间层校正，校正后就相当于测点和基准面之间无质运存在。

中间层可当作一个厚度为∆h(单位为m)，密度为σ的无限大水平均匀物质面。由于地壳内物质每增厚1m，重力增加约0.419σ∆hg.u.，故中间层校正值中∆g∆当测点高于大地水准面或基准面时，∆h取正，反之取负。

我国和世界大多数国家都取中间层密度值为2.678g／cm3。2.3.3自由空间（高度）校正经过上述两项校正后，测点与大地水准面或基准面间还存在一高程差∆h，为消除这个高程差对实测值的影响，必须进行高度校正。将地球当作密度呈均匀同心层分布的旋转椭球体时，地面每升高1m重力减少3.086