地球物理勘探論文

1、 地球物理勘探 概論論文 題 目 地球物理儀器的發(fā)展及新技術(shù)學(xué)院名稱(chēng) 指導(dǎo)教師 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 2015年1月 前 言 地球物理儀器是地學(xué)儀器的主要部分，是認(rèn)識(shí)自然的重要手段，在世界進(jìn)入信息時(shí)代的今天，儀器儀表在社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用體現(xiàn)得越來(lái)越明顯，美國(guó)、日本、歐州共同體一些發(fā)達(dá)國(guó)家都把儀器儀表列為國(guó)家支持的關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)多位兩院院士先后兩次向國(guó)家提出建儀，國(guó)家現(xiàn)在也下決心大力發(fā)展我國(guó)的儀器儀表工業(yè)，無(wú)疑我國(guó)地學(xué)儀器的發(fā)展也會(huì)迎來(lái)一個(gè)新的春天。 地球物理儀器在國(guó)防、資源探測(cè)、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)和工程質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域中具有不可忽視的作用,近年來(lái)技術(shù)進(jìn)步迅速.國(guó)際上,地球物理儀器發(fā)展趨于多功能

2、化、輕便化、智能化、可視化、網(wǎng)絡(luò)化和虛擬化.由于歷史的原因,一方面我國(guó)對(duì)地球物理儀器的需求急劇增長(zhǎng),另一方面又形成了對(duì)國(guó)外儀器的過(guò)分依賴(lài),嚴(yán)重沖擊了我們對(duì)地球物理儀器的自主研發(fā).在這樣的逆境中,我國(guó)地球物理技術(shù)工作者仍然堅(jiān)持不懈,在重、磁、電、地震、放射性等領(lǐng)域取得了顯著成績(jī),并在某些領(lǐng)域達(dá)到了具有國(guó)際領(lǐng)先的水平.基于這種現(xiàn)狀,我國(guó)地球物理儀器發(fā)展應(yīng)該堅(jiān)持適當(dāng)引進(jìn)與自主創(chuàng)新相結(jié)合、研產(chǎn)用相結(jié)合,形成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、多學(xué)科交叉融合的研制體系,提高工藝水平和售后服務(wù)質(zhì)量;重視地球深部探測(cè)、航空物探、海洋探測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和國(guó)防工程領(lǐng)域的地球物理儀器開(kāi)發(fā)和研制;發(fā)揮學(xué)術(shù)組織的特殊作用,集中力量組織攻關(guān),爭(zhēng)

3、取在關(guān)鍵領(lǐng)域中形成我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)地球物理技術(shù)和儀器.關(guān)鍵詞：地球物理勘探儀器 發(fā)展歷程 新技術(shù) 高精度重力測(cè)量1、 我國(guó)地球物理儀器發(fā)展歷程的回顧（1）重磁儀器1、磁力儀 我國(guó)第一臺(tái)光學(xué)機(jī)械式磁力儀懸絲式磁力儀(磁秤)是1958年由原地質(zhì)部物探儀器修造所仿制成功的，而正式批量投產(chǎn)是在北京地質(zhì)儀器廠建成之后的1960年，到1961年底，兩年生產(chǎn)了1704臺(tái)，此后一直到1991年該廠共生產(chǎn)了11種不同型號(hào)的光學(xué)機(jī)械式磁力儀，包括刃口式、水平定向式、袖珍式、地磁日變儀等近11000臺(tái)，靈敏度由1020nT格逐步提高到12nT格，完全滿足了近30年我國(guó)大規(guī)模地面磁測(cè)的需要，它們所測(cè)的量是地

4、磁場(chǎng)的垂直分量，但是隨著時(shí)間的推移，這類(lèi)儀器從操作使用來(lái)看，在每一個(gè)測(cè)點(diǎn)，要擺三腳架、用羅盤(pán)定向、用水泡調(diào)平，在一個(gè)像顯微鏡的鏡筒里讀格數(shù)、全手工記錄數(shù)據(jù)；從制造工藝上講，要采用精度很高的設(shè)備加工機(jī)械零件和光學(xué)零件，調(diào)試過(guò)程也比較復(fù)雜?？傊僮魇褂煤椭圃旃に?，比起電子磁力儀來(lái)，明顯呈現(xiàn)出其劣勢(shì)來(lái)，于1991年停產(chǎn)，代之而來(lái)的是各種各樣的電子磁力儀。我國(guó)從上個(gè)世紀(jì)的50年代末開(kāi)始探索測(cè)量垂直分量的磁通門(mén)磁力儀，60年代初開(kāi)始研制質(zhì)子磁力儀等電子式磁力儀，但限于當(dāng)時(shí)的條件，如主要器件只能使用電子管，電源只有干電池，探頭和電路設(shè)計(jì)水平也極其有限，儀器的體積、重量遠(yuǎn)比光學(xué)機(jī)械式磁力儀大許多，無(wú)法推廣

5、使用。到1962年，研制出了用鍺晶體管為主要器件的質(zhì)子磁力儀，到1983年共推出6個(gè)型號(hào)，生產(chǎn)了1500多臺(tái)，“發(fā)”到了全國(guó)的物探隊(duì)，幾經(jīng)推廣，卻未得到普遍應(yīng)用，主要原因是可靠性差，故障率太高，另外，廣大物探工作者也還不太熟悉所測(cè)的總向量的推斷解釋方法。 1983年，達(dá)到國(guó)外70年代后期水平的靈敏度達(dá)到1nT的CZM-2型質(zhì)子磁力儀的問(wèn)世，使我國(guó)物探界正式開(kāi)始使用電子磁力儀，特別是在地震預(yù)報(bào)領(lǐng)域得到大面積推廣使用，到目前，這種儀器及其改進(jìn)型號(hào)CZM一2A 已經(jīng)生產(chǎn)近600臺(tái)。 1986年，我國(guó)地礦和核工業(yè)系統(tǒng)分別引進(jìn)了加拿大的IGS-2MP-4型和美國(guó)的G-856A型的“微機(jī)質(zhì)子磁力儀”，靈敏

6、度為0.1nT，觀測(cè)精度達(dá)到25nT或更高，自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)、自動(dòng)日變改正、數(shù)據(jù)可以直接傳送到其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作進(jìn)一步處理，同時(shí)，地質(zhì)系統(tǒng)為推廣使用MP-4儀器，在方法技術(shù)，推斷解釋等方面作了大量工作，出版了“高精度磁法勘探“等書(shū)籍、制定了相應(yīng)的規(guī)程，使我國(guó)的地面磁法勘探水平在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并得到全面推廣。MP-4型儀器逐步國(guó)產(chǎn)化，到1993年共生產(chǎn)近300臺(tái)，少部分儀器被我國(guó)計(jì)量部門(mén)采用當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)儀器。G856A經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，如采用鋰電池做電源，一直生產(chǎn)到今天，在各個(gè)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。雖然在1975年及以后的一段時(shí)間生產(chǎn)了200多臺(tái)測(cè)量垂直分量CCM-12型地面磁通門(mén)磁力儀，因其精度并不

7、比光學(xué)機(jī)械式磁力儀高，還要使用多節(jié)干電池，使用維護(hù)成本高、可靠性差，使其沒(méi)有達(dá)到取代機(jī)械式磁力儀的設(shè)計(jì)初衷，沒(méi)有得到推廣使用。但是，近20年后這種儀器得到了新生，當(dāng)把升級(jí)換代后的磁通門(mén)系統(tǒng)做成CCM-4磁力儀并在遵化地區(qū)推廣后，得到農(nóng)民找礦者的歡迎，數(shù)十臺(tái)儀器很快售完，形成供不應(yīng)求的局面。此后，物化探所的CBT-1型便攜式探礦磁力儀和廊坊瑞星儀器有限公司的MCL-2微機(jī)磁力儀相繼投放市場(chǎng)，后者從2004年4月已銷(xiāo)售200余臺(tái)。 進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)地質(zhì)事業(yè)投資力度的加大，以及鐵礦和多金屬礦產(chǎn)資源的短缺，對(duì)質(zhì)子磁力儀的需求猛增，北京地質(zhì)儀器廠在MP一4經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上、開(kāi)發(fā)了全新的CZM一3

8、型儀器，2005年投入市場(chǎng)。 核工業(yè)系統(tǒng)的京核鑫隆公司在G856A 的基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)，最近推出了G856F高精度智能質(zhì)子磁力儀，采用鋰電池供電，外形保持了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。據(jù)悉，該系列產(chǎn)品已出口上千臺(tái)，國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售也達(dá)到幾百臺(tái)，在地震、有色、地質(zhì)、環(huán)保、冶金、石油勘探、煤田、科研等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。2006年3月重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所重慶萬(wàn)馬物探儀器有限公司在參照國(guó)外儀器的基礎(chǔ)上，根據(jù)本國(guó)國(guó)情開(kāi)發(fā)的WCZ一1質(zhì)子磁力儀投產(chǎn)，靈敏度01T，至今已售出數(shù)百臺(tái)。 2006年，廊坊瑞星儀器有限公司推出了靈敏度01nT的PM一1A型質(zhì)子磁力儀，其特點(diǎn)是帶有GPS，可外接GPS，存儲(chǔ)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)值，信號(hào)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控，信號(hào)

9、質(zhì)量下降可及時(shí)發(fā)現(xiàn)以便采取措施補(bǔ)救。 2、重力儀 在地面使用的重力儀有兩大類(lèi)，即絕對(duì)重力儀和相對(duì)重力儀，上個(gè)世紀(jì)60年代后期至70年代初期，我國(guó)地質(zhì)儀器企業(yè)曾仿制加拿大和前蘇聯(lián)的石英彈簧和金屬?gòu)椈芍亓x，并投入小批量生產(chǎn)，因精度較低，未大量投產(chǎn)推廣。70年代中期北京地質(zhì)儀器廠建成了重力車(chē)間，設(shè)有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的石英系統(tǒng)加工和調(diào)試室、高低溫實(shí)驗(yàn)室、精密機(jī)械加工車(chē)間，具備了大批量生產(chǎn)的條件。與此同時(shí)，ZSM-3型儀器(靈敏度10GaL研制成功并投入生產(chǎn)，連同此后的ZSM-4型-大測(cè)程重力儀和ZSM-5型恒溫重力儀，到80年代后期，共生產(chǎn)千余臺(tái)，最高年產(chǎn)量達(dá)到百余臺(tái)，雖然這些產(chǎn)品只具有中等精度水平，但也基

10、本上滿足了我國(guó)野外重力測(cè)量和部隊(duì)的需要，特別是我國(guó)兩次登上珠峰的重力測(cè)量都是使用國(guó)產(chǎn)重力儀完成的。 令人遺憾的是，進(jìn)入90年代，隨著地質(zhì)事業(yè)投資的銳減，物探工作的萎縮，重力儀的需求量也隨之大降，北京地質(zhì)儀器廠被迫撤銷(xiāo)了重力車(chē)間，技術(shù)人員和技術(shù)工人紛紛轉(zhuǎn)行或流失，為了保住這個(gè)在全世界產(chǎn)量曾經(jīng)是第三位(1000臺(tái)以上，第一和第二位是I &R 1500臺(tái)和Worden1500臺(tái))、在亞洲乃至整個(gè)第三世界僅有的一個(gè)石英彈簧重力儀生產(chǎn)基地，工廠堅(jiān)持保留下了一個(gè)重力組，到2005年，僅有兩名技術(shù)工人留守陣地，年產(chǎn)量?jī)H10臺(tái)左右，在技術(shù)上也幾乎沒(méi)有太大變化，這種狀態(tài)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外猛增的市場(chǎng)需求

11、，如伊朗的客戶開(kāi)口訂5臺(tái)，廠方卻無(wú)法供貨。 從2005年底，北京地質(zhì)儀器廠啟動(dòng)了全自動(dòng)電子重力儀的研制工作，目前正在攻克傳感器難關(guān)，相信在不久的將來(lái)，我國(guó)自行研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電子重力儀的投產(chǎn)，將會(huì)使目前電子重力儀完全依靠進(jìn)口的形勢(shì)會(huì)有根本性的扭轉(zhuǎn)。 當(dāng)前，國(guó)內(nèi)的用戶呈現(xiàn)出多元化趨勢(shì)，換言之，使用重磁儀器的群體，由于地質(zhì)市場(chǎng)的變化，已從過(guò)去單一的物探專(zhuān)業(yè)工作者發(fā)展到地質(zhì)工作者、非地質(zhì)工作者、民營(yíng)企業(yè)甚至農(nóng)民兄弟，測(cè)量的精度也因目標(biāo)的不同，高、中、低并存，這就使重磁儀器，特別是磁力儀，從磁通門(mén)、質(zhì)子、光泵都有各自的市場(chǎng)。很多專(zhuān)業(yè)的物探隊(duì)，到國(guó)外承包物探、地質(zhì)工程甚至是買(mǎi)下一片土地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)

12、發(fā)，工作的地點(diǎn)多在東南亞、南半球各國(guó)，于是出現(xiàn)了“準(zhǔn)國(guó)外市場(chǎng)”，這些單位和個(gè)人，從國(guó)內(nèi)買(mǎi)了儀器到國(guó)外工作，所以，我們的儀器性能必須滿足在全世界均能正常工作，這是前幾年設(shè)計(jì)儀器時(shí)沒(méi)有考慮到的。另外，也必須瞄準(zhǔn)國(guó)際市場(chǎng)，特別是第三世界國(guó)家，過(guò)去都是用美國(guó)或加拿大的儀器，如果我國(guó)的儀器水平和質(zhì)量能和國(guó)外水平相當(dāng)，價(jià)格低于國(guó)外水平，就會(huì)有條件拿到國(guó)外的訂單。CZM-2曾出口到日本、CZM-3出口到伊朗、MP4出口到越南，G856AF通過(guò)返銷(xiāo)出口到很多國(guó)家。（2） 地震勘探儀器1、模擬地震儀時(shí)期 建國(guó)初期，我國(guó)使用的模擬光點(diǎn)記錄地震儀是從原蘇聯(lián)、匈牙利進(jìn)口的。1951年我國(guó)成立第一個(gè)地震隊(duì)，在西北地區(qū)工

13、作，使用CC一2651凸型地震儀， 1957年西安儀器廠仿照進(jìn)口儀器研制生產(chǎn)了DZ571模擬光點(diǎn)地震儀，1965年原646廠儀修站(現(xiàn)為物探局儀器廠)也生產(chǎn)了該種儀器。這種儀器的研制生產(chǎn)始于40年代末，50年代初。當(dāng)時(shí)先進(jìn)的電子元器件是電子管、變壓器，是電子管發(fā)展的鼎盛時(shí)期。模擬光點(diǎn)地震儀是用電子管和變壓器組裝的，記錄采用照相紙一次曝光。模擬光點(diǎn)記錄地震儀原理框圖如圖2所示，放大器增益由自動(dòng)增益和半自動(dòng)增益控制，雖然輸入信號(hào)有大約120dB的動(dòng)態(tài)，但由于記錄用人眼觀看，人工解釋?zhuān)挥杏米詣?dòng)和半自動(dòng)的非線性增益控制，才能使其動(dòng)態(tài)限定在照相紙的范圍之內(nèi)，這樣就只有1020dB左右的動(dòng)態(tài)范圍，使地震

14、信號(hào)畸變，破壞了地震波的動(dòng)力學(xué)特征。 2、我國(guó)數(shù)字地震儀時(shí)期 從1966年開(kāi)始研制數(shù)字地震儀，1974年引進(jìn)第一臺(tái)SN338，而后進(jìn)入了數(shù)字地震儀時(shí)期，該時(shí)期大約分三個(gè)階段，即模擬放大器數(shù)字磁帶記錄地震儀，二進(jìn)制增益放大器的數(shù)字磁帶記錄地震儀和瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器數(shù)字磁帶記錄地震儀。 1960年美國(guó)研制第一臺(tái)模擬放大器數(shù)字磁帶記錄地震儀，型號(hào)為GS- 1型, 我國(guó)物探局儀器廠于1965年開(kāi)始研制GCl型就是這種放大器的儀器， 1966年、1967年進(jìn)行了野外試驗(yàn)，其原理框圖如圖4所示。3、 瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器數(shù)字記錄地震儀 1970年美國(guó)首先推出DFSIV型浮點(diǎn)放大器儀器，1971年法國(guó)也生產(chǎn)了SN33

15、8浮點(diǎn)放大器儀器。1975年西安石油儀器總廠和物探局儀器廠也開(kāi)始研制浮點(diǎn)放大器數(shù)字磁帶記錄地震儀，并先后于1978年和1980年研制出SDZ一751A型數(shù)字地震儀和SK-8000數(shù)控型地震儀 浮點(diǎn)放大器的框圖分別如圖6所示。 4、 瞬時(shí)浮點(diǎn)增益放大器遙測(cè)地震儀階段為了解決和克服集中式浮點(diǎn)放大器儀器的弊端，首先由美國(guó)GUS公司在1975年研制出192道1ms的GUSBUS遙測(cè)地震儀，1977年法國(guó)的SerceL公司和其他廠家也先后研制出遙測(cè)儀器。我國(guó)石油物探局儀器廠和西安石油儀器總廠也分別研制出SK一1004和YKZ-480遙測(cè)儀，并于1991年3月10日通過(guò)“七五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目的鑒定和

16、驗(yàn)收，從此便開(kāi)始了批量生產(chǎn)遙測(cè)儀器。SK-1004儀器，采用當(dāng)時(shí)先進(jìn)的小型機(jī)PDP1124作為整機(jī)控制，單總線結(jié)構(gòu)，每線21ms采樣192道，最大8線輸入達(dá)1536道，單站6道，可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，用2. 5字節(jié)SEG- D格式,數(shù)傳編碼類(lèi)似于IOI、II儀器。YKZ-480儀器采用PCAT主機(jī)做為整機(jī)控制，VME總線，基本單元2ms，采樣480道可擴(kuò)展到960道，用25字節(jié)SEGD格式，用SC-1或SN368儀器的采集站，單站單道，數(shù)傳編碼采用SN368、SN388儀器的方式。 現(xiàn)代遙測(cè)地震儀的主機(jī)與地面站(包括采集站、交叉站、電源站、中繼站)之間的數(shù)據(jù)和命令要進(jìn)行傳輸，為了保證其可靠性，要進(jìn)行

17、編碼和解碼。其方式很多，不管那種方式，主要采用的手段是窄帶傳輸和冗余校驗(yàn)IO系統(tǒng)I、儀器：命令線采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)代碼(ASC)碼，傳輸率256KHz 數(shù)據(jù)線采用交替標(biāo)志反相碼(AM1)傳輸率為5MHz。5、24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器遙測(cè)地震儀階段 1992年2月，美國(guó)Crastal公司為迎合地震儀器和聲納的需要開(kāi)發(fā)出具有 技術(shù)的24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，后來(lái)改進(jìn)提高形成CS5321和CS5322產(chǎn)品。法國(guó)Sercel公司與Ahalog Device公司合作開(kāi)發(fā)出將前放和模數(shù)轉(zhuǎn)換器做在一起的芯片。緊接著Serecel、IO、HGS等其他公司相繼開(kāi)發(fā)出具有-技術(shù)的24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的遙測(cè)儀SN388、SYSTWO、VIS

18、ION，而后，其他公司也慢慢的開(kāi)發(fā)出來(lái)。 物探局儀器廠于1995年開(kāi)始研究24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的地震儀器，型號(hào)為SK- 1006，在塔克拉瑪干沙漠腹地和邊緣進(jìn)行野外試驗(yàn)，獲得較好的記錄、剖面。于1997年底，進(jìn)行了鑒定，鑒定會(huì)認(rèn)為該儀器模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要是由二塊芯片組成，第一塊CS5321是調(diào)制器，第二塊CS5322是有限長(zhǎng)單元脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。圖l2是-技術(shù)的調(diào)制器原理框圖,V1 是一個(gè)差分器，它是將輸入信號(hào)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出求差，即取，在V2積分累加器里求和，即取，V3 是一比較器，輸出一位數(shù)據(jù)流，經(jīng)多次運(yùn)行就完成- 的過(guò)程，產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一位數(shù)據(jù)流輸出 ,調(diào)制器采用了過(guò)采樣技術(shù)，往往采

19、樣速率是被采樣信號(hào)最高頻率的二百倍以上。做為個(gè)實(shí)例，達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。與此同時(shí)西安石油勘探儀器總廠也開(kāi)發(fā)出來(lái)并在勝利油田進(jìn)行了試驗(yàn)。（3） 電法儀器目前電磁法、電法儀器種類(lèi)繁多，但應(yīng)用最普遍、效果最佳的不外乎三類(lèi)儀器，即大地電磁測(cè)深儀(MT儀)、瞬變電磁儀和高密度電法儀。當(dāng)今一流的電磁法和電法儀器必然是硬件和軟件的完美結(jié)合，以達(dá)到：高分辨率，高信噪比； 寬頻帶，大動(dòng)態(tài)范圍；高集成，多功能，低功耗；操作簡(jiǎn)單，輕便靈活，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示結(jié)果。1、 大地電磁測(cè)深儀(MT儀)近年來(lái)，MT 方法面臨的主要問(wèn)題是如何提高野外數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，以獲取高質(zhì)量的視電阻率和相位曲線并提高生產(chǎn)效率，以及如何有效地

20、消除靜位移和獲得最接近實(shí)際的反演模型。 提高野外數(shù)據(jù)采集質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，與磁場(chǎng)傳感器的信噪比、數(shù)據(jù)采集單元的分辨率以及MT法的觀測(cè)排列形式和數(shù)據(jù)處理方法等緊密相關(guān)。 GMS-06磁場(chǎng)傳感器是德國(guó)Metrinix公司最新研制的感應(yīng)式FMS一06型磁場(chǎng)傳感器，重約8kg，長(zhǎng)12m，直徑75mm，很輕便。由于采用了特殊結(jié)構(gòu)的磁芯材料，計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)的線圈結(jié)構(gòu)和磁反饋前置放大，F(xiàn)MS-06的頻帶范圍擴(kuò)展到10000Hz10000s，達(dá)8個(gè)數(shù)量級(jí)，其信噪比(即天然場(chǎng)低活動(dòng)水平與傳感器的噪聲之比)高達(dá)1O100倍，在高頻段的噪聲低至5* 10-7 nTHz-2，并且沒(méi)有溫漂和時(shí)漂，見(jiàn)圖1。這是當(dāng)今世界上

21、性能最好的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器。該傳感器保證了在天然場(chǎng)活動(dòng)最平靜的日子也能記錄到高質(zhì)量、全頻段電磁信號(hào)。2、 瞬變電磁儀 瞬變電磁法是一種時(shí)間域電磁法，它以局部場(chǎng)做場(chǎng)源，分辨率高于以平面波場(chǎng)做場(chǎng)源的頻率域電磁法，近些年來(lái)發(fā)展很快，在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。瞬變電磁法對(duì)淺層分辨率很高，但隨深度加大而降低。PROTEM 可應(yīng)用于地面觀測(cè)、井中觀測(cè)、巷道和掌子面觀測(cè)。 對(duì)瞬變電磁儀所關(guān)心的主要問(wèn)題是如何減少關(guān)斷時(shí)間以獲得更早期的瞬變場(chǎng)，如何提高晚期瞬變場(chǎng)的信噪比以增加勘探深度，如何從瞬變場(chǎng)信息中提取更多的地質(zhì)信息，以及如何適應(yīng)多種觀測(cè)排列形式等。 加拿大Geonics公司生產(chǎn)的PROTEM 瞬變電磁儀系統(tǒng)

22、，由于在發(fā)射機(jī)的關(guān)斷線路設(shè)計(jì)和加工工藝上采取了特殊的技術(shù)，其關(guān)斷時(shí)間只有05s，在使用40m40m 的發(fā)射線框情況下，關(guān)斷時(shí)間也只有25s，是當(dāng)今世界關(guān)斷時(shí)間最小的瞬變電磁儀，它可以獲得淺至幾米的地下信息 。3、 高密度電法儀 高密度電法勘探是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種應(yīng)用地球物理方法，2O世紀(jì)70年代末期，有人提出陣列電探的模式。高密度電法勘探就是在常規(guī)電法勘探基礎(chǔ)上借助陣列思想發(fā)展起來(lái)的一種勘探方式，是集測(cè)深和剖面法于一體的多裝置、多極距的組合方法，具有一次布極即可進(jìn)行多裝置數(shù)據(jù)采集以及通過(guò)求比值參數(shù)而能突出異常信息的特點(diǎn)；且采集效率大大提高，信息量更為豐富。 80年代中期，日本地質(zhì)計(jì)測(cè)株式會(huì)

23、社曾借助電極轉(zhuǎn)換板實(shí)現(xiàn)了野外高密度的電法資料采集以來(lái)，隨著現(xiàn)代物理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和信號(hào)處理技術(shù)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，高密度電法勘探無(wú)論在儀器研制，或是數(shù)據(jù)采集、處理技術(shù)與反演、解釋方法的研究，都融合了當(dāng)代先進(jìn)的科學(xué)理論和高新技術(shù)。電法勘探儀器都小型化、輕便化、自動(dòng)化、智能化和高效化發(fā)展。 目前，國(guó)內(nèi)外多個(gè)廠家推出了不同性能和特色的高密度電法儀器。分析目前最為常用的最新高密度電法儀器的采集基本方法。同時(shí)，通過(guò)借鑒其他地球物理儀器采集方法，并結(jié)合電子和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展和電法勘探的自身特點(diǎn)，對(duì)高密度采集方法進(jìn)行了瞻望。2、 地球物理勘探儀器的新技術(shù)（高精度重力勘探） 目前，隨著數(shù)字技術(shù)及計(jì)算機(jī)技

24、術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，不僅使得重力與磁場(chǎng)磁力的儀器測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，應(yīng)用更加方便，而且使得對(duì)重磁資料的數(shù)據(jù)處理、成圖及異常解釋逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大大提高了解釋速度和效果，同時(shí)又推動(dòng)了復(fù)雜重磁異常解釋理論的應(yīng)用和發(fā)展。這兩種技術(shù)無(wú)論在金屬與非金屬礦產(chǎn)勘探、石油與天然氣勘探、巖土與軍事工程、文化考古勘探以及地殼結(jié)構(gòu)與深部構(gòu)造研究方面都在發(fā)揮越來(lái)越重要的作用?？傊卮趴碧皆趪?guó)民經(jīng)濟(jì)和人們生活中占有十分重要的位置。在未來(lái)的日子，更廣泛的社會(huì)需求將引導(dǎo)人們更多地認(rèn)識(shí)、扶持并發(fā)展這項(xiàng)傳統(tǒng)科學(xué)技術(shù)。伴隨著新的測(cè)量設(shè)備、更完善的解釋理論的不斷出現(xiàn)，其發(fā)展和應(yīng)用將達(dá)到新的水平，也將更多地造福于人類(lèi)。（1） 高精度重力

25、勘探 高精度重力測(cè)量是從應(yīng)用地球物理勘探的中理方法發(fā)展而來(lái)的。從而方法原理上它與一般的重力勘探史沒(méi)有區(qū)別的。一般的中立方法是指勘探對(duì)象和勘探區(qū)域規(guī)模較大的概查式的測(cè)量，而高精度重力測(cè)量一般是指勘探對(duì)象和規(guī)模較小的細(xì)測(cè)式的精密重力測(cè)量，由于測(cè)量精度的提高，重力方法的應(yīng)用領(lǐng)域和所能解決的問(wèn)題尤在尋找礦產(chǎn)資源的能力方面相應(yīng)的得到了開(kāi)拓和發(fā)展。關(guān)于這一點(diǎn)已逐漸被人們認(rèn)識(shí)和重視。加之它在某些方面的應(yīng)用比其他勘探方法更具有某些優(yōu)越性，因此在國(guó)外（尤其在歐洲）還較廣泛的用于土建工程方面。在我國(guó)也已開(kāi)始這方面的科研和生產(chǎn)工作。高精度重力測(cè)量又稱(chēng)為微重力測(cè)量。兩者若從測(cè)量精度的角度來(lái)講，應(yīng)該是同一的，一般是指測(cè)

26、量精度為10nm/s級(jí)的相對(duì)重力加速度測(cè)量。在地質(zhì)和工程勘察領(lǐng)域i還具有研究對(duì)象的規(guī)模較小相應(yīng)的測(cè)量區(qū)面積和測(cè)網(wǎng)間距離均較小的含意，即研究的是較小的地址體的重力測(cè)量問(wèn)題。當(dāng)然廣義的微重力測(cè)量還應(yīng)包含其他一些的微重力效應(yīng)的測(cè)量，如地球固體潮，地球自有振蕩，大氣影響以及地哦求動(dòng)力學(xué)原因造成的地球質(zhì)量位移引起的微小的重力變化的測(cè)量等，就目前大學(xué)本科階段來(lái)說(shuō)微重力測(cè)量和高精度重力測(cè)量部作嚴(yán)格區(qū)分。最早關(guān)于高精度重力測(cè)量的報(bào)導(dǎo)中，有古巴的鉻鐵礦勘測(cè)（Hammmer，1953，1954），所報(bào)導(dǎo)的儀器觀測(cè)或然誤差為500nm/s。相當(dāng)于均方誤差340nm/s，而探測(cè)到的異常約500nm/s。這種用于礦產(chǎn)資

27、源勘探的技術(shù)莊談一直延續(xù)到60年代中后期。在這個(gè)時(shí)期曾經(jīng)有很多人企圖用重力測(cè)量解決工程地質(zhì)上淺小構(gòu)造問(wèn)題，都因重力儀的精度太低而使這些淺小構(gòu)造所引起的異常才得到解決，到1969年拉科斯特隆貝格（LaCoste Romberg簡(jiǎn)記LCR）D型重力儀問(wèn)世高精度的微重力測(cè)量才正式發(fā)展成為一種中立測(cè)量的新方法、新技術(shù)?！拔⒅亓Α被颉拔⒅亓y(cè)量”一詞最初出現(xiàn)在70年代早期的文獻(xiàn)中（Bowlaker，1973；Calrara 1973；Neumann 1972）。第一臺(tái)LCR-D型出現(xiàn)以前還沒(méi)有真正的10nm/s級(jí)重力儀。那時(shí)最靈敏的儀器也只有100nm/s，而D型儀器的靈敏度為1020nm/s。沿剖面測(cè)

28、量重力差時(shí)誤差約為50nm/s（指附有電子讀書(shū)器的D型重力儀）由于在讀數(shù)中部用目鏡而采用電子讀書(shū)，從而提高了讀數(shù)的精確度。應(yīng)該說(shuō)LCRD型重力儀的問(wèn)世拉開(kāi)了微重力測(cè)量的序幕。（2） 技術(shù)方法 高精度重力測(cè)量的基本原理與常規(guī)意義上的重力測(cè)量沒(méi)有根本上的區(qū)別，只不過(guò)需要在重力測(cè)量過(guò)程中對(duì)各個(gè)中間環(huán)節(jié)實(shí)施更嚴(yán)格的技術(shù)要求以及在改正計(jì)算中使用一些新的計(jì)算方法，最終提高重力資料的精度。1、技術(shù)規(guī)定 為了進(jìn)一步提高實(shí)測(cè)重力資料的質(zhì)量，我國(guó)不斷研制、引進(jìn)了多種地面高精度重力儀、水底重力儀、航空攝影解析制圖技術(shù)、GPS及電子計(jì)算機(jī)技術(shù)。國(guó)家主管部門(mén)還頒布了多種配套的技術(shù)規(guī)定，使野外重力數(shù)據(jù)采集精度有了大幅的提

29、高。如在重力找礦中布格重力異?？偩瓤蛇_(dá)0.3 0.8 。一般在平坦地區(qū)可達(dá)0.3 或更高，在山區(qū)可達(dá)0.82 ，高程坐標(biāo)精度可達(dá)十余厘米。新頒布的技術(shù)規(guī)定主要有：1:5萬(wàn)比例尺重力調(diào)查技術(shù)規(guī)定、1 km1 km節(jié)點(diǎn)網(wǎng)地形高程數(shù)圖技術(shù)規(guī)定、物化探航空攝影測(cè)量細(xì)則、氣壓測(cè)高方法技術(shù)手冊(cè)、物化探GPS測(cè)量手冊(cè)等。2、標(biāo)定場(chǎng)和基點(diǎn)網(wǎng)的建立 建立了8個(gè)國(guó)家級(jí)重力儀格值標(biāo)定場(chǎng)，12個(gè)省級(jí)（或自治區(qū)）的標(biāo)定場(chǎng)。同時(shí)建立了國(guó)家重力基點(diǎn)網(wǎng)和24個(gè)省級(jí)（或自治區(qū)）的重力I級(jí)基點(diǎn)網(wǎng)（478個(gè)基點(diǎn)）。標(biāo)定場(chǎng)和基點(diǎn)網(wǎng)的建立，統(tǒng)一了全國(guó)重力測(cè)量?jī)x器的尺度、重力起算值和重力觀測(cè)的精度控制。國(guó)家的基本重力點(diǎn)已與巴黎國(guó)際重力

30、點(diǎn)進(jìn)行了聯(lián)測(cè)。3、地形改正的新方法 我國(guó)是多山國(guó)家，研制了球面遠(yuǎn)區(qū)地改，山區(qū)數(shù)字地形多種剖分體高精度地改和地改殘差估算方法，對(duì)提高重力測(cè)量結(jié)果的精度，擴(kuò)大重力資料的用途十分重要。山區(qū)高精度地改的實(shí)質(zhì)是利用大比例尺地形圖或航空照片做成數(shù)字地形圖并用多種剖分體割地形，使地改地形力爭(zhēng)逼近實(shí)際地形，從而提高地形改正精度，達(dá)到能在山區(qū)有效地進(jìn)行重力勘探工作的目的。不斷提高數(shù)字地形的精度和剖分體的細(xì)致程度，則地改值曲線將逐漸趨近于某一漸近值，該值可以被近似看作“真值”。地改殘差方法用歸一化地改值漸近線進(jìn)行估值，估算出地改殘差。3、數(shù)據(jù)庫(kù)的建立目前，國(guó)土資源部已建立了全國(guó)的?。ㄗ灾螀^(qū)）和行業(yè)性的重力數(shù)據(jù)庫(kù)、

31、重力模型數(shù)據(jù)庫(kù)和重力資料處理解釋工作站。重力數(shù)據(jù)庫(kù)已存貯了大陸960平方公里的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)高程數(shù)據(jù)和一部分海域的海底高程數(shù)據(jù)，存貯了目前已完成的區(qū)域重力調(diào)查大部分?jǐn)?shù)據(jù)。她除了具備一般數(shù)據(jù)庫(kù)功能外，還建有重力資料處理計(jì)算程序子庫(kù)，可為用戶進(jìn)行重力資料的常規(guī)改算和解釋推斷。重力模型數(shù)據(jù)庫(kù)采用積木式結(jié)構(gòu)，可組成模擬實(shí)際地質(zhì)情況、簡(jiǎn)單或復(fù)雜的模型及引力位多階導(dǎo)數(shù)的計(jì)算，用于試驗(yàn)重力資料處理和解釋方法的準(zhǔn)確性、適應(yīng)性，同時(shí)還用于研究復(fù)雜異常規(guī)律，改進(jìn)和探尋新方法。重力工作站集中了上百種經(jīng)篩選優(yōu)化的處理和解釋推斷方法，并編出了商品化的工作站1.0版本，以方便推廣應(yīng)用。（3） 高精度重力測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用1、 在1:

32、1萬(wàn)1:5萬(wàn)比例尺的礦區(qū)勘探工作中的應(yīng)用 在一些已知礦區(qū)或成礦遠(yuǎn)景區(qū)開(kāi)展重力測(cè)量，其精度一般在0.52 ,這些資料在重新認(rèn)識(shí)礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，控礦因素和尋找高（低）密度體礦產(chǎn)方面取得成效。如長(zhǎng)江中下游某火山巖盆地，原認(rèn)為火山巖較厚，經(jīng)過(guò)重力工作后，發(fā)現(xiàn)火山巖覆蓋在沉積巖上面，為在覆蓋層下尋找有關(guān)沉積巖擴(kuò)大了工作范圍。又如在湖南省用重力間接找礦，該區(qū)多金屬礦一般出現(xiàn)在酸性巖體周?chē)?，因此用重力低異常圈出花崗巖體即可在其周邊尋找到多金屬礦。再如在甘肅省用重力高異常驗(yàn)證見(jiàn)富鐵礦，在云南地區(qū)用重力低異常找到低密度鹽礦床。2、在國(guó)內(nèi)各個(gè)油田新開(kāi)辟遠(yuǎn)景區(qū)的應(yīng)用效果 由于重力勘探精度較六七十年代提高了12個(gè)數(shù)量級(jí)

33、，因此在尋找個(gè)中圈閉的能力和發(fā)現(xiàn)深部構(gòu)造信息上也有了很大的提高。國(guó)內(nèi)各個(gè)油田近些年來(lái)幾乎都開(kāi)展了高精度重力測(cè)量，以配合油氣勘查各個(gè)階段的工作。尤其是在地震勘探得不到良好信息的地區(qū)。在山區(qū)、沿海潮間帶及水深5 m以內(nèi)的淺海區(qū)以及工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的居民密集區(qū)更有獨(dú)特作用。在地形平坦有良好生貯油前景區(qū)，可以直接用重力找到含油氣圈閉，并能發(fā)現(xiàn)有工業(yè)意義的油流。高精度重力方法目前已成為油田非地震物探中的主要勘探方法，在具備密度差的前提下，可發(fā)現(xiàn)3000 m左右的局部構(gòu)造，推斷埋深40005000 m的密度截面。3、在工程、考古方面的應(yīng)用 高精度重力測(cè)量可用于天然，人工洞穴探測(cè)，大型工程基礎(chǔ)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，以及在喀

34、斯特地區(qū)尋找地下溶洞，評(píng)價(jià)城市開(kāi)發(fā)區(qū)、核電站的基礎(chǔ)穩(wěn)定性等。在探尋煤層采空區(qū)方面，由于上覆各巖層厚度密度已由鄰近鉆孔所控制，因此用逐層消去法，把上覆巖層的異常一一消去，然后用剩余異常推斷采空區(qū)效果比較理想。3、 加強(qiáng)我國(guó)地球物理勘探儀器研制的對(duì)策和建議(1)逐步形成對(duì)地球物理儀器評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí) 任何一種儀器也不可能十全十美,都有各自的長(zhǎng)處和短處,大量進(jìn)口之風(fēng)形成之后,許多推銷(xiāo)商總是只把自己儀器的長(zhǎng)處加強(qiáng)宣傳,混淆許多儀器買(mǎi)家的視聽(tīng),加上推銷(xiāo)商還有許多吸引買(mǎi)家的措施,但進(jìn)口儀器也未必都那么好.我們認(rèn)為在國(guó)內(nèi)最好能形成一種對(duì)地球物理儀器評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí),這也有助于我們自己儀器的發(fā)展;但這并不容易,各

35、有各的看法,只能逐步溝通,商量./拋磚引玉0,我們現(xiàn)提出一些看法,供同行們切磋時(shí)參考.我們認(rèn)為主要有以下幾點(diǎn):穩(wěn)定可靠,多取信息,靈敏準(zhǔn)確,維護(hù)方便,全球適用.(2)穩(wěn)定可靠 地球物理儀器或是長(zhǎng)時(shí)間全天候連續(xù)不斷地監(jiān)測(cè),或是在野外惡劣的環(huán)境下進(jìn)行探測(cè),這就不同于一般用于室內(nèi)的測(cè)量?jī)x器或分析儀器,首要的問(wèn)題是工作要穩(wěn)定,在穩(wěn)定的前提下才能談得上指標(biāo).現(xiàn)在許多儀器指標(biāo)里沒(méi)有故障率這一項(xiàng),其實(shí)這是用戶最關(guān)心的最重要的指標(biāo),建議我們以后做儀器加一條/平均不間斷工作時(shí)間0這一指標(biāo).(3)多取信息 實(shí)際上沒(méi)有絕對(duì)的全息,新的信息會(huì)不斷被發(fā)現(xiàn),要求能取得盡可能多的所需要的信息,一般地說(shuō)儀器動(dòng)態(tài)范圍要大,頻響要寬.多取得信息還要注意兩個(gè)方面,一是要提高在強(qiáng)干擾背景下提取信息的能力,在取得原始信息后,在儀器里面再加上信號(hào)預(yù)處理環(huán)節(jié),類(lèi)似于糧食的粗加工現(xiàn)在許多儀器還沒(méi)有包含這一部份預(yù)計(jì)以后這方面會(huì)有發(fā)展. 另一方面,是要拓寬儀器觀測(cè)的領(lǐng)域,探索一些觀測(cè)新信息的途徑. (3) 靈敏準(zhǔn)確 為了觀測(cè)到微小的變化,當(dāng)然要提高儀器的靈敏度,但靈敏度提高了,勢(shì)必背景干擾信號(hào)也會(huì)大起來(lái),這就要配合上述的信號(hào)預(yù)處理技術(shù). 至于準(zhǔn)確度,應(yīng)著眼于整套觀測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度,而不只是某個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確度;曾經(jīng)有一種儀器,所用電路的線性失真是3j,而國(guó)外儀器是1j,于是就花力氣在這個(gè)指標(biāo)上,以顯示其水