地球物理勘查儀器 重磁勘探儀器.ppt

1、地球物理勘探儀器和設備的課堂講稿，本章課時：2教師：E m a il:第5章重力和磁力勘探儀器，導論，重力和磁力勘探是在地球上進行的。通常，地球的重力場被用作待檢測物體的重力場，而地球的磁場被用作待檢測物體的磁化場。因此，由地球引力引起的重力異常和由地球磁化引起的磁異常被重力和磁儀器觀察以實現(xiàn)檢測。用于收集重力和磁異常數(shù)據(jù)并測量巖石密度(在特定條件下)和磁參數(shù)的重力和磁測量儀器統(tǒng)稱為重力和磁測量儀器。它們是重力和磁力探測不可或缺的工具。本章主要介紹幾種重力儀和磁力儀，并簡要介紹它們的工作原理。5.1重磁測量儀器概述，5.1.1重磁測量儀器分類重磁測量儀器根據(jù)重磁測量儀器測量的地球重力場和磁場的

2、參數(shù)和數(shù)值，可分為兩類：相對測量儀器，測量地球重力場和磁場的相對差值，如測量兩點間重力差值的石英彈簧重力儀，測量地球磁場垂直分量Z相對變化的吊線垂直磁強計等。絕對測量儀器，測量地球重力場和磁場的總值，即絕對重力值(絕對地磁場值)，如自由落體原理研制的NIM-1型可移動重力儀、質(zhì)子進動原理研制的ENVIMAG質(zhì)子進動磁力儀(也可測量地磁場的總強度t，也可測量其相對差值或梯度值)等。機械式磁強計根據(jù)重力和磁力測量儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，如吊線式垂直磁尺和刃口式磁尺；電子磁力儀，如質(zhì)子旋進磁力儀、光泵磁力儀、磁通門磁力儀等。根據(jù)重磁測量儀器的領(lǐng)域，地面重磁測量儀器、海洋重磁測量儀器、空中重磁測量儀

3、器和鉆孔重磁測量儀器。5.1重磁測量儀器概述5.1.2重磁測量儀器的主要技術(shù)指標通常包括靈敏度、精度、準確度、穩(wěn)定性和測量范圍。(1)靈敏度，儀器反映測量場強最小變化的能力(靈敏度)。也叫決心。對于使用數(shù)字顯示器讀取磁場值的儀器(如質(zhì)子旋進磁力計)，其讀取設備上評估的最小可辨別變化稱為顯示靈敏度(或讀取能力)，如1nT/字、0.1nT/字等。由于儀器存在噪聲級問題，因此靈敏度在概念上不同于顯示靈敏度。(2)精度是衡量儀器重復性的一個指標，是指儀器本身測量的現(xiàn)場值所能達到的最小可靠值。它用一組測量值與平均值的平均偏差來表示。在儀器規(guī)格中，它被稱為自重復精度。(3)準確度是指儀器確定真值的能力，即

4、與真值相比的總誤差。在重力和磁力勘探中，精度和準確度通常沒有區(qū)別，這統(tǒng)稱為精度。5.1重磁測量儀器概述，5.1.2幾種重磁測量儀器的主要技術(shù)指標，5.1重磁測量儀器概述，5.1.3中國地面重磁儀器現(xiàn)狀及發(fā)展前景重力儀和磁力儀是重磁勘探(探測)觀測和收集地球重力場、地球磁場及其異常數(shù)據(jù)的基本設備。 所采集的重磁數(shù)據(jù)的準確性將直接影響勘探或探測效果。該儀器專門用于測量重力加速度(重力場強度)，靈敏度為0.0110克5.1重磁測量儀器概述，5.1.3中國地面重磁儀器的現(xiàn)狀和發(fā)展前景中國重力儀的相對水平比國外90年代初引進實用電子重力儀落后近20年。盡管如此，這些產(chǎn)品遠遠不能滿足市場需求。20世紀60

5、年代末至70年代初，中國地質(zhì)儀器企業(yè)仿制了加拿大和前蘇聯(lián)的應時彈簧和金屬彈簧重力儀，并投入小批量生產(chǎn)。然而，由于精度低，它們沒有大量投入生產(chǎn)。20世紀70年代中期，北京地質(zhì)儀器廠建成了重力車間，配有專門設計的應時系統(tǒng)加工調(diào)試室、高低溫實驗室和精密加工車間，滿足了批量生產(chǎn)的條件。與此同時，ZSM 3號儀器(靈敏度10加侖)與ZSM 4號大范圍重力儀和ZSM 5號恒溫重力儀一起研制成功并投入生產(chǎn)。到1980年代后期，已經(jīng)生產(chǎn)了1000多臺，最高年產(chǎn)量達到100多臺。這些產(chǎn)品雖然只有中等精度，但基本滿足了我國野外重力測量和部隊的需要。特別是我國兩次攀登珠穆朗瑪峰的重力測量都是用國產(chǎn)重力儀完成的，因為

6、進口的電子重力儀靈敏度高，但登山隊承受不了體積、重量和功耗。從2005年底，工廠開始開發(fā)自動電子重力儀，現(xiàn)在正在克服傳感器的困難。石英彈簧重力儀和重力儀應時彈簧系統(tǒng)的出現(xiàn)，相信在不久的將來，我國自主知識產(chǎn)權(quán)的電子重力儀的投產(chǎn)，將從根本上扭轉(zhuǎn)電子重力儀完全依賴進口的現(xiàn)狀。5.1重磁測量儀器概述中國磁力儀的發(fā)展和現(xiàn)狀1958年，中國第一臺光學機械磁力儀懸絲磁力儀(磁尺)被成功復制。20世紀60年代初，北京地質(zhì)儀器廠建成后，光學機械磁力儀正式批量投入生產(chǎn)；開始開發(fā)電子磁力儀，如質(zhì)子旋進磁力儀。1991年，工廠生產(chǎn)了11種光學機械磁力儀，其中近11，000種已經(jīng)停產(chǎn)，由各種電子磁力儀取代。1986年，

7、加拿大IGS-2/MP-4和美國G-856A“微型質(zhì)子旋進磁力儀”被引進中國地質(zhì)和核工業(yè)系統(tǒng)。1983年，靈敏度為1nT的CZM-2質(zhì)子旋進磁力儀(70年代末達到國外水平)使中國地球物理行業(yè)正式開始使用電子磁力儀。到1993年，MP-4儀器逐步國產(chǎn)化，少數(shù)儀器被我國計量部門采用為標準儀器。21世紀以來，貝迪儀器公司在MP-4經(jīng)驗的基礎上開發(fā)了一款全新的CZM-3儀器，并于2005年投入市場。2006年3月，重慶奔騰/重慶萬馬物探公司研制的WCZ-1質(zhì)子旋進磁力儀投入生產(chǎn)；廊坊瑞星儀器有限公司引進了靈敏度為0.1nT的PM-1A質(zhì)子旋進磁力儀，在1960年、1970年、1980年、1990年、2

8、000年、2010年、國內(nèi)最常用的地球物理勘探質(zhì)子旋進磁力儀在90年代初一般處于國外水平，但如果0.1nT的分辨率能夠滿足高精度磁測的要求，目前磁通門磁力儀具有簡單、價格低廉的優(yōu)點，但其觀測精度不高5.1重磁測量儀器概述、國內(nèi)質(zhì)子旋進磁力儀主要性能、5.2重力測量儀器和5.2.1絕對重力測量儀器用于測量地球重力場的總值，即絕對重力值。這些重力儀廣泛用于重力測量和固定重力觀測站的重力測量。三位置法計算g值的實用公式為了測量自由落體的S和T值，激光干涉系統(tǒng)在現(xiàn)代已經(jīng)被使用。這種激光重力儀是由中國計量科學研究院制造的國外先進的絕對重力儀主要有美國Micro-G公司生產(chǎn)的Micro-GA10絕對重力儀

9、和Micro-G高精度絕對重力儀FG5和FG5-L.(1)自由落體絕對重力儀、5.2重力測量儀器、5.2.1絕對重力測量儀器用于測量地球重力場的相對差異，在重力勘探中用于查明地質(zhì)構(gòu)造和尋找礦產(chǎn)資源，以及工程地球物理勘探等。(1)工作原理及相關(guān)問題重力場中恒定質(zhì)量的重量隨g值的變化而變化。如果另一個力或力矩(彈力、電磁力等)。)用于平衡重力(即重量)或重力矩的變化，通過觀察物體的平衡狀態(tài)可以測量兩點之間的重力差。根據(jù)物體受力變化引起的不同位移模式，重力儀可分為兩類：平移系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。(2)基本結(jié)構(gòu)要求雖然不同重力儀的結(jié)構(gòu)有很大的不同，但任何重力儀都有兩個基本部分：一個是靜平衡系統(tǒng)，另一個是讀數(shù)

10、機構(gòu)。(3)角靈敏度重力儀的平衡方程和基本平衡方程所謂角靈敏度是指由于單位重力的變化而引起的平衡體的偏離角。如果偏角較大，意味著儀器更靈敏。5.2重力測量儀、5.2.1絕對重力測量儀(4)讀數(shù)機構(gòu)和零位讀數(shù)方法包括放大部分(如光學放大、光電放大或電容放大)和測微部分(測微儀讀數(shù)器或自動記錄系統(tǒng))?，F(xiàn)代重力儀都采用補償法進行觀測和讀數(shù)，即零點讀數(shù)法(5)影響重力儀精度的因素和消除影響的措施(1)溫度(2)氣壓(3)電磁力(4)安裝狀態(tài)不一致(5)零點漂移(6)重力儀的分類從結(jié)構(gòu)上看，重力儀可分為兩種類型：平移式和旋轉(zhuǎn)式；從材料和工作原理來看，可分為石英彈簧重力儀、金屬彈簧重力儀、振弦重力儀和超導

11、重力儀等。從應用領(lǐng)域來看，更常見的有地面重力儀、海洋重力儀、航空重力儀和鉆孔重力儀。5.2重力測量儀器，5.2.1絕對重力測量儀器(7)幾種地面重力測量儀器(1)ZSM石英彈簧重力儀是一種國產(chǎn)應時彈簧輔助重力儀。它已廣泛應用于中國的測繪、地震和地質(zhì)勘探部門。根據(jù)彈性系統(tǒng)原理，ZSM重力儀的結(jié)構(gòu)由重力儀本體(彈性系統(tǒng)光學系統(tǒng)測量系統(tǒng)的儀表盤)、殼體部分和運輸附件組成。ZSM重力儀的觀測精度為0.3g.u；直接測量范圍約為1400克。測量范圍約為50000克。格值為0.91.1克/格。儀器的零點漂移為1g/h(低于45)。電源：DC2.5V電池組，功耗1瓦；凈重：6公斤。目前，最先進的相對重力儀是

12、CG-5移動式重力儀。CG-5移動式重力儀，5.2重力測量儀器，5.2.1絕對重力測量儀器(7)若干地面重力測量儀器(1)ZSM石英彈簧重力儀，是繼CG-3重力儀之后的一種改進的自動電子讀數(shù)重力儀，具有1微伽分辨率和5微伽精度，儀器傳感器類型為無靜電熔凝應時(自備)。測量范圍為8000毫伽，無需復位；長期殘留漂移(靜態(tài))小于0.2毫克/天；傾斜自動補償范圍為200秒弧度；離網(wǎng)范圍通常小于5微伽(當沖擊達到20G時)；自動校正由潮汐、儀器傾斜、溫度、噪音和地震噪音過濾引起的誤差。儀器特點：適用于野外移動重力測量；在整個熔融石英傳感器中，骨架和運動部件之間沒有連接點。與零長彈簧相比，運輸時無需鎖定

13、擺錘，性能穩(wěn)定，重復性好，基本沒有掉格現(xiàn)象；全自動電子讀數(shù)，可設定采樣率；全量程可直接讀取，進行大規(guī)?，F(xiàn)場測試時無需手動調(diào)整量程；與零長度彈簧相比，野外測試時間大大縮短，只需12分鐘即可完成單點測量，使得高密度重力成像成為可能，并將重力勘探擴展到礦產(chǎn)資源勘探領(lǐng)域；三重恒溫裝置，線性溫度漂移可自動校正；智能電池實時顯示電量，兩個電池可以熱插拔，避免了現(xiàn)場斷電中斷零長彈簧的情況；1/4VGA，大屏幕清晰顯示圖像；重復率優(yōu)于5g；世界上工作環(huán)境溫度最低的野外重力儀可用于低至-40C的高山地區(qū)；通過了IS09000認證。5.2重力測量儀器，5.2.1絕對重力測量儀器(7)幾種地面重力測量儀器(2) l

14、acoste重力儀是美國生產(chǎn)的金屬彈簧重力儀，即其彈性系統(tǒng)由金屬材料制成。測量精度可達0.10.2g(1020g)。它的直接量程為70000 g u (7000毫伽)，可用于全球相對重力測量。儀器的零點漂移約為5微克/月(使用一年多后約為10微克/月)；電源：DCl2V；凈重：3.2公斤，彈性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，儀器系統(tǒng)圖，5.2重力測量儀，5.2.1絕對重力測量儀(7)若干地面重力測量儀，3)超導重力儀，它是利用某些金屬(如銀、鉛、鋁等)的超導特性研制而成。)。整個儀器放置在超導屏蔽室內(nèi)，以防止外部磁場的干擾。超導重力儀具有靈敏度高、穩(wěn)定性好的特點。特別是，它避免了彈性系統(tǒng)重力儀中由彈性疲勞引起的零

15、點漂移，因此它可以達到10-2 g(微)的精度。目前，世界上最靈敏的重力儀GWR超導重力儀的測量精度為0.01 gal。儀器由液氦冷卻。有不同尺寸的杜瓦瓶可供選擇。對于長期觀測站的安裝，可以安裝外部電動制冷裝置，以減少液氦的消耗。便攜式小型杜瓦瓶可以形成一個便攜式站觀測系統(tǒng)。GWR超導重力儀系統(tǒng)圖，超導重力儀結(jié)構(gòu)圖，5.3磁測量儀器，5.3.1絕對磁測量儀器都用來測量地磁場的總值，即絕對地磁場值。這種磁強計廣泛應用于地磁研究和地磁測量的固定地磁站。目前，它還普遍用于磁法勘探，以解決查明地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)資源的問題，以及工程地球物理勘探。(1)質(zhì)子磁力儀質(zhì)子磁力(核自旋)儀問世于20世紀50年代中期

16、，已廣泛應用于航空、海洋和地面。它具有靈敏度高、精度高的特點，可以測量地磁場總強度t的絕對值及其梯度值th和TX。目前，用于測量地磁場總強度的有IGS-2/MP-4和ENVIMAG，它們的梯度容限比較大，一般都在2000 nt/m以上。在我國，WCZ-2質(zhì)子旋進磁力儀是應用最廣泛的質(zhì)子旋進磁力儀。它是重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所在WCZ-1質(zhì)子旋進磁力儀基礎上開發(fā)的新一代質(zhì)子旋進磁力儀。其磁場測量精度為1nT，分辨率高達0.1nT，完全滿足原地質(zhì)礦產(chǎn)部頒布的地面高精度磁測量工作規(guī)定的要求。其大存儲容量、高分辨率和靈活性使其成為便攜式、移動和基站磁力計。通過改變探頭結(jié)構(gòu)，可以以0.1至5.3米的分辨率測量總場以及水平和垂直梯度(1)質(zhì)子(核自旋)磁力儀WCZ-2質(zhì)子旋進磁力儀的主要特點是能夠測量地磁場的總場和梯度(水平梯度或垂直梯度，需要增加