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1、地球物理勘探概论实验指导书适用专业：勘察技术与工程安徽建筑工业学院土木工程学院2007年10月前言地球物理勘探是以培养面向国家急需的矿产勘查、工程勘探和解决环境地 质实际问题的专业性科技人才为主要目标，为此设计了三类实验教学内容：一 是了解型实验，主要通过操作各种地球物理方法所使用的现代仪器，使学生对 各种仪器的功能有个感性认识；二是专题型实验，通过进行野外数据的采集和 解释，使学生对地球物理方法的整个工作过程有个实习经历，从而可加深学生 对地球物理各种方法的应用过程和效果的全面了解；三是综合型实验，各种地 球物理方法同时使用，培养学生综合应用和分析问题能力。通过实验教学提高了学生的动手和应用
2、能力，使学生熟悉了地球物理勘探 的全过程，增强了系统观念，培养了理论联系实际的作风，加深了对课程中理 论、概念的认识和掌握程度，培养了理论联系实际的作风。本指导书主要介绍了测定岩石的块体密度、拉科斯特(LCR)重力仪的认 识与操作、质子磁力仪的认识及操作和高密度电法仪仪器认识实验等4种常见 的试验方法，要求学生进行实验前要认真阅读，并掌握这些试验原理和操作过 程，进一步明确为什么要做这些试验，试验参数在工程中如何应用，努力培养 自己动手和分析问题的能力，巩固和提高所学的地球物理勘探理论知识。实验1测定岩石的块体密度 4实验2拉科斯特（LCR）重力仪的认识与操作6实验3质子磁力仪的认识及操作9实
3、验4高密度电法仪仪器认识实验10实验1:测定岩石的块体密度实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的学会测定规则岩石试件的块体密度基本方法。二、试验方法量积法三、试验步骤1、试件制备试件加工形状：圆柱体、立方体或方柱体，并满足下列要求：（1）试件尺寸应大于岩石最大颗粒的10倍，（2）沿试件高度，直径或边长的误差不超过0.03cm；（3）试件两端面不平整度误差不超过0.005cm；（4）试件两端面应垂直试件轴线，最大偏差不超过0.25。（5）立方体或方柱体试件，相邻两面应互相垂直，最大偏差不超过0.25。每组试件制备不少于3块，不允许缺棱掉角。2、试件描述（1）岩石名称、颜色、矿物成分
4、、结构、风化程度、胶结物性质等；（2）节理裂隙的发育程度及其分布；（3）试件的形态。3、量测试件尺寸（1）量测试件两端和中间三个断面上相互垂直的两个直径或边长，按平均值计算截面 积。（2）量测端面周边对称四点和中心点的五个高度，计算高度平均值。尺寸量测应精确至0.001cm，尺寸量完后，按相应公式计算试件的体积（V）。4、烘干试件、称试件质量将试件置于烘箱内，在105110C恒温下烘24h，然后放入干燥器内冷却全室温，称试 件质量，精确至0.01g。5、按下式计算岩石的块体密度P=T式中：p岩石的块体密度（g/cm3）；ms岩石试件的干质量（g）；V岩石试件的体积（cm3），计算精确至0.01
5、g/cm3。6、本试验每组平行测定3块试件，取其平均值作为岩石的块体密度。实验2：拉科斯特(LCR)重力仪的认识与操作实验学时：1实验类型：认识实验要求：必修一、实验目的通过本实验，认识LCR重力仪的主要结构，并了解该仪器的操作方法。二、仪器描述LCR 重力仪是美国(LaCoste &. Romberg Gravity Meters Inc)生产的一种金属弹簧重 力仪。其外形呈方柱形，见图2-1，尺寸为20cmX18cmX25 cm。仪器净重3.2kg。仪 器配有蓄电池、电池充电器、底盘和手提金属箱。重力仪、蓄电池和手提箱总重量约9kg。 该仪器有G(Geodetic)型和D(Microgal
6、)型二种：前者测程大，适用于全球测量而勿需调 节测程；后者精度高，但直接测量范围较小。图2-1 LCR重力仪外貌(1)金属箱)(2)重力仪(3)三角架底盘仪器结构为外壳和内盒两大部分：外壳部分包括仪器面板、绝热填料、电子部分、恒 温装置、水平调节螺旋及温度计；内盒包括磁屏、弹性系统、光学系统和测微系统。仪器 面板上有纵、横水准器窗、读数旋钮、计数器、夹固螺旋、水准器调节孔、测程调节孔、 检流计、检流计的灵敏度及零位调节孔等。图2-2 LCR重力仪面板1, 4 水平调节螺旋（横向）；2 一纵向水准器；3 一读数钮鼓及计数器；5 外壳；6 一 检流计；7 目镜筒；8 水平调节螺旋（纵向）；9 一横
7、向水准器；10 一夹固螺旋；11 温 度计窗三、重力仪的操作使用在正式使用重力仪前，需提前把它加热到恒温温度，并使其稳定4h以上。一般操作 步骤如下：1. 将底盘平稳地放在观测点上，并小心地将仪器从箱内取出，轻缓平衡地放在底盘上。 调平仪器。2. 逆时针旋转锁摆旋钮，松开摆杆，转动读数旋钮使指示丝位于读数线附近（也可 观测检流计指针是否在中央位置或数字电压表显示是否接近零）。如有粘摆现象可先使纵 气泡向目镜筒方向偏移一、二分划，然后用指尖轻击仪器面板，当摆自由晃动后再精密调 平仪器。3. 松摆后最好等（35）min后再观测。打开照明灯，转动测微轮，使亮线精确对准读 数线。待摆杆静止30s后再读
8、数，按同样方法读够规定的次数（一般2、3次），同 时记录读数时间（精确到分）。注意每次读数时，都应使亮线由左向右，从一个方向精确 对准读数线，以便消除齿轮的间隙误差。各次读数间的差值超限时（一般规定为5 M Gal，相当于G型仪器0.5格，D型仪器5格）应补测，直到取得一组合格数据为止。 读数时先读计数窗内的数，例如4268.2，最后一位2是近似数，精确值要从测微轮读取， 若为240，那么最终读数应为4268.240，此值的最后一位相当测微轮上的1/10小格， 它是估读出来的。观测时，随时要检查气泡是否有变化，如果水准器泡偏离0.2格以上， 则重新精密置平仪器，补测一组数。4. 读数完毕，顺时
9、针旋转夹固旋钮锁摆(此项操作容不得一次疏忽，否则会损坏仪 器)。5. 提起仪器平稳地放入装箱内，并上好箱扣。操作应注意的问题：1. 在测站上安置仪器时，尽可能利用罗盘，使仪器与正北方向平行，即每次使有两个 调平螺旋的一端方向朝北，以削弱地磁场对仪器的影响。2. 在晴天或雨天观测时要打伞。避免阳光直射引起仪器面板或局部受热和避免雨水淋 湿仪器。四、实验报告编写内容1. 实验目的2. 实验内容(1) 绘出弹性系统结构示意图，并阐明其测量重力变化的原理。(2) 绘出测量杠杆系统示意图，并说明当重力增大时，测微轮旋转的方向及视野中亮线 移动的规律。(3) 绘出仪器面板图，并指出各部分的名称和作用。3.
10、 问题讨论LCR重力仪的操作要点。夹固制动装置的作用。实验3：质子磁力仪的认识及操作实验学时：2实验类型：认识实验要求：必修一、实验目的认识ENVI质子磁力仪的基本组成，并了解该仪器的操作方法。二、磁力仪认识自然界的岩石和矿石具有不同磁性，可以产生各不相同的磁场，它使地球磁场在局部地 区发生变化，出现地磁异常。由于质子磁力仪具有精度高、便携等众多的优点，它已经被 广泛地应用在勘察各领域。1. 该系统中总场测量仪器的各部分基本配置如图3-1所示。图3-1质子磁力仪的基本组成图其中包括仪器主机、探头、探杆、充电器、测量电缆、RS-232电缆和背架。2. 键盘本键盘共有19个键，为了易于操作，其中两
11、个最常用的键分别安置在仪器面板的右 侧和左侧，即开始/停止“ START/STOP ”键和记录键 RECORD ”。有些键还具有三 重功能，各种功能体现在不同工作进程之中。实验4：高密度电法仪仪器认识实验l=J实验学时：2实验类型：验证 实验要求：必修 一、实验目的1. 熟悉仪器的原理、面板结构，并学会仪器的操作方法。2. 学会测定电场，加深正常场的概念。3. 学会用四极法测定水电阻率的方法。二、实验内容及步骤1. 仪器布置高密度电法工作布置同普通电法，根据研究的目标体和任务不同，而布设测线。GMD-2仪器布置非常简单，只有一根电缆，沿测线将电极按极距要求（根据探测目标体深度不同 而确定极距，
12、与普通直流电法相同）：仪器面板接线如下图:图4-1新型分布式高密度电法仪工作示意图2. 数据采集软件操作数据采集软件包括如下程序1、2E.exe数据米集主程序2、GMD.ini采集程序初始化数据，格式见下说明3、GMD2.in2采集程序初始化数据，包括时间参数、数据迭 加次数4、GMD2.in3供电电压设置参数5、CCLIB16.DOT16点阵字库6、CCLIB24.DOT24点阵字库7、ZH38.exe数据圆滑、转换程序3.数据采集，参数设置(1)执行数据采集软件2E.exe,出现参数设置页面如下图:图4-2高密度电法仪参数设置界面(2)根据具体情况输入总电极数，电极极距，最小极距系数，最大
13、极距系数和电极编 号。每一项都是按“ ENTER ”后出现小的对话框，内有数字，这时按“一、一 ”键 减少或增加数字，一般按一次增减量为“ 1 ”，按“ Ctrl + -、Ctrl + ”，增减量为 “10 ” (电极极距分别是“ 0.1 ”和“ 1 ” );按“ 1、 I ”箭头上下移动菜单。 输入完后按ENTER键确认，或按“ 1、 I ”箭头输入其它项参数。 总电极数：根据使用的电极数来决定； 电极极距：根据电极排列情况而定，取决于研究目标的大小等因素。该项增减量为 “ 0.1 ”或“ 1 ”，单位：米; 最小极距系数：该系数可从1开始，取决于研究目标最小深度； 最大极距系数：该系数也可
14、从1开始，最大为20，取决于研究目标最大深度； 输入电极编号：步骤非常重要！要根据实际电极排列中每个电极连接盒子的号码输 入（要有野外记录本），同样，按“ 一、一 ”和“ Ctrl + -、Ctrl + ”增加或 减少数字；按“ t、! ”箭头上下移动菜单；按“ Tab ”键，列与列之间移动。按“ ESC ” 退回主菜单。如果输入电极总数少于四个，程序会自动警告。修改电极距：在（2）中可同 时修改整个剖面的电极之间的距离，而本项可修改每一个电极之间的距离，操作同（5）， 移动一”、“ 一箭头的移动单位是：0.1米，“ Ctrl+、一 为：1米。3. 选择排列方式，程序有四种排列可供选择：a （
15、Wenner温纳装置）、p （Dipole-dipole偶极 一 偶极装置）、施伦贝谢尔 （Schlumberger）和单极一偶极（Pole- dipole或Dipole-pole）装置。在某一个横条上按 “ Enter ”键时，会有一声响铃提示，同时出现“ A、B、M、N ”的排列示意图。 下图为温纳装置的示意图。如果在数据采集前没有输入排列方式，则程序会提示要求输入 电极排列方式。其中，在做单极一偶极排列时，要求布置一个无穷远极一C极，这与普 通电阻率法的联剖法和三极法一样要求，C极接于仪器后面板的B接柱。4. 自检程序图4-3高密度电法仪自检程序自检程序有3项：接地电阻检查、电极盒检查和
16、自动检测。（1）接地电阻检查是衡量电极接地好坏的重要参考信息。本仪器的测量方法是测量两两 相邻电极之间的电阻值，并以曲线图示方式在计算机屏幕表示。在自动检测结束后，可进 行手动检测，移动左右箭头，按“ ENTER ”键就可测量一次，从“电极一电极”和“接 地电阻”显示窗口可看到当前所处在哪两个电极之间，电阻值大时，进行处理，直至电阻 曲线降下来为止。按“ ESC ”键退出检测（在自动检测时则中断检测而返回）。（2）电极盒检查主要是为检查智能电极盒而设计。如果怀疑智能电极盒子有问题，则 可运行此项程序。运行前，将测试盒先与主机的电缆输出或其它任意的电缆接头接好，将 被检测的电极盒与测试盒输出的任
17、意一根电缆头接好，将测试盒的小鳄鱼夹子，夹在被检 查盒的大夹子（夹电极的）上，运行“电极盒检查”程序，则程序要求“输入被检查盒子 的号码：”，输入正确后，被测盒应发出“滴答”声，同时，测试盒子上的三个发光管按“红、 绿”（第一、第二个发光管）、“绿、红、橙”（第三个发光管）色顺序发光，按“ ESC ” 键，在“橙”光亮后退出测试程序。如果有的不发光，或发光顺序混乱，则被测盒有问题， 应维修或更换。见连接示意图。图4-4电极盒连接示意图5. 测量程序测量程序菜单有三项：输入测线号、剖面测量、数据显示。（1）在剖面测量之前，一定要输入测线号。在“输入测线号”横条下，按“ Enter ” 键，则出现
18、一个对话框，用键盘输入测线号，再按“ Enter ”键确认，这时，对话框出现 “建立文件xxxx.gmd ”，即所输入的测线号后面自动加上“ .gmd ”高密度数据文件名后 缀。如果所输入的文件名与本磁盘目录中的文件名相同程序将出现“文件已存在”的提示；如果没有同名，则按“ Enter ”键后对话框关闭。（2）输入完文件名后，可进行剖面测量。如果在此之前没有输入文件名，程序会出现 提示“未输入测线号”。进入剖面测量后，出现如下图示，顶部横条为“视电阻率测量”， 左上角“测量极距1 ”表示目前画面所显示的剖面曲线是极距系数为“ 1 ”时的剖面。 右下角是电极参数显示：“电极总数、电极极距、最小极
19、距系数、最大极距系数”，中间显 示的“电极一电极”中的号码，产生下面显示的“电流Iab ”、“电压Umn ”、“视电阻 率p s ”值。右边显示的是“电极排列方式”、“序号”（即电极排列的顺序号）、“编 号”（即当前A、B、M、N电极的实际编号）。一个极距系数测量完后，“嘀” 一声后进入下一个排列（左上角有显示）。采集完最后一个排列后，显示“按任意键综合”， 即将所有的排列曲线画在一张图中，再按任意键数据存盘。在测量过程中，如果按“ ESC ” 键，则中断测量，再任意键返回主菜单。下图是测量时的界面：6. 数据预处理程序数据采集结束后，在成图或反演之前，对原始数据要进行预处理。预处理包括：数据
20、 圆滑、原始数据到各种格式数据的转换。预处理程序只有一个文件ZH36.EXE。运行时需 要汉字库。 启动ZH36.EXE后，画面如下图，第一项是数据圆滑。按“ Enter ”键后， 出现以“ .gmd ”结尾的高密度数据文件名的纵排列，移动上下箭头选择，用“ Enter ” 键选定，则出现下述画面，此画面与数据采集时的大体相同，但没有电流、电压数据显示， 右边显示当前所用的数据文件的名称。用法：左右箭头，移X轴，上下箭头移Y轴（电阻率）单位为1，Ctrl+上下箭头，Y轴移动单位为10， PgUp和PgDn移动 为100，Alt+上下箭头，移动单位为1000。ESC为曲线重划，N为下一个极距，这
21、 样直到最后一个极距，圆滑结束自动存盘。存盘的数据名为：原名+ h.gmd ” （原名 即圆滑前在 .gmd ”前的名字）程序的第二部分是数据格式转换。转换主要两项：SURFER格式、二维反演格式。 在“ SURFER ”横条下按“ Enter ”键将出现以 .gmd ”结尾的数据文件，用上下箭 头和“ Enter ”键选择，选好后，出现“输入第一个电极X0坐标”，即剖面的起始位置坐 标，如图中是“ 20米”，第二出现的是“剖面自X0增加输入标志0，剖面自X0减少 输入标志1 ”，意识是，从X0开始，剖面X坐标增加输入“ 0 ”标志，相反输入“ 1 ” 标志。输入完后，转换很快结束，这时显示提示“转换结束（按任意键返回）”、“转换后 的文件名为：原名+ S.dat ”。此文件名可直接在SURFER下进行网格化（GRID），再由程序调用形成SURFER等值线剖面图，即视电阻率拟断面图。程序的第二种数据格式转换是将所测得的 .gmd ”文件转换成二维反演程序所需的 数据格式文件。该转换操作较简单，在对话框中选择好文件名，按“ Enter ”键就行，转 换后的文件名为：原名+ R.dat ”。
