地球物理仪器

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1、中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院2013级硕士研究生地球物理仪器结课报告分类号密级中国地质大学（北京）课程结课报告地球物理仪器学生姓名马敏院（系）地球物理与信息技术专业电子与通信工程学号2110130005任课教师邓明职称教授二O一四年四月12中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院2013级硕士研究生地球物理仪器结课报告1前言球物理仪器是认识地球、资源探测、工程勘察、地质灾害监测的重要手段，是地球科学研究的基础，也是前沿技术。在地球物理学领域，地球物理场主体上分为重力场、地磁场、电场

2、、地热场、放射性辐射场和地震波场。日常工作中对矿产资源、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、信息学和计算机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。地球物理勘探仪器是集当代先进技术如传感器、电子、计算机、数据传输和通讯等技术为一体的综合系统。它的革新

3、与发展总是伴随着新技术的推广和完善。地球物理仪器按照所测量的地球物理场，主要分为重力仪、磁力仪、电法仪、浅层地震仪、测井仪以及放射性仪器等。地球物理仪器在许多部分存在相似的电路，例如模拟通道和数字通道，前置放大电路和滤波电路，A/D采样和数模转换等，除此之外还会连接通信接口、显示接口以及键盘接口等等。但是地球物理仪器往往又有自己的一些特点：（1）频带较宽，大动态范围；（2）高速、高分辨率和高信噪比；（3）集成度高，功能多但是功耗较低；（4）操作简单，轻便灵活，现场实时显示结果，宽工作温度范围，高稳

4、定度在以上各个重要参数中，高分辨率是地球物理仪器的最为关键参数，这是因为在地球物理勘探中，传感器接收的信号一般都很小，如直流电法仪中，测量大地的自然电位时，信号可能只有几uV；地震勘探中，检波器接收的信号也只有几pV；瞬变电磁仪接收到的二次场信号也只有几nv。这就要求A/D转换器具有很高的分辨率，因此目前的地球物理仪器设计中大都采用了24位△∑A/D采样技术，以达到高分辨率的目的。另外高信噪比也是地球物理仪器的特点，由于传感器输出的有用信号很小，而干扰信号是随机信号，且频带很宽，有时候噪声比有用信

5、号大几个数量级，如直流电阻率测量系统中，自然电位可能比高压供电在大地两点间产生的信号要大得多。来自空中或地上的电磁波辐射以及50Hz工频干扰，对仪器提取有用信号都造成困难。怎样去掉这些噪声，得到有用信号，是仪器要解决的关键问题。随着电子技术的不断进步，地球物理仪器也不断地向小型化发展，一些老式的地球物理仪器不仅笨重而且测量精度也很低。集成电路的发展，一个集成块可以代替以前整个电路板的功能，地球物理仪器也向集成度更高的方向发展。多功能也是地球物理仪器发展的一个方向。如GDP一3211多功能电法仪，几

6、乎可以实现所有与电法相关的方法，整个仪器的集成度很高，而且使用也很方便。而且不同的仪器有相同的硬件架构，使用过程中加上不同的传感器后，通过软件就能实现不同的仪器功能。除此之外，地球物理仪器是野外用仪器，因此仪器会很频繁的被移动或者搬运，所以地球物理仪器必须很轻便。加上野外环境恶劣，所以仪器应具有抗震、防水、防沙等功能。仪器还要能够适应不同的温湿度度环境，如仪器可能在寒冷干燥的冬天进行数据采集，也可能在炎热的夏天工作。另外，仪器还要求具有高稳定度，重复观测性要好以及漂移要小，还应该有存储量大等特点，

7、一些地球物理仪器，如磁力仪、地震仪等还具备GPS全球定位功能。12中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院2013级硕士研究生地球物理仪器结课报告2地球物理仪器分类2.1重力仪重力场是反映地球内部物质结构及其变迁的地球物理基本场，高精度绝对重力观测资料是地震监测预报、地球科学研究、资源勘探等领域研究的基础。重力测量的方法有动力法和静力法。动力法是观测某种与重力现象有关的运动来测定重力的方法，测定的物理量是时间。静力法是观测某种与重力观测物体的平衡状态，用以确定两点间的重力差值（相对重力值）。重力

8、仪是测定重力加速度的仪器。重力测量的仪器按功能可划分为：绝对重力仪、相对重力仪。绝对重力测量的简单原理是利用自由落体的运动规律，在固定或移动点上测量时有单程下落和上抛下落两种行程，自由落体为一光学棱镜，利用稳定的氦氨激光束的波长作为迈克尔逊（michelson）干涉仪的光学尺，直接测量空间距离：时间标准是采用高稳定的石英振荡器与天文台原子频率指标对比。观测时，仍然还有许多干扰因素影响重力值的精度测定，如大地脉动、真空度、落体下落偏摆等等，因此必须加以分析、控制和校正。绝对重力测量的