《地球物理勘探概论》实验报告

《地球物理勘探概论》实验报告
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。

通过实验教学提高学生的动手和应用能力，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、对称四极剖面电法勘探实验等常见的实验方法，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。

目录
实验1 测定岩石的块体密度 (4)
实验2 重力仪的认识与资料处理 (6)
实验3 质子磁力仪的认识及操作 (10)
实验4 对称四极剖面电法勘探实验 (14)
实验成绩评定 (17)
实验1 测定岩石的块体密度
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、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。

4、烘干试件、称试件质量
将试件置于烘箱内，在105~110℃恒温下烘24h，然后放入干燥器内冷却至室温，称试件质量，精确至0.01g。

5、按下式计算岩石的块体密度
式中：ρ――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0.01g/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。

四、实验结果
、实验数据与结果（）
试件组号试件描述试件体积
（cm3）
试件干质量
（g）
块体密度
（g/cm3）
平均密度
（g/cm3）
1 1-1 1-
2 1-3
2 2-1 2-1 2-1
3 3-1 3-1 3-1
2、实验结果分析（要求根据测得的数据分析岩矿石密度变化规律等）
实验2 重力仪的认识与资料处理
一、实验目的
1、认识LCR 重力仪的主要结构，并了解该仪器的操作方法；
2、掌握重力异常值的计算方法及各种校正的含义。

二、实验内容
1、金属弹簧重力仪的认识操作；
2、重力实验数据整理与分析。

三、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20cm×18 cm×25 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型和D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 －纵向水准器；3 －读数钮鼓及计数器；5 －外壳；6 －检流计；7 －目镜筒；8 －水平调节螺旋( 纵向) ；9 －横向水准器；10 －夹固螺旋；11 －温度计窗
四、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（3～5）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。

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。

五、实验资料整理
布格重力异常包含了壳内各种偏离正常密度分布的矿体与构造的影响，也包括了地壳下界面起伏而在横向上相对上地幔质量的巨大亏损（如山区）或盈余（如海洋）的影响。

布格重力异常是对观测值进行地形校正、布格校正（高度校正与中间层校正）和正常场（纬度）校正后获得的，布格重力异常值公式：
（2-1）
六、实验结果
1、实验数据
下表为某10 个重力测点的地理坐标和相对基点的重力值，试求各测点的布格重力异常值。

已知基点纬度为，海拔高程为米，设基点坐标为x=0，y=0，设地壳岩石平均密度取2.2g/cm3。

正
地形
布
仪
观测
g
g
g
g
g
g
B
∆
-
∆
+
∆
±
∆
±
=
∆
2、布格重力异常值计算
假设在不考虑仪器误差的影响，以及不作地形校正，只进行布格校正和正常场校正，利用公式（2-1）计算各测点的布格重力异常值，注意式中的正负号，利用有关绘图软件绘出重力异常等值线图。

3、结果分析（要求根据实验结果分析地下岩层密度和结构构造特征）
实验3 质子磁力仪的认识及操作
一、实验目的
认识高精度质子磁力仪的基本组成，了解磁法勘探数据采集工作方法，及数据处理的基本流程。

二、质子磁力仪认识
磁力仪是利用氢质子磁矩在地磁场中自由旋进的原理研制成的高灵敏度磁测量装置。

本次实验使用的设备为ACZ-8型高精度质子磁力仪,其磁场测量精度为±0.01nT，分辨率高达0.01nT，利用宽频跟踪低扰的技术设计，可以探测磁性金属及弱磁性金属等地下埋藏物，对地下、水下的金属管道、金属埋藏物、考古陶瓷埋藏物等探测效果良好，在考古探测中能探测各种金属埋藏物，也可以探测金属矿产、磁法地质填图以及地震预报监测等。

图3-1 ACZ-8型高精度质子磁力仪的基本组成图
三、注意事项
1、基点（校正点）选择
基点应选在测区方便工作、远离工业设施、可长期保持的平稳的地点，选定为基点，一般在测区或测线中心点处。

在基点进行日变观测时，要起始于基点，结束于基点，10秒测一次。

2、现场实验要求
实验所用的磁力仪，主要测定的是地磁场的总场绝对值，为使测得的数据可靠，要求：
（1）操作人员身上一定要清除掉一切铁磁性物质，观测时罗盘应远离仪器5米以上，其它人员要与仪器保持距离；
（2）要注意仪器安全，防止碰撞；当仪器受震后，要返回前几个测点重复观测或返回基点重测；
（3）测量时探头轴向要指南北，不要晃动、转动； （4）每组测一条200米长的测线，点距0.5米；
（5）每测点需记录：测线号、点号、时间（日、时、分）、读数。

3、数据处理与图示
（1）磁测校正 ①日变校正
将原始观测中地磁日变化的影响去掉，就称之为日变校正。

由当日日变观测值绘制日变曲线，日变校正值从日变曲线上查得，即在日变曲线上量的某时刻相对早基点实测的变化值并取反号，即为该时刻的日变校正值。

也可用下列方法进行日变校正计算，设最早的一次基点读数为T 0，以后基点读数依次为T i （i=1,2,…,N ）。

第i 次基点变化场值ΔT 0i (i=1,2,…,N) ，可按下式求出，若无日变，ΔT 0i =0。

0i i 0T T T -=∆
则1i 0i
0T T -∆-∆是t i
-t
i-1
时间内地磁日变值，日变系数C 有：
1
i i 1
i 0i 0t -t T -T C --∆∆=
t-t i-1时间内测点日变值为：
)t -t (C T 1i -⨯=∆
上式算得的测点日变值取反号即为该时刻的日变校正值。

②正常梯度校正
当测区面积大而且工作精度较高时，就必须做正常梯度校正（主要是指纬度校正）。

本次实验范围小可不考虑正常梯度校正。

（2）实验成果图示
实验结束，需提交下列实验成果图件：
① 200米长的测线的日变曲线；
②日变校正前后的磁测曲线，并对曲线进行解释。

四、实验结果
（1）本人实验现场照片
（2）日变曲线
（3）校正前的磁测曲线
（4）校正后的磁测曲线
（5）实验结果分析（要求根据实验结果分析场地岩层磁性变化规律和结构构造特征）
实验4 对称四极剖面电法勘探实验
一、实验目的
1、掌握对称四极装置的原理；
2、了解对称四极装置的工作布置及观测方法；
3、掌握数据处理和分析的基本方法。

二、实验原理
电剖面法是用以研究地电断面横向电性变化的一类方法。

一般采用固定的电极距并使电极装置沿剖面移动，在各个测点观测电位差和电流强度，计算视电阻率值，这样便可得到在一定深度范围内视电阻率沿剖面的变化。

对称四极剖面电法勘探实验工作仪器包括测量系统和反演软件系统。

测量系统包括DUK-2A 多功能数字直流电法仪和多路电极转换器。

该系统具有存储量大、测量准确快速、操作方便等特点，并且可方便地与国内常用高密度电法处理软件配合使用。

装置形式一般有：二极装置、三极装置、联合剖面装置、对称四极装置、偶极装置、中间梯度装置等。

电剖面法常用剖面图和平面剖面图对所测断面进行定性解释。

图 4-1 对称四极电剖面法装置图
如上图为对称四极装置：AM ＝NB ，取MN 的中点O 为测量记录点，装置视电阻率为：
AB
MN s
AB
U K I
ρ
∆= （4-1）
其中，装置系数为：
AB AM AN K MN π
⋅= （4-2）
如果AM＝MN＝NB，则装置称为Wenner装置。

对称四极装置特点：对称四极剖面法的供电电极距，主要是根据工作地区基岩顶板的平均埋藏深度或疏松覆盖层的平均厚度来确定。

本次实验使用对称四极装置，通常用于了解基岩起伏，其特点是曲线形态简单、易识别、异常幅度小，受表土不均匀和地形影响小、效率高。

三、实验步骤
在工区布设测线在工区布设测线，由南向北、由西向东测线号与测点号依次增大。

使用皮尺标注供电电极、测量电极以及记录点的坐标。

连接仪器、根据工作布置选定极距，计算装置系数将主机、供电电极、测量电极、直流电源、传导导线按正确的方式一一连接起来；在第一个测量记录点处布置供电电极AB和测量电极MN，计算装置系数。

在第一个测点处开机，观测电位差和电流强度，计算视电阻率，并做记录；跑极，进入下一测点，再次观测观测电位差和电流强度，计算视电阻率，并做记录。

四、实验结果
（1）实验数据
供电极距测量极距
装置系数
（2）手绘实验成果图
（3）结果分析（要求根据实验结果分析场地该测线上岩层电阻率变化规律）
实验成绩评定：。