重磁勘探原理与方法实习指导书

重磁勘探方法与原理实习指导书

第三章重力勘探

重力勘探是依据重力异常特征研究地质构造和有关矿产的一种方法。为了获得重力异常，重力勘探工作应包括：编写技术设计，准备工作，野外数据采集，室内计算与数据整理，绘制异常图和地质解释等过程。

根据地质任务，在一个地区开展面积性重力勘探工作，使工作合理，高效而又按计划进行，必须事先编写技术设计书。技术设计书不仅可以指导具体施工，而且也是最终质量检查的依据。在开工前必须做好下列准备工作，如根据工作任务、物理勘探前提（密度差）确定使用的仪器，测量精度及采用的工作方法和具体措施等。

§3.1 重力仪的基本原理与操作

一、重力仪的基本原理

本次实习所采用的重力仪主要有两种，一种是国产的系列石英弹簧重力仪，一种是加拿大生产的先达利CG-3型全自动重力仪。

（一）ZSM型石英弹簧重力仪

该仪器是北京地质仪器厂设计并制造的，观测精度约为5.0

±g.u.，读数能力为0.1格，

3.0±

~

直接测量范围约为1400g.u.，测程范围50000 g.u.。接近国外同类仪器水平。

仪器可分为如下几个主要部分：

1.灵敏系统位于主体结构的底部，其构造如图3.1-1。主要部件中，除了温度补偿丝和负荷为金属外，其它均由石英制成。主要部件由一个矩形石英框架支撑着，用一个支杆固定在密封器顶盖上。灵敏系统的位移方式属角位移。

图3.3-1 ZSM型重力仪灵敏系统图图3.3-2 ZSM型重力仪光学

1－负荷；2－摆杆；3－摆扭丝；4－主弹簧；5－测读装置示意图

温度补偿框扭丝；6－读数弹簧；7－读数弹簧连杆；

8－温度补偿框扭丝，9读数框架扭丝；10－测程调

节弹簧；11－指示丝

2.光学系统其结构见图

3.1-2,它是一个长焦距显微镜，由目镜座1、目镜筒2、刻度片3、物镜4、全反射镜5、物镜6、指示丝7、聚光镜8、灯泡9等组成。

在视域中的刻度片上可见到的“亮线”就是平衡体端的指示丝在显微镜下的像，通过对亮线的观察就知道平衡体偏转的情况，当重力增大时，平衡体向下偏转一个角度，我们就可以从视域中看到亮线向右边产生一个位移，反之，当重力减小时，亮线将向左边移动。

刻度片中间的长线叫“零线”用来指示零点位置用，重力仪采用零点读数法，所以每次观测时，必须使亮线与零线重合。

3.测量系统它由测读装置、测程调节装置及纵、横水

准器等组成。其中读数装置如图3.1-3所示，测微螺丝1通

过连杆2与仪器板面上的读数器3相连，转动测微器旋钮可

以带动测微螺丝旋转，测微螺丝的底部压一钢球4，其下面

为导向装置5，该装置下面又连着读数弹簧6，随着测微螺

丝的旋转，让导向装置可以带动读数弹簧伸缩，借以改变灵

敏系统中的弹力矩，把石英摆到水平零点的位置，此时读数

器上显示的数字即为仪器读数。

为保证仪器安放正确，仪器中间（或顶部）都装有两个

互相垂直的水准器，其中之一与石英摆平行，称为纵水泡；

另一个与摆扭丝轴平行，称为横水泡。

图 3.3-3 ZSM型重力

仪读数装置图

整个仪器主体置于保温瓶内，最外面是金属壳，这种仪

器体积小，运输方便，但比较娇贵，不宜强烈振荡，倾斜角度不宜大于45 ,精度相对较低。

（二）CG-3型全自动高精度重力仪

该仪器由加拿大生产，精度可达0.1 g.u.，测程范围70000 g.u.，它以处理机为基础，用于详查大比例尺勘查或大地测量。

其主要特点是自动化程度高，仅按一个键就可在一分钟内获得精确读数，在固定场前，把重力仪置于循环方式还可以获得一系列重力测量读数，而每个读数都是连续几秒钟采样的平均值，它以毫伽为单位显示在液晶显示器上，并且数据可以储存，也可以送入打印机，记录仪或微机中。

本仪器有较好的稳定性，仪器可在-40℃至45℃环境下工作，其心脏也由石英制的，所以读数不受磁场变化的影响。但仪器体积稍大，较笨重，不利于携带。其工作原理图如图3.1－5

二、重力仪的操作

（一）ZSM型石英弹簧重力仪的操作步骤

1.ZSM型石英弹簧重力仪使用前主要应对仪器的灵敏度进行调试。首先应检查仪器的光线灵敏度，该过程相对比较复杂，应在老师的指导下完成。光线灵敏度是指亮线从零刻度线位移到+1或-1刻度线时仪器读数之差。一般ZSM型石英弹簧重力仪的读数差在16～20格为宜，小于此数称灵敏度过高，这时仪器很难稳定，读数困难：大于此数称灵敏度过低，仪器灵敏系统迟钝，不能反映微小重力变化，从而影响测量精度。

2.重力仪操作和检查

操作重力仪的步骤是：

1）把仪器轻轻放置于仪器专用底盘上。

2）打开电源开关，观察仪器内部的纵、横水准器水泡是否居中。

3）若水泡不居中，用手指旋仪器外壳下部三个脚螺旋，调整水泡，直到使纵、横水泡都居中为止。

4）观察目镜筒中刻度片上的“亮线”位置是否与刻度片中间最长线（零线）重合。

5）若不重合时，用右手旋转面板上的计数器旋扭，使“亮线”移动后与零线重合，称零点读数。一般亮线在零线左侧，须顺时针旋转计数器旋扭，亮线在零线右侧，须逆时针旋转计数器旋扭。

6）为了消除计数器的齿轮间的螺距差，在零点读数时，应使亮线沿同一方向去拟合零线。

上述6步完成后就可读出仪器在某一点的观测数值来，即称为水平零点读数。这是正确使用仪器的要求。

一般来讲，仪器短时间在同一点上几次读数应满足精度要求，如果前后两次读数相差很大则需认真检查仪器是否处于正常的工作状态，找出问题后，重新测量。

本次实习，重力仪重复读数不应大于0.1格。

3.重力仪性能的测试

1）重力仪零点位移测试

一台性能稳定的重力仪要求是零点位移很小并有一定规律。这种规律可以通过静态观测和动态观测结果了解。

由于仪器内部的灵敏系统是由弹簧制成的，长时间的工作难免出现弹性疲劳，所以重力仪观测结果往往随时间延续有变化，这种变化我们称之为零点位移（零点掉格）。

2）重力仪突然掉格

当弹性系统受到外力产生突然震动，读数值会有很大变化，称突然掉格。在工作中这种读数突变是绝对不允许的，突然掉格以后的数值是不能用来计算重力异常的。因此工作期间仪器要轻拿轻放，避免强烈震动，仪器倾斜度要小于45 ，尤其是仪器放置于底盘上时，不能互相碰撞。另外仪器在运输过程中要注意平稳、防震、防潮、防晒。重力仪器突然掉格，不仅影响测量工作，而且掉格恢复很慢，以常突然掉格，仪器性能损坏很大。

3）仪器“粘摆”

在工作中有时会发现亮线停留在刻度片某一侧不动，这时即使旋转计数也不能使亮线移动，这种现象称之为“粘摆”。粘摆原因主要是仪器灵敏系统的空间真空度降低了，空气中的水汽使摆杆前的指示丝粘附在限制器上。若情况不太严重时，可用手指轻轻弹击仪器面板即可消除粘摆现象。

4）检查灯泡及电池，以顺利完成任务。

上述内容虽是施工前的准备工作，但很重要。

（二）CG-3型全自动高精度重力仪

由于仪器属电子仪器，所以这里只介绍其操作主要步骤及工作原理的基本框图，如图3.1-6。

CG－3型全自动高精度重力仪的主要操作步骤为：

1.初始化软件并使仪器处于野外工作方式；

2.把自动重力仪放在三角架上；

3.按start键，进入调节方式；

4.用三角架螺丝调平仪器，

5.再按start键，开始读数；

6.按Record键储存数据。

§3.2 重力勘探野外工作方法

测区的测网的确定：应先在测区找几个控制点，将它与国家三角点和水准点联测，从而定出其坐标和高程，然后从这几个控制点出发敷设重力测网，测得各重力基

点和测点的坐标和高程。