现代地球物理仪器及应用.

地空学院现代地球物理仪器及应用地空学院李永涛《现代地球物理仪器及应用》课程简介一、课程性质和目的地球物理观测仪器是地球物理科学研究中的一个不可缺少的成分，随着地球物理勘探的难度和复杂性越来越大，其仪器的选择、使用已成为众多研究人员考虑的首选内容。但由于时间和条件的限制，大家在大学学习阶段，一般只掌握了现有的、常用的地球物理仪器，对目前一些先进的、大型的设备了解较少，为此，该课程的开设无疑为拓宽学生的视野，为走向社会及时掌握新手段、新方法和新技术，为解决更多的地球科学问题奠定必要的基础。地空学院李永涛矿产资源需求浅部资源深部找矿任务高精度现代化设备电子技术的发展掌握该门课程的必要性：地空学院李永涛《现代地球物理仪器及应用》课程简介二、课程的基本内容本课程的主要内容包括：⊙地球物理学与地学仪器⊙地球物理仪器发展历程及发展趋势⊙现代地球物理仪器种类的划分、特点，目前国外国内先进仪器介绍⊙典型地球物理仪器介绍⊙地球物理仪器的应用地空学院李永涛《现代地球物理仪器及应用》课程简介三、课程的基本要求采用理论教学、实验课、学生自学以及写读书报告等各种教学环节，使大家了解地球物理仪器发展历程及发展趋势，掌握现代地球物理仪器的前沿。初步达到和掌握生产和科研中常用的先进地球物理仪器，为走向社会打下基础。地空学院李永涛《现代地球物理仪器及应用》课程简介四、教学安排本课程总学时数16学时，其中授课12学时，实验4学时。五、教材与参考资料教材：自编参考资料：1.刘天佑等编，地球物理数据采集与处理，中国地质大学出版社2.张少泉编著，地球物理学概论，地震出版社3.于汇津、邓一谦编，勘探地球物理概论地空学院李永涛目录现代地球物理仪器2应用实例4概述31典型地球物理仪器介绍33地空学院李永涛第一章概述地空学院李永涛1地球物理学与地学仪器3地球物理仪器发展趋势2地球物理仪器发展历程第一章概述地空学院李永涛第一章概述地球物理学与地学仪器地球物理学在本质上是一门观测科学，需要采集大量的有效信息，可靠信息和信息量的缺乏或不足则是任何数学技巧和图像显示无法弥补的。地球物理仪器是地学仪器的主要部分,是认识自然的重要手段,我国地球物理界的先辈们经常说:“地球物理学是一门观测科学”,“地球物理学是以观测和实验为基础的科学”.顾功叙,秦馨菱等老一代地球物理学家生前再三呼吁开展并曾亲自指导或主持一些地球物理仪器研究工作.地空学院李永涛当代地球物理学家刘光鼎院士指出:“仪器问题不解决,就无法实现地学现代化”.滕吉文院士也专门撰文作了关于中国地球物理仪器和实验设备研究的导向及实现产业化的评述;赵文津院士也在多次会议上阐述发展我国地球物理仪器的重要性.在世界进入信息时代的今天,仪器仪表在社会与经济发展中的作用体现得越来越明显,美国、日本、欧洲共同体一些发达国家都把仪器仪表列为国家支持的关键技术.第一章概述地空学院李永涛我国多位两院院士先后两次向国家提出建议,地球物理仪器在国防、资源探测、自然灾害监测和工程质量检测等领域中具有不可忽视的作用。近年来技术进步迅速，国际上地球物理仪器发展趋于多功能化、轻便化、智能化、可视化、网络化和虚拟化。第一章概述地空学院李永涛国外地球物理仪器在我国的应用现状：(1)重力仪:美国的LaCoste&Ronbery(各种型号G,E…)重力仪和加拿大的“环球重力仪”的购置,中国一跃成了世界上重力仪器的进口第一大户.(2)石油地震勘探仪器:美国和法国各代不同型号的先进记录仪器(几十道、几百道、上千道……)和辅助设备,应当讲我国几乎是应有尽有,只要国际上有新型仪器问世,就像各类型的飞机和汽车那样,中国必为大户.跟随而来的就必然要引进数据处理系统,软件和模块.地空学院李永涛(3)磁力仪:加拿大的质子磁力仪构成了我国地磁场测量的主体:包括流动观测和固定观测.(4)大地电磁测仪器:各种型号的大地电磁测深仪器和辅助设备主要来自加拿大、美国和德国.(5)深部地震探测地震仪器:尽管国内研制已有一定基础,而各部门仍然是大量引进.当今广为引进的各种型号的(Passcal,Refiek)地震仪均来自美国,另有一部分来自德国.拾震器则主要从英国和瑞典进口.(6)古地磁的测试仪器和各种辅助设备,乃至整个实验室全为进口.第一章概述地空学院李永涛我国的地球物理仪器研发现状：由于历史的原因,一方面我国对地球物理仪器的需求急剧增长,另一方面又形成了对国外仪器的过分依赖,严重冲击了我们对地球物理仪器的自主研发.在这样的逆境中,我国地球物理技术工作者仍然坚持不懈,在重、磁、电、地震、放射性等领域取得了显著成绩,并在某些领域达到了具有国际领先的水平.第一章概述地空学院李永涛基于这种现状,我国地球物理仪器发展应该坚持适当引进与自主创新相结合、研产用相结合,形成标准统一、多学科交叉融合的研制体系,提高工艺水平和售后服务质量;重视地球深部探测、航空物探、海洋探测、地质灾害监测和国防工程领域的地球物理仪器开发和研制;发挥学术组织的特殊作用,集中力量组织攻关,争取在关键领域中形成我国具有自主知识产权的先进地球物理技术和仪器.地空学院李永涛目前，我国在科学仪器和装备的研究和制造方面与发达国家相比差距十分明显，对外依赖度过高，应对遏制的能力脆弱。在我国每年形成固定资产的上万亿元投资中，有60%用于进口仪器设备，绝大多数关键的高新仪器依赖进口。以分析检测和观测仪器为例，近年来我国占全球的销售份额仅为0.3%，且大多为中低档仪器。技术密集型的高新仪器与设备，地球内部的地震探测和地球物理场的观测、实验仪器和设备，如色谱一质谱仪、核磁波谱仪、离子体质谱仪、电子能谱仪、透射和扫描电镜、自动生化分析仪和核酸测序仪等，几乎100%依赖国外进口。目前我国的绝大部分市场已被美国、加拿大、英国、德国、日本、法国、瑞士等国家的跨国公司占领。第一章概述地空学院李永涛这样竞相购置外国仪器的理由是:第一、用外国人的仪器采集的数据外国人相信.第二、在心理上认为用中国自制仪器“丢份”,用外国仪器“光荣”.在这样的形势下,不仅竞相引进,而且重复引进,各自为政.从国外买回来的仪器或设备在国内还可形成垄断与获取项目的“王牌”.因为有关部门在项目招标时,便规定必须采用XX型号的进口仪器方能投标或中标.这样一来各单位,各部门竞相引进,以地震仪为例有的单位引进100台,30台,20台,10几台……,尽管成不了气候,但也要引进,以显示我们也有美国仪器,为的是争取点项目.第一章概述地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛一、重力仪第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛一、绝对重力测量仪器原理是根据摆的原理或根据自由落体定律摆的原理：摆仪自由落体定律：自由下落法和对称自由运动法(又称上抛法)。第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛二、磁力仪第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛按照磁力仪的发展历史，以及它应用的物理原理，可分为：第一代磁力仪它是应用永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用原理，或利用感应线圈以及辅助机械装置。如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪等。第二代磁力仪它是应用核磁共振特性，利用高磁导率软磁合金，以及专门的电子线路。如质子磁力仪，光泵磁力仪，及磁通门磁力仪等。第三代磁力仪它是利用低温量子效应，即超导磁力仪。第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛磁力仪按其内部结构及工作原理，大体上可分为：①机械式磁力仪如悬丝式磁秤、刃口式磁秤等；②电子式磁力仪如质子磁力仪、光泵磁力仪、磁通门磁力仪等。地空学院李永涛磁力仪按其测量的地磁场参数及其量值。可分为：①相对测量仪器如悬丝式垂直磁力仪等，它是测量地磁场垂直分量Z的相对差值；②绝对测量仪器如质子磁力仪等，它是测量地磁场总强度T的绝对值；不过亦可测量相对值，或梯度值。第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛若按测量地磁要素或磁异常的不同，可分为：①测量地磁要素的仪器：如测量地磁倾角的地磁感应仪，测量地磁偏角的磁偏计，以及测量水平强度的地磁经纬仪等；②测量磁异常的各种相对测量磁力仪。若从使用磁力仪的领域来看，它们可分为：地面磁力仪，航空磁力仪，海洋磁力仪，以及井中磁力仪。若从测量磁参数的角度可分为：专门测量岩石磁参数的仪器有：无定向磁力仪、旋转磁力仪等；其它的质子、超导等磁力仪可兼测磁参数。地空学院李永涛现代几种磁力仪分类：1.光泵磁力仪；2.超导量子干涉磁力仪；3.原子磁力仪；4.质子旋进磁力仪第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛１.光泵磁力仪光泵磁力仪是高灵敏的磁测设备。它是以某些元素的原子在外磁场中产生的蔡曼分裂为基础，并采用光泵技术与磁共振技术研制成的。光泵磁力仪是目前实际生产和科学技术应用中灵敏度较高的一种磁测仪器。它灵敏度高，一般为0.01nT量级，理论灵敏度高达10-2～10-4nT；响应频率高，可在快速变化中进行测量；可测量地磁场的总向量T及其分量，并能进行连续测量。地空学院李永涛光泵磁力仪未来的发展水平，主要取决于光泵光源及共振元素的发展程度。法国曾用可调谐的激光器代替常规的氦灯制成光泵磁力仪，由于谱线的选择性较好，激光又比氦灯的光要强，因此提高了磁力仪的灵敏度。美国的R.Slcum博士利用二极管激光器作为氦同位素光泵磁力仪的光源，并申请了专利，与氦灯光源相比，灵敏度提高一个量级。最新的激光光泵氦（He4）磁力仪的灵敏度已突破原有的界限。第二章现代地球物理仪器地空学院李永涛在共振元素的选择上，为了提高精度，需要选择谱线较窄的物质，碱金属符合谱线窄的要求，但需要一定的温度（40-55℃）加热为气态。现在已经有很多利用碱金属制成的磁力仪，前不久问世的钾磁力仪，由于谱线很窄又不重叠，方位误差很小，维修方便，分辨率达到0.1pT，在取样率为20Hz时，灵敏度可达到0.014nT。因此钾光泵磁力仪在光泵磁力仪中占有优势地位。当然随着灵敏度，取样率的提高，其价格也显著提高。地空学院李永涛２.超导量子干涉磁力仪超导量子干涉器件（SQUID）是上世纪60年代中期发展起来的一种新型的灵敏度极高的磁敏传感器。它是以约瑟夫逊（Josephson）效应为理论基础，用超导材料制成的，是超导量子干涉磁力仪的核心。SQUID可以检测非常微弱的磁场，足以检测生物电流产生的微弱磁场，人类心脏产生的磁场约为10-10T（0.1n