天然电场选频仪技术及使用说明书

天然电场选频仪技术及使用说明书郑州星运仪器厂河南省郑州市中原中路 31 号天然电场选频仪技术及使用说明书天然电场选频仪是用来测量大地电磁场选频后微弱交变电场信号的一种便携式测量仪器。天然电场选频仪由郑州地质学校开发研制成功，八三年荣获河南省科技进步三等奖。郑州星运仪器厂隶属郑州工业贸易学校（原郑州地质学校） ，以天然电场选频仪这一龙头产品为依托，面向市场，不断创新发展，研制生产出第二代 TR2型（指针式） 、第三代 TR3 型（数字显示）天然电场选频仪。频率涉及范围 103000HZ，分选 10 个不同频率。天然电场选频仪体积小、重量轻、随身携带方便；没有人工电场源、两人即可工作；勘探深度大，工作效率高；采用了选频装置后，抗干扰能力强；10 个工作频率所获得的数据，相当于 10 条不同电极距的对称四极视电阻率剖面测量结果；克服了直流电法长距离拉线、设备笨重等缺点；能够在较小范围内开展工作，特别适应于山区快速普查和城市物探工作。近年来，该仪器已销往全国各地，得到了水文地质、工程地质物探等方面专家的广泛赞誉，受到了用户的一致好评。一、 用途主要用于圈定岩溶发育带、地下暗河、寻找断层和溶洞，煤矿开采区、工程堵漏和解决浅部人防工程等地质问题；也可用于金属、水泥管网以及当前农村大面积田间浅水源探测。二、 技术指标1.测量频率：103000H Z（10 个频率） ，其对应关系如下：档次 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9频率 15.7 23.6 71.8 129 213 320 640 980 1450 混频2.电位差测量范围TR2 型： 0100mV，共分七个测程档： 0.1mV，0.3mV，1mV，3mV，10mV, 30mV，100mVTR3 型： 0199.9mV，共分七个测程档：0.2mV，0.6mV，2mV，6mV，20mV，60mV，200mV3.读数方法：TR2 型：指针读数 TR3 型：数字显示4.读数分辨率：TR2 型：2v TR3 型：0.1 v（“0.2mV”档读数为“V” ）5.输入阻抗： 大于 10 M6.工作温度：-20+507.电源： 9V（5 节 6F22 型电池） 、功耗约 130mW8.重量： 约 2Kg三、使用方法：1.电源检查： 打开电源开关（检） ，检查电源电压。TR2型，若指针位于红线或超过红线表示电源电压正常；TR3 型应大于 1100（小数点无关） ，否则需要更换电池。2.调零：将“调零”“测量”开关打向“调零”一侧，调节调零旋钮，使指针（TR2 型）或数字（TR3 型）读数为零。3.电极距和点距：根据不同勘探对象的体积、埋深等选择电极距 L（ 120 米）和点距 D。4.测量：根据工作目的选择不同的工作频率（f）f 6.25104 / h 2 h503*（/f） 1/2其中：电阻率，h趋肤深度一般选择 23 个工作频率即可。测量操作： 在测点打入电极 N，沿测线打入另一电极 M；“测量”“调零”开关打向“测量” ，选择工作频率和测程，由表头（TR2 型）或显示屏（TR3 型）读出 MN 之间电位差。一个点测量完毕，应将“测量”“调零”开关打向“调零” ，这样仪器内部短路，避免开路时信号太强而损坏仪器。5.测程开关：天然电场选频仪共有 7 个测程，测量中应选择适当的测程读数。需要注意： TR3 型仪器为避免读数太小，给记录带来不便，施用 0.2mV 档读数显示为微伏（V） 。0.6mV、2mV、6mV、20mV 、60mV 和 200mV 各档均为毫伏。如所测电位差超过测程，表头并不溢出，仍有读数，为了减少读数误差，请选择合适的档读数。四、仪器工作原理：下图为天然电场选频仪原理图。探头由两根金属棒精制而成。测量时，MN 之间的电场信号通过探头接受下来，经前置放大后，进入衰减和 50HZ滤波后的信号送入选频网络，得到设定的频率信号，其它信号加以抑制和衰减。被设定频率信号经线性放大和检波后变为直流信号，由表头直接读出或数字显示出所测 MN 之间的电位差值。五、注意事项：1.仪器长期不使用时，应将电池取出，存放在干燥通风和无腐蚀性气体的场所。2.不要随便打开仪器，更不要让不了解仪器的人修理仪器。本仪器在出厂一年内免费维修，仪器终身保修。3.仪器工作结束后及时关掉电源。4.仪器搬运时应避免剧烈震动。5.每年休整时，应将仪器送厂内校验。6.定货时请写明仪器型号，如型号 TR2 型、TR3 型等。7.特殊要求定货（频率范围，频率设定数）可互商解决。购买日期 年 月 日表头指示检波线性放大选频网络50Hz滤 波衰减级输入放大电 源 稳压电源调零数 字显 示摸 数转 换附录 野外工作方法1 测量电极 AB 沿测线方向移动测量法2 测量电极 AB 垂直测线方向移动测量法3 正交测量法 在同一测点上，测量电极 AB 分别沿测线方向和垂直测线方向进行测量，将垂直测线的电位差除以沿测线测量的电位差值，作为该点的异常值。4 基点 测点同时测量法在区域内选择一个有代表性的点作为基点。资料的整理GRAPHER 软件的使用一、 建立数据文件在 Grapher 启动后，选择“File“菜单的“New“，然后选择“Worksheet“即可得到一个与 Excel 非常相似的数据窗口。一般情况下 A 列代表 x 轴，B 列代表 y 轴（数据列） ，用键盘在对应的位置上输入实验数据或者从其它文件导入数据，Grapher 既可以导入普通的文本文件（.DAT,.TXT） ，又可以导入 Lotus 的.WKx，.WRx 以及 Excel 各个版本的.XLS（包括 Excel97）等多种格式的数据文件。对于某一测线上的观测数据，可按以下格式建立其数据文件，为绘制剖面图作准备。 （也可以在 Excel 中绘制剖面曲线）点号（距离） 电位差值 （mv） 在此数据文件中，点号为一列，数据值为二列、三列等。当然 Grapher 最强大的功能是它的绘图功能，从“File“菜单中选“New“，选择“Plot“将建立一个空白的绘图窗口（Plot） 。二、绘制剖面图（一） 执行 grafwin4.exe（二） 在“File”中单击“Preferences” 出现Preferences 的对话框，在“Page Units”中，选中“Centimeters”（厘米）（三）在“Graph”中单击“line or symbol”出现 Open date 的对话框，从中选择要绘图的剖面数据（如 819new.dat） 。（四）在选定某一剖面数据后，可弹出“line plot: lineplot 1”的对话框。在此对话框中：1、worksheet columnsX：A column A 为点号列。Y： B column B 为数据列（如有多个参数时可选择相应的数据列）2、curvescurves 1 No 双击中间的线段可选择剖面曲线的类型（如实线、虚线、点划线等） 、颜色，如不选择则默认为实线、黑色。上述两项（尤其是第一项）选好后按对话框中的“OK”按钮，则该剖面的剖面图已绘出。三、绘制剖面平面图1.按照剖面图的方法绘制第一条剖面，设置纵横比例尺横比例尺为工作比例尺，纵比例尺根据数值极限确定，一般纵轴长度不超过 4 厘米。2.添加横轴、添加纵轴（与第一条的比例尺相同） 、添加图形，绘出第二条剖面（设置纵横轴的起始坐标与第一条的距离为 1 厘米）3.重复步骤 2，绘出其它各剖面图形。4.打开管理器窗口，把纵轴选择项的对勾去掉，即得到平面剖面图。四、质量评价由于天然电场是一个随机变化的场，所以，质量评定不用均方相对误差来衡量，而已曲线的形态来评价。若基本观测曲线与检查观测曲线的形态相同或相似，便认为区县质量良好，异常可靠。反之则认为异常不可靠。1.资料的解释本方法的资料解释属于定性和半定量解释，其步骤如下：第一步：找出低阻或高阻带当面上的工作结束后，首先绘出必要地图件，蒋V 曲线的低值地带划为低阻带，高值地带划为高阻带。结合已有的地质和物探资料从低阻带中选出有价值的低阻体，并根据异常的特点判定这些低阻体的分布范围、走向、倾向等。第二步：估算低阻体（高阻体）的埋深可利用公式（2）估算地质体的大致埋深。一般来讲，利用公式（2）计算出来的埋深要比实际大得多，这是由多种因素造成的。因此要想得到较为准确的埋深，需乘一个校正系数（同电阻率的经验系数） 。校正系数可取 1/21/4，具体数值要根据不同的地区而定。第三步：地质解释根据测区的地质资料和物探资料，对地下地质体的性质、范围、埋深给出综合解释。应用实例及地质效果1 古河道地下水 济源市坡头镇坡头村位于黄河北岸，二级阶地上。据黄河滩边地层出露及已知井可知，自上而下岩性依次为：粘土、砂砾石、粘土及硬粘土等。由于区内主要含水砂砾石层处于区域水位之上，加之地表补给面积有限，造成该区为贫水区。有关施工单位先后在该区凿井 7 眼，都以无水而告终。我单位接受委托后，经详细地质调察，确定找水方向黄河古河道孔隙水。根据区域00.020.040.060.080.10 5 10 15 20 25 30 35mv点图 1 天 然 电 场 选 频 法 II剖 面 曲 线水位和覆盖层厚度，选择天然电场选频法测量工作频率为320、640（H z） ，点距 20 米，进行区域剖面测量，完成天然场剖面二条，剖面总长度 400 余米。图 1 是位于村东边近南北向沟内，天然电场选频法 II 剖面V 曲线，该剖面V 曲线在 1525 号点间出现峰值异常段，幅值达到正常场 1.5 倍，认为该异常是地下古河道的反映。继而在该段 24 号点处又投入了温纳装置激电测深和五极纵轴视电阻率测深，确定大口井位一眼，口径 2 米，井深 30 米。施工成井后，降深 2 米，出水量 240t/h。2 断层破碎带裂隙水 湖南某工程公司位于长沙县南托岭。工区地层为：第四系白沙井组，岩性为粘土、细砂及砂砾石层。下部为第三系渐新统霞流市组粉砂岩、钙泥质粉砂岩。区内断裂构造发育情况不明，地层倾角 100150。用天然场选频法进行扫面工作，在区内部置了 3 条近东西剖面。选用两个工作频率，MN 和点距为 20米，沿测线进行观测。3 条剖面中的高电位在平面上呈北西向的条带状展布（图 3） ，其幅值为 1.22.4mv，宽度为 120160 米。结合区内水文地质情况分析认为，V 曲线上高电位段和低电位段分别由地下粉砂岩和钙泥质粉砂岩所引起。即地下可能有一条隐伏断裂构造存在。根据上述分析，在 11 线异常00.511.5430 490 550 610 670 730#图 2 长沙县南托岭V 剖平面图段上布置了联合剖面工作， A与 B两支曲线在 490 号点出现低阻反映，在 510 号点出现正交点；静电卡法 卡法曲线在 510 号点出现主峰异常。综合选频法、 卡法和联合剖面法异常点的对应关系，将井位布设在 510/11 号点。经钻探验证，该孔在 86-94.9 米之间，岩石破碎，裂隙较发育，102-158 米容孔发育。经抽水实验水量为136t/d，满足了该公司的要求。3 岩溶裂隙水 巩义市上庄村位于嵩山之北五指岭西侧。据村内一煤田勘察孔揭露，第四系粘土夹碎石的厚度约 20 米，下伏石炭系灰岩、砂质页岩和砂岩互层，该层厚约 60 米；奥陶系和寒武系地层为一套厚层状灰岩、白云质灰岩等。图 3 是天然电场选频法 I 剖面V 测量曲线，频率 f=640 HzV曲线在 1216 号点之间为一低阻异常段，两侧近似对称。频率f=15.7、71.8 HzV 曲线不对称性较为明显，极大值呈西高东低，曲线梯度增大，极小值点向东位移。II 剖面位于 I 剖面南侧，相距 60米，II 剖面 V 测量曲线与 I 剖面V 曲线形特相似。说明在 14 号点处有一条近东西向的岩溶裂隙发育带存在。结合地质、水文地质资料，设计井深 200 米，成井后抽水试验，静水位 42 米，降深 38米，出水量 52t/h。#a0.00.40.81.21.62.0测 点E V（ mV）640 Hz213 Hz15.7 Hz4 其它工程应用（论文）天然电场选频法在工程地质勘察快速评价中的应用 2003 年 03 期简述了天然电场选频方法的原理、计算公式和仪器使用方法,介绍了实测曲线的圆滑和以曲线背景为标准的归一化数据处理.通过在实际工作中的应用例子,说明了该方法在高阻覆盖区寻找岩溶洞穴和矿区中浅部采空区,评价工程地质状态, 探查隐伏断裂、富水滑坡边界等方面具有快速、轻便、有效的优点.天然电场选频法在勘察地下水中的应用2002 年 03 期天然电场选频法是勘察地下水赋存情况的一种物探方法,与常规物探方法相比,具有快速、信息丰富、独特的地质效果. 关键词： 天然电场选频法 , 地下水 , 快速天然电场选频法在水文地质和工程地质中的应用2004 年 05 期图 3 巩义上庄V 剖图曲线图简述了天然电场选频法探查地质构造和找矿的基本原理,介绍了河南省郑州地校研制的天然电场选频仪的性能,以及在我国许多省市煤矿和勘探区的应用效果,根据对本方法应用效果的分析,肯定了这种方法的有效性,同时也指出了它的局限性. 键词： 天然电场选频法 , 水文地质 , 工程地质 , 应用利用天然电场选频法的动、静态信息确定地下径流通道 2003 年 03 期简述了天然电场选频方法的原理、计算公式和仪器使用方法,介绍了实测曲线的圆滑和以曲线背景为标准的归一化数据处理.通过在实际工作中的应用例子,说明了该方法在高阻覆盖区寻找岩溶洞穴和矿区中浅部采空区