武汉大学地球物理综合实习报告.doc

目录序言- 2 -第一章 实习概况- 2 -一、实习的目的和意义- 2 -二、实习的任务以及完成情况- 2 -三、实习人员安排- 3 -第二章 测区的自然地理概况- 3 -一、重力、磁力实习区域- 3 -二、电法实习区域- 4 -第一部分 重力测量- 5 -第一章 重力测量基本原理- 5 -一、相对重力测量的原理- 6 -二、LCR重力仪工作原理- 7 -三、重力野外实习的工作方法- 8 -四、仪器检验与调整- 8 -第二章 重力测量野外观测- 11 -一、重力梯度测量- 11 -二、闭合环线重力测量- 12 -三、重力网格测量- 12 -第三章 重力数据整理与解释- 14 -一、重力数据的整理- 14 -二、重力定点观测- 27 -三、成果解释- 28 -第二部分 地电测量- 31 -第一章 测量目的及意义- 31 -第二章 电法勘探基本原理- 31 -一、电法测量的基本原理- 31 -二、 WDDS-1数字电阻率仪介绍- 32 -第三章 电法勘探野外实习内容- 33 -一、信息北门污水池形状探测- 33 -二、 珞珈山防空洞探测- 37 -三、国软操场基岩探测- 40 -第三部分 地磁测量- 41 -第一章 实习任务及意义- 41 -第二章 地球的磁场- 42 -第三章 质子磁力仪简介- 42 -一、质子磁力仪原理、结构与技术指标- 42 -第四章 磁法野外观测- 46 -第五章 磁法数据整理与解释- 46 -一、网格数据处理- 46 -二、异常点数据处理- 48 -实习心得- 50 -参考文献- 50 -序言第一章 实习概况一、实习的目的和意义本次实习包含了重力、地磁、地电实习，每个同学都操作了仪器，从而加深了对仪器工作原理的认识，并培养了我们的动手能力。而本次实习又要求每个同学都要有各自的实习数据，并进行独立的数据处理和资料解释，这就进一步认识了重力、磁法和电法勘探这三种方法的野外数据采集、数据处理流程等整个工作流程，并在综合分析问题方面得到初步训练，锻炼了独立工作的能力以及小组之间的团队协作能力，同学们不怕苦不怕累的精神也在本次实习中得到了展现。在实习报告编写的过程，进一步熟悉了相关的专业软件，如Excel、Matlab、Fortran、Surfer等，培养了资料整理、图件绘制、书面表达的能力，为今后毕业论文阶段打下了基础。总的来说，通过本次实习，我们对本专业所从事工作的性质、手段、方法有了更多更深的了解，各方面的能力都得到了培养和锻炼，既巩固已学过的专业知识，又为下一步进入专业课程和毕业论文阶段以及今后走上本专业的工作岗位打下基础。二、实习的任务以及完成情况本次实习安排了四周的课时，前三周分别进行重力、磁力、电法测量实习，第四周进行数据处理、编写实习报告。具体的实习安排及任务要求如下：第16周 重力测量实习周一实习总体安排，重力仪校验实习（测绘校区）周二梯度重力测量实习（测绘实验大楼、学生二食堂天桥）周三环线重力测量实习（测绘校区）周四格网重力测量实习（武汉大学校区）周五测量数据的整理与完善（补测）第17周 重力磁力测量实习周一磁法测量仪器的基本操作实习（测绘校区）周二定点重力测量实习（测绘校区）周三磁法网格测量实习（武汉大学校区）周四磁法定点测量实习（测绘校区）周五磁法测量的整理与完善（异常点补测）第18周 电法测量实习周一介绍电法仪器原理及基本操作实习（测绘校区）周二未知污水池电法测量实习（测绘校区）周三未知异常体电法测量实习（测绘校区）周四已知涵洞电法测量实习（文理校区）周五测量数据的整理与完善（补测）第19周 综合数据处理方法实现与实习报告写作数据处理方法研究，测量数据的综合处理，测量数据与成果的图表表示，测量成果的分析，实习报告的写作。在实习过程中，我们根据具体的天气情况对实习的顺序稍作了改动，每个小组都认真地按时完成了上述实习任务。三、实习人员安排本次实习人员为武汉大学2007级地球物理系的全体学生，由于仪器配件较多较重较珍贵，个人难以独立搬运、操作，实习以分组协作的方式进行。具体分组安排如表1所示：表1 实习分组表实习项目组号组长组员重力实习磁法实习1234电法实习123第二章 测区的自然地理概况一、重力、磁力实习区域重力和磁力的实习区域是武汉大学整个校区。武汉大学环绕东湖水，坐拥珞珈山，校园环境优美，风景如画，被誉为“中国最美丽的大学”。学校占地面积5167亩，建筑面积222万平方米，整个校区内地势起伏比较明显，内有珞珈山、狮子山、侧船山、半边山、小龟山、火石山等，这些蜿蜒起伏的地势为我们提供了良好的重力和磁力实习环境。图1所示为武汉大学校园示意图，从图中我们可以看出校园的北面和东面为东湖所环绕，而南面和西面实际上是比较繁华的都市，周围高楼林立，车水马龙，会对实习测量造成一定的影响。二、电法实习区域电法实习在三个小区域内进行：（1）信息学部西北门草坪：该区域被草坪覆盖，约有一个足球场面积大小，三面为马路环绕，一面为教工宿舍。其中测区的北部土质较为疏松，似乎刚刚被翻新不久，而且土壤浅层石块较多，布设电极时挥手道影响。（2）信息学部国际软件学院操场：该运动场为土质真草运动场，土壤的疏松程度适宜，适合用来进行电法实习。（3）珞珈山防空洞上方环山路上：防空洞大约宽5m高4m，因其为空洞结构，因为高阻，但其钢筋结构可能会使测得的结果显示为低阻。图1 武汉大学校园示意图第一部分 重力测量第一章 重力测量基本原理重力测量分为绝对重力测量和相对重力测量两大类。绝对重力测量为直接测量某点处的绝对重力值，相应的仪器称为绝对重力仪；相对重力测量为以某一基点为起点，测量某点相对基点处的重力差异值，该差值加上基点的重力值就得到测点处的重力值，相应的仪器称为相对重力仪。绝对重力测量非常复杂而且费时，一般只用于重力基本点的测量。大量的重力测量一般采用相对重力测量，即测定两点间的重力差。本次重力测量实习就是相对重力测量实习。一、相对重力测量的原理从理论上说，任何与重力有关的物理现象，都可以用来测定重力。例如，自由落体、物体在有阻尼的气体或液体中的运动、摆的摆动、弹簧在重荷作用下的伸长、液体的静压力、液体的毛细血管上升等等物理现象都可以用来测定重力。但在实际上只有少数的原理被用于制造实用的重力仪并用于重力测量。重力测量的方法大致可分为动力法和静力法两类。所谓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，如利用测定自由落体下落的距离与时间的关系和测定摆长及摆动周期来确定重力g的方法，均为动力法。显然，动力法直接测定的物理量是时间t 。静力法是利用测定某种与重力有关的重力平衡现象来测定重力值的方法。一般情况下静力法直接测定的是试验重荷在重力作用下产生的线位移或角位移。静力法常用于重力相对测量，及测量一点相对于另一点的重力差。1、相对重力测量的动力法用动力法进行相对重力测量是采用摆的方法进行的。首先，用摆在已知重力g1的点A上测得周期T1，再用该摆在待测点B上测得周期，再利用摆的周期公式即可求得待测点B的重力值g2：以上两式相除可得待测点的重力值为为了计算方便，利用级数展开，可得从上式可以看出，只要知道两点的周期，就可利用已知点上的重力值推求未知点相对于已知点的重力差，进而求得未知点上的重力值。2、相对重力测量的静力法相对重力测量的静力法的基本原理是：当观测物体受力平衡时，量测物体平衡位置受重力变化而产生的位移以测定两点的重力差。静力法所使用的仪器称为重力仪，按位移方式的不同可分为两类：平移式系统和旋转式系统。平移式系统的基本原理为弹簧的胡克定律。当一弹性系数为k的垂直弹簧下挂一个重物m时，在重力g1下有；若重力改变为g2，则有，两式相减得因此，如果已知基点的重力值g1与弹簧的弹性系数、长度的变化量就可以求的待测点的重力值g2。二、LCR重力仪工作原理拉科斯特重力仪是美国拉科斯特公司生产的助动型金属弹簧相对重力仪。图2 拉科斯特重力仪内部结构示意图LCR重力仪可分为三种型号：G 型（即大地型）、D型、ET型（即电子-动力型）。其中G型仪器多用于全球性的相对重力测量，其量程约为7Gal，精度是10Gal，超过了地球上的最大重力差（约5Gal）。它的优点是量程大、体积小、重量轻、分辨率高、漂移小。本次实习所使用的就是LCR-G型重力仪。（1）弹性系统重力仪的传感器是以“零长弹簧”思想为基础而设计的倾斜零长金属弹簧传感器。所谓“零长弹簧”就是一种长周期且具高灵敏度的弹簧，当所受外力为零时，它的有效长度也为零。（2）力学原理仪器内部结构如图2所示，图中各数字代表的元件为：1读数盘；2计数器；3精密测量螺杆；4摆锤；5摆杆；6杠杆；7连杆；8片簧；9上杠杆；10主弹簧；11减速箱；12加热盒；13面板；14手轮。其力学原理是，实现测量系统中的三个受力均达到平衡状态，三个力分别是主弹簧N，纽丝f和摆右端的重物处施加的力（mg）。系统要在三力作用下三个作用力的力矩达到平衡,实际可测量读取的力只有N，而f和mg大小是固定的，每次测量时使纽丝处于水平面内就可以保证每次测量时纽丝处的力是相等的。通过测量上端点的变化量测定每两点处的N，然后两点间求差，就可得到两点间的相对重力。（3）测量系统：测量时旋转读数盘，经过减速箱，由齿轮带动精密测量螺杆，驱动下杠杆，再用连杆推动以A为支点的上杠杆。因为主弹簧上端点挂在杠杆B点，下端点挂在摆杆的C点，所以当上杠杆被推动时即带动主弹簧，携带摆杆使其处于水平位置（归零）。读取计数器和读数盘上的读数，完成一个观测过程。三、重力野外实习的工作方法在野外工作中使用重力仪实测的数据是宝贵的原始资抖，可用于确定地球内部密度分布，研究区域构造，寻找油气和矿物构造等。在实际测量前，要有一定的计划，编写技术设计书，其内容应包括：工作区域的范围、地理位置及工作的主要目的；收集有关本区及邻区的地质、物性资料和前人工作成果，必要时应实地踏勘；确定工作比例尺、测网形状、测线方向、测量时具体方法技术及测量精度；开展面积工作时是否建立基点网，基点网精度；开展野外工作所需人员、仪器设备、工作进度、施工顺序及所需经费等计划。当然，本次的重力实习较为简单，目的也比较单一，而且我们对工区（武汉大学校区）很熟悉，所以只是简单地做了一下计划，省掉了具体的技术计划书。四、仪器检验与调整1、横气泡检验横气泡检验是为了检验当面板上气泡显示仪器置平后，检验内部的装置是否与铅垂方向一致。一般的操作方法是，调整仪器脚螺旋，使纵、横气泡居中，先旋转读数轮，使亮线位于读数线的位置，记录此时气泡位置和重力仪的读数；再调整脚螺旋，使横气泡偏离中间对称的两个位置，纵气泡居中，使亮线位于读数线的位置，记录这两次气泡位置和重力仪的读数；然后再次调整脚螺旋，使横气泡偏离中间对称的另外两个位置，纵气泡居中，使亮线位于读数线的位置，再记录此时气泡位置和重力仪的读数。如果仪器的置平系统没有问题，那么上述的读数与气泡位置大致成抛物线关系，且气泡居中时读数最大。否则，如果曲线严重畸变，表示仪器横气泡灵敏度不够，需要加以调整。本次实习中，横气泡的检验步骤如下：气泡居中，松摆；亮线与读数线重合，读取重力仪读数H0；横气泡向上倾斜一格，纵气泡居中，亮线与读数线重合，读取重力仪读数H1；横气泡向上倾斜两格，纵气泡居中，亮线与读数线重合，读取重力仪读数H2；横气泡向下倾斜一格，纵气泡居中，亮线与读数线重合，读取重力仪读数H3；横气泡向下倾斜两格，纵气泡居中，亮线与读数线重合，读取重力仪读数H4；横气泡的检验数据如表2所示。表2 横气泡检验数据观测者H2H1H0H3H4柳旭峰2908.9532909.092909.1052909.0342908.85刘华亮2908.882909.012909.062909.0452908.77这两组数据绘成折线图如下：图2 横气泡检验从图中可以看到，两次检验的结果都显示对称位置点上的读数并不相等，表明仪器测量系统与铅垂方向不一致，会产生置平误差，需要对仪器进行校正。二、光学灵敏度检验灵敏度检验分为光学灵敏度检验和电子灵敏度检验。光学灵敏度检验的目的是验证利用光学方式测量时，目镜中的亮线是否具有足够的灵敏度反映重力值的变化。检验步骤如下：气泡居中，松摆；亮线与读数线重合，读取重力仪读数R0；读数轮减小半圈，待亮线稳定，读取亮线在视场中的读数SC1；读数轮顺转一圈，待亮线稳定，读取亮线在视场中的读数SC2；正常情况下应满足9SC2-SC111。实习时得到的检验数据如表3所示。表3光学灵敏度检验数据观测者R0SC1SC22909.08326342909.12625.434两次所得的SC2-SC1分别为8和8.6，在正常范围911之外，因而仪器的光学灵敏度需要调整。三、读数线检验读数线检验的目的是验证电子检流计的指针严格剧中时（对准读数线），重力仪内的弹簧是否回复到零位。操作步骤如下：气泡居中，松摆；亮线与读数线重合，读取重力仪读数DS0；纵气泡向左倾斜半格，横气泡居中，亮线与读数线重合，读取重力仪读数DS1；纵气泡向右倾斜半格，横气泡居中，亮线与读数线重合，读取重力仪读数DS2；正常情况下，(DS0-DS1)/(DS2-DS0)的绝对值的比值应在0.81.2。实习时得到的检验数据如表4所示。表4 读数线检验数据观测者DS0DS1DS22909.0542909.0092909.149算得(DS0-DS1)/(DS2-DS0)=0.474，与正常范围0.81.2差别较大。四、电子零点检验电子零点检验的目的是验证电子检流计的指针对准读数线（电子零点），重力仪内的弹簧是否回复到零点。操作步骤为：气泡居中，松摆；亮线与读数线重合，读取检流计的读数J0；正常情况下，读数J0应为0。实习中发现J0的读数向右偏移了2.3格，没有通过检验。五、电子灵敏度检验电子灵敏度检验的目的是验证利用电子检流计的读数线居中作为零点测量时，电子检流计的读数线是否具有足够的灵敏度反映重力值的变化。具体检验步骤为：气泡居中，松摆；亮线与读数线重合；旋转读数轮，使检流计指针，指向左一格，记录读数DL1；旋转读数轮，使检流计指针，指向零位，记录读数DL2；旋转读数轮，使检流计指针，指向右一格，记录读数DL3。定义电子灵敏度Sd=(DL2-DL1)+(DL3-DL2)/2，其正常值应为100Gal（读数轮转一周为1mGal）。实际检验时，记录读数如表5所示。表5电子灵敏度检验数据观测者DL1DL2DL32908.8922909.0732909.1352908.8522908.9932908.975由此算得Sd=121.5Gal及61.5Gal，两次测量结果偏差较大，都与正常值有较大的差别。以上五项的仪器检验结果都显示仪器不正常，需要进行调整。但由于仪器比较精密，我们也非专业人员，就省去了调整的实习。第二章 重力测量野外观测一、重力梯度测量测量目的：熟练LCR重力仪的操作、掌握重力梯度的测量方法测量地点：教学实验大楼、二食堂天桥测量任务：重力、高差。测量方案：1楼3楼6楼9楼12楼15楼12楼9楼6楼3楼1楼。高差测量：1楼3楼、3楼6楼、6楼9楼、9楼12楼、12楼15楼。二、闭合环线重力测量测量目的：熟练LCR重力仪的操作、掌握重力测量的野外工作方法、建立信息学部的重力等值线图并求出其他未测点的重力值、分析信息学部重力场的变化特征等。测量地点：武汉大学信息学部测量任务：测量下面九个地点的重力值。测量方案：采取从一号点开始依次测量各点，最后闭合到起始点。具体实施：基点-1-2-3-4-5-6-7-8基点点位说明：基点：4号教学楼东南角，马路拐弯处，外侧；1号点：天文台，夏坚白铜像前2米处；2号点：保卫处前花园中心东南角；3号点：教工11栋南边，花园中心；4号点：游泳池东边，羽毛球场东北角；5号点：学生二食堂东侧，天桥下，门前；6号点：重点实验室至星湖小路上，台阶处；7号点：学生宿舍8东门口右边拐角内侧；8号点：3号教学楼与5号教学楼间，花园中心，凉亭内。三、重力网格测量概况：重力网格测量是对整个武汉大学校区的60横竖网格线的交汇点（图3中红色的方形点）进行重力测量，由四个小组分工合力完成的。图3 重力网格测量测定分布图测量目的：掌握重力测量的野外工作方法、建立武大校区的重力等值线图并求出其他未测点的重力值、分析武汉大学重力场的变化特征等。测量地点：武汉大学校区测量任务：图3测量网格中的60个点的重力值测量方案：闭合具体实施包括准备工作和实地观测。1、准备工作（1）任务设计这次网格测量实习覆盖了整个武大校区，由于工作量较大，故将59个测点平均地分配给了四个小组，处理数据时，本组的测点使用自己的数据，而其他的测点则需使用其他小组提供的数据。（2）点位采集本测网测点的选取是简单地选取为横纵网格线的交点，所以部分点的位置不合理，不易找点。所以一些点进行了适当的移动，如珞珈山上的点都往南或往北移到了环山公路上了。但一些点仍然难以定位，如狮子山上的两个点，由于树木比较茂盛，山上参照物较少，点位的确定比较麻烦。2、实地观测网格测量实习是按表1分组进行的，平均每组15个点。由于仪器比较贵重，比较沉，找点不太容易，测量空间跨度比较大，所以这次测量我们都是整个小组一起行动的，每个组员都读取并记录了自己的数据。由于测量是在本校区内进行，所以我们没有进行实习前的实地踏勘。测量方向就是按照南北侧线的方向进行，测量的具体方法与前面的环线测量一样。准备工作比较简单，测量前，赵老师已经为我们把仪器充好了电。当天测量时，我们统一由组长陈浩朋指挥，准时集合，准时出发。仪器的搬运由几个男生轮流进行。读数记录也依然和前面的环线测量一样，一个组员读数时，由其他的组员帮忙记录，并要避免随意的走动，以免对观测结果造成影响。第三章 重力数据整理与解释一、重力数据的整理在实习过程中采集到的读数都不是直接的重力值，需要经过一定的转换才能得到我们需要的数据。这里介绍数据处理的具体过程，前面所有的重力数据都是以此为依据进行转换的。1、平均值计算计算测站读数的平均值（为测量读数）：。2、格值转换格值转换就是将观测值的单位换算为毫伽（mgal），按仪器号选择相应的格值表，将需转换的读数的的整数部分乘100作为COUNTER READING()，根据在格值表中查取相应的VALUE IN MILIGALS 和FACTOR FOR INTERVAL ，则重力的毫伽值为。3、潮汐改正按观测时间t在潮汐数据中查取观测时间前后各一个潮汐值，潮汐改正后的重力值为 。4、零飘改正重力仪读数随时间改变的现象称为重力仪的零点漂移(简称零漂或掉格)，这主要是由于重力仪的弹性体具有蠕变、弹性后效及弹性滞后等特性造成的。在本次实习资料处理时我们把零位飘移量与时间看成线性关系加以改正。设，为起始点的两次观测数据，则零漂率进一步可求得为观测时间t时刻的零飘改正值从而零漂改正后的重力值为。5、计算重力差相对起始点的重力差6、计算绝对重力值绝对重力值，其中为基点的绝对重力值，本次实习均选用979349.1131mgal。1、重力梯度的计算按上述数据整理的方法计算两楼层的重力差，由测量的高差可得重力的垂直梯度为：。根据实习观测的数据（教学实验大楼）求得的重力梯度如表6：表6 教学实验大楼重力梯度值测量方法楼层梯度值(Gal)由下往上测F1-F3284.3415997F3-F6297.7162433F6-F9312.4107681F9-F12306.6192956F12-F15307.9561286由上往下回测F12-F15314.1771369F9-F12307.2792206F6-F9300.0378065F3-F6301.7447002F1-F3286.3662853另外算得1楼与15楼间的重力梯度为302.833669Gal，二食堂东侧的天桥上下的重力梯度值为292.1317917Gal。各楼层相对重力（经格值转换、潮汐改正和零漂改正）变化曲线如图6所示：图6 各楼层相对重力变化曲线教学实验大楼所测得的不同楼层的梯度值变化如图7所示：图7 教学实验大楼重力梯度变化图2、信息学部环线测量数据整理一、基点网分布图环线测量的测点分布情况如图8所示。测量时按点号的顺序一次从1号点测到9号点，最后再闭合回到1号点，以便进行零漂改正。图8 重力环线测量测点分布图二、绝对重力值的整理环线测量的观测平均值及整理后的结果见表7：表7 重力环线测量数据整理点号观测平均值潮汐改正值潮汐改正后值零飘改正后值绝对重力值12908.558-0.00612990.0815122990.081512979349.113122908.0920.00932989.5863162989.595186979348.626832909.7570.02042991.2886282991.303739979350.335342908.9280.03092990.4251942990.447862979349.479552910.4320.03972991.9634722991.994023979351.025662910.0380.04622991.551942991.586434979350.61872909.6390.05212991.1355212991.184469979350.216182909.7850.05312991.2847362991.339269979350.370992908.420.05272989.8803852989.941817979348.973412908.550.05172990.0154812990.081512979349.1131三、等值线图的绘制1、坐标系的建立及测点的坐标以图5（分辨率为719835）右下角的点为坐标原点，下边界为x轴，左边界为y轴，图像的像素点为单位量度，建立坐标系。为查找到测点的坐标，在Windows系统自带的画图板中打开图5，只需将画笔（鼠标指针）放在测点位置上，画图板的右下角就会显示出该点的坐标（x,y0）。需要注意的是，画图板的坐标系是以左上角的点为原点的，所以测点真正的坐标应为（x,y）=（x,835-y0）。2、数据格网化在Excel表格中分三列输入测点的坐标x、坐标y以及该点的绝对重力值，在surfer中利用“网格|数据.”命令打开上述的Excel表格文件，可将其转换为.grd网格文件。在“网格数据化”的对话框中，可以看到surfer提供了十二种插值方法，那么究竟选择那一种插值方法比较合适呢？图9 四种插值方法绘制的等值线的比较图9所示为采用四种不同的插值方法对数据格网化后绘制的等值线图，从左到右从上到下所使用的插值方法依次是反距离加权插值法、最小曲率法、改进谢别德法和径向基函数插值法。从图中可以看出四种不同的插值方法有着明显的差别。因此我们有必要对不同的插值方法进行比较分析，找出其中精度较高的一种方法。下面将对其中比较常用的5中插值方法（反距离加权插值法、克里金插值法、最小曲率法、改进谢别德法和径向基函数插值法）进行对比分析，进而找出其中精度较高的一种插值方法绘制等值线图。这里，以环线测量的9个测点采用不同的方法进行格网化，然后利用surfer进行统计，统计结果见表8。表8 五种差值方法格网化结果精度统计表差值算法检验点数偏差均值/微伽绝对值最大偏差/微伽绝对值最小偏差/微伽标准方差标准偏差反距离加权法9个即9个测点值-0.076231.071130.054470.233380.70015克里金法-1.0778814.162580.308272.606167.81849最小曲率法0.9373753.738011.484488.6402225.92066改进谢别德法0.049010.205640.046360.036710.11013径向基函数法0.016120.491090.072410.106800.32039从表中我们可以清楚地看到，改进谢别德法计算得到的精度较高：与实测结果相比较，改进谢别德法偏差的最大值为0.20564微伽，最小仅为0.04636Gal，偏差均值也较低；改进谢别德法插值的标准偏差和标准方差均远远低于其他差值方法。因而，在网格化数据的过程中，本人将选用改进谢别德法格网化数据。3、绘制等值线图进而绘制等值线图，然后在图中根据坐标标出测点及其绝对重力值。所绘得的信息学部环线测量等值线图如图10：图10 重力环线测量等值线该图是用美国GOLDEN软件公司的surfer软件绘制的，所采用的差值方法是克里金插值法，它是以区域化变量理论为基础，以变差函数为主要工具，在保证估计值满足无偏性条件和最小方差条件的前提下求得估计值。3当然，surfer还提供了许多其他的插值绘图方法，后面将会对其中的几种方法进行介绍，并对其精度进行比较。图11为信息学部环线测量的绝对重力值三维图，同样是用surfer绘制的。图11 重力环线测量三维图3、内插新点的重力值在surfer中，可以直接在图中找到测区内部的点的绝对重力值。具体方法是，用surfer打开已经生成的.grd文件，找到待求新点的坐标（可用鼠标点取或使用上下左右箭头），则surfer工具栏下会自动显示出改点的x、y、z值，即坐标值和对应的绝对重力值。按照这种方法，可以求得星湖园酒店门口（384，679）处的绝对重力值为979348.54326874mgal，大学生活动中心门口（549，327）处的重力值为979349.63108611mgal，一食堂东门口（259，469）的绝对重力值为979349.63108611 mgal等等。上述方法可以很方便地求得新点的重力值，但这种方法存在两个明显的缺陷：在surfer上找新点的坐标时，往往难以精确地找到该点，而是取其附近的点的重力值或其附近几个点的平均重力值，所得到的结果精度难以保证。Surfer中默认的插值区域为数据文件中离散点坐标x，y的最小值和最大值所围成的矩形，而我们所要求的新点可能会在这个矩形区域之外，因而无法直接从图中直接读取重力值。如空中之舞雕像的坐标为（452，129），而图6中y轴的下限为230，也就是说待求点空中之舞雕像位于等值线图之外，无法采用上述的方法求其绝对重力值。下面，将用MATLAB程序实现对上述几个点的重力插值，所采用的方法为反距离加权平均法。反距离加权平均法是假定已知数据点值对网格值的影响与距离有关，越靠近待插值新点的已知数据点对新点的影响越大，其影响程度用一个权系数来量化，权系数的大小即为已知点到新点距离的倒数。设已知数据点至待求新点的距离为，那么在新点处的内插值可以表示为按照上面介绍的方法，通过MATLAB程序，算得新点的重力值，并将之与surfer插值结果比较列为表9：表9 两种插值新点重力值方法的比较待插新点X坐标Y坐标程序实现的插值结果Surfer直接读取的结果差值空中之舞雕像452129979349.657060无大学生活动中心门口549327979349.683712979349.6310861-0.0526259附中运动场西南角623656979349.615834无星湖园酒店门口3846799.79349.689181979348.5432687-1.1459123一食堂东门口259469979349.802907979349.6310861-0.1718209从表9中的最后一列可以看到，这两种方法得到的新点的重力值差别较大，多达1mGal，孰优孰劣有待商榷，但程序实现的结果克服了以上提到的surfer的缺陷。3、武汉大学网格数据整理一、数据处理方法如前所述，重力网格测量实习覆盖了整个武大校区，由于工作量较大，故将60个测点平均地分配给了四个小组，处理数据时，本组的测点使用自己的数据，而其他的测点则需使用其他小组提供的数据。数据处理的方法依然是按照前面所介绍的方法，依次进行均值计算、格值转换、潮汐改正和零漂改正，进而求得个测点相对于基点的重力差，再由基点的绝对重力值求得各测点的绝对重力值。二、数据表汇总将本人数据及其他三个组的提供的数据处理后整理如表10所示。表10 重力网格测量数据整理第一组第二组第三组第四组测点坐标绝对重力值（毫伽）测点坐标绝对重力值（毫伽）测点坐标绝对重力值（毫伽）测点坐标绝对重力值（毫伽）W0J1979349.2708W0J3979349.7403W1J4979350.0857W3J6979347.4325W1J1979350.5978W1J3979350.3583W2J4979348.9722W4J6979341.7884W2J1979351.2468W2J3979350.6809W3J4979342.3397W5J6979341.5868W3J1979351.0400W3J3979351.4697W4J4979341.4436W5J6979346.6685W4J1979350.9504W4J3979351.3037W5J4979345.5671W6J6979350.1706W5J1979351.2085W5J3979351.9003W6J4979346.4893W7J6979351.0194W6J1979351.5331W6J3979351.4489W7J4979345.0387W8J6979349.4961W7J1979351.4750W7J3979345.4238W8J4979347.7786W9J5979351.6823W8J1979351.2113W8J3979352.3127W9J4979350.9058W8J5979350.6146W9J1979350.7330W9J3979355.9323W5J5979345.7002W7J5979347.9667W9J2979350.2670W4J2979355.6712W4J5979342.7462W6J5979345.6082W8J2979349.6244W3J2979357.1740W3J5979341.7354W5J7979348.5895W7J2979349.1367W2J2979357.3749W2J5979350.2497W4J7979345.5689W6J2979350.1067W1J2979357.0963W1J5979351.1985W3J7979350.9568W5J2979349.3678W0J2979356.8224W0J5979350.0797基点979349.1131三、重力网格测量等值线图网格测量的等值线图依然是用surfer绘制的，具体的绘制方法与环线测量的等值线绘制方法一样，等值线图如图12所示，三维表面图如图13所示。图12 武汉大学网格测量重力等值线图图13 武汉大学网格测量重力三维表面图二、重力定点观测重力定点观测实习是观测某一定点（信息学部4号楼东侧走廊）的重力值随时间的变化情况，其观测值经过零漂改正后应该能反映出潮汐对重力的影响。也就是说，定点日变观测值经过所有的改正（包括潮汐改正）后，所得到的重力值应为一条平直线。本小组于6月9日进行了重力定点观测，观测时间上午8：30至下午15：30，每十分钟读取一组数据，共记录了42组数据。将每组的数据取均值，经格值转换后，其变化情况如图14所示。图14 重力定点观测值变化曲线（1）进一步再进行潮汐改正、零漂改正，所得重力值的变化情况如图15所示。图15 重力定点观测值变化曲线（2）三、成果解释一、梯度测量从前面数据处理中的表6和图7中可以看到一下几个特点： 教学实验大楼各楼层间的重力梯度基本是上在284Gal315Gal之间波动，即在理论值308.6Gal左右波动，表明测量算得的梯度值具有一定的合理性。 由下往上和由上往下回测的相同楼层间的梯度值大致相等，图7中显示出的曲线大致对称。 F1F3楼层间的重力梯度值为285Gal左右，明显低于其他高楼层的梯度值，且与正常值偏离较大。原因可能是：（a）F1F3的高度较低（为7.80m），导致所反映的梯度值受重力观测值及所测的楼层高度值的影响较大，易产生较大误差；（b）在低楼层出测得的重力值受外界影响较大（如周围的建筑、行车行人较多、甚至大楼本身）。 从图7中可以看到，F12F15之间的重力梯度值较为接近308.6Gal这一理论值，且在高楼处测得的梯度值较为平稳，没有大的波动，这进一步验证了前面解释原因所提出的观点，即在低楼层出测得的重力值受外界影响较大。二、信息学部环线测量重力环线测量中的9个测点中，重力值最小的点为天文台夏坚白铜像前（592，570），其重力值为979348.626774毫伽，最大的点为游泳池东羽毛球场（119，620），其重力值为979351.025611毫伽。从这两个最值点来看，重力值的大小与地势的低高基本是吻合的。下面，我们结合更为直观的等值线图图6对信息学部的重力变化情况进行分析解释。 从图10中可以看出，信息学部重力变化的总体趋势是由西向东重力值逐渐增大，这与信息学部由东向西逐渐升高的地势是吻合的。 总的来说，信息学部的地势变化比较缓和，因而图中大部分区域的等值线分布比较均匀，变化梯度基本相等。而在一些地势高度变化比较明显急剧的地方，如自强超市四分店北边有一个大楼梯梯，高度达六七米，因而在该区域（图6中的8栋宿舍和计算机学院之间）出现了相对密集的等值线。 在图10的北部区域，重力值从西向东一直均匀地增加，这事实上是与该区域的地势高低变化是吻合的，这一点可以从测绘路的高低走势中看出来。 在图10纵坐标范围为300，450的条带范围内，可以看到重力等值线有向东凸出的趋势。这种趋势的存在可能有两个原因：一是在坐标（450，400）周围的区域有一个面积较大、地势较低的运动场，这里的重力值相对于周围较高；二是可能地下存在高密度东西走向的地质异常体，导致这一区域出现由东向西的重力正异常。三、武汉大学网格测量从大的范围来看，数据处理时所给出的等值线图12基本上反映了地势的起伏情况，如重力低值都出现在了山顶（如珞珈山、狮子山）、从山下到山顶也显示出了较为密集的等值线等等。利用该图结合武大的地理条件进行分析，可以得出一下结论： 在珞珈山顶（图中坐标为W3J4、W3J6、W5J4、W5J5所围成的区域）、狮子山顶（W7J3和W7J4）、半边山顶（W8J6）等地势高度极大值点处均相应地成为了重力值的极小值点，重力等值线在这些点变为封闭的小圆圈。 在山的周围从山下到山顶的区域内都出现了较为密集的等值线，重力值变化很剧烈，重力梯度较大。这些山包在三维表面图12中显示为一个个凹陷的坑，符合理论情形。 图中有几处重力的变化情况与实际的地理起伏情况较为吻合：（a）从理学楼（W7J4，位于狮子山上）至珞珈山庄（W5J5，位于环山北路上）的连线上，重力值变化情况为先先增大后减小，而这条连线的地势变化情况是地势较高理学楼和珞珈山庄之间有一个面积较大的低地九一二操场。（b）从樱顶老外楼（W7J3）向北到变形金刚（W9J3）的这段区域，重力值随着地势的降低不断地增大。（c）由南向北沿着学府路为上坡，而图中的W3J2和 W5J2之间重力值不断减小的情形也反映出了这一事实。 从图中我们还可以看到一大块明显的亮白区域从星湖广场（W1J2，又称德仁广场）到生命科学学院（W3J2）周围的区域，从该区域往外，重力值很快地降低，使得该区域出现重力正异常。这种异常与实际的地势情况并不吻合，因而可以推断该异常是又地下异常体引起的。根据异常的范围及大小可以定性地判断出该异常体为南北走向，异常体的范围应覆盖了星湖广场到生科院连线的范围，亦可能该异常体并不连续，因为图中显示出了封闭的极大值，表明该点之下可能存在单个非条状的异常体，而多个这样的异常体排列起来也会出现图示的异常。 另外，在坐标为（550，650）点的附近有两个隧道，但等值线图上并没有将其明显地反映出来。四、重力定点观测在前面给出的两个定点重力变化曲线图14、图15中，可以看到经潮汐、零漂改正后的重力值较改正前的变化确实更为平缓，变化幅度较小，但并没有达到理论上所预想的情形，即为一条平直线。尤其是在第30、200、280分钟的地方存在重力值的突变情形，其原因可能为： 读数操作员操作仪器不当，读数不准确等等。 由于定点观测是我们组的五个成员轮流一段时间交替进行的，不同的组员会有不同的操作习惯，而估读的数值也会因人而异等等，都会造成读数的突变。 定点观测要求设点安静、地面无振动、少人活动，虽然我们选点时力求满足这些条件，但毕竟难以完全达到。观测过程中难免会受到附近行人行车的影响，导致重力值出现突变的情况。如果设法对以上几个突变点进行校正，重力值的变化将近似为一条平直线，符合理论情况，表明定点观测数据基本上反映了潮汐对重力的影响。第二部分 地电测量第一章 测量目的及意义地电测量实习主要是为了让同学们熟练掌握电阻率测量仪器的使用方法、野外地电测量的基本流程基本方法，锻炼分析问题和实际动手能力等。第二章 电法勘探基本原理电法勘探是以岩（矿）石之间的电性差异为基础，通过观测和研究与这种电性差异有关的电场或电磁场的分布特点和变化规律，来查明地下地质构造或寻找有用矿产的一类地球物理勘探方法。电法勘探方法种类繁多，目前可供使用的方法已有二十多种。这首先是因为岩、矿石的电学性质表现在许多方面。例如，在电法勘探中通常利用的有岩、矿石的导电性、电化学活动性、介电性及导磁性等。其次，是因为电法勘探不仅可以利用地下天然存在的电场或电磁场，还能通过人工方法以多种形式在地下建立电场或电磁场。就场本身的性质而言，可将电法勘探分为两大类，即传导类电法勘探和感应类电法勘探。传导类电法勘探研究的是稳定或似稳定电流场，包括充电法，激发极化法和自然电场法，以及本次实习所用到的电阻率法。一、电法测量的基本原理一、电阻率法介绍电阻率法是传导类电法勘探方法之一。它建立在地壳中各种岩（矿）石之间具有导电性差异的基础上，通过观测和研究与这些差异有关的天然电场或人工电场的分布规律，可以达到查明地下地质构造或寻找有用矿产之目的。图16 电阻率法工作装置示意图电阻率法工作中，通常是在地面上任意两点用供电电极A、B供电，在另两点用测量电极M、N测定电位差（图16）。利用该装置测定均匀各向同性半空间电阻率的基本公式为：式中为装置系数（或排列系数），它是一个与各电极间的距离有关的物理量。在野外工作中，装置型式和极距一经确定， K 值便可计算出来。电阻率法又包含电测深法和电剖面法等。二、电测深法电剖面法是电阻率法中的一个大类，它是采用不变的供电极距，并使整个或部分装置沿观测剖面移动，逐点测量视电阻率的值。由于供电极距不变，探测深度就可以保持在同一范围内，因此可以认为电剖面法所了解的是沿剖面方向地下某一深度范围内不同电性物质的分布情况。三、电剖面法电测深法是探测电性不同的岩层沿垂向分布情况的电阻率方法。该方法采用在同一测点上多次加大供电极距的方式，逐次测量视电阻率的变化。因加大供电极距可以增大勘探深度，因此在同一测点上不断加大供电极距所测出的值的变化，将反映出该测点下电阻率有差异的地质体在不同深度的分布状况。二、 WDDS-1数字电阻率仪介绍WDDS-1 数字电阻率仪是新一代智能电阻率测量仪器，可自动测量并存储电压、电流、视电阻率及自然电位等参数，可广泛用于寻找地下水、确定水库坝基和防洪大堤隐患位置等水文、工程地质勘探中，亦用于金属与非金属矿产资源勘探、城市物探、铁道桥梁等方面、还能用于地热勘探。该仪器具有超大的存储空间，可储存不小于12000次的测量值，掉电亦不丢失；每次测量完毕，仪器自动显示出本次所测电阻率与前次同一点所测电阻率值的相对误差，使操作员能及时了解野外数据采集质量；仪器的接地电阻测量功能