地球物理仪器(20211012045523)

1、密级分类号中国地质大学北京课程结课报告地球物理仪器学牛姓名 马 敏院系地球物理与信息技术专 业电子与通信工程学 号任课教师 邓 明职 称教授二O一四年四月1 前言球物理仪器是认识地球、资源探测、工程勘察、地质灾害监测的重要手段，是地球科学研究的根底，也是前沿技术。在地球物理学领域，地球物理场主体 上分为重力场、地磁场、电场、地热场、放射性辐射场和地震波场。日常工作 中对矿产资源、油气能源和环境的勘察与监测，对地震灾害的预测与预防，对 地球深部圈、层结构以及物质组成和空间状态的探测等都是通过物理场完成的。 随着地球物理学在理论、方法和应用方面的不断进步，科学与技术开展的需求 日益增加，相应学科的

2、仪器与设备得到了迅速开展，物理学、力学、信息学和 计算机技术中的一些新成就得到了广泛应用，地球物理观测的精度和对信息的 分辨率不断提高。地球物理勘探仪器是集当代先进技术如传感器、电子、计算 机、数据传输和通讯等技术为一体的综合系统。它的革新与开展总是伴随着新 技术的推广和完善。地球物理仪器按照所测量的地球物理场，主要分为重力仪、 磁力仪、电法仪、浅层地震仪、测井仪以及放射性仪器等。地球物理仪器在许多局部存在相似的电路，例如模拟通道和数字通道，前 置放大电路和滤波电路， A/D 采样和数模转换等，除此之外还会连接通信接口、 显示接口以及键盘接口等等。但是地球物理仪器往往又有自己的一些特点：1频带

3、较宽，大动态范围； 2高速、高分辨率和高信噪比； 3集成度高，功 能多但是功耗较低； 4操作简单，轻便灵活，现场实时显示结果，宽工作温 度范围，高稳定度在以上各个重要参数中，高分辨率是地球物理仪器的最为关键参数，这是 因为在地球物理勘探中，传感器接收的信号一般都很小，如直流电法仪中，测量大地的自然电位时，信号可能只有几uV;地震勘探中，检波器接收的信号也只有几pV;瞬变电磁仪接收到的二次场信号也只有几nV。这就要求A/D转换器具有很高的分辨率，因此目前的地球物理仪器设计中大都采用了24位刀A/D采样技术，以到达高分辨率的目的。另外高信噪比也是地球物理仪器的特点， 由于传感器输出的有用信号很小，

4、而干扰信号是随机信号，且频带很宽，有时 候噪声比有用信号大几个数量级，如直流电阻率测量系统中，自然电位可能比 高压供电在大地两点间产生的信号要大得多。来自空中或地上的电磁波辐射以 及50Hz工频干扰，对仪器提取有用信号都造成困难。怎样去掉这些噪声，得到 有用信号，是仪器要解决的关键问题。随着电子技术的不断进步，地球物理仪器也不断地向小型化开展，一些老 式的地球物理仪器不仅笨重而且测量精度也很低。集成电路的开展，一个集成 块可以代替以前整个电路板的功能，地球物理仪器也向集成度更高的方向开展。多功能也是地球物理仪器开展的一个方向。如GDL 3211多功能电法仪，几乎可以实现所有与电法相关的方法，整

5、个仪器的集成度很高，而且使用也很方便。而且不同的仪器有相同的硬件架构，使用过程中加上不同的传感器后，通过软件就能实现不同的仪器功能。除此之外，地球物理仪器是野外用仪器，因此仪器会很频繁的被移动或者搬运，所以地球物理仪器必须很轻便。加上野外环境 恶劣，所以仪器应具有抗震、防水、防沙等功能。仪器还要能够适应不同的温 湿度度环境，如仪器可能在寒冷枯燥的冬天进行数据采集，也可能在炎热的夏 天工作。另外，仪器还要求具有高稳定度，重复观测性要好以及漂移要小，还 应该有存储量大等特点，一些地球物理仪器，如磁力仪、地震仪等还具备GPS全球定位功能。2 地球物理仪器分类2.1 重力仪重力场是反映地球内部物质结构

6、及其变迁的地球物理根本场，高精度绝对 重力观测资料是地震监测预报、地球科学研究、资源勘探等领域研究的根底。 重力测量的方法有动力法和静力法。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，测定的物理量是时间。静力法是观测某种与重力观测物体 的平衡状态，用以确定两点间的重力差值(相对重力值) 。重力仪是测定重力 加速度的仪器。重力测量的仪器按功能可划分为：绝对重力仪、相对重力仪。绝对重力测 量的简单原理是利用自由落体的运动规律，在固定或移动点上测量时有单程下 落和上抛下落两种行程，自由落体为一光学棱镜，利用稳定的氦氨激光束的波 长作为迈克尔逊( michelson )干预仪的光学尺，直接

7、测量空间距离：时间标准 是采用高稳定的石英振荡器与天文台原子频率指标比照。观测时，仍然还有许 多干扰因素影响重力值的精度测定，如大地脉动、真空度、落体下落偏摆等等， 因此必须加以分析、控制和校正。绝对重力测量的准确性是一项复杂精细的工 作，它有赖于几种物理量的精密测定，涉及到光学、电子学和精密机械的有关 技术。我国是为数不多的能生产绝对重力测量仪器的国家之一。相对重力仪是 测量出重力差值的仪器，其原理方法主要有平衡零长弹簧形变法；平衡悬浮超 导球在超导体产生磁场中的移动法。潮沙重力仪、超导重力仪都属于相对重力 仪范畴。重力仪广泛应用于地球重力场的测量，固体潮观测，地壳形变观测， 以及重力勘探等

8、工作中。重力仪一般都是金属弹簧重力仪，老式的重力仪是纯 机械式的，没有电子元件的。现在的新式重力仪也参加了数字接口重力仪机械式重力仪石英弹簧重力按结构分X电子式重力仪绝对重力超导重力仪激光重力仪实验室按测量原理分相对重力仪目前，绝对重力仪的测量准确度和不确定度能到达2uGal。相对重力仪的测量不确定度优于lOuGal，但相对重力仪每天约有 20uGal的漂移，需要定期用绝对重力仪进行“格值标定，以消除长期漂移而累积的测量误差。另外，相对重 力仪只能通过到绝对重力基准点“引值才能得到重力加速度的绝对值。超导 重力仪的测量不确定度优于 O.luGal，是高精度监测某固定点位如：绝对重力 仪国际关键

9、比对点重力变化，分析重力固体潮模型的最正确选择仪器。重力测 量仪器按使用空间划分为：陆地重力仪、航空重力仪、海洋重力仪、井下重力 仪等。另外，用于直接测量重力垂直梯度变化的重力梯度仪也成为目前研制的 热点之一。影响重力仪精度的因素很多，如何采取相应措施使这扰的影响减低到最低 水平，是决定重力仪性能或质量懂得根本保证。<1>温度影响：温度变化会使重力仪各部件热胀冷缩，使各着力点间的相对 位置发生变化。为此，已采用的措施有：研制与选用受温度变化影响小的材料 作仪器的弹性元件；附加自动温度补偿装置等。此外在野外使用仪器时，应极 力防止阳光直接照射的仪器上，搬运中应设计通风性能好的专用外包

10、装箱等。<2>气压影响：主要是使空气密度改变而使平衡体所受的浮力改变，并在仪 器内部可能形成微弱的气体流动冲击弹性系统。消除的方法有：将弹性系统置 于高真空的封闭容器内；在与平衡体相反方向上相对旋转轴而言加一个等 体积矩的气压补偿器；条件需要和许可时，应将仪器置入气压舱内检测受气压 变化的影响，以便引入相应的气压校正。<3>电磁力影响： 摆杆平衡体 因质量很小无须夹固， 当它在自由摆动时， 会与容器中残存的空气分子相摩擦而产生静电，电荷的不断累积会使仪器读数 发生变化。因此，这类仪器常在平衡体附近放一适量的放射性物质，使残存气 体游离而导走电荷；对于用金属制成的弹性元件

11、来说，材料中含的铁磁性元素 就会对地磁场变化产生响应而改变仪器读数，为此，要将整个弹性系统作消磁 处理，外面再加上磁屏以屏蔽磁场；有条件时，应在人工磁场中进行实际测量， 以了解受磁场方向、强度变化的影响，必要时引入相应的校正项；在野外工作 中，利用指北针定向安放仪器，让摆杆方向总与地磁场垂直。<4>安置状态不一致的影响：由于在各测点上安放重力仪时不可能完全一 致，因而摆杆与重力的交角就会不一致，从而使测量结果不仅包含有各测点间 重力的变化量。所以取平衡体的质心与水平转轴所构成的平面为水平时才是真 正的水平零点位置，为达此目的，仪器的安置有供调平用的三个角螺旋和对应 的两个水准气泡，

12、与摆杆方向平行的称为纵水准仪，新出的仪器还装有灵敏读 更高的电子水泡或加一套自动调平系动。<5>零点漂移影响：仪器的零点位置在随时间变化，这种漂移量的大小和有无规律与材料的选择及工艺如事前进行时效处理等水平密切相关。一台好的重力仪应上零漂小而且尽困难与时间成线形关系，这是在恒温精度提高后的 衡量仪器好坏的另一个重要指标，为消除这一影响，必须通过性能试验检查及零漂变化情况，确定在重力基点控制下每一测段工作时间长短而专门引入零漂 校正。<6>震动的影响：仪器的零漂在动态时要比静态时大且无规律，且动态的零 漂随运输方式不同也不尽相同，实践证明，飞机运输比汽车运输影响要小，在

13、同样道路上不同型号的汽车其震动影响也不相同，特别在高精度的重力测量中， 这已是一个非常关系测量误差大小的重要因素，多项测试说明，运输中减震方 法可用泡沫海绵垫、软垫、弹簧悬挂装置、人工小心手提等，且以后两种方式 造成的误差最小。2.2 磁力仪磁法勘探是研究地质构造和找矿勘探的一种重要的地球物理方法，它通过 磁力仪来测量地磁场和磁异常，通常把采集磁场数据和测定岩石磁参数的仪器 称为磁力仪。地磁场的微弱变化，都可以被磁力仪记录下来。人们不但借助它 来研究地质构造，而且还用在考古、环境工程、气象、探矿、反潜等领域。磁 力仪按原理分为磁通门磁力仪、质子旋进磁力仪、光泵磁力仪和超导磁力仪等 几种。按照磁

14、力仪的开展历史，以及它们所应用的物理原理，可分为：第一代磁力仪 它是根据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制作的，如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪等。第二代磁力仪 它是根据核磁共振特征，利用高磁导率软磁合金，以及复杂的电子线路制作的，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根据低温量子效应原理制作的，如超导磁力仪磁力仪的详细分类如下所示:内部结构磁 力 仪 分使用的领机械式磁力仪。如悬丝式磁秤、刃口电子式磁力仪。如质子磁力仪、光泵相对测量仪器，如悬丝式垂直磁力仪绝对测量仪器，如质子磁力仪等，它地面磁力仪航空磁力仪在使用过程中，磁力仪的技术指标

15、往往是很被使用者所看中的，技术指标 是反映仪器总体性能的技术参数，通常包括：灵敏度、精密度、准确度、稳定 性、测程范围等等。灵敏度：系指磁力仪反映地磁场强度最小变化的能力敏感程度，有时也称作分辨率。对于用数码显示器读取磁场值的仪器如质子磁力仪，在其读数装置上估读的最小可区分的变化，称为显示灵敏度或读数能力，如1n T/字,0.1 nT/字等。由于仪器有一个噪声水平问题，因此灵敏度与显示灵敏度在概念 上是有区别的。精密度：它是衡量仪器重复性的指标，系指仪器自身测定磁场所能到达的 最小可靠值。由一组测定值与平均值的平方偏差表示。在仪器说明书中称为自 身重复精度。准确度：系指仪器测定真值的能力，即与

16、真值相比的总误差。我国20世纪60年代引进机械式磁力仪，在其根底上经不断研制、改良设计，其定型产品型号仪器如表1所示。这些仪器在我国 20世纪60、70年代的磁法勘探工作中，发挥了重要的作用。表1定型磁力仪产品型号名称格值/nT-格稳定性/格观测精度/nT测程范围/nTCSC-3悬丝式垂直磁力仪1<0.5<± 5± 2000CR2-69刃口式垂直磁力仪1.82.2< 0.3<± 2± 3000CSX1-70袖珍垂直磁力仪2025< 0.1<± 25± 20000±25000CSS-1定向水

17、平磁力仪820< 0.1<± 5± 16000±32000CRT1-69地磁日变记录仪2.02.5< 0.324小时内日变记录精度冬± 2国内磁法勘探除了使用国外磁力仪如 ENVI 加拿大产磁力仪、 G856 美 国产磁力仪、GSM加拿大产磁力仪、 Pos1 俄罗斯产磁力仪、 PMG捷 克产磁力仪外，国产的磁力仪也得到广泛的应用。1986年，我国地矿和核工业系统分别引进了加拿大的 IGS-2/MP-4 型和美国的 G-856A 型的“微机质子磁力仪，灵敏度为 0.1nT ，观测精度到达± 2.5nT 或更高，自动记录数据、自动

18、 日变改正、数据可以直接传送到其他计算机系统作进一步处理，同时，地质系 统为推广使用 MP-4 仪器，在方法技术，推断解释等方面作了大量工作，制定了 相应的规程，使我国的地面磁法勘探水平在短时间内到达国际先进水平，并得 到全面推广。 MP-4 型仪器逐步国产化，到 1993 年共生产近 300 台，少局部仪器 被我国计量部门采用当作标准仪器。 G-856A 经过不断改良，如采用锂电池做电 源，一直生产到今天，在各个系统得到广泛应用。进入 21 世纪以来，随着国家 对地质事业投资力度的加大，以及铁矿和多金属矿产资源的短缺，对质子磁力 仪的需求猛增，北京地质仪器厂在 MP-4经验的根底上，幵发了全

19、新的 CZM-3型 仪器， 2005 年投入市场。核工业系统的京核鑫隆公司在 G856A勺根底上，不断改良，最近推出了 G856F 高精度智能质子磁力仪，采用锂电池供电，外形保持了传统的结构。在地震、 有色、地质、环保、冶金、石油勘探、煤田、科研等领域广泛使用。 2006 年 3 月重庆奔腾数控技术研究所/重庆万马物探仪器幵发的 WCA-1质子磁力 仪投产，灵敏度 0.1 nT 。2006 年，廊坊瑞星仪器推出了灵敏度 0.1nT 的PM-1A型质子磁力仪，其特点是带有 GPS可外接GPS存储测点坐标值，信 号质量实时监控，信号质量下降可即时发现以便采取措施补救。目前，美国和俄罗斯等国科学家正

20、在积极研究和开发另一种量子磁力仪 原子磁力仪。原子磁力仪和光泵磁力仪一样，也是利用某种气态碱金属 ( 例 如钾) 原子中电子的自旋，它涉及的检测方法和光泵磁力仪有些不同，更复杂一些。和美籍华裔物理学家朱棣文 (Steven Chu) 共同获得 1997 年诺贝尔物理学奖的法国物理学家科恩 - 唐努吉 Claude Cohen-Tannoudji 早在 20 世纪 60 年代末就研究过原子磁力仪，他指出，原子磁力仪依据的原理， ，完全利用光学方法测 量磁场，灵敏度到达 0.54fT/Hz1/21fT=10 -15T，fT ，飞特 ，经过改良后还可提 高到 10-2 10-3 fT/Hz1/2 ，

21、空间分辨率到达毫米级。在弱磁场中工作时，这种磁力 仪的灵敏度可能到达10-18T10-18T二1aT, aT,阿特的数量级，那将比 SQUID灵 敏 1000 倍。这种磁力仪不需要低温条件。2.3 电法仪电法仪，是最常用的地球物理勘探仪器。电法勘探是根据岩石和矿石电学 性质找矿和研究地质构造的一组地球物理勘探方法。它是通过仪器观测人工的、 天然的电场或交变电磁场，分析、解释这些场的特点和规律，到达找矿勘探的 目的。电法勘探分为两大类：研究直流电场的，统称为直流电法，就是研究与 地质体有关的直流电场分布特点和规律来找矿和解决某些地质问题，包括电阻 率法、充电法、自然电场法和直流激发极化法等；研究

22、交变电磁场的，统称为 交流电法，就是研究与地体有关的交变电磁场的建立、分布、传播特点和规律 来找矿和解决某些地质问题。从 19世纪至今，电法勘探为了适应不同的地质条 件和实现不同的探查目标，开展了许多方法。这些方法在资源、工程和环境方 面都取得了迅速开展与应用。电法勘探仪器的开展主要经历了机械式、电子管、 晶体管、集成电路和微机控制等几个阶段。它主要是利用电法勘探院李结合传 感器、电子计算机、数据传输和通讯等技术来实现找矿、找水以及研究地质构造的目标。电法仪器主要分类如下所示：按供电电电法仪分按场源分按工作按工作直流电交流电天然场源被和人工场源主 电阻率法、天然电场法充电法、激发极化法、电磁感

23、地面电法井中电法直流电法主要有自然电场法、电阻率法和直流激发极化法。前者为天然场 源，而后两种为人工场源。自然电场法：是电法勘探中应用最早的方法，它是 以岩矿石的电化学性为根底，观测地下天然产生的直流电场的方法，对于寻找 顶部位于潜水面以上的金属硫化物矿床有良好的效果。电阻率法：利用的是岩 矿石导电性的差异，是使用比拟普遍的一种方法。激发极化法：既利用了岩矿 石的电化学性，也利用了它们的导电性，它不但能观测岩矿石受到人工电流的 激发而产生的电场，还能观测到人工电场激发所产生的磁场。交流电法：具有穿透能力强、勘探深度大、分辨率高等优点，目前主要利 用电磁感应原理，观测研究岩矿石在交变电磁场作用下

24、，所产生的感应电磁场 的空间和时间分布规律。感应电磁场的强弱，主要与岩矿石的导电性和导磁性 有关，目前采用较多的有瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法、天然电场选频 法、甚低频法和交流激发极化法双频激电也称频率域激发极化法等。电阻率法的根本原理：用人工方法将电流通入地下，建立人工电场，如果 地下存在导电性不同的岩层和矿体，它们就会影响电场的分布，良导体对电流有“吸弓I作用，导电性差的那么对电流有“排斥作用。因此，当地下存在导电性差的地质体时，由于它对电流的“排斥作用，使电流远离它本身而流过; 而当地下存在有良导体时，它将对电流有“吸引作用，使大局部电流通过其 本身。这样，在地表观测到的电场将发生畸

25、变，通过对畸变电场的分析，判断 地下不同导电性地质体的赋存状态，这就是电阻率法的根本原理。电法详细分 类如下表2所示。表2电法详细分类以及使用范围类别场源性质方法名称方法主要变种主要应用范围直天然场自然电场法金属、水文工程地质流源电人电电测深法对称四极测石油、煤田构造、金属、水法工阻深文工程地质电率三极测深场法五极测深环型测深偶极测深电剖面法联合剖面金属、非金属、地质填图、对称四极剖水文工程地质面偶极剖面高密度剖面中间梯度法金属、非金属充电法金属、水文工程地质激人工电激发极化直流激发极金属、水文工程地质发磁场法化极交流激发极金属化化磁激发极化金属电天然电大地电磁深部构造、石油构造、金属、磁磁场

26、法水文工程地质法声频电磁法金属、地质填图人低不接地迥线工频法电偶极剖面法磁高甚低频法法频脉感应脉冲瞬变冲法电井中无线电透金属磁波视地质雷达采矿、工程、地质填图震电法侧视雷达航空、海洋、航天填图2.4 地震仪地震仪，也是地球物理勘探中的一种重要的勘探仪器。地震勘探是通过观 测和研究人工地震炸药爆炸或锤击激发产生的地震波在地下的传播规律来 解决地质问题的一种地球物理方法。地震勘探仪器是地震勘探的关键设备，它 与现代先进的科学技术开展息息相关。地震勘探仪器的开展是以地震勘探的发 展与需求为前提条件和动力源泉；反过来又直接制约和促进着地震勘探的开展。 地震勘探仪器至今已经开展几十年了，关于仪器开展的时

27、代如何划分问题，并 没有专题研究的文献。涉及到这个问题的信息根本上都是散见于有关教科书、 仪器制造厂商的商业宣传、以及本行业科技工作者的观点。；第24位地震勘探仪器的开展可划分为：第一代电子管地震仪，通常称为模拟光点 记录地震仪；第二代晶体管地震仪，通常称为模拟磁带记录地震仪；第三代集 成电路地震仪，通常称为数字磁带记录地震仪，也称为常规数字仪；第四代大 规模集成电路地震仪，通常称为遥测地震仪文中定义为早期遥测地震仪 五代超大规模集成电路地震仪，通常称为新一代遥测地震仪文中定义为 遥测地震仪；第六代全数字遥测地震仪。目前，包括我国在内的世界地震勘探 仪器的开展正处于第五代末期和第六代幵始的过渡

28、阶段地震勘探仪器一般都应具备 3个根本局部：地面振动传感器地震检波器 地震信号放大和数据变换采集站 、中央记录系统磁带机、记录显示设备 。 地震勘探对地震仪器的根本技术要求有以下几个方面： 1放大作用：人工激发的地震有效波在地面引起的振动位移非常微小， 只有微米的量级，要求地震仪器必须具有足够的放大能力，将微弱地震信号放 大。 2动态范围：来自浅层和深层的地震波能量相差十分悬殊，可以到达10万倍以上，即有效的地震信号动态范围可达 100db 以上。要求地震仪器具有足 够大的动态范围，能够从弱到强把全部地震信号都接收下来。3自动增益控制：因来自浅层和深层的地震波能量相差十分悬殊，可达 到10万倍

29、100db,为了能在同一张记录上记录或者显示来自不同深度的地震 波，要求地震仪器具有自动增益控制的功能，自动将大信号压缩，小信号放大。 4多道接收：为了提高生产效率,要求在施工测线上大量的物理点同时 观测地震波。就是说,地震仪器应该具有多道接收能力。 5地震道一致性：地震勘探是用各道地震波的到达时间和波形差异识别 波的类型,进行资料和地质解释。因此,要求各地震道对同一地震波的响应应 该是相同的。也就是说,要求仪器的所有地震道在信号接收时间、接收信号的 幅度和相位方面具有高度的一致性。施工期间,要求每天对地震仪器作日检, 如采集站和检波器的脉冲响应一致性测试,就是对同一炮内所有地震道的幅度 特性

30、和相位特性的一致性检查，而遥爆系统 TB延迟时间的测试，本质上是一台 仪器对放的所有炮的时间的一致性检查。6频率选择作用：地震波包含有效波和各种干扰波，一般它们的频率特性是有差异的，比方在石油地震勘探中，面波在20Hz 一下的频率范围内，而反 射波在10Hz100Hz范围内。因此，要求地震勘探仪器的记录系统和回放系统具有选频滤波作用。在有效波频率范围内没有畸变，而对干扰波频率应有最小的 放大。这就涉及到仪器的通频带、低切滤波器、高切滤波器、工业交流电陷波 滤波器等技术性能和指标要求。7 分辨能力：地下不同地层反射的地震波可能接连而来，但仪器系统包 括检波器的固有特性决定它总是存在固有振动。当仪

31、器的固有振动延续时间 不大于相邻界面地震脉冲到达的时间差时，两个波形能够分开，否那么就难于分 开。因此，要求仪器具有良好的分辨能力，就是说仪器固有振动延续时间应尽 可能小。这个要求除了地震仪器的主机系统外，另一个关键就是检波器的性能， 特别是检波器的阻尼特性。8其它性能要求，地震仪器是一种十分复杂的电子系统，除上述性能指 标外，还有很多其它重要技术指标要求。例如记录长度、时标精度、谐波畸变、 系统噪声、增益精度、丢码率对数字仪器等。这些技术要求有些存在内在 关系，不是完全独立的，有时候是从不同角度提出的，有时候是为了强调某一 方面提出的。综上所述，我们不难发现地震勘探仪器本身是一台大型高精密的

32、电子设备 系统，其产生和开展的技术条件首先取决于电子技术的开展，特别是微电子技 术的开展。现代地震勘探仪器还取决于后来出现并迅速成为独立分支的计算机 技术的开展，以及其它一些重要领域的科技开展。例如：数据传输技术，包括 有线、无线、网络；数据存储技术，包括存储介质、编码技术等；以及机械，特别是微机械加工技术、电路工艺技术、电源技术、材料科学技术等。电子元 器件是电子技术迅速开展的重要前提，是电子技术的根底，是电子设备的“心 脏电子设备的功能变幻无穷，性能千差万别，都是由于电子器件的不同作用 和对信号的不同处理方式产生的。对电信号进行放大是电子器件最重要也是最 常见的功能之一，也最能明显地反映电

33、子器件的突出作用。因此，我们有理由相信地震勘探仪器的开展始终沿着不断小型化、不断提 高电路密度的方向开展。新型数字地震传感器，目前是地震勘探领域最理想的 地震传感器，它使地震勘探仪器系统结构发生重大变化，系统性能和技术指标 有了大的提高。地震勘探仪器开展到全数字遥测地震仪时代，必将引起野外地 震数据采集技术、地震资料处理技术乃至资料解释技术等产生重大开展。因此， 将促使地震勘探领域的生产和技术开展产生一个新的飞跃，进入一个新的开展 时期。2.5 放射性仪器放射性勘探又称放射性测量或“伽玛法。借助于地壳内天然放射性元素衰 变放出的a伙丫射线，穿过物质时，将产生游离、荧光等特殊的物理现象， 人们根

34、据放射性射线的物理性质利用专门仪器如辐射仪、射气仪等，通过测量放射性元素的射线强度或射气浓度来寻找放射性矿床以及解决有关地质问题 的一种物探方法。也是寻找与放射性元素共生的稀有元素、稀土元素以及多金 属元素矿床的辅助手段。放射性物探方法有丫测量、辐射取样、丫测井、射气测量、径迹测量和物理分析等。测量地壳内放射性元素放出的射线强度，以发现放射性元素矿床，探明矿体大小 , 确定放射性元素含量 , 并指导铀、钍矿和钾盐矿的开采。此法还用来寻 找与放射性元素共生的其他非放射性矿床，如磷块岩矿、铝土矿、稀土和稀有 元素矿床等；解决各类有关的问题，如地质填图，寻找同油气、地下水等有关 的构造，以及对环境污

35、染的监测等。放射性勘探的主要缺点是探测深度不大， 必须与其他地质工作配合进行。当射线射入探测器后转换为电脉冲输出，经放 大器放大后，送到甄别器把不需要的脉冲剔除，然后经过整形器变成大小相等、 形状一致的脉冲送到脉冲计数器电路进行记录。由于核辐射粒子的性质，决定 了人们不能直接对其进行观测，而只能通过它们与物质作用的某些物理、化学 效应间接地进行观测。最常用的是利用电离作用和荧光作用制成的电离型探测 器和闪烁计数器。电离型探测器包括气体电离室、盖革计数器、正比计数器、半导体探测器 等。其工作原理是，当射线通过电离室、计数器等内部的气体时，使气体分子 电离产生电子和正离子，在外加电场的作用下，电子

36、和正离子分别向阳极和阴 极移动而形成一瞬时的电离电流，阳极电位相应下降，而形成一电压脉冲输出。 半导体探测器与射线作用的电离效应与此相似 , 只不过发生在固体内 , 所产生的 电子及空穴分别移向正、负极形成电流脉冲输出。测量这些电荷的电量或其形 成的电离电流、电压脉冲，就可确定射线强度。闪烁计数器是由闪烁体荧光体 、光电倍增管和相应的电子线路组成。当 射线穿入荧光体被吸收后，荧光体产生闪烁现象，放出光子。光子透过荧光体 照射在光电倍增管的光阴极上，从光阴极上打出光电子，电子在管内得到倍增 放大后被阴极收集 , 形成电脉冲输出 , 被电子仪器记录下来。入射线强，闪烁次 数多，单位时间内的脉冲数就

37、多；射线能量大，闪烁时光子多，脉冲幅度就大。 从而就可以知道待测射线的强度和能量。常用的无机荧光体有 NaI(T1) 、 ZnS(Ag)、 CsI(T1) 、LiI(T1) 。有机荧光体蒽、三联苯、塑料闪烁体等多用于测 量B射线的仪器中。由 Nal(T1)晶体组成的仪器应用最广。闪烁计数器与充气计数器相比，灵敏度较高，分辨能力强，不但可以测量 射线强度，而且还能区分射线能量。因此，带闪烁计数器的辐射仪现在几乎全 部取代了充气计数管型的辐射仪。根据找矿方法的不同，野外观测所用的仪器 有a射线测量仪及丫 ( B )辐射仪两类。a射线测量仪根据探测器的不同可分为几类：用气体电离室作为探测元件的，如电离室型射气仪和各类验电器、静电计等；以Zn S(Ag)组成的闪烁计数器为探测元件的，如闪烁室型射气仪和氡、钍分析仪等；探测元件是金硅 面垒型探测器的，如a硅探测器、a辐射探测仪、a能谱等；利用a粒子对 绝缘固体材料的辐射损伤留下的痕迹，经化学溶液蚀刻后能显示微米量级蚀坑 的塑料径迹探测器。丫 ( B)辐射仪是测量丫、B射线的，根据探测元件分为两种。一种是利用丫、 B射线对氩、氖等一些惰性气体的电离作用，其探测元件为各类充气计数器， 并由它组成各种盖革式辐射仪。还有用正比计数器(如BF3计数器和3He计数器)组成的中子测量仪。另一种探测元件是闪烁计数器，由它组成了各式各样 的地面、井下、航空