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地質工作中使用的收集、存儲、識別、處理地質信息,解釋和推斷地質現象的器具。

1介紹

地質工作中使用的收集、存儲、識別、處理地質信息,解釋和推斷地質現象
地質儀器

  地質儀器

的器具。地質信息涉及的範圍極為廣泛。宏觀方面包括大地構造、地形、地貌、地層、地球物理場、岩石和礦物的各種物性參數,土壤和水域中化學元素的含量與分佈情況等;微觀方面包括岩石、礦物的光片和薄片在顯微鏡下呈現的物質組成、結構和演變特徵,元素的裂變徑跡等。

2結構

地質儀器
地質工作中使用的收集、存儲、識別、處理地質信息,解釋和推斷地質現象的器具。
地質儀器

  地質儀器

地質信息涉及的範圍極為廣泛。宏觀方面包括大地構造、地形、地貌、地層、地球物理場、岩石和礦物的各種物性參數,土壤和水域中化學元素的含量與分佈情況等;微觀方面包括岩石、礦物的光片和薄片在顯微鏡下呈現的物質組成、結構和演變特徵,元素的裂變徑跡等。地質信號的波譜窗口,從γ射線開始,經X射線、可見光、紅外輻射、雷達波,到甚低頻波,遍及各波段。地質信號往往十分微弱,被淹沒在強大的雜訊與干擾背景之中。電信號有時只有百分之幾微伏,元素含量有時只有十億分之幾。因此要求提取和處理這些地質信息的儀器要有極高的靈敏度、分辨能力和抗干擾能力。

3用途

地質儀器種類繁多,其工作原理幾乎涉及物理和化學的各學科,同時又是地球科學知識與電子技術、微弱信號檢測技術、通信技術、自動化技術、計算機技術、光技術、航空與航天技術等多種高科技相結合的產物。

4發展簡史

電子時代
1906年製造成功的三極體使人類步入電子時代,地質儀器也由此迅速發展。儀器的測讀系統經歷了電子管和晶體管兩代。早期採用反饋技術來提高穩定性和輸入阻抗等技術指標,利用電磁屏蔽和各種模擬濾波器來抗干擾和作原始的數據處理。第二次世界大戰以後,離散時間信號處理理論和統計通信處理理論逐漸成熟;60年代集成電路出現,使這些理論的應用成為可能,地質儀器向數字技術方向發展,並開始使用相關接收、鎖相接收、匹配濾波、多次平均等技術解決強幹擾背景中微弱信號的檢測和估值問題。
70年代後期
使用了微型計算機,野外或室內儀器由簡單的數據採集系統,發展到具有操作管理、故障自檢、現場或實時處理、成圖等功能,並能進行一定的解釋推斷。
地質儀器的靈敏度隨著物理學的進展而不斷提高。如1945年發現核子旋進信號前,機械式磁秤的靈敏度只有幾百納特,而50年代初,高解析度的核子旋進磁力儀,靈敏度約為0.1納特。1957年,利用塞曼效應研製的光泵磁力儀,首次用於地球物理測量。一般靈敏度在10-3~103赫茲範圍內可達10-3納特。70年代後期,利用約瑟夫森效應製成的超導磁力儀靈敏度比光泵磁力儀高1~2個數量級以上。
測試斜度儀器

5技術與應用

地質儀器的另一個方面的重要發展與遙感技術的應用有關。地質遙感技術是找礦、找水
地質儀器

  地質儀器

、找油(氣)和地熱勘查等地質工作的先進手段。有些礦體(如銅、鉛、鋅、煤等),有特殊的熱異常,可以通過紅外遙感發現;利用霧狀異常和構造圈閉可尋找石油;利用色調異常可以找水;利用人造衛星上不同波段的遙感裝置測得地殼、地幔和地核的重力、磁力異常,可以研究地球內部構造。遙感技術包括3個系統。第一個系統是遙感信息收集系統,其儀器裝備包括感測器和運載工具。

6感測器

感測器有:
①能以攝影方式同步取得同一目標物反射多波段信息的多光譜照相機
②採取掃描方式獲取目標物本身發射中遠紅外信息的紅外掃描儀
③用掃描方式同步取得同一目標物反射或發射多波段信息的多光譜掃描儀
④通過掃描取得目標物本身發射微波信息的微波掃描儀
⑤通過掃描取得目標物散射雷達脈衝回波信息的微波雷達等。運載工具有:遙感汽車和遙感高塔等,屬地面遙感運載工具;飛機和氣球,屬航空運載工具;資源火箭、衛星、宇宙飛船和
地質儀器

  地質儀器

太空梭,屬航天運載工具,主要是使用飛機和衛星作為運載工具。第二個系統是遙感信息接收和預處理系統,即地面系統,包括遙感信息的接收、記錄、預處理和貯存用的儀器裝備。第三個系統是遙感資料的分析解釋系統。
地質儀器
遙感技術發展很快。衛星類型將向高質量、長壽命、能往返和專業化發展;世界各國將各自建立多功能、綜合性的地面接收系統,遙感信息的獲取、傳送和接收技術將更加實時和快速;專業化的衛星(如陸地衛星-D)的發射將能提供更豐富的地質信息。可以說,離開地質儀器就沒有地質科學的深入發展。例如,顯微鏡在地質學中的應用結束了歷史上關於岩石成因的水成說與火成說之爭。又如根據下地殼地震波速特徵,地質學家們曾長期認為,地殼岩石相當於輝長石,然而高溫高壓實驗表明,穩定的岩石應更接近於榴輝岩和石榴子石變粒岩。地質科學與地質儀器的發展常常是相輔相成的。例如,30年代晶體化學在地學中的應用,使分析測試儀器進入地學儀器的行列。電子顯微鏡、電子探針等高精度儀器的出現,使微礦物學、微觀結構及微區分析技術迅速發展,成為地質學新的分支學科。地質儀器正朝著多功能、多參數、多信息、具有綜合處理功能的智能化系統的方向發展。

7分類

地質儀器
按照地質學的研究內容,地質儀器大體上可分為以下3類:①用於研究地球組成物質的儀器。在樣品化學特徵(成分與分配等)研究方面,除常規的重量法、容量法、比色法所用設備外,常用實驗室精密儀器有各種原子吸收光譜儀、原子熒光光譜儀等。這類儀器能測定60~70種微、痕量元素,檢出限可達到ppb級。波長色散X射線熒光光譜儀是硅
地質儀器

  地質儀器

酸鹽全分析、化探樣品中多元素分析和難溶元素分析的重要儀器,檢出限一般為ppm級。電感偶合等離子體光量計的分析質量與原子吸收分光光度計相當,但能同時測定包括15個稀土元素在內的30~60種元素,動態範圍可達4~6個數量級。採用中子活化法的多道γ能譜儀,檢出限低達10-9~10-10米,在痕量和超量元素分析中具有優勢。測定陰離子、酸根、官能團的離子色譜儀,氣相色譜儀,液相色譜儀和紅外光譜儀等也都用於地球物質成分的分析。

8鑒定與結構研究

在岩石礦物的鑒定與結構研究等方面,雙目顯微鏡、偏光顯微鏡、干涉顯微鏡等仍是快速初步鑒定,進行宏觀描述以至研究顯微構造的基本工具。由電視攝像機、微型計算機等組成的全自動圖像分析儀,是對岩礦薄片或光片圖像幾何要素進行定量測定的工具。它可以提供如沉積物的粒度、形態、基
地質儀器

  地質儀器

質和孔隙度等方面的數據,還可對岩石的礦物組成作模式分析,以及研究衛星圖片等。
X射線衍射儀是礦物晶體結構研究的主要儀器,能快速有效地鑒定礦物,或者為研究礦物形成的歷史,提供變形和輻射損傷等信息。利用電子衍射成像的透射電子顯微鏡,能夠對直徑20納米的微區進行形態、成分和結構等綜合研究,解析度達0.1納米。另外,透視電子顯微鏡的應用,使對礦物晶體缺陷及其地質力學和地質構造意義的研究又深入了一步。
地質儀器
研究意義
地震勘探儀器是記錄地面振動的儀器。根據地震勘探儀器記錄到的彈性波在地下的傳播特性,可探明地質構造,區分地層,推斷地球內部物理性質以及監測地震活動。地震勘探儀器分天然地震儀和人工地震儀兩類。天然地震儀主要用於地震監測和地球物理研究。人工地震儀用於記錄人工爆炸或其他可控震源激發的震波,在地震勘探和水文地質、工程地質等領域使用,以獲得包括岩石類型等在內的區域和局部構造的詳細資料。按照不同用途分為石油勘探地震儀、工程淺層地震儀,以及用在地震工程中的強震儀等。
磁法勘探儀器是測量磁場強度和磁性參數的儀器。根據磁測數據,可以劃分岩性,發現和追蹤斷裂構造,研究基底構造,居里點深度界面以上磁性變化及其結構形態等。
重力勘探儀器是測定重力加速度的儀器。它以地下岩(礦)石密度差為依據,提供大地測量、地球物理及地質勘探和空間技術所需的重力資料。

9原理

電法勘探儀器是利用自然電場、大地電磁場或人工電流場,測量地殼中岩石、礦石的電磁學性質的時間域或者頻率域響應的儀器。測取頻域特性的有各種電阻率儀、頻率測深儀等。時間域儀器測取大地的自由響應特性,各種瞬變電磁儀以此為依據。地質雷達及無線電波透視儀也可用來研究地質情況;地電化學探測儀是將電法與化探相結合的儀器。
核法勘探儀器是測量地殼內放射性元素輻射的或通過人工激發由非放射性元素輻射的射線的儀器。可以用來查找放射性礦床及其共生的金屬礦床,尋找油氣圈閉構造、基岩裂隙水,以及地質填圖,在工程中探查隱伏斷裂等。常用儀器有α和γ輻射儀、能譜儀、射氣儀、X 射線熒光分析儀、熱釋光劑量儀、徑跡掃描儀以及室內樣品分析用的各种放射性測量儀器(見核法勘探儀器)。
鑽探機是在掩蓋地區(包括水下)為取得實物,必須使用鑽機,鑽機按深度、鑽孔口徑、鑽進方法、沖洗液種類等劃分有多種類型。

10方法

勘探地球物理測井儀器是運用物理學原理和方法,沿鑽孔(鑽井)剖面測量岩石的物性參數的儀器。按所利用的岩石物理性質不同,分為電法測井儀器、磁法測井儀器、聲波測井儀器、放射性測井儀器、熱測井儀器和重力測井儀器等。根據所測各種地質參數,可劃分鑽井剖面的岩性,評價(油)氣、水層,發現礦藏,確定礦層含量、品位,研究地質構造、沉積環境以及檢查井下技術狀況等。
③用於研究地球演變過程或地質事件年齡的儀器。根據放射性同位素衰變原理而建立的同位素地質年代測定法,以及通過測定穩定同位素的比例來確定岩石或礦石中某些成分的來源的方法。所使用的儀器有各種超高真空、高精度的質譜儀和離子探針,以及製備樣品所需設備。用於地質年齡測定的還有裂變徑跡法和熱釋光劑量法所用的儀器,包括顯微鏡、自動圖像儀、熱釋光劑量儀等。
地質儀器

11磁化歷史

測定岩石的天然剩餘磁性,分析它們的磁化歷史,可以研究大陸漂移、海底擴張、確定岩石年齡、研究岩石地質史等。測量岩石剩餘磁性的儀器有無定向磁力儀、旋轉磁力儀、超導磁力儀及相應的退磁設備等。高溫高壓實驗設備是為地球的起源及演化理論模式等問題提供科學實驗數據的重要工具,用來進行地殼和地幔中岩漿岩類及其礦床成因模式的實驗研究,地球深部物性、相變和相互關係的實驗研究,變質作用及交代作用的實驗研究等。

12高溫高壓設備

常用的高溫高壓設備如熱液反應裝置,可在500℃以下,0.1吉帕壓力下工作;冷封口式高溫高壓水熱設備,可在1050℃、1吉帕壓力的狀況下工作。金剛石壓砧高壓裝置,利用強爆炸方式,能在瞬間提供相當於地幔到地核的壓力:1000℃,25吉帕或25℃,172吉帕(見實驗岩石學)。
除以上幾方面外,地質工作所需的儀器還包括:海洋地質調查需用的導航、定位、測深設備;觀察地球自轉、極運動等用的甚長基線射電干涉儀;進行各種模擬實驗的儀器設備以及水文地質工程地質需用的靜力觸探儀、測檢儀、地下管道探測儀等。

13儀器

[BOD/COD測試儀] [PH計]
[PH計/酸度計] [X射線探傷儀]
[氨氮測定儀] [包裝檢測儀器] [比重計]
[玻璃溫度計] [材料分析儀]
[測高儀] [測厚儀] [測距儀] [測力感測器] [測量儀] [測溫儀]
[測振儀] [差壓表] [差壓感測器]
[長度測量儀] [超聲波測厚儀]
[超聲波測距儀] [超聲波流量計]
[超聲波探傷儀] [超聲波物位計]
[衝擊感測器] [感測器] [磁場強度感測器] [磁粉探傷儀]
[粗糙度儀] [打樣機] [導電錶]
[地質儀器] [電錶]
[電參數綜合測量儀] [電導式物位計]
[電導式物位儀錶]
[電導儀] [電度表] [電工儀錶]
[電化學工作站] [電火花檢測儀]
[電解質分析儀] [電纜故障定位儀] [電力分析記錄儀] [電力計]
[電力監控儀] [電力儀錶] [電泳儀]
[電子測量儀器] [電子光學儀器]
[電子順磁共振波譜儀] [電子天平] [電子儀錶]
[電阻測試儀] [電阻應變儀] [定氮儀]
[多參數測試儀] [多功能顯微鏡]
[多路溫控器] [二次離子質譜儀]
[反射儀] [防爆壓力表] [非接觸式溫度計] [分光光度計]
[分光儀] [分析天平] [分析儀] [分析儀器]
[粉碎設備] [風速計] [伏安儀] [浮力式液位計] [浮球液位計]
[輻射高溫計] [付里葉變換拉曼光譜儀] [功率表] [光學高溫計]
[光學顯微鏡] [光柵光譜儀] [氦質譜檢漏儀] [核磁共振波譜儀]
[烘箱表] [紅外測溫儀] [紅外光譜儀] [紅外碳硫分析儀]
[化工儀錶] [火焰光度計] [機械計數器] [激光干涉儀]
[極譜儀] [計時器] [計數器] [甲醛測定儀] [建築儀器]
[金屬元素分析儀] [近紅外光譜儀] [流體轉速儀器]
[鹵素分析儀] [密度計] [能譜儀] [捏譜儀] [濃縮儀] [頻率計]
[其它儀錶] [氣體(報警)檢測儀器] [氣象儀器]
[氣質聯用儀] [熱電偶] [熱膨脹儀] [掃頻儀] [燒蝕厚度感測器]
[聲級計] [數顯儀錶] [水銀表] [酸度計] [探傷機] [碳氫儀]
[塗層測厚儀] [推拉力計] [微波式物位計] [溫度感測器]
[溫度計] [溫度記錄儀] [溫濕度計] [溫濕度記錄儀]
[污水採樣器] [無機質譜儀] [線速表] [橡塑儀器] [校檢儀錶]
[壓力表] [壓力計] [氧分析儀] [藥物檢測儀器] [液位計] [音量計]
[印刷檢測儀器] [影像測量儀] [硬度感測器] [硬度計]
[造紙檢測儀器] [雜訊感測器] [雜訊計] [噪音分析儀]
[照度計] [真空感測器] [振動阻尼式物位計]
[直視式物位計] [軸承檢測] [轉換器] [轉速表]

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