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電法勘探儀器

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電法勘探中測量岩石,礦石的電學性質差異值的儀器的總稱。簡稱電法儀器。用於尋找金屬礦床與非金屬礦床、勘查地下水、能源資源,以及研究地質構造等。電法儀器的性能主要包括:溫度穩定性(正常工作的溫度範圍為-20~60℃)、濕度穩定性(工作環境的相對濕度可達95~98%)、防塵性能和抗震性;高分辨力、高靈敏度;極強的抗干擾能力;測試的動態範圍大;能源消耗少;裝置的重量輕等。 電法儀器一般由場源和接收測量兩大部分構成。場源多數是人工建立的,由儀器的供電部分或發送部分產生,少數是用天然場。儀器可分為3大類。

1 電法勘探儀器 -定義

電法勘探中測量岩石,礦石的電學性質差異值的儀器的總稱。簡稱電法儀器。用於尋找金屬礦床與非金屬礦床、勘查地下水、能源資源,以及研究地質構造等。

2 電法勘探儀器 -性能 

電法儀器需要有較高的技術性能和使用性能。主要包括:

1、溫度穩定性(正常工作的溫度範圍為-20~60℃)、

2、濕度穩定性(工作環境的相對濕度可達95~98%)、

3、防塵性能和抗震性;

4、高分辨力、高靈敏度;

5、極強的抗干擾能力;

6、測試的動態範圍大;

7、能源消耗少;

8、裝置的重量輕 

3 電法勘探儀器 -結構組成

電法儀器一般由場源和接收測量兩大部分構成。場源多數是人工建立的,由儀器的供電部分或發送部分產生,少數是用天然場。由於電法勘探的探測方法及分支方法多達數十種,因此,電法儀器的名稱及種類也很多。分類上一直沒有統一的準則,根據儀器所採用的測量技術及工作程式,可將電法儀器歸為直流電法儀、頻率域電法儀及時間域電法儀3大類。 

4 電法勘探儀器 -儀器種類

直流電法儀主要包括用於直流電阻率法,直流充電法和自然電場法的儀器。
為了在地下建立起足夠強的電流場,直流電法儀的供電部分常採用乾電池組或帶整流、濾波部件的交流發電機電源裝置,通過電纜送至相應的接地供電電極,將電流供入大地。原理 利用天然場源的自然電場法僅需測兩測量電極間的電位差(ΔUMN),其他方法都要求所使用的儀器既能測ΔUMN,又能測供電電流I的大小。為減少測量誤差,一般是用測ΔUMN的同一電位差儀測量串接在供電迴路中的取樣電阻上的電壓降的方法求出電流I的數值。因此,直流電法儀的測量部分,本質上就是一種直流電位差測量儀。不過,在儀器部件的構成方面,比一般的電位差儀多了一個極化補償器。這部分的作用是產生連續可變的某一直流電壓,並將它串接在測量迴路中,以補償未向大地供電前測量電極間存在的電位差(極差)。直流電法儀現時採用的多為靈敏度較高(μV級),輸入電阻較高 (101~103MΩ),能自動跟蹤極差變化的高性能直流數字式電壓表。作為直流電法儀的測量感測器主要有金屬(銅、不鏽鋼)電極和不極化電極兩種。
  
頻率域電法儀包括用於頻率域電磁法(包括地質雷達)和頻率域(頻譜)激電法的各種儀器。這類儀器之所以冠以「頻率域」之稱,主要是由於這類儀器的發送器能提供不同頻率的諧變電磁場源,同時,測量部分所測量的是大地在這類諧變電磁場作用下所產生的各種電磁響應或電化學響應的頻譜物性。頻率域電法儀使用的工作頻率範圍很寬,為10-3~108赫茲。由於探測任務及選用的方法不同,具體使用的工作頻率範圍也有不同。常用的有4個範圍:超低頻段──數赫茲以下,最低可達10-4赫茲,主要用於大地電磁法MT;低頻(或音頻)段──10~104赫茲,用於多種常規電磁法;甚低頻(VLF)段──104~3×104赫茲;射頻段──106~108赫茲,主要用於電波法和地質雷達。
原理 這類儀器的發送器主要由多頻正弦波發生器,功率放大器及輸出裝置組成。當需要建立傳導電流場時,發送器的輸出裝置同接地供電電極連接。若要以感應方式建立交變電磁場,發送器的輸出就應同發送線圈(或回線)連接。為了儘可能多地得到大地電磁(電化學)響應的各種信息,頻率域電磁法和激電法要求相應的儀器能觀測多種電磁或電化學響應的要素,例如:空間不同方向的電磁分量的振幅譜(EXEYHXHYHZ與頻率f的關係)和相位譜(嗘EX,嗘EY,嗘HX,嗘HY,嗘EZf 的關係);或它們的實分量譜和虛分量譜;電磁場橢圓極化的各要素;電磁場各空間分量和時間分量間的相互關係等。儘管要測的參數既有標量,又有矢量和張量,有的要進行多道測量,但儀器的接收測量部分都具有大致相同的基本工作模式或結構組成,即測量感測器(測量電極,感應線圈或其他交變磁場感測器)把待測的物理量轉變成電壓, 然後將它送至測量放大部分進行頻譜分析,以獲得所需的各種參數的頻譜。最後,將這些數據以不同的方式顯示或記錄下來,或者存入存儲器,待計算機對這些數據進行各種解釋和處理。為了對被測信號進行頻譜分析,在採用人工場源進行工作時,都以發送電流為參考基準。發送和接收間的同步方式有有線同步、無線同步和石英鐘同步 3種。而當採用天然場源進行工作時,常用一個或數個遠參考站同步方式(例如大地電磁法MT所用)或以電磁場某一分量作為參考基準(甚低頻 VLF法所用)。頻率域電法儀的數據顯示,記錄或存儲方式分別有模擬量顯示、數字量顯示、監示器監測、磁帶記錄、磁碟存儲、半導體固態存儲、印表機輸出等。
 
時間域電法儀 
包括用於時間域激電法和時間域電磁法(或稱瞬變電磁法)的各種儀器。這類儀器的工作程序大抵如下:發送器將其產生的各種時變函數信號,即各種時變波形的電流,通過供電電極或者線圈去激發大地或準備研究的目的物。原理 儀器的接收測量部分在一次場不存在時,即發送電流停止工作的時段內,將測量電極或感應線圈,及其他類似的磁場感測器所接收到的大地或目的物的瞬變響應(常以衰變電壓的形式出現)傳送至寬頻帶測量放大器進行放大和處理,最後顯示、記錄或者存入存儲器。時間域電法儀是採用分時、順序方式進行工作的,即激發時,不進行測量,停止激發時,測量工作開始,直至下一次激發到來之前為止,並如此循環工作。瞬變電磁儀所使用的時變電流的重複頻率通常為數赫茲至數十赫茲。測量所佔用的時間間隔為數毫秒至數百毫秒。時間域激電儀所使用的時變電流的重複周期常為數秒至數十秒。時間域電法儀對瞬變(衰變)響應的測試和記錄並不是連續的,而是按照一定的時間間隔進行離散採樣。一般,激電儀的採樣間隔較寬,採樣的數目較少,並且起始採樣的時間亦較晚。而瞬變電磁儀則不同,它的起始採樣時間很早(約n×101微秒),採集的樣品數目較多(可達數十個),採樣的時間間隔也較窄。儀器工作時所用的同步方式多為石英鐘同步。當對測量精度要求不很高時,也可用發送電流停止工作時的脈衝信號進行同步。
與頻率域電法儀相比,時間域電法儀對測量技術的要求更高,更複雜。這主要反映在:要求整個測試系統具備有高精度、高穩定度的時間基準;要求在數毫秒的時間範圍內,不失真地放大幅度變化範圍為105~106倍的電信號;在寬頻放大的前提下提取強雜訊背景下的微弱信號;發送器瞬時最大發送電流需達數十安培至 100~200安培。
  

5 電法勘探儀器 -發展方向

電法儀器今後可能會沿著兩個截然相反的方向發展。一是全能的、集數據採集、處理和自動解釋為一身的大系統;一是小、巧、優的智能化專用儀器。
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