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物探实习指导书
中国地质大学(武汉)地球物理学专业
北戴河教学实习指导书
地球物理与空间信息学院
2010年6月
目录
第一章教学实习目的和要求1
第二章各方法教学实习大纲2
一、重力勘探实习大纲23
二、磁法勘探实习大纲3
三、电法勘探实习大纲5
四、地震勘探实习大纲7
第三章重力勘探实习指导书9
一、重力勘探技术设计9
二、重力勘探的野外施工13
三、重力资料整理与解释19
四、重力附件1:
扇形柱重力地形改正表(20米~700米)…………….23
五、重力附件2:
CG-5重力仪操作简要手册…………………………….28
第四章磁法勘探实习指导书379
一、原理、投入磁法工作的前提条件37
二、磁法在工程勘察中的应用37
三、磁测工作精度及技术要求38
四、测区、比较尺、测网密度38
五、仪器性能检测38
六、日变观测及校正点39
七、测点定位40
八、磁测质量检查评价40
九、探头高度选择原则41
十、磁测总精度的误差分配41
十一、现场记录41
十二、磁异常处理解释42
十三、磁法勘察工作报告中的主要图件42
第五章电法勘探实习指导书44
一、电法勘探的工作设计44
二、测网布置45
三、技术参数的选择47
四、电法野外作业技术49
五、系统检查观测的精度56
六、电法资料的整理和图示57
七、电法资料的解释推断60
第六章地震勘探实习指导书62
一、浅层地震外业工作62
二、地震勘探的野外观测系统64
三、浅层地震初至折射波法的内业工作流程和要求68
四、激发与接收……………………………………………………………….69
五、外业工作的注意事项………………………………………………70
第七章实习报告编写与考核71
第八章实习纪律及有关规定74
一、实习指导教师及职责74
二、对参加实习的学生要求75
三、实习质量的监督检查75
第一章教学实习目的和要求
实习是教学过程中极为重要的实践性教学环节。
通常可将实习分为专业教学实习和生产实习(或毕业实习)。
为了拓宽学生知识面、提高实际工作能力,适应市场经济发展的需要,特安排专业教学实习,将重磁、电法、地震各方法与野外地质条件和工程任务相结合,进行专业教学实习。
本大纲适用于地球物理学专业的本科学生。
本实习大纲中的重力、磁法、电法、地震四种实习方法的相关内容在多年实习的基础上由沈博、王传雷、李振宇、许顺芳老师分别修改编写,经院领导和地球物理系领导审定。
一、实习目的
1、巩固校内理论教学成果,通过专业实践,为进一步学习各种物探方法打好基础。
2、培养学生的动手能力、分析和解决野外实际问题的能力,并在综合分析问题方面得到初步训练。
3、培养学生树立实事求是、严肃认真的科学态度和勇于探索、不畏艰苦的工作作风。
4、使学生的独立思考能力、文字表达能力和口头表达能力得到训练和培养。
5、培养学生组织和管理生产的能力。
二、实习要求
1、初步掌握重、磁、电、震等物探方法在野外施工各个环节的基本工作过程和相关的技术要求。
2、能熟练地操作各类专业仪器,切实掌握仪器及保证仪器安全的主要措施。
3、掌握各方法的工作设计、资料整理、图件绘制、推断解释和报告编写,要求每人能独立完成各方法实习报告。
三、实习时间、地点
野外实习4周(秦皇岛),资料整理、编写报告1周(校内)
具体安排如下表:
2010年地球物理专业教学实习安排
时间
内容
地点
教员
6.23-7.5
进站备课
秦皇岛
7.6-8.2
野外实习指导
秦皇岛
8.3
经北京返汉
9.6-9.13
指导学生编写报告
校内
学生
7.4-7.5
学生实习站报到
秦皇岛
7.6-8.2
野外实习
秦皇岛
8.3
就地放假
秦皇岛
9.6-9.12,13号交报告
实习报告编写
校内
(注:
受课堂教学安排的影响,上述安排可能会有变化)
四、实习方式
1、室内教学与野外施工相结合;
2、仪器操作、物探数据采集、资料处理与资料解释相结合;
3、教学实习的全过程与报告编写相结合;
五、集中讲课和学术报告安排
1、刘爱民:
北戴河实习站及周边情况介绍
2、李永涛:
2010年地球物理教学实习安排及有关事项
3、杨宇山:
Surfer、Grapher绘图软件应用
4、黄宝春:
(学术报告,题目待定)
(适当安排)
第二章各方法教学实习大纲
一、重力勘探实习大纲
1、实习目的
通过实习使每个同学都能通过理论和实践的结合,掌握重力勘探野外工作的各个环节,包括工作设计、仪器操作、野外观测、资料整理、异常解释及实习报告编写。
要求每个同学端正学习态度,严格遵守实习期间的各项规定,确保人员及仪器设备安全,圆满完成实习任务。
2、实习内容
在选定的工区上,每个学生以工作人员的身份,参加重力勘探生产的全部过程,即从技术设计、野外施工、室内资料整理、成果图示、初步解释到最后写出实习报告。
2010年北戴河重力勘探教学实习时间安排表
时间
第一组
第二组
第三组
第四组
第五组
第六组
第一天
上午
上课:
1)工区地质、地球物理简介
2)重力勘探技术设计与野外施工方法
下午
练习重力仪操作
水准测量练习
晚上
上课:
3)讨论并制定工区重力勘探技术方案
4)近区、中区地形改正方法技术(学与练)
第二天
上午
水准测量练习
练习重力仪操作
下午
LCR重力仪操作考核、CG-5重力仪操作强化练习
晚上
中区地形改正读图计算、野外施工准备
第三天
上午
野外重力观测、近区地改
测网布置、野外水准测量、
密度标本采集
下午
晚上
重力资料整理
测量资料整理、密度测定
第四天
上午
测网布置、野外水准测量、
密度标本采集
野外重力观测、近区地改
下午
晚上
测量资料整理、密度测定
重力资料整理
第五天
上午
野外补测;各小组重力、测量、密度资料统一整理与交换
下午
上课:
5)布格重力异常计算与图示
6)布格重力异常处理与解释
晚上
地球物理学术报告会(校内外专家、学者)
第六天
上午
布格重力异常计算、绘图、初步处理与解释,报告准备
下午
重力勘探实习成果报告及讨论会、阶段小结
晚上
提交本大组工作成果,下一轮分组及工作安排
第七天
全天
雨天机动时间
各小组工作任务:
1、40个普通点重力测量(含5-8个检查点)
2、40个普通点水准测量,闭合差满足要求
3、40个普通点0-20米近区地改测量(含5-8个检查点)
4、20个普通点20-700米中区地改,并完成4个检查点
5、完成上述1~4项工作的资料整理,并与其他小组进行资料交换
6、小组间合作完成重力、水准、地改的精度统计
7、小组间合作确定用于布格重力异常计算的各种数据,并完成异常计算及精度评价
8、大组长负责协调各小组之间的关系,并整理、提交本大组工作成果
二、磁法勘探实习大纲
1、实习目的
通过专业教学实习让每位同学都了解和尽可能掌握磁法勘探野外工作的各个环节,包括工作设计、仪器操作、数据采集、资料整理、地质解释及报告编写。
因此要求每个同学端正实习态度,严格遵守实习期间的各项规定,确保人员及仪器设备安全,圆满完成实习任务。
2、实习内容
在选定的工区上,每个学生以工作人员的身份,参加磁法勘探生产的全部过程,即从技术设计、野外施工、室内资料整理、成果图示、初步解释到最后写出实习报告。
磁法勘探野外实习教学内容及安排表
日期
时间
教学内容
第一天
上午
测区地质地球物理概况介绍与实习任务下达(上课)
下午
磁力仪操作训练及仪器性能检查/工作设计讨论制定(分组进行)
第二天
上午
磁力仪操作训练及仪器性能检查/工作设计讨论制定(分组进行)
下午
分组汇报工作设计并根据实习任务讨论确定本轮的工作设计
第三天
上午
浅地表UXO磁法探测数据采集(工程物探)
下午
讲课(资料整理及图示),仪器操作练习
第四天
全天
辉绿岩岩体磁法调查数据采集(资源地质调查)
第五天
全天
磁测资料整理及图示
第六天
上午
磁法专业教学实习报告编写(上课),实习资料汇总
下午
磁法专业教学实习总结交流
第七天
全天
机动
三、电法勘探实习大纲
(一)、实习目的与要求
1、实习目的
通过实习将所学的电法理论与实际工作相结合,巩固和加深对课堂理论知识的理解,掌握电法勘探野外工作的各个环节,其中包括工作设计、电法仪器操作、数据采集、资料整理、资料处理和反演、地质解释及报告编写等。
初步进行野外工作的基本训练,培养学生刻苦求实的工作作风和实际动手能力,以及综合分析与解决实际问题的能力,并使学生的组织生产和管理生产的能力得到初步的训练。
2、基本要求
1)学会熟练地使用和维护电法仪器和设备。
以实习小组为单位,完成工区一部分物理点的测量工作,培养学生实际操作技能。
2)学习和掌握多种电法分支方法的野外基本工作方法和技术,并能处理野外出现的一般故障问题。
3)结合实际工区的资料,初步了解电法工作设计的原则和方法。
4)学习并掌握电法野外资料的一般整理、处理和反演、图示方法。
5)根据工区实际地质条件和实测的物探资料,编写实习报告,初步掌握物探资料解释方法和电法成果报告的编写方法,培养学生综合分析和表达能力。
(二)实习内容
1、了解工区地质、岩石的电性及地球物理概况;
2、电法工作设计书的编写原则和实习工区设计书;
3、熟悉常规电法仪器和装备的工作原理、性能,仪器操作及测量技术;
3、野外施工中所用电法各分支方法的工作方法和技术问题(如测站的布置、导线的敷设、电极的埋置等);
4、保证工作精度的措施和观测数据的质量评价方法;
5、电法资料的整理、处理及图示方法;
6、电法资料的反演与解释;
7、编写电法成果报告的原则和方法。
电法勘探野外实习教学内容安排表
日期
时间
教学内容
第一天
上午
实习队介绍测区地质地球物理条件与实习总体安排
下午
讲课:
电法工作方法与电法仪器装备,检查仪器装备
第二天
上午
野外电法数据采集实践
(1)
下午
整理测量资料
第三天
上午
野外电法数据采集实践
(2)
下午
整理测量资料
第四天
上午
野外电法数据采集实践(3)
下午
整理测量资料
第五天
上午
讲课:
资料整理与解释
下午
资料的处理与反演
第六天
上午
资料的处理与反演
下午
整理电法资料
第七天
全天
机动
四、地震勘探实习大纲
(一)实习目的
通过实习将所学的理论与实际工作相结合,巩固和加深对课堂理论知识的理解,掌握地震勘探野外工作的各个环节,其中包括工作设计、地震仪器操作、数据采集、资料整理、资料处理、地质解释及报告编写等。
初步进行野外工作的基本训练,培养学生刻苦求实的工作作风和实际动手能力,以及综合分析与解决实际问题的能力,并使学生的组织生产和管理生产的能力得到初步的训练。
(二)基本要求
1、学会熟练地使用和维护地震仪器和装备。
以实习小组为单位,完成工区一部分物理点的测量工作,培养学生实际操作技能。
2、学习和掌握多种地震分支方法的野外基本工作方法和技术,并能处理野外出现的一般故障问题。
3、结合实际工区的资料,初步了解地震工作设计的原则和方法。
4、学习并掌握地震野外资料的一般整理、处理和反演、图示方法。
5、根据工区实际地质条件和实测的物探资料,编写实习报告,初步掌握物探资料的解释方法和地震成果报告的编写方法,培养学生综合分析和表达能力。
6、培养学生理论联系实际、实事求是的作风,严肃认真的态度和不怕困难、艰苦奋斗的精神。
(三)实习内容
1、了解工区地质、地球物理概况;
2、浅层地震仪原理、操作步骤和维护方法;
3、测线布置及观测系统设计;
4、浅层地震折射波野外采集技术;
a、激发和接收条件试验;
b、相遇追逐时距曲线资料的采集。
5、浅层地震反射波野外采集技术;
a、干扰波调查;
b、最佳窗口接收参数的选择;
c、.简单连续观测系统的设计和单次反射资料的采集;
d、多次覆盖观测系统的设计和野外资料采集方法示范。
6、浅层地震折射和反射资料的整理、初步处理和解释;
7、三维地震资料的解释。
(四)实习日程安排
地震勘探野外实习教学内容安排表
日期
时间
教学内容
第一天
上午
折射波法野外工作方法讲课(仪器介绍、操作方法)
下午
仪器一致性检查、试验、
第二天
上午
折射波法野外工作方法讲课
下午
浅层反射波法野外工作方法和多次覆盖观测系统设计讲课
第三天
全天
折射资料野外采集/三维地震资料的解释(分大组进行)
第四天
全天
折射资料野外采集/三维地震资料的解释(分大组进行)
第五天
全天
反射波资料采集/三维地震资料的解释(分大组进行)
第六天
全天
反射波资料采集/三维地震资料的解释(分大组进行)
第七天
全天
机动
第三章重力勘探实习指导书
一、重力勘探技术设计
(一)重力勘探的地质任务
本次重力勘探实习的地质任务是对河北省抚宁县柳江盆地东南边沿断裂构造及岩浆岩分布进行初步调查,实习工区选在石门寨南部的刘家河——卞庄一带。
地质资料显示,实习工区内的地层分布,大致以NEE走向的平山-南林子-南刁部落逆断层(断裂带)为界,南部出露地层以元古界混合花岗岩为主,属区域变质岩;,混合花岗岩中存在燕山期辉绿岩脉,走向与断裂带基本一致,属浅层基性侵入型岩浆岩。
平山-南林子-南刁部落断裂带以北是柳江盆地,亦称柳江复向斜。
该向斜核部位于工区西北,枢纽为南北走向,平面形态呈箱形;两翼地层倾角较大,南缘快速仰起,以上古生界地层为主;盆地东部地层以寒武、奥陶等下古生界为主,边缘地带有少量上元古界青白口系地层出露,沉积层厚度小于盆地西部;工区内的第四系沉积物主要分布于河谷等局部地段,厚度不大。
从地层岩石的岩性及其密度来看,断裂以北的下古生界和青白口系以碳酸盐组合为主,密度略大于南部作为基底的元古界混合花岗岩,密度差约0.1g/cm3,混合花岗岩内部与断裂构造有关的燕山期辉绿岩的密度则明显大于前二者,密度差约0.3g/cm3。
可见,在该地区开展重力勘探的物理前提是具备的。
对平山-南林子-南刁部落断裂带的研究,对该地区地质构造和演化的认识得提高,及柳江盆地煤炭资源评价与开发有重要意义。
其次,下古生界石灰岩地层以及花岗岩、辉绿岩等,都是可开发利用的建材资源或原料,查明其分布范围和可开发储量对地方经济建设和长期发展具有举足轻重的价值。
由于现有地质资料对区内构造和岩浆岩分布等信息的揭露不够充分和详细,不同资料的描述还存在一定差异,而使得本次重力勘探实习任务具有了重要意义。
(二)工作比例尺及测网确定
1、设计原则
比例尺的大小反映了对测区研究对象或异常体研究的精细程度,通常根据地质任务、规模及异常特征来确定。
一般以不漏掉最小勘查对象所引起的异常为准则。
进行面积性勘探时至少有一条测线穿过异常体,即线距不能大于异常的水平延伸。
测线的方向应垂直与已知异常或勘查对象的走向,尽量与已有的其它物探剖面重合或者平行,并兼顾到布点、施工的方便。
选取测区时要使研究对象位于测区中央,使周围有足够范围的正常场,以确保异常的完整性,并尽可能包括已知区。
对于一般的小范围测量,测区的形状尽可能规则,如采用矩形测网,测点均匀地分布在测区内,在已知的勘查对象上方测点可适当加密。
测网一般由相互平行的等间距测线和测线上等间距分布的测点组成,称为规则测网;用线距和点距的乘积表示测网的密度。
重力勘探规范所给出的中小比例尺设计的测网和相应的布格重力异常精度如表3-1(适用于平原-丘陵地区),可供设计参考。
中小比例尺重力勘探的测网设计表3-1
比例尺
测线距(米)
测点距(米)
布格异常精度
1︰50000
500
100~250
400微伽
1︰25000
250
50~100
200微伽
1︰10000
100
20~50
80微伽
1︰5000
50
10~25
40微伽
1︰2500
25
5~10
20微伽
2、实习工作设计
针对柳江盆地东南边沿断裂构造及岩浆岩分布进行初步调查这一地质任务要求,同时考虑到实习装备条件及工作量适当等因素,本次重力勘探实习拟采用剖面重力测量方式进行。
因此,工作比例尺及测网确定的主要内容是测线位置、点距及异常总精度的设计。
根据相关地质、地球物理资料,工区内局部重力异常主要由平山-南林子-南刁部落断裂带南北地层密度差、第四系沉积物分布的不均匀性和断裂带南部混合花岗岩与穿插其间的燕山期辉绿岩脉密度差等三个因素决定;前二者引起的重力异常约为0.5~1.0毫伽,后者难以估计,可能在1毫伽以上。
另外,由全国布格重力异常图可知,工区位于一大规模东西走向的重力梯级带之上,该梯级带应由深部因素(Moho面起伏)引起,在测区中形成了由南向北均匀降低的趋势背景,水平重力梯度值约为1毫伽/Km。
根据地质任务要求、重力勘探规程、可能的异常规模,以及工区地表施工条件等,提出以下初步设计意见,供同学们制定设计方案时参考。
1)设计勘探剖面1条,可于刘家河——卞庄、侯庄一线,沿乡村道路布设路线剖面;测线位置及长度的设计主要考虑局部异常的完整性、所经地质构造及地质体的代表性、尽可能使测线垂直于构造方向(约为NE60-70°)、施工方便等。
2)剖面参考长度3~4Km左右,参考点距10~50米。
3)布格重力异常总精度设计为0.05毫伽左右,并根据误差分配公式确定重力观测精度、各项校正精度以及测点点位和高程测量精度。
4)测线敷设采用地形图定位,罗盘确定方向,测绳测距确定测点位置,地面水准闭合测量确定测点高程的施工方式。
5)近区地形改正使用简易地改仪在野外完成;中区地形改正基于1︰10000地形图,使用扇形域方法改正至500~1000m,远区可从略。
6)重力测量在工区选定一个基点,采用相对测量方法;异常计算和解释所需的密度参数根据实地采集的标本测定结果确定。
7)由对所获得的布格重力异常资料的处理、解释和推断解释,以获得对工区地下地质构造、地层及岩体分布等信息。
成果图比例尺1︰10000或1︰5000。
(三)仪器设备
重力仪分为相对重力仪和绝对重力仪,用于重力勘查工作中的重力仪,一般都是指相对重力仪。
本次实习的LCR金属弹簧重力仪,就是相对重力仪;由两个最基本部分组成:
一是基于静力平衡原理的弹性系统,又称作灵敏系统,用来感受平衡系统的微小变化;二是测读机构,用来观测弹性系统中平衡体的微小变化,并进行重力补偿,用水平零点读数法测量出重力变化值。
LCR陆地重力仪主要有G型(大地型)和D型(勘探型)两种,其主要性能指标及使用中需要注意的技术参数区别见表3-2。
LaCoste-RombergG型和D型重力仪主要性能对比表表3-2
主要性能指标
LCR-G型重力仪
LCR-D型重力仪
计数器范围
0——7000格
0——2000格
格值变化范围
0.9~1.1毫伽/格
0.09~0.12毫伽/格
格值分段
100格
100格
直接测量范围
约7000毫伽
约200毫伽
最小读数分划
约10微伽
约1微伽
零位变化
约3毫伽/月
约3毫伽/月
光学灵敏度
调至10格/毫伽左右(1圈)
调至10格/毫伽左右(10圈)
典型测量精度(当日闭合)
10~20微伽
10微伽左右
读数线位置
G-929读数线位置3.0
D-159读数线位置2.5
读数记录位
整数4位,小数3位
整数4位,小数2位
读数方式
G-929光学读数
D-159光学读数、电子读数
注意:
重力仪的核心部分为手工制作的机械装置,受材料、工艺、人员技术等影响,一般每台仪器的性能指标之间都存在一定差异,是正常的。
要注意几个常用的概念:
1、灵敏度:
一定重力变化所能引起平衡体偏角的大小称为角灵敏度,偏角越大,说明仪器的灵敏度越高。
由于平衡体偏角的变化可以用刻度片上指示丝的位移表示,故重力仪的灵敏度也可用位移灵敏度衡量。
2、零点读数法:
选取平衡体的某一位置作为测量重力变化的起始位置,即零点位置;观察到重力变化后,用重力补偿方法将平衡体再调回零点位置;微测器上前后两个读数的差值反映了重力补偿值,即重力变化。
当零点位置选定为水平位置时,零点读数法称作水平零点读数法。
3、零点漂移:
重力仪的弹性元件在长期受力情况下会产生弹性疲劳,并持续发生蠕变,使弹性元件随时间推移产生极其微小的永久形变;这一性变导致得重力仪读数的长期持续变化称为重力仪的零点漂移。
(四)布格重力异常的误差计算方法
布格重力异常精度的高低由重力观测误差和异常计算中各项校正误差决定。
其中,影响重力观测精度的因素主要是仪器测读误差、格值误差、非线性零位漂移误差、理论固体潮校正误差、基点网误差等,一般根据检查观测资料,由统计计算获得重力观测精度。
布格重力异常计算中各项校正误差的确定方法是:
1、地形校正
根据重力勘探的地质任务和施工条件,地形校正分为近区、中区、远区进行,不同工区条件或不同施工设计者可以作出不同的地形校正工作设计。
一般近区地形校正采用简易地改仪或人工目测进行,改正范围20~50米,由一定比例的抽查统计确定近区地形校正精度。
中区地改范围通常从近区改正范围至1000米或2000米,远区地改范围通常达到10Km以上,采用电算或人工读图计算。
地形校正总精度按照各区的改正误差由下式计算:
2、纬度校正
目的是消除因测点纬度不同而导致的正常重力变化。
对于中小测区,可根据正常重力公式得到纬度校正公式:
式中:
为纬度校正值(单位mGal),
为测区平均地理纬度,Δx为测点南北向坐标与总基点南北向坐标的差值(单位Km)。
若将纬度校正值的误差认作完全由测点南北向坐标测量误差决定,则纬度校正误差写作:
式中:
为纬度校正精度,
为测点南北向坐标测量精度。
3、布格校正
为消除因测点高程及布格层厚度不同而导致的重力变化,用下式计算布格校正值:
式中:
为布格校正值(单位mGal),σ为中间层校正密度(单位g/cc),∆h为测点与总基点之间的高程差(单位m)。
若将布格校正值的误差认作完全由测点与总基点之间的高程差的测量误差决定,则布格校正误差写作:
式中:
为高程测量精度;
为布格校正精度。
4、布格重力异常总精度
根据独立误差合成原理,布格重力异常总精度用下式计算:
当根据地质任务确定布格重力异常总精度之后,在进行各项误差的分配时,应充分考虑仪器性能,测区地形,野外和室内工作方法的应用、道路交通状况等实际条件,合理分配各项误差,在保证布格重力异常总精度满足设计要求的前提下,达到提高工作效率、降低施工成本的目的。
希望同学们认真思考、讨论,确定较完善的设计方案。
(五)误差分配
当布格重力异常总精度确定之后,根据所使用的重力仪的性能、野外工作方法、工区地形条件、测地工作精度等,来合理地对重力观测精度及各项校正的误差进行分配。
在满足布格重力异常总精度的前提下,通过反复调整使得所设计的各项精度都比较容易实现;
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- 物探 实习 指导书