激电中梯技术要求.docx
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激电中梯技术要求
激电中梯剖面测量技术要求
1.技术设计
1.1 装置
中间梯度装置在选择AB、MN极距大小时应综合考虑发射机的电流输出能力和接收机与发射机的同步类别,确保一次场ΔU1(或ΔU)足够大(一般应大于10mV)。
中间梯度装置敷设一次供电电极(A、B),可在一个较大的范围内观测,且异常形态简单易于解释常用于普查。
对于中间梯度装置,设计时要注意下述要求:
a)最小AB距应通过对称四极测深试验选择。
在AB距增大时视极化率~AB/2异常曲线变平并不明显增大(对非等比极矩的测深即进入饱和区段)的AB距为发现该测深点下可极化目标异常的“最小AB距”;如果电源功率允许,在观测仪器检测能力允许的条件(即一次场ΔU1(或ΔU)≥10mV)下,AB距可尽量的大一些。
MN距一般应适合关系式:
MN≥(1/50~1/25)AB,还要适应激电中梯想要发现目标体的规模大小,宜让MN距等于测网中的测点距。
激电中梯装置使用大AB距的4个要点:
1)大AB距建立的中间均匀场场区观测面积大,工效高;
2)在均匀大地介质中,大AB距建立的中间均匀场区内水平均匀激发体电流线束是半圆柱体形的,其水平面的中心线与地表AB极连线重合、其半径至少可达0.25AB距。
即至少可激发埋深≤0.25AB距的极化体;
3)激电中梯的AB距大小不是决定视极化率探测深度的关键因素,并不总是存在AB距越大探深越大的正相关关系,AB距大小只是视极化率探深的一个必要因素(即AB距≥“最小AB距”)而不是决定因素;决定激电中梯探深的关键性因素是地下目标极化体的规模大小和它上覆岩(矿)石导电性与激电性的屏蔽强度,也就是地下目标极化体被水平电流(一次场)激发后产生的极化电流(二次场)能否大量有效地穿过它的上覆围岩到达地表被接收机通过MN电极拾取并合格检测出。
4)在其它条件相同时,大AB距建立的中间均匀场区内的电流密度和ΔU1比小AB距中的小,即减小AB距是提高ΔU1的技术手段之一;
用横向中间梯度装置确定矿体走向长度时,允许采用比纵向中间梯度装置有较大的MN极距;
b)观测范围限于装置的中部。
这个范围不应大于AB距的二分之一,最好不大于AB距的三分之一;
c)当测线长度大于(二分之一或三分之一)AB距,需移动AB极完成整条测线的观测时,在相邻观测段间应有2~3个重复观测点;
d)一线供电多线观测时,旁剖面与主剖面间的最大距离,应不超过AB距的六分之一。
1.2方法有效性分析
1.2.1踏勘
主要目的是为了了解工区概况,以确定方法的有效性。
踏勘应包括下列内容:
a)核对地质情况及研究程度、了解并实地核实可供利用的山地工程、各级控制点测绘标志、以前的物化探测网及异常标志等;
b)了解可布测区范围、测线方向和长度;
c)了解工区地形、地貌、通视和交通运输等工作条件;
d)收集(测定)主要岩、矿(包括第四纪盖层)石的极化率和电阻率参数;
e)了解地质和人文干扰因素的种类、强度及分布等情况;
f)采集少量矿样及高极化率的岩石进行分析测试。
初步了解有用矿产的种类、矿石富集程度及与电性参数的关系。
1.2.2现场试验工作
技术试验剖面,应选在地质情况比较清楚且地电断面相对比较简单的地段,并尽可能使其通过天然露头和探矿工程等地质目标区,试验剖面两端须进入地质围岩区。
试验剖面应具有一定的代表性,其条数与长度视工区内地质目标的种类数及其分布特点确定。
在试验剖面上获得的最终探测结果应与实际的地质—电性情况相一致,激电异常段和两侧的激电背景段应清晰明显,否则应在分析查找原因的基础上,有针对性的进行整改、或更换工作参数后重试,直到取得上述试验效果,或作出此工区不宜开展该方法的结论。
现场试验应解决如下问题;
a)了解工区内干扰强度。
在满足ΔU1(或ΔU)大于10mV要求的基础上,使用2种以上、IAB≥1A的电流供电,进行每种IAB的往返观测,统计确定能达到的观测精度、所需的一次场ΔU1(或ΔU)大小、供电电流大小。
此项试验在选定所有施工参数之后,据需要选一条有代表性的(如干扰的)剖面实施。
中梯扫面和测深装置宜使用发电机做电源的大功率仪器系统。
b)了解试验剖面上各种岩(矿)石的极化特性;
c)选择电极距。
能测出明显的异常,能满足所用仪器对一次场ΔU1(或ΔU)幅度的要求;
d)选择供电脉宽。
固定延时为150mS,在异常段及其两侧选择≥15个连续测点改变脉宽做观测试验,以60秒脉宽测到的极化率值做标准极化率值,降低脉宽做观测,找到≥15个连续测点极化率值=(0.65~0.8)倍标准极化率值的最小脉宽作为工作脉宽;双向短脉冲工作方式的最小脉宽应≥5秒;
用长脉宽供电方式工作时,一般取ΔU2达饱和值百分之九十以上的时间为供电脉宽。
e)选择延时(对有延时调节的仪器而言)。
固定供电脉宽为选定值,改变延时为200mS、150mS、100mS等延时进行全剖面观测试验,以200mS延时测到的极化率剖面曲线做标准极化率剖面曲线,降低延时做观测,找到与标准极化率剖面曲线形态几乎一致,且极化率值相对较大的最小延时作为工作延时;最小延时应≥100mS;
1.3 工作精度
1.3.1设计时间域激发极化法工作的总精度时,应主要依据下述两点:
a)根据地质勘查的目的任务,应能够探测与分辨最小勘查对象产生的最弱异常的原则。
一般设计的最大误差的绝对值,应小于任何有意义的异常的三分之一;
b)根据仪器设备的技术性能,设计的总精度,不应超过现有仪器设备所能达到的精度。
1.3.2时间域激发极化法工作的总精度以均方相对误差或均方误差来衡量。
分级列于表1。
表中无位差(无点位误差),是U、I的观测误差和其它误差的叠加。
其它是指电极极差变化、自然电位变化,仪器零点漂移等引起的误差。
有位差(有点位误差)是装置误差和无位误差的叠加。
装置误差是测地误差和布极不准,引入K值的变化误差。
表1
级别
视极化率ηa
视电阻率ρa
总均方相对误差M
ηa>3%
总均方误差ε
ηa≤3%
总均方相对误差M
有位差
无位差
A
4%
0.30
7%
4%
B
7%
0.50
12%
7%
注:
ηa≤3%的总均方误差ε值是Dz0020.1~0020.3-91《激电仪通用技术条件》中的4.1.5.2规定值(A级:
0.3、B级:
0.5)。
1.4测区及测网
1.4.1测区范围应根据地质任务及测区的地质条件确定。
1.4.1.1以普查找矿为目的的测区范围,应是地质成矿预测区或根据区域物化探资料圈定的找矿远景区。
1.4.1.2详查评价的测区范围,应是地质及物化探资料认为可能赋存矿体的地段,应适当的扩大,以保证有足够的正常场。
1.4.1.3测区布置应注意完整,避免零碎和参差不齐。
1.4.2测线方向
1.4.2.1测线应尽量垂直于极化体的走向、地质构造方向或垂直于其他物化探异常的长轴方向。
1.4.2.2测线应尽可能的与已有勘探线或地质剖面重合。
1.4.3比例尺与测网密度
1.4.3.1比例尺与测网密度,应根据具体勘查任务和地质条件确定;
a)普查线距,应不大于最小探测对象的走向长度。
点距应保证在异常区内至少有三个满足观测精度的观测点;
b)详查线距,应保证至少有三条测线通过最小极化体上方。
点距应保证在异常区内至少有五个满足观测精度的测点;
c)精测剖面,通常使点距密度达到即使再加密测点,异常的细节特征也不会有明显的改变。
1.4.3.2固体矿产勘查剖面类装置常用的工作比例尺和相应的测网密度列于表2。
面积测深的测网密度可以放稀。
表2测网密度表
工作比例尺
线距,m
点距,m
1:
50000
500
100~200
1:
25000
250
50~100
1:
10000
100
20~50
1:
5000
50
10~20
1:
2000
20
5~10
1.5测地工作
1.5.1测地精度
时间域激发极化法对测点位置的质量指标有平面点位误差、相邻点距误差和相对高程误差。
中梯装置测地工作中的定点可使用经纬仪、全站仪、动态GPS(RTK)等测量仪器,也可使用定位精度较高的手持GPS进行定位(定位精度小于3m)。
按工作比例尺所绘的图上的质量指标列于表3。
表3测地工作精度
精度级别
图上平面点位限差(mm)
计算K值的最小电极距(AM、AN、BM、BN和MN)误差%
测深
图上相对高程限差(mm)
限差
均方相对误差
AM、AN、BM、BN和MN
均方相对误差%
电极排列方向
A
2.0
6.0
3.0
3.0
5°
2.0
B
2.5
10.0
5.0
5.0
10°
1.5.2装置系数K值公式中的最小电极距与K值计算公式选取
在过去老办法算K值的常用公式中,皆有工作装置中最小的接收极距MN,且电极距都用设计距离而不是实际距离,算得的K值都是近似的,而且受MN距误差影响很大。
但公式简单,适合野外现场和室内的手工计算,一直被广泛采用。
中梯扫面装置的K值(K中梯MN)公式:
K中梯MN=
K中梯MN式中x为MN中点的横坐标位置,y为纵坐标位置,坐标原点取在AB中点处。
中梯装置的K值计算可利用附带的小软件,依据实际定位三维坐标进行自动计算。
1.6电性参数测定
1.6.1为进行异常解释和布置进一步工作,应对区内各类岩(矿)石进行电参数(η、ρ)测定。
下面岩性应系统测定:
a)目标岩性:
勘查对象和干扰体;
b)背景岩性:
测线穿过或测区覆盖到的所有地层岩性。
1.6.2测区内应有足够数量的且具有代表性的地质、物性综合剖面。
其中至少要有1~2条剖面能够比较完整的穿越区内不同的地层及各种岩体和矿体。
综合剖面应选在地质情况比较清楚、构造比较简单以及露头比较发育或工程揭露比较充分的地段。
1.6.3电性参数测定方法,应根据具体情况选择露头法或标本法。
有钻孔时,应尽可能地进行极化率测井和电阻率测井或井旁测深。
1.6.4样品测定数量应视需要而定,应系统测定的岩(矿)石,每一类应不少于30块。
1.6.5对样品应严格统一测定条件,设法提高数据质量。
1.6.6对不同测定方法测得的电性参数,应单独统计分析整理给出各自的结论,并作出综合评述。
1.6.7对测区内或附近前人已有的电性参数测定结果进行分析认定,可用的要取用,在此基础上设计补充测定工作,不需要的可不设计此项工作。
2仪器设备
2.1主要仪器设备的配备
2.1.1常用仪器设备包括:
接收机、发送机、供电电源、导线、电极、通讯设备、电性参数测定及模拟实验设备、必需的测试仪表和检修工具。
2.1.2各种仪器设备应性能良好,并有一定的备用量。
各种仪器设备的易损、易耗零件也应有足够的储备。
2.1.3激电仪器的两类同步方式及其对一次场ΔU1(或ΔU)的要求
6.1.4.1激电仪器的两类共五种同步方式:
a)“内部控制同步”:
接收机和发送机合为一个仪器箱体的长导线激电仪器系统,其发射和接收的同步方式为内部控制同步;
b)“找ΔU1升(降)沿同步”:
接收机和发送机彼此独立成两个仪器箱体的短导线激电仪器系统,接收机和发送机彼此独立工作,互不控制。
由接收机采集一次场方波讯号并自动识别出ΔU1的“上升沿”或“下降沿”做同步(简称“找ΔU1升(降)沿同步”);
c)“线控制同步”:
接收机和发送机彼此独立的两个仪器箱体之间用双芯导线相连,由接收机发出控制讯号指挥发射机工作的线控制同步;
d)“钟控同步”:
接收机和发送机彼此独立的两个仪器箱体内皆安装有高精度石英钟的钟控同步系统,在每天的工作开始前,必须要把接收机和发送机放在一起,联接对钟电缆运行对钟软件;
e)“GPS授时同步”:
接收机和发送机彼此独立的两个仪器箱体内皆安装有GPS实时时钟讯号的接收部件,在各自应在位置接收GPS实时时钟讯号的GPS授时同步。
6.1.4.2两类同步方式的接收机对一次场ΔU1(或ΔU)的要求:
将上述五种同步方式归纳为“找ΔU1升(降)沿同步”和“其它方式同步”两类,前一类的可靠性在有干扰或ΔU1较小时相对较弱。
因此选用这两类仪器系统开展激电工作时,应注意对ΔU1(或ΔU)的如下要求:
a)“找ΔU1升(降)沿同步”类:
一次场ΔU1(或ΔU)≥5mV(有干扰时应≥10mV);
b)“其它方式同步”类:
一次场ΔU1(或ΔU)≥1mV(有干扰时应≥3mV);
2.2对主要仪器设备的基本性能要求
详细要求参照Dz0020.1~0020.3-91《激电仪通用技术条件》中的规定。
2.2.1接收机
对时间域激发极化法接收机的基本要求是灵敏度和观测精度要高,性能稳定,抗干扰能力强。
2.2.1.1测量电位和极化率的分辨率要求如下:
a)电位测量分辨率:
10µV;
b)极化率测量分辨率:
0.01%。
2.2.1.2测量电位和极化率的精度要求如下:
a)电位测量精度:
电位值>3mV时,A级:
±1%±1个字;B级:
±2%±1个字;
电位值≤3mV时,A级:
±2%±1个字;B级:
±4%±1个字。
b)极化率测量精度:
极化率>3%时,相对测量误差,A级:
±2%±1个字;B级:
±4%±1个字。
极化率≤3%时,绝对测量误差,A级:
±0.3%±1个字;B级:
±0.5%±1个字。
2.2.1.3仪器输入阻抗必须大于3MΩ。
2.2.1.4仪器的采集程序须适应的短脉宽标准供电制式;即占空比为1:
1的正反向供电方式(以供电周期8s为例:
正向供电2s,停电2s,反向供电2s,停电2s)。
标准供电制式的供电周期至少应有4s、8s、16s、和32s四种,供电周期在4s~512s之间连续可选择的更好。
2.2.1.5使用两台或两台以上(包括备用的)仪器在同一地区工作时,各台仪器之间应有良好的一致性和较小的均方差。
用同一模拟器可对各台仪器的一致性进行标定,但这种标定只能作为日常对各台仪器一致性的检查(模拟器ΔU2放电曲线的
值是固定的)。
仪器一致性的观测精度应在野外观测条件下标定。
仪器一致性的标定方法:
a)用标准时间域激电模拟器输出ΔU1为10~100mV,极化率值分别为2%、5%、10%的输出信号对各台仪器作精度测试,各台仪器的精度应满足要求;
b)在极化率变化较大的异常地段、测点数大于20、选择AB、MN和I,使ΔU1在10mV以上,各台仪器在相同条件下往返观测。
取均方相对误差最小的一台仪器为“标准”,分别计算各台仪器与“标准”仪器的均方相对误差。
这个误差如大于设计总精度的三分之二,应对该仪器调试,使其达到上述要求或不在本区使用。
2.2.2发送机
根据输出功率。
可分为小功率、中功率和大功率三种。
根据需要,选择一定功率的发送机。
对发送机的具体要求如下:
2.2.2.1短脉宽的标准供电制式;即占空比为1:
1的正反向供电方式(以供电周期8s为例:
正向供电2s,停电2s,反向供电2s,停电2s)。
标准供电制式的供电周期至少应有4s、8s、16s、和32s四种,供电周期在4s~512s之间连续可选择的更好。
2.2.2.2供电时间的精度应不低于±1%。
2.2.2.3对具有稳流功能的发送机,在测量过程中不监视电流变化时其稳流精度应高于±2%。
2.2.2.4为兼测电阻率的需要,表头显示电流的发送机,电流测量精度应高于满度的±3%;数字显示电流的发送机应高于±1%±1个字。
2.2.3供电电源
供电电源为发电机。
对它们的基本要求是输出足够的功率,满足接收机野外测量精度的要求。
2.2.3.1用发电机作电源时,要求部件和组装都完好,起动及运转正常,电路与外壳间的绝缘电阻应大于5MΩ/500V,输出电压变化不超过5%。
2.2.3.2用交流发电机时,必须配有整流器(包括调压器)和负载平衡器。
2.2.4导线和电极
2.2.4.1导线的规格和数量应根据用途、电极距大小、供电电流强度和工区自然条件选择。
一般应选用内阻小、绝缘性能好、轻便、强度高的导线;
中间梯度装置工作,供电导线电阻一般不超过10Ω/km,耐压必须高于发送机的工作电压。
导线的绝缘电阻应每公里大于2MΩ/500V。
对于长度为D(km)的导线,其绝缘电阻应按
要求。
自供电站引出的导线均应分别固定,不得未经固定,直接插在仪器的插孔内,更不允许栓在仪器上。
线架上未放完的导线应放开。
供电导线一般应离开正在观测的线段一定距离敷设。
2.2.4.2供电电极一般采用铁或钢制的钎状电极,还可用方便卷起携带的带状薄铜片或带状铜丝编织带、铝板、铁板等电极,其规格和数量可根据工区接地条件及供电电流强度选定。
钎状供电电极接地时,一般打成垂直于测线方向的一排或几排。
无穷远极常打成圆圈状。
对于铜制带状电极根据带长挖槽埋设,通常垂直测线挖槽,为降低接地电阻需要埋设多条带状电极时,应采用放射状方式挖槽埋设。
测量电极用不极化电极,要求性能稳定,内阻应小于1kΩ,极差小于2mV。
埋设测量电极的接地电阻应小于7kΩ,越小越好,小于1kΩ更好。
电极坑内不得留有砾石和杂物;地表干燥时,应提前向坑内浇水;测点岩石裸露时,应填以浆糊状湿土。
3野外工作
3.1准备工作
3.1.1仪器、设备、工具、用品等施工准备
3.1.1.1按设计要求的数量和规格,备齐全部仪器和各类技术装备及常用的检测校验仪表和工具。
a)仪器装备每6个月应进行一次系统检查和校验,合格者方可继续使用;
b)使用两台(包括备用)或两台以上仪器在同一地区施工时,应在施工前、后及在施工中每3个月进行仪器一致性校验,校验误差计算及精度要求见2.2.1.5条。
3.1.2.2备齐专用记录本或表格等。
3.1.2.3备齐安全生产防护用品并进行安全生产教育。
3.1.3施工中的日常准备
每天出工前(或前一天工作结束后),作业组长还应交待当天(或第二天)的如下事项:
a)各岗位的职责,并进行明确分工。
b)测网及测线、测点编号,工作量分配,装置形式,极距及电极排列方向,电极的种类与数量,接地技术措施,收放线路径方法,车辆接送点等。
c)检查需用的仪器、设备、工具是否正常,记录、标志及安全保护用品是否够用。
3.1.4测地工作
按1.5之规定实施
3.1.5仪器一致性试验
按2.2.1.5的规定,对所有接收机进行一致性试验。
3.1.6施工技术现场试验
按照1.2.4的规定实施。
3.2设站、敷线、布极工作
3.2.1测站或供电站的设置
3.2.1.1中间梯度装置工作通常供电站设置在发电机附近,在地形恶劣、电源设备搬运受到限制时,应兼顾发电机设置的需要。
对测站、供电站、发电机均应采取必要的防对地漏电、防潮、防雨和防晒的措施。
3.2.1.2每天观测开始前,操作员和电机员应进行下述工作:
a)发电机试车、观察其空载和有负载时的运转情况;
b)检查仪器、装备和通讯工具的基本性能;
c)检查不极化电极极差和内阻;
d)检查各线路连接是否有错;
e)检查导线是否漏电,检查测站、供电站、发电机对地是否漏电;
f)粗略测量供电回路电阻。
在确定电路接通和人员离开供电电极后进行试供电。
选择合适的供电电压并调节平衡负载(对需要人工调节平衡负载的发送机而言);
g)核对各电极所在的点号。
对上述各项检查,不符合要求者,应立即处理,并作必要的记录。
3.2.2导线敷设
3.2.2.1自测站或供电站引出的导线均应分别固定,不得未经固定,直接插在仪器的插孔内,更不允许栓在仪器上。
线架上未放完的导线应放开。
3.2.2.2供电导线一般应离开正在观测的线段一定距离d敷设。
具体应视测量导线的长短、极距和延时的大小确定。
通常取d为供电导线长度的2%以上。
3.2.3供电电极接地
3.2.3.1供电电极通常用多根钎状电极并联组成。
接地时,一般打成垂直于测线方向的一排或几排。
无穷远极常打成圆圈状。
对于铜制带状电极根据带长挖槽埋设,通常垂直测线挖槽,为降低接地电阻需要埋设多条带状电极时,应采用放射状方式挖槽埋设。
对钎状电极的要求:
a)电极或电极组应在整个装置中满足点电极条件;
b)单电极间的距离应不小于电极入土深度的二倍;
c)电极的根数应满足供电电流不随时间变化的需要。
对直径为2~3cm,入土深度为0.5m左右的电极,每根通过的电流以不超过0.2A为宜。
不锈钢电极每根通过的电流可稍大些。
对带状电极的要求:
a)单根薄片状铜带或铜编织带的长度一般为2米,薄片状铜带宽约0.4米厚约0.5~1.0毫米,铜编织带圆筒形压平后呈双层结构厚约5毫米左右宽约0.1~0.2米;
b)埋设每根铜制带状电极的电极槽都要开挖2.0米长x0.5米宽x0.5米深槽体,槽内倒入饱和洗衣粉水,在加散土搅拌成厚0.35~0.4米浆糊状洗衣粉水泥浆体,将铜制带状电极留出接头后全部压进泥浆体内即可,上面不要再加干土盖压。
尽量不要使用盐水以减小对铜材的快速腐蚀作用;
c)按以上要求埋设的单根铜制带状电极槽,在粘土或砂粘土的表土覆盖区,接地电阻很小能承受而且可供出的供电电流至少可达10A;在接地条件不好的其它地区,单根铜制带状电极槽的接地电阻较大,能供出的供电电流小于1A,且一次场ΔU1(或ΔU)不满足2.1.4要求时,应按放射状埋设多根铜制带状电极槽进行并行降阻供电,宜将供电电流提高到1A以上,或至少使一次场ΔU1(或ΔU)满足2.1.4要求为止。
d)不能将多根铜制带状电极埋设在同一个带状电极槽内,否则起不到并行降阻供电的作用。
3.2.3.2当需要较大的供电电流时,应主要依靠减小供电回路电阻的办法解决,为此,可采取增加电极根数、加大入土深度、放射状埋设多根铜制带状电极槽、浇水以至移动接地点位或加粗供电线等措施。
电极移动后的实际点位(须重测三维坐标)应报告给测站或供电站。
因此造成K值的改变在±2%以内时,可不改算K值。
根据A、B、M、N实际电极点位坐标算装置系数K值的,为确保能供出较大的电流(宜≥1A)、确保一次场ΔU1(或ΔU)满足2.1.4要求,允许A、B实际电极点位有较大的偏离,偏离半径≤(0.1~0.15)*AB距。
3.2.4测量电极接地
3.2.4.1埋设测量电极的接地电阻应小于7kΩ,越小越好,小于1kΩ更好。
电极坑内不得留有砾石和杂物;地表干燥时,应提前向坑内浇水;测点岩石裸露时,应填以浆糊状湿土。
在有风化壳的岩石裸露区,要用镐头刨电极坑并清空坑内碎石和杂物,坑深应穿过无土的碎石堆积层,将饱和食盐水灌满电极坑让其下渗,再取来土和饱和食盐水入坑搅绊成足量的浆糊状盐水泥浆垫,最后放置不极化电极罐于坑内浆糊状盐水泥浆垫上即可,不要在加盖其它干土入坑。
3.2.4.2测量电极应避免埋设在流水、污水里或废石、沙堆上;应尽量减小两电极的温差;电极的引出裸线不得与线架、杂草、表土等接触;在测量过程中,电极附近不得有人为扰动,严禁在接收机附近用对讲机通话。
3.2.4.3当实际接地点无法埋设电极而需移动接地点位时,一般在测地误差允许范围内可以自由移动,当需要移动较大距离时,可将两个测量电极垂直于测线作同方向、同距离移动,移动后的接地点应在记录本中注明(长导线工作方式需报告给测站),因此造成K值的改变在±4%内时可不改算K值。
根据A、B、M、N实际电极点位坐标算K值的,须重测M、N偏离电极点的实际点位坐标来算K值,M、N电极点的单极最大偏离距,沿测线≤0.5*MN距、垂直测线≤0.
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