工程地球物理勘探儀器(engineering geophysical instrument)

用來觀測(cè)和記錄各種地球物理場(chǎng)分布和變化的物理測(cè)試儀器。是開展工程地球物理勘探必需的設(shè)備。簡(jiǎn)稱工程物探儀器。工程物探儀器一般由信號(hào)接收系統(tǒng)、放大系統(tǒng)和記錄顯示系統(tǒng)等三部分組成。每個(gè)系統(tǒng)又由電子、機(jī)械和光學(xué)器件構(gòu)成。其功能是將地球物理場(chǎng)的各種微弱信號(hào)，經(jīng)放大處理后顯示出可判讀的各種數(shù)字和曲線，以供解釋之用。

工程物探儀器隨著電子技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段：(1)20世紀(jì)50年代以前，為手工操作式的儀器，如電阻電路的直流電位計(jì)和電子管示波的單道地震儀。(2)50年代生產(chǎn)的是電子管電路的半自動(dòng)化的儀器，如電子自動(dòng)補(bǔ)償儀和光點(diǎn)式多道淺層地震儀。(3)50至60年代是晶體管電路的儀器。(4)70年代為應(yīng)用集成電路的儀器，如信號(hào)增強(qiáng)型地震儀等。(5)80年代生產(chǎn)的則采用中、大規(guī)模集成電路并配有微機(jī)處理的多功能儀器，如微機(jī)電測(cè)儀、多道信號(hào)增強(qiáng)型微機(jī)工程檢測(cè)儀等。這類儀器在信噪比、抗干擾能力、觀測(cè)精度和自動(dòng)化程度等方面均有很大提高。90年代以來，有向現(xiàn)場(chǎng)直接處理資料和全自動(dòng)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。

工程物探儀器分為地面儀器、井下儀器(又稱測(cè)井儀)和遙感儀器(見遙感技術(shù))。地面儀器主要包括電測(cè)儀、淺層地震儀、放射性儀、微重力儀和磁力儀等。井下儀器主要包括輕便測(cè)井儀、聲波測(cè)井儀、無線電波透視儀、地下水參數(shù)放射性測(cè)井儀等。

電測(cè)儀觀測(cè)人工或天然電磁場(chǎng)的地面工程物探儀器。分為直流電測(cè)儀和交流電測(cè)儀。

直流電測(cè)儀一般指廣泛應(yīng)用的直流電阻率儀。它是根據(jù)補(bǔ)償法原理設(shè)計(jì)的自動(dòng)補(bǔ)償電位計(jì)。由供電、極化補(bǔ)償、測(cè)量、濾波放大、顯示各部分組成。用以測(cè)量地層的不同電阻率，以查明地質(zhì)構(gòu)造、巖溶和含水層等。80年代發(fā)展的微機(jī)電測(cè)儀能直接顯示電阻率、極化率、自然電位等。直流電測(cè)儀用于電阻率法、充電法、自然電場(chǎng)法和激發(fā)極化法等工程電法勘探。

交流電測(cè)儀主要有甚低頻電磁儀、磁偶源頻率測(cè)深儀、地質(zhì)雷達(dá)和地下管線探測(cè)儀。

(1)甚低頻電磁儀。主要由包括測(cè)量磁場(chǎng)的磁棒天線和放大器的接收儀器以及測(cè)量電場(chǎng)的電極等組成。它是利用長(zhǎng)波導(dǎo)航電臺(tái)發(fā)射的電磁波作為場(chǎng)源，測(cè)得因地下不均勻地質(zhì)體引起電場(chǎng)畸變的與電磁場(chǎng)有關(guān)的參數(shù)，來計(jì)算大地電阻率以查明斷層破碎帶、巖溶發(fā)育帶和暗河等。

(2)磁偶源頻率i見4深儀。觀測(cè)人工交變電磁場(chǎng)的儀器。主要由電源、控制、發(fā)射和接收四部分構(gòu)成。從方法上又分為頻率域和時(shí)間域電磁測(cè)深儀兩大類儀器，以后者為發(fā)展方向。應(yīng)用此類儀器時(shí)，不斷改變儀器的工作頻率來探測(cè)地下地質(zhì)目標(biāo)，如劃分地層、探測(cè)巖溶發(fā)育帶、斷層破碎帶等。

(3)地質(zhì)雷達(dá)。利用人工發(fā)射的高頻電磁波的回波探測(cè)地下各種地質(zhì)體的儀器。由發(fā)射機(jī)(含發(fā)射天線)、接收機(jī)(含接收天線)、控制器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和打印機(jī)等組成。地質(zhì)雷達(dá)儀可用于探測(cè)淺層溶洞、隱伏斷層、地下舊坑道和地下管線等。

(4)地下管線探測(cè)儀。利用電磁感應(yīng)原理探測(cè)地下金屬管線的儀器。主要由電磁波發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成。根據(jù)測(cè)得的電磁場(chǎng)的變化規(guī)律來確定金屬管線的位置，已基本達(dá)到所要求的探測(cè)精度。

淺層地震儀用于淺層約百米以內(nèi)彈性波法探測(cè)的地面工程物探儀器。它可以觀測(cè)和記錄由人工震源產(chǎn)生微弱的(幾微米至幾十微米)地面振動(dòng)。常用的淺層地震儀是12道以下的地震儀。每個(gè)記錄道均由檢波器、放大器和記錄儀組成。先進(jìn)的信號(hào)增強(qiáng)地震儀，其主要儀器箱體有放大器、顯示器、磁盤記錄和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、圖像打印機(jī)等，并配有軟件包。同類儀器還有工程檢測(cè)儀(又稱工程測(cè)試儀)，在工程地質(zhì)勘察中可用于淺層折射法和反射法地震勘探、波速測(cè)井、地微震測(cè)量和樁基檢測(cè)。記錄道一般為3～6道。

放射性測(cè)定儀探測(cè)與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的放射性強(qiáng)度的地面工程物探儀器。所利用的是射線對(duì)物質(zhì)的游離作用和熒光作用，前者用充氣計(jì)數(shù)管測(cè)量，后者用閃爍計(jì)數(shù)器測(cè)量。按方法分為探測(cè)放射性氣體元素的射氣儀和探測(cè)γ、β射線的輻射儀。各種探測(cè)儀器已都采用閃爍計(jì)數(shù)器，其分辨能力強(qiáng)，效率高，既可測(cè)射線強(qiáng)度，又可區(qū)分射線能量。

射氣儀又稱測(cè)氡儀，主要是測(cè)定α射線的閃爍室，附屬設(shè)備是抽氣簡(jiǎn)和鋼釬。它是一種瞬時(shí)快速測(cè)定地表長(zhǎng)期積累未被稀釋的氡氣的測(cè)試儀。γ射線輻射儀主要由帶碘化鈉晶體和光電倍增管的探測(cè)器、放大器和記錄器三部分組成。a射線輻射儀則是一種累積法測(cè)氡儀，用于α杯、α卡、活性炭α測(cè)量和²¹⁰Po測(cè)量。以上儀器可用以研究地質(zhì)構(gòu)造、查找斷裂破碎帶等，在探測(cè)淺層基巖裂隙水方面有一定效果。

微重力儀進(jìn)行微重力測(cè)量的地面工程物探儀器。各國(guó)普遍采用的是石英彈簧重力儀，其主要部分是由熔融石英做成的彈簧系統(tǒng)。重力變化的測(cè)定采用補(bǔ)償法讀數(shù)，借助彈力強(qiáng)的補(bǔ)償彈簧實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)代的微重力儀的觀測(cè)精度已達(dá)4.9μgal。

磁力儀進(jìn)行磁異常測(cè)量工作的地面工程物探儀器。分為機(jī)械式磁力儀和電子式磁力儀，前者適用于地面磁測(cè)工作。在機(jī)械式磁力儀中，常用的是懸絲式磁力儀。磁系結(jié)構(gòu)即感覺磁場(chǎng)的靈敏系統(tǒng)，由磁棒、懸絲、反光鏡、靈敏度螺絲和溫度螺絲等組成。在工程勘察中，磁法主要用于尋找?guī)r漿巖侵入的斷裂、追索第四紀(jì)沉積物覆蓋下的巖性界線，探測(cè)地下金屬埋設(shè)物等。

輕便測(cè)井儀在鉆孔中測(cè)量地球物理場(chǎng)或鉆孔結(jié)構(gòu)的井下工程物探儀器。主要有電子自動(dòng)測(cè)井儀、輕便數(shù)字測(cè)井儀和輕便綜合測(cè)井儀。測(cè)井儀主要由地面測(cè)量和記錄儀器、井下儀器(探頭)，井口電纜絞車和滑輪等組成。

電子自動(dòng)測(cè)井儀利用電位差自動(dòng)補(bǔ)償原理間接測(cè)量電位差，由記錄筆直接畫出連續(xù)測(cè)井曲線(如自然電位和電阻率曲線)的儀器。

輕便數(shù)字測(cè)井儀利用微機(jī)控制的測(cè)井儀器。一般為交直流兩用。采用不同的井下探頭可測(cè)多種參數(shù)，即電阻率、自然電位、激化率、聲速、井中流量、磁化率等。

輕便綜合測(cè)井儀能進(jìn)行多種參數(shù)測(cè)定的自動(dòng)記錄儀。它由測(cè)量控制器、記錄儀、深度顯示器和穩(wěn)壓電源等組成，交直流兩用。只要變換不同的固體電路部件，利用不同的探頭即可進(jìn)行諸如電阻率、自然電位、放射性、密度、井溫等測(cè)井。各種參數(shù)隨深度的變化曲線自動(dòng)地繪制在記錄紙上。

聲波測(cè)井儀利用聲波在巖石中的傳播性質(zhì)研究鉆井剖面的井下工程物探儀器。由聲波發(fā)射換能器和接收換能器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、記錄儀等組成。在測(cè)定方法上有單孔測(cè)試和跨孔測(cè)試。井下探頭有單發(fā)單收和單發(fā)雙收等種類，用以記錄由井壁反射的滑行波。所得到的聲波速度測(cè)井曲線，可用于劃分巖性剖面和求取巖石的孔隙度。

聲波透視儀對(duì)兩鉆孔之間的地層進(jìn)行聲波透視的井下工程物探儀器。包括井下發(fā)射器和地面控制臺(tái)、井下接收探頭和地面接收機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和軟件包。它用于測(cè)量地層的彈性波傳播速度和彈性波的吸收情況。

無線電波透視儀在兩鉆孔之間進(jìn)行電磁場(chǎng)測(cè)量的井下工程物探儀器。它主要由發(fā)射機(jī)(含發(fā)射機(jī)偶極天線)和接收機(jī)(含接收機(jī)鞭狀天線)、地面記錄儀、電纜絞車等組成。儀器的工作頻率為0.5MHz至數(shù)十MHz。它利用在不同介質(zhì)中對(duì)電磁波的反射和吸收能力的差異所反映的場(chǎng)強(qiáng)大小，以探測(cè)均勻體中的異常體，如灰?guī)r中的溶洞、基巖破碎帶等。

地下水參數(shù)放射性測(cè)井儀用人工放射性同位素示蹤法測(cè)定含水層參數(shù)的井下工程物探儀器。它由地面控制記錄儀、井下閃爍探測(cè)器、電纜絞車、投源取水器等組成，可在小孔徑鉆孔中通過測(cè)定¹³¹I的濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律，以取得地下水的滲透系數(shù)、滲透速度、流速、流向和彌散系數(shù)等參數(shù)。