地球物理勘探仪器及其发展趋势

摘要：物探装备似乎一直是紧跟物探理论的发展而发展的，受装备制造技术的制约，装备的发展一般都滞后于物探理论的发展。然而，随若电子技术及计算机技术的迅猛发展，装备制造技术也得到了飞速的发展，使得装备与物探理论间的差距大大缩短，形成了物探装备推动物探方法发展的新趁势。

关键词：地球物理勘探；仪器；发展趋势

一、地球物理勘探概述

地球物理勘探简称物探，它是指通过研究和觀测各种地球物理场的变化来探测地层岩性、地质构造等地质条件。由于组成地壳的不同岩层介质往往在密度、弹性、导电性、磁性、放射性以及导热性等方面存在差异，这些差异将引起相应的地球物理场的局部变化。通过量测这些物理场的分布和变化特征，结合已知地质资料进行分析研究，就可以达到推断地质性状的目的。该方法兼有勘探与试验两种功能，和钻探相比，具有设备轻便、成本低、效率高、工作空间广等优点。但由于不能取样，不能直接观察，故多与钻探配合使用。

二、地球物理勘探仪器

（一）地球物理勘探仪器概念

用于获取地壳中岩（矿）石物理参数的测试仪器统称为物探仪器，它综合运用物理学、电子学、材料科学、系统科学、计算机技术等多门学科的相应理论、方法和技术来探测地球的各种物理信息，是地球物理勘探直接获取信息的主要手段与工具。

（二）地球物理勘探仪器作用

物探仪器广泛应用于地质、石油、冶金、煤炭、交通、铁路、水电、建筑工程等领域，是认识地球、资源探测、工程勘察、地质灾害监测的重要手段，是地球科学研究的基础，也是前沿技术。

地球物理勘探仪器是集当代先进技术如传感器、电子、计算机、数据传输和通讯等技术为一体的综合系统。它的革新与发展总是伴随着新技术的推广和完善。在地球物理学领域，地球物理场主体上分为重力场、地磁场、电场、地热场、放射性辐射场和地震波场。日常工作中对矿产资源、油气能源和环境的勘查与监测，对地震灾害的预测与预防，对地球深部圈、层结构以及物质组成和空间状态的探测等都是通过物理场完成的。随着地球物理学在理论、方法和应用方面的不断进步，科学与技术发展的需求日益增加，相应学科的仪器与设备也得到了迅速发展，物理学、力学、信息学和计算机技术中的一些新成就得到了广泛应用，地球物理观测的精度和对信息的分辨率不断提高。

（三）地球物理勘探仪器分类

随着现代科学技术不断发展，尤其是电子计算机、网络通信技术、电子集成化技术等方面的发展，极大地促进了物理探测仪的发展。地球物理勘探仪器的种类繁多，目前尚没有一种统一的分类方法，按照所测量的地球物理场，主要分为重力勘探仪、磁法勘探仪、电法勘探仪、浅层地震仪以及放射性仪器等；按照应用领域划分，可分为航空物探仪器、地面物探仪器、测井物探仪器和海洋物探仪器等；按探测对象可划分为地下管线探测仪、金属探测仪、金探测仪、石油探测仪等。

（四）地球物理勘探仪器特点

地球物理勘探仪器在很大部分都与其他科学仪器（如医学仪器、实验室仪器等）存在着相似的电路，例如模拟通道和数字通道、前置放大电路和滤波电路等，但物探仪器主要用于在野外、井中、空中、海洋、沼泽、冰川雪地等恶劣勘探环境，因此物探仪器往往又有着自己的特点：

1.体积小、携带轻便。

2.功耗小、省电，便于野外用电池供电。

3.测量精度高，动态范围大。

4.抗干扰能力强，能够在环境恶劣的强干扰噪声背景下识别微弱的有用信息。

5.宽温度范围，能够在温度较低和较高的环境下正常工作，识别有用信息。

6.超高的防潮、防水性能，便于在潮湿或雨中环境工作。

7.多通道遥测遥控，以便于勘探向沙漠、沼泽、海滩以及山区延伸。

8.现场处理与实时处理测量数据，以利于获取可靠的勘探信息，减少重复勘探的费用，提高分析解释的准确度。

（五）地球物理勘探仪器研制

我国的物探仪器从50年代起步，从整体水平看，物探仪器与先进国家相比仍有差距，主要表现在：仪器精度偏低；不够轻便；更新换代速度慢；研究与开发的投入力度不高导致技术手段落后；缺乏宏观调控能力，重复引进重复生产现象严重。为此，中国科学院电磁辐射与探测技术重点实验室在国家重大科研装备研制项目、863计划以及中科院创新2020重点项目等的支持下，开展了电法和磁法地球物理仪器的研究工作，突破了高稳定度、大功率发射技术，以及低噪声、大动态范围、高精度采样等关键技术，取得了一系列创新成果，主要包括：“感应式磁场传感器”、“航空瞬变电磁勘探仪”、“多通道大功率瞬变电磁勘探仪”、“大地电磁仪”、“瞬变电磁仪”等，部分产品已获得市场推广应用。

三、地球物理勘探仪器发展趋势

由于微机及数据采集技术、模/数变换技术的应用，物探仪器将不断向数字化、自动化、轻便化、智能化和多功能化的方向发展。总线技术的发展成为模块化、积木式和插卡式物探仪器的关键支撑技术。运用这些技术可以方便地实现多功能、多参数的自动测量，方便地组成结构紧凑的模块式物探仪器系统。集成化的计算机辅助测试技术和功能很强的应用软件，让测量仪器与测试技术走向了更高的层次。未来随着应用软件的研发出现，可以迅速、精确地实现所需要的测量系统，也说明未来，将是软件开发与硬件研制并驾齐驱的时代。电子设计自动化技术的应用，使仪器的研制周期大大缩短，加快了仪器更新换代的速度，间接加强了地球物理勘探的工作效率。

四、加强发展我国高端地球物理探测仪

加强航空物探仪器新技术研发：包括航空重力梯度仪和航空超导时间域电磁探测系统等的研制与开发。加强海底资源探测仪的研发：包括海底可控源电磁探测系统、海底可控震源、海底重力仪等的研制与开发。加强高分辨大探测深度的矿产资源勘查仪：包括大深度电磁系统、大功率可控源、金属矿地震勘查系统等。

五、结 语

在世界进入信息时代的今天，仪器仪表在社会与经济发展中的作用体现得越来越明显，美国、日本、欧洲共同体一些发达国家都把仪器仪表列为国家支持的关键技术。国家也在大力发展我国仪器仪表工业，毋庸置疑，在未来，我国的地球物理勘探仪器将会以更高、更好地质量呈现，地球物理勘探将迎来新的春天。

参考文献

[1]林君.地球物理勘探仪器及其发展趋势[J].中国仪器仪表，1995（5）.

[2]夏祥瑞.关于国产地震勘探仪器研制的思考[J].物探装备，2007（8）.

作者简介：

刘华，中石化地球物理有限公司胜利分公司仪器管理中心仪器部。

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