《地球物理勘探》課堂實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐指導(dǎo)書(shū)課程中文名稱：地球物理勘探課程英文名稱：GeophysicalExploration課程編號(hào)：021060170適用專業(yè)：新能源科學(xué)與工程學(xué)時(shí)數(shù)：32學(xué)分?jǐn)?shù)：2課程類別：專業(yè)課程應(yīng)開(kāi)課學(xué)期：第四學(xué)期實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐一：高密度電阻率法數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類型：演示實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐要求：必做一、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐目的1．熟悉WDJD-2多功能數(shù)字直流激電儀使用及操作；2．掌握高密度電法野外勘探方法；3．用surfer繪制視電阻率等值線斷面圖。二、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐內(nèi)容1．學(xué)會(huì)操作WDJD-2多功能數(shù)字直流激電儀；2．觀測(cè)1個(gè)排列的電阻率斷面；三、儀器設(shè)備WDDS-2多功能數(shù)字直流激電儀一臺(tái)（帶8節(jié)2號(hào)電池），WDZJ-1多路電極轉(zhuǎn)換器一臺(tái)，高密度電極60個(gè)，高密度專用電纜2根，接地電極一根，鱷魚(yú)夾短導(dǎo)線5根，萬(wàn)用表一臺(tái)，電池箱一個(gè)（帶60節(jié)1號(hào)電池），記錄紙一張。四、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐原理、方法、手段和步驟1．選擇一片開(kāi)闊的空地，按照?qǐng)D1所示形式布置實(shí)驗(yàn)裝置。圖1高密度電阻率法采集布線圖注意：1.電極箱和儀器內(nèi)也要裝電池2．圖中虛線是用來(lái)測(cè)量電極接地情況的，開(kāi)始數(shù)據(jù)采集時(shí)要斷開(kāi)2．進(jìn)入高密度測(cè)量菜單步驟：開(kāi)機(jī)，按功能鍵顯示功能菜單，按3選中高密度電阻率功能，按退出進(jìn)入所選模式主菜單，按2進(jìn)入測(cè)量菜單（圖2）。3.接地電阻檢測(cè)：把圖1中的虛線連接好，在測(cè)量菜單中按5鍵顯示：0-N,1-M,2-B,3-A這里是A與R地相連，所以按3鍵再按確認(rèn)鍵，屏幕顯示：“請(qǐng)打開(kāi)電極箱電源”，打開(kāi)電極箱電源，當(dāng)電源指示燈不再閃爍，按主機(jī)確認(rèn)鍵，檢測(cè)電極接地電阻，屏幕顯示：R=XXX.XKA=1R表示接地電阻，A后面數(shù)字為電極編號(hào)。圖2進(jìn)入高密度=1\*ROMANI測(cè)量菜單步驟注意：功能菜單中1、2模式之間轉(zhuǎn)換及3、4模式之間轉(zhuǎn)換會(huì)清除內(nèi)存！4.設(shè)置工作參數(shù)：工作參數(shù)包括：裝置、滾動(dòng)數(shù)、剖面數(shù)、電極數(shù)等。裝置：電極排列方式，共有13種。滾動(dòng)數(shù)：滾動(dòng)線的條數(shù)。此參數(shù)只在滾動(dòng)裝置時(shí)有效。剖面數(shù)：剖面線的條數(shù)。實(shí)接電極數(shù)：實(shí)際接入的電極個(gè)數(shù)。下面介紹常用的2種裝置：（1）α排列電極及數(shù)據(jù)點(diǎn)排列如下：圖3α排列示意圖視電阻率斷面為倒梯形。測(cè)量時(shí)，AM=MN=NB為一個(gè)電極間距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到第一條剖面線（圖中方框內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)）；接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極間距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到另一條剖面線；這樣不斷掃描測(cè)量下去，得到倒梯形斷面。本裝置滾動(dòng)數(shù)沒(méi)有意義。（2）A-MN-B四極測(cè)深排列電極及數(shù)據(jù)點(diǎn)排列如下：圖4A-MN-B四極測(cè)深排列示意圖視電阻率斷面為矩形。測(cè)量時(shí)，M、N不動(dòng)，A逐點(diǎn)向左移動(dòng)，同時(shí)B逐點(diǎn)向右移動(dòng)，得到一條滾動(dòng)線；接著A、M、N、B同時(shí)向右移動(dòng)一個(gè)電極，M、N不動(dòng)，電極A逐點(diǎn)向左移動(dòng)，同時(shí)B逐點(diǎn)向右移動(dòng)，得到另一條滾動(dòng)線；這樣不斷滾動(dòng)測(cè)量下去，得到矩形斷面。在主菜單下，按1鍵，屏幕提示輸入新建斷面號(hào)，（如100號(hào)），輸入100并按確認(rèn)。接著輸入起始剖面號(hào)（如1），輸入1并按確認(rèn)屏幕顯示裝置類型，供選擇修改：圖5設(shè)置工作參數(shù)步驟當(dāng)閃爍得光標(biāo)停在第一行是，可按＋鍵選擇13種排列方式。按確認(rèn)光標(biāo)移至下一行。輸完數(shù)據(jù)后按確認(rèn)，參數(shù)全部輸入完后按確認(rèn)顯示測(cè)點(diǎn)總數(shù)。按退出顯示主菜單。圖5中，如果選擇α排列則滾動(dòng)總數(shù)無(wú)意義，可不輸入。點(diǎn)數(shù)根據(jù)輸入的電極數(shù)、剖面數(shù)自動(dòng)算出。5.參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算：（1）α排列假設(shè)實(shí)接電極數(shù)為M，則:第1個(gè)剖面點(diǎn)數(shù)為M-3第2個(gè)剖面點(diǎn)數(shù)為M-3×2第N個(gè)剖面點(diǎn)數(shù)為M-3×N要保證最后一個(gè)剖面至少有一個(gè)測(cè)點(diǎn)，有：所以，最后一個(gè)剖面號(hào)（剖面總數(shù)）為：,表示取整。N個(gè)剖面的總點(diǎn)數(shù)為：假設(shè)實(shí)接電極數(shù)M為60，則可能的最大剖面總數(shù)為：。假設(shè)剖面總數(shù)為16（1號(hào)剖面到16號(hào)剖面），則斷面測(cè)點(diǎn)總數(shù)為552。（2）A-MN-B四極測(cè)深排列假設(shè)實(shí)接電極數(shù)為M，電極間距為m米，M、N電極點(diǎn)距為n個(gè)電極間距。如果一條滾動(dòng)線有N個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)。則滾動(dòng)線的總數(shù)為：極距6.測(cè)量在測(cè)量之前按圖1連接好所有電纜，并測(cè)量把接地電阻的線（虛線）斷開(kāi)。在主菜單下按2鍵，進(jìn)入測(cè)量菜單，要從指定剖面開(kāi)始，測(cè)量整個(gè)斷面，在測(cè)量菜單下按2鍵，此時(shí)顯示當(dāng)前斷面號(hào)，提示輸入起始剖面號(hào)，輸入剖面號(hào)后按確認(rèn)鍵，顯示該斷面下得各項(xiàng)參數(shù)，按確認(rèn)后，提示“打開(kāi)電極箱電源！打開(kāi)電源并按確認(rèn)鍵后，進(jìn)入測(cè)量。在測(cè)量過(guò)程中可以按退出鍵中斷測(cè)量。圖6進(jìn)入斷面測(cè)量步驟當(dāng)測(cè)量裝置是滾動(dòng)裝置時(shí)，如A-MN-B四極測(cè)深排列，在測(cè)量開(kāi)始前，屏幕將提示輸入起測(cè)滾動(dòng)號(hào)與電極最小編號(hào)。7.數(shù)據(jù)輸出（1）計(jì)算機(jī)上安裝BTRC2000軟件。（2）在計(jì)算機(jī)與儀器關(guān)機(jī)情況下用儀器配備的專用通訊電纜，將7芯插頭與儀器面板上的RS-232端口相連接，將9芯梯形插頭與計(jì)算機(jī)的串行口1（COM1）或串行口2（COM2）相連接。（3）打開(kāi)計(jì)算機(jī)電源，啟動(dòng)了通訊軟件BTRC2000。點(diǎn)擊接收菜單、輸入機(jī)型、測(cè)線號(hào)等參數(shù)。（4）點(diǎn)擊[開(kāi)始接收]按鈕，屏幕會(huì)提示“打開(kāi)儀器電源并執(zhí)行通訊功能！”，操作員按要求做好后，再點(diǎn)擊[確定]按鈕，屏幕顯示數(shù)據(jù)接收過(guò)程。（5）如果測(cè)線是高密度斷面，則屏幕將提示“輸入該斷面1號(hào)電極坐標(biāo)：”，有了1號(hào)電極水平坐標(biāo)，其它測(cè)點(diǎn)水平坐標(biāo)便可自動(dòng)算出。（6）點(diǎn)擊[轉(zhuǎn)換][surfer]，將當(dāng)前表格中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成surfer格式。（7）利用surfer畫電測(cè)深斷面圖。五、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐結(jié)果處理1.打開(kāi)surfer軟件，點(diǎn)擊Grid---Data，彈出?個(gè)OpenData的窗?，選擇?個(gè)包含有成圖所需數(shù)據(jù)的excel表格。點(diǎn)擊所選excel?件，會(huì)出現(xiàn)?個(gè)GridData（?格化數(shù)據(jù)）的窗?，選擇所要成圖的三列數(shù)據(jù)X、Y、Z（對(duì)應(yīng)于excel表格中數(shù)據(jù)，可點(diǎn)擊viewdata查看），網(wǎng)格化方法（GriddingMethod），儲(chǔ)存路徑等，最后點(diǎn)擊OK，就會(huì)輸出?個(gè)grd?件；2.選擇菜單欄Map—New--ContourMap，找到上面生成的grd文件所在位置，點(diǎn)擊打開(kāi)，就得到所要的平面等值線圖。如果等值線不夠平滑，可以點(diǎn)擊Contours...，在左下屬性管理（PropertyManager）選擇General--Smoothing，進(jìn)行None、Low、Medium、High四種不同程度地平滑。3.然后就是為等值線圖上色，添加坐標(biāo)軸名，圖名，比例尺等。上色：點(diǎn)擊Contours...，在左下屬性管理（PropertyManager）選擇Levels--FilledContours--FillColors，勾選FillContours和ColorScale。添加比例尺：點(diǎn)擊圖像呈選中狀態(tài)---點(diǎn)擊map—add—scalebar添加圖名：點(diǎn)擊軟件左側(cè)objectmanager—map—topAxis—propertymanager—title—titletext—輸入圖像名稱。4.完成以上步驟后，便可以點(diǎn)擊圖像—點(diǎn)擊file--Export導(dǎo)出圖?。六、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐注意事項(xiàng)1．每人需要按既定步驟和順序至少操作一次儀器，并觀測(cè)1個(gè)排列的電阻率斷面；2．每人必須提交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的目的，內(nèi)容、步驟，畫出所用排列的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，并用surfer軟件繪制視電阻率斷面圖；3．電法勘探實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)條件較為嚴(yán)格，需要輕拿輕放，避免暴力操作現(xiàn)象的發(fā)生。七、預(yù)習(xí)與思考題1．若電極總數(shù)為60，在α裝置下，從4號(hào)剖面測(cè)到15號(hào)剖面，測(cè)點(diǎn)數(shù)為多少？2．若電極總數(shù)為60，點(diǎn)距5米，MN極距為5米，采用A-MN-B四極測(cè)深排列，最大AB為175米，求滾動(dòng)線數(shù)、數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)、斷面長(zhǎng)度？實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐二：地震勘探實(shí)驗(yàn)（折射波法）實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類型：演示實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐要求：必做一、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐目的1．了解地震勘探的原理；2．了解地震勘探工作布置及觀測(cè)方法；3．掌握地震勘探數(shù)據(jù)采集、處理和解釋，熟練操作相關(guān)軟件。二、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐內(nèi)容1．學(xué)習(xí)地震勘探的基本流程和測(cè)量原理；2．學(xué)會(huì)地震勘探過(guò)程數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)解釋的全套流程；三、儀器設(shè)備StrataVisorNZⅡ數(shù)字地震勘探儀。StrataVisorNZⅡ地震勘探系統(tǒng)一般由主機(jī)、多芯電纜、檢波器、觸發(fā)器、震源（大錘或炸藥）、鐵板、直流電源、直流電源線以及數(shù)據(jù)采集、處理和解釋軟件等。四、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐原理、方法、手段和步驟地震勘探是根據(jù)人工激發(fā)（爆炸或撞擊地面）的地震波在地下傳播過(guò)程中，遇到彈性性質(zhì)不同的地震界面后，在地層中產(chǎn)生反射和折射，部分地傳回地表，用專門的儀器記錄返回地面的波的旅行時(shí)間，研究振動(dòng)的特征，來(lái)確定產(chǎn)生反射或折射的界面的埋深和產(chǎn)狀，并根據(jù)所觀測(cè)的地震波在介質(zhì)中傳播速度及波的振幅與波形變化，探討介質(zhì)的物性與巖性。就波的傳播特點(diǎn)而言，地震勘探一般可分為反射波勘探和折射波勘探。1．在工區(qū)布設(shè)測(cè)線在工區(qū)布設(shè)測(cè)線，原則：由南向北、由西向東測(cè)線號(hào)與測(cè)點(diǎn)號(hào)依次增大。使用皮尺標(biāo)注檢波器位置與激發(fā)點(diǎn)位置。2．連接儀器的各個(gè)部分將主機(jī)、電源、多芯電纜、檢波器、大錘、觸發(fā)器按正確的方式一一連接起來(lái)。注意：各接口均使用“防呆”設(shè)計(jì)，電纜插頭與對(duì)應(yīng)的插槽才能連接，電纜插頭與非對(duì)應(yīng)的插槽不能連接。禁止暴力插拔各插頭、插槽，以防儀器損壞。3．?dāng)?shù)據(jù)采集開(kāi)機(jī)后，直接進(jìn)入SCS軟件。（1）survey--newsurvey菜單：設(shè)置測(cè)區(qū)名稱和測(cè)線號(hào)；（2）system--setdate/time菜單：設(shè)置時(shí)間、日期；（3）geom--surveymode菜單：設(shè)置地震勘探類型，本次實(shí)驗(yàn)為折射波勘探，即refraction；geom--geophoneinterval菜單：設(shè)置檢波器距離，即道間距，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)為2m；geom--group/shotlocation菜單：設(shè)置shotcoordinate炮點(diǎn)坐標(biāo)、geophonecoordinate檢波器坐標(biāo)（自動(dòng)或手動(dòng)設(shè)置）、gain增益（本次實(shí)驗(yàn)設(shè)為HIGH36）、use道設(shè)置（可選DATA、INACTIVE等，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)為DATA）、freeze道凍結(jié)（疊加凍結(jié)，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)為NO）等；（4）acquisition--sampleinterval/recordlength菜單：設(shè)置時(shí)間采樣間隔、記錄長(zhǎng)度（時(shí)窗）和delay延遲，本次實(shí)驗(yàn)sampleinterval設(shè)為0.25ms，recordlength設(shè)為0.25m，delay設(shè)為0；acquisition--filter菜單：濾波器設(shè)置，本次實(shí)驗(yàn)屏蔽采集濾波器，設(shè)為FILTEROUT；acquisition--correlation菜單：相關(guān)設(shè)置，本次實(shí)驗(yàn)屏蔽相關(guān)，設(shè)為OFF；acquisition--stackoption菜單：疊加設(shè)置，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)為autostack，即自動(dòng)疊加；acquisition--specifychannels菜單：選定某些道，屏蔽某些道。本次實(shí)驗(yàn)不屏蔽任何道；acquisition--preampgain菜單：前置增益設(shè)置，可選alllowgain全部低增益、allhighgain高增益或individual各道單獨(dú)設(shè)置，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)為allhighgain；acquisition--stackpolarity菜單：疊加極性設(shè)置，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)為positive同相疊加；（5）dosurvey--arm/disarm菜單：激發(fā)地震波；dosurvey--clearmemory菜單：清除內(nèi)存菜單，每次采集新地震記錄前，須清除內(nèi)存；dosurvey--save菜單：保存地震記錄為SEG-2文件；dosurvey--autosacletraces菜單：自動(dòng)道間均衡；（6）display--shotparameters--displayboundary菜單：設(shè)置時(shí)窗顯示范圍，由startchannel起始道、endchannel終止道、starttime記錄開(kāi)始時(shí)間和endtime記錄終止時(shí)間來(lái)約束；display--shotparameters--gainstyle菜單：增益模式，可選fixedgain固定增益和AGC自動(dòng)增益控制。其中AGC一般用于地震反射波勘探，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)為fixedgain；display--shotparameters--tracestyle菜單：道顯示模式，可選variablearea變面積、wiggletrace波形線或shadedarea灰度圖，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)為灰度圖；另有clipped切除可選；display--shotparameters--displaygain菜單：視圖增益設(shè)置，可選autosacletraces自動(dòng)道間均衡或individual各道視圖增益調(diào)整，本次實(shí)驗(yàn)視具體情況而定；display--shotparameters--displayfilter菜單：視圖濾波設(shè)置，可選highcut高截濾波或lowcut低截濾波，一般用于反射波勘探，本次實(shí)驗(yàn)不使用視圖濾波，設(shè)為OFF；（7）file--storageparameters菜單：存儲(chǔ)參數(shù)設(shè)置，可選autosave自動(dòng)存儲(chǔ)、datatype存儲(chǔ)格式（SEG-2、SEG-D、SEG-Y，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)為SEG-2）、savetodisk存儲(chǔ)目錄（可設(shè)置驅(qū)動(dòng)器drive和目錄path）；file--read菜單：把已存儲(chǔ)的文件讀入；4．處理解釋數(shù)據(jù)處理解釋包括：初至拾取和數(shù)據(jù)處理兩部分，即pickbreaks程序和SIPQC程序。原始SEG-2文件經(jīng)過(guò)pickbreaks程序處理后，生成初至文件*.bpk；將多個(gè)相遇追逐觀測(cè)系統(tǒng)的初至文件讀入SIPQC程序，然后對(duì)各初至?xí)r間根據(jù)折射波時(shí)距曲線斜率進(jìn)行層分配，最后形成測(cè)點(diǎn)-深度圖，計(jì)算得到各層波速和各檢波器點(diǎn)處地下基巖深度。五、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐結(jié)果處理1.折射波法基本原理以水平界面的兩層介質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)要的說(shuō)明，假設(shè)地下深度為h，有一個(gè)水平的速度分界面R，上、下兩層的速度分別為V1和V2，且V2>V1。如圖1所示。從激發(fā)點(diǎn)O至地面某一接收點(diǎn)D的距離為X，折射波旅行的路程為OK、KE、ED之和，則它的旅行時(shí)t為：(1)為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，先作如下證明：從O，D兩點(diǎn)分別作界面R的垂線，則OA＝DG＝h，再自A、G分別作OK，ED的垂線，幾何上不難證明∠BAK＝∠EGF＝i，因已知，所以：(2)圖1圖1水平兩層介質(zhì)折射波時(shí)距曲線即和(3)上式說(shuō)明，波以速度V1旅行BK（或EF）路程與以速度V2旅行AK（或EC）路程所需的時(shí)間是相等的。將式3的關(guān)系和式1作等效置換，并經(jīng)變換后可得：(4)這就是水平兩層介質(zhì)的折射波時(shí)距曲線方程。它表示時(shí)距曲線是一條直線，若令x＝0，則可得時(shí)距曲線的截距時(shí)間t0（時(shí)距曲線延長(zhǎng)與t軸相交處的時(shí)間值）(5)式5表示出界面深度h和截距時(shí)間t0之間的關(guān)系，當(dāng)已知V1和V2時(shí)，可以求出界面的深度h。2、折射波分層解釋的t0法折射波t0解釋法是常用的地震折射波解釋方法，它是針相遇時(shí)距曲線觀測(cè)系統(tǒng)采集發(fā)展起來(lái)的解釋方法。t0法解釋的主要原理與方法如下：t0法又稱為t0差數(shù)時(shí)距曲線法，是解釋折射波相遇時(shí)距曲線最常用的方法之一。當(dāng)折射界面的曲率半徑比其埋深大得很多的情況下，t0法通常能取得很好的效果，且具有簡(jiǎn)便快速的優(yōu)點(diǎn)。如圖2所示，設(shè)有折射波相遇的時(shí)距曲線S1和S2，兩者的激發(fā)點(diǎn)分別是O1和O2，圖2t0法折射界面示意圖若在剖面上任意取一點(diǎn)D，則在兩條時(shí)距曲線中可以分別得到其對(duì)應(yīng)的走時(shí)t1和t2，從圖中可以得到：(6)且在O1和O2點(diǎn)，時(shí)距曲線S1和S2的走時(shí)是相等的，稱之為互換時(shí)，用T表示，則有：(7)當(dāng)界面的曲率半徑遠(yuǎn)大于其埋深時(shí)，圖中的△BDC可以近似地看作為等腰三角形，若自D點(diǎn)作BC的垂直平分線DM（DM即為該點(diǎn)的界面深度h），于是有：和(8)將式6中的t1和t2相加，并且減去式7，再將式8代入后可以得到：(9)式9便是任意點(diǎn)D的t0值公式，由此可得D點(diǎn)的折射界面法線深度h為：(10)令和則式10可以寫為：(11)因此只要從相遇時(shí)距曲線中分別求出各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的t0值和K值，就可以得出各個(gè)點(diǎn)的界面深度h。從上述的公式可以看出，只要從時(shí)距曲線上讀取t1，t2和互換時(shí)T，就可以算出各個(gè)點(diǎn)的t0值，并可以在圖上繪制相應(yīng)的t0(x)曲線（圖3(b)中所示）。關(guān)于K值的求取：根據(jù)斯奈爾定律可將K值表達(dá)式寫成：(12)由式12可以看出，只要求得波速V1和V2則很容易得出K值。其中V1