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      加拿大GEM公司的磁力儀系列

      2016-03-10 09:05:28
      地質(zhì)裝備 2016年1期
      關(guān)鍵詞:磁力儀進(jìn)動讀數(shù)

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      加拿大GEM公司的磁力儀系列

      磁法勘探(簡稱磁法)是通過利用磁法設(shè)備觀測和分析由巖石、礦石或其他探測對象磁性差異所引起的磁異常,進(jìn)而研究地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)資源或其他探測對象分布規(guī)律的一種地球物理方法,是發(fā)展最早、運用最廣、技術(shù)最成熟的物探方法之一。

      加拿大GEM公司是一家擁有三十多年歷史專的門研發(fā)和生產(chǎn)磁力儀的公司,其生產(chǎn)的磁力儀被公認(rèn)為磁力儀的標(biāo)準(zhǔn)系列,并銷往世界各地。自2005年授權(quán)北京歐華聯(lián)科技有限責(zé)任公司為中國區(qū)唯一代理至今承蒙國內(nèi)物探領(lǐng)域?qū)<倚湃危呀?jīng)銷售了1000多臺各型號磁力儀,用戶單位達(dá)到200多家,是目前國內(nèi)使用最多的磁法設(shè)備之一,其運用領(lǐng)域囊括礦產(chǎn)勘探、石油天然氣構(gòu)造普查、地質(zhì)填圖、考古、地震預(yù)報等地球科學(xué)的各個分支學(xué)科。

      GEM公司生產(chǎn)的磁力儀分地面勘探型磁力儀、航空磁力儀和監(jiān)測型磁力儀三大類型。

      地面勘探型磁力儀有GSM-19T質(zhì)子磁力儀、GSM-19 Overhouser磁力儀和GSMP-35鉀光泵磁力儀三種,可根據(jù)勘探需求增加梯度模式、步行模式,甚低頻(VLF)、GPS模塊等功能。

      航空磁力儀有GSMP-35A 航空磁力儀、GSM-90AV 甚低頻(VLF)航空磁力儀兩種,可選擇單探頭或雙探頭(垂向梯度)、三探頭或四探頭(垂向和水平梯度)等不同的飛鳥(探頭支架),也可使用甚低頻(VLF)探頭。飛行器可選擇直升機(jī)或無人機(jī)。

      監(jiān)測型磁力儀有GSM-90 Overhouser標(biāo)量磁力儀、GSM-19懸浮式dIdD矢量磁力儀和GSMP-20S3超高精度梯度儀三種,標(biāo)量磁力儀即總場測量儀,矢量磁力儀可以監(jiān)測磁偏角、磁傾角、地磁場分量等隨時間的變化。dIdD矢量磁力儀可以選擇Overhouser探頭或精度更高的鉀光泵探頭。

      1GSM-19T質(zhì)子磁力儀

      GSM-19T質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀由于其價格低、精度高、穩(wěn)定性好等特征一直是使用最普遍的磁力儀。

      圖1 GSM-19T磁力儀實時剖面顯示

      1.1優(yōu)點

      GSM-19T采用了大量新技術(shù),因而不同于其他質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀,例如:

      (1)可在主機(jī)屏幕上實時顯示觀測磁場剖面圖;

      (2)可任意設(shè)置點、線號及其增量;

      (3)分辨率高達(dá)0.01nT,靈敏度達(dá)0.05nT,絕對精度±0.2nT在所有質(zhì)子磁力儀中水平最高;

      (4)大容量存儲器(32M),可存儲3,303,000個讀數(shù);

      (5)使用Walking Mag采集模式,可保證操作員在野外隨走隨采集磁場數(shù)據(jù),從而獲得連續(xù)的觀測剖面,對近地表小異常體具有更高的分辨率;

      (6)具有觀測質(zhì)量監(jiān)控功能,在測量過程中如果發(fā)觀某個觀測值質(zhì)量低劣,可以進(jìn)行重復(fù)觀測且無需重新設(shè)置點線號;

      (7)可根據(jù)勘探任務(wù)配置梯度模式、步行模式、VLF探頭、GPS等附加功能,和VLF探頭同時使用可以同時獲取地下的磁場特征和電場特征。

      1.2主要技術(shù)指標(biāo)

      靈敏度0.15nT(1s采樣率);

      0.05nT(4s采樣率)

      分辨率0.01nT

      絕對精度±0.2nT(1s采樣率)

      測量范圍20,000~120,000nT

      采樣率60s+,5,4,3,2,1,0.5s,0.2s

      梯度容差>7000nT/m

      工作溫度-40~+50℃

      圖2為中國地震局地球物理研究所使用22臺GSM-19T質(zhì)子磁力儀同步觀測三個小時所得數(shù)據(jù),采樣間隔5s,采集時間為19:00~22:00,從采集結(jié)果可以看出,所有儀器曲線完全一致,包括細(xì)微的擾動都保持著高度的一致性,說明儀器穩(wěn)定性好,精度高。

      圖2

      圖3為每臺儀器同時刻數(shù)據(jù)減去所有儀器該時刻讀數(shù)平均值所成曲線,所得結(jié)果相當(dāng)于儀器運行過程中的白噪聲值,從圖中可以看出儀器噪聲值非常低,約0.1nT,且整個運行過程中非常穩(wěn)定。

      圖3

      2GSM-19 Overhauser高精度磁力儀

      Overhauer磁力儀是運用GEM公司的獨特技術(shù)開發(fā)出來的高精度磁力儀,它具有比普通質(zhì)子磁力儀有更多的優(yōu)點,分辨率和靈敏度與光泵磁力儀相當(dāng),但操作更簡單、使用更方便。它主要應(yīng)用于:

      (1)高精度礦產(chǎn)資源探測;

      (2)含油、氣盆地構(gòu)造探測;

      (3)工程和環(huán)境勘探;

      (4)地下埋藏物和管線探測;

      (5)地震和火山前兆觀測;

      (6)考古;

      (7)對物質(zhì)磁性的高精度測量。

      圖4 GSM-19 Overhauser磁力儀主機(jī)及探頭

      2.1工作原理及特點

      當(dāng)把特殊的含有不成對電子的液體與氫原子結(jié)合起來、并在射頻(RF)磁場的極化下產(chǎn)生Overhauser效應(yīng)。不成對的電子將其自身的極化強(qiáng)度傳輸給氫原子后,就產(chǎn)生了很強(qiáng)的進(jìn)動信號,這種進(jìn)動信號對總磁場強(qiáng)度值具有很高的靈敏度,并可用簡單的方程式表達(dá)。于是通過測量進(jìn)動信號,便可測出總磁場強(qiáng)度。

      由于產(chǎn)生射頻(RF)磁場所需的能量很小,并且其頻段處于進(jìn)動信號頻率之外,從而消除了測量噪聲,所以O(shè)verhauser磁力儀功耗特別低,精度很高。射頻磁化過程和進(jìn)動信號的測量過程可以同步進(jìn)行,因此觀測效率高,可以高速采樣。

      探頭內(nèi)充填屬于公司專利的溶有自由電子的富氫液體,從而增加了在射頻極化磁場作用下所產(chǎn)生的進(jìn)動信號強(qiáng)度。探頭方向性很小,在赤道附近也可對磁場進(jìn)行精確地測量,在野外測量時可以不必注意探頭的放置方向。

      GSM-19 Overhouser磁力儀和GSM-19T磁力儀一樣可以配置梯度模式、步行模式、甚低頻探頭、GPS模塊等功能。

      2.2主要技術(shù)指標(biāo)

      靈敏度0.022nT(1s采樣率)

      分辨率0.01nT

      絕對精度±0.1nT

      測量范圍20,000~120,000nT

      采樣率60s+,5,4,3,2,1,0.5s,0.2s

      梯度容差>10,000nT/m

      工作溫度-40~+50℃

      3GSMP-35鉀光泵磁力儀

      3.1主要優(yōu)點

      GSM-35鉀光泵磁力儀是目前精度和分辨率最高的勘探型磁力儀,有別于傳統(tǒng)光泵磁力儀使用氦或銫元素,本儀器使用的是鉀元素,因此相對于其他光泵磁力儀有諸多優(yōu)點。

      (1)具有更高的靈敏度0.0025nT@1Hz;

      (2)更高的采樣率,最高采樣率可達(dá)20Hz;

      (3)更大的梯度容差35000nT/m;

      (4)功耗低,每次充電可以連續(xù)使用16小時;

      (5)既可測量總場,也可進(jìn)行梯度測量;

      (6)儀器更加輕便,總質(zhì)量約4kg;

      (7)按給定采樣率自動讀數(shù),指定位置記錄點線號。

      3.2主要技術(shù)指標(biāo)

      靈敏度0.0025nT(1s采樣率)

      分辨率0.0001nT

      絕對精度±0.1nT

      測量范圍20,000~100,000nT

      采樣率1、5、10、20Hz

      梯度容差>35,000nT/m

      工作溫度-40~+50℃

      圖5 GSMP-35鉀光泵磁力儀

      4GSMP-35A航空磁力儀

      航空磁測由于其高效、經(jīng)濟(jì)等特點,越來越受到重視,同時也對儀器設(shè)備提出了更高的要求:更高的分辨率、更加豐富、詳細(xì)的信息、更高的定位精度、更安全的數(shù)據(jù)存儲等。

      GSM-35A航空磁力儀使用的是目前分辨率最高的鉀光泵探頭,從而具有諸多優(yōu)勢:

      (1) 分辨率更高,可達(dá)0.003nT@1Hz,有利于探測弱磁異常;

      (2) 精度高,絕對精度為±0.1nT,高精度保證了高穩(wěn)定性;

      (3) 采樣率高,最高可達(dá)20Hz,更有利于發(fā)現(xiàn)小異常體;

      (4) 更高的梯度容差(35,000nT/m)和動態(tài)范圍(20,000~120,000nT);

      (5) 既可用直升機(jī)飛行也可用固定翼無人機(jī)飛行;

      (6) 集成高精度GPS,定位精度可達(dá)1.5m。

      5監(jiān)測型磁力儀

      5.1GSM-90 Overhouser監(jiān)測型磁力儀

      GSM-90 Overhouser磁力儀同樣使用了Overhouser技術(shù),其精度、靈敏度等參數(shù)和GSM-19參數(shù)一致。不同點在于,GSM-90是一款專門用于地磁臺站地磁場總強(qiáng)度觀測的儀器,為了延長儀器使用壽命、降低功耗,儀器沒有配置顯示屏和存儲器,需要和電腦連接,并在電腦上對儀器進(jìn)行操作,儀器也會將采集到的數(shù)據(jù)直接上傳至電腦。

      根據(jù)儀器最高采樣率不同,分為GSM-90F1和GSM-90F5,其最高采樣率分別為1個樣/秒和5個樣/秒。

      該儀器具有穩(wěn)定性好(讀數(shù)漂移僅0.05nT/年)、精度高(絕對精度0.2nT)、功耗低(平均每次讀數(shù)功耗0.5W)等優(yōu)點,適合用于固定臺站的連續(xù)觀測,進(jìn)行火山活動、地震前兆等監(jiān)測。

      工作模式:

      (1) 臺站監(jiān)測模式(Observatory):每5秒鐘讀取一次磁場值,連續(xù)讀取12次后計算并輸出平均值,即每分鐘輸出一個讀數(shù);

      (2) 固定采樣率監(jiān)測模式:按給定的采樣率進(jìn)行等間隔讀數(shù),采樣率可在3600s~1s(90F1)或0.2s(90F5)之間設(shè)置。

      圖6 GSM-90 Overhouser磁力儀

      5.2GSM-19 dIdD矢量磁力儀

      dIdD矢量磁力儀使用兩個相互正交的線圈,通過加入不同方向的偏移電流,可以監(jiān)測地磁總場強(qiáng)度、傾角和偏角變化,其中傾角和偏角為相對變化量,即相對于基準(zhǔn)值的變化。為了準(zhǔn)確計算某一時刻的各磁場要素,首先需要輸入探頭所在位置的磁偏角和磁傾角的基準(zhǔn)值。儀器的主要優(yōu)點是:

      (1)一臺儀器即可完成傳統(tǒng)質(zhì)子(光泵)磁力儀+經(jīng)緯儀+磁通門磁力儀聯(lián)合方可完成的功能;

      (2)溫度漂移小(0.1nT/℃ ),對環(huán)境要求低(相對于磁通門磁力儀);

      (3)穩(wěn)定性好(2nT/年);

      (4)采樣率高,可每秒循環(huán)采樣;

      (5)只需給定探頭位置的磁偏角和磁傾角基準(zhǔn)值,即可實時測量、計算各地磁要素;

      (6)自動化程度高,無需人工干預(yù),實時顯示總場;

      (7)偏角、傾角及磁場三分量曲線;

      (8)有Overhouser探頭和鉀光泵探頭可選。

      技術(shù)指標(biāo)參照GSM-19Overhouser磁力儀和GSMP-35鉀光泵磁力儀。

      圖7 GSM-19 dIdD矢量磁力儀

      (來源:北京歐華聯(lián)科技有限責(zé)任公司www.ouhualian.com)

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