太白山教学实习指导书.docx

1、太白山教学实习指导书教 学实习指导书（地球物理学专业）王卫东、李忠生、冯兵、邵广周编写地球探测与信息工程系二O O四年前 言一、实习的性质、目的和任务地球物理学教学实习是集中进行的综合性教学实习，要求学生通过地震、地磁、地电和重力等地球物理方法的观测实习，掌握地球物理观测方法和初步的数据处理和解释方法，是地球物理学整体教学的重要环节。它不仅起到对课堂所学知识的验证、巩固、加深理解和认识作用，还可以培养学生独立思考、分析和解决问题的能力，提高学生对观测仪器的基本操作技能和动手能力，为毕业后从事实际工作打下良好的基础。此外，通过教学实习，还可以培养学生吃苦耐劳、团结互助的团队精神。二、实习的基本要

2、求（一）纪律要求1、必须严格遵守学校所规定的校纪校规和实习时期间的有关规章制度；2、实习期间不得无故缺席、早退、迟到和请假。（二）实习前要做好准备，及时阅读实习指导书及教材的有关章节。（三）仪器使用1、每次出发前及收工时应清点仪器和工具；2、按时领用、及时交还仪器及工具，遵守借领制度；3、在实习期间，各作业组须建立专人负责。实习中若发生故障，不得自行处理，须立即报告指导教师处理。在操作中，应严格按正确规程作业，若有违反操作规程及损坏仪器者，应由损坏者照价赔偿。（四）每项测量工作完成后，要及时整理原始数据、资料字迹要端正，不得涂改，成果应妥善保管，不得丢失。（五）实习结束后，应达到如下要求：1要

3、求学生能熟练掌握仪器的操作方法；2要求学生能较熟练掌握地球物理数据的采集与测量方法（地震、地磁、地电、重力），每个手段方法至少完成一个基本单位的数据采集；3使学生基本掌握各种普通地球物理的资料处理方法，并对所采集的数据进行处理；4使学生初步掌握并了解普通地球物理的解释方法及所解决的问题；5要求掌握地球物理报告的编写方法。三、实习的基本内容实习的内容按地球物理手段划分为：1、地震：天然地震学：宽频带地震数据采集与地振动信号分析；人工地震学：折射波法地震数据采集及资料处理解释；反射波法地震数据采集及资料处理解释；2、地磁：磁偏角、倾角和磁场总强度测量；岩石矿物的磁化率测量；磁法勘探数据采集及资料处

4、理解释；3、电法：电法勘探的数据采集及资料处理解释；4、重力：重力勘探的数据采集及资料处理解释。四、成绩考核与评定对实习学生单人进行考核。根据学生实习中的积极主动性，实习过程思路的清晰程度，实习仪器操作步骤的正确合理性，实习小组组员的密切配合程度，实习报告编写的内容是否全面、认真，数据是否真实、合理，数据处理分析是否正确，运用理论是否恰当，对实习中出现的问题有无解决方案，对实习中各环节有无合理化建议等进行综合评定，给出个人成绩。五、教材及参考书李貅、冯兵，应用地球物理基础教程（上），西安：陕西人民教育出版社，2003孙渊、谭成仟，应用地球物理基础教程（下），西安：陕西人民教育出版社，2003罗

5、孝宽、郭绍雍主编，应用地球物理教程重力、磁法，北京：地质出版社,1991王谦身等，重力学，北京：地震出版社，2003何樵登、熊维纲 主编，应用地球物理教程地震勘探，北京：地质出版社,1991傅淑芳、刘宝诚编，地震学教程，北京：地震出版社，1991杨诺夫斯基著，刘洪学、周烑秀译，地磁学，北京：地质出版社，1982第一部分：地震学教学实习（天然地震学部分）第一章 实习的目的和要求一、实习目的地震学是实践性很强的学科，根据专业教学计划和课程教学大纲的要求，学生应参加地震学教学实习，在参与实习的过程中，不仅要加强对课堂所学基本理论和知识的理解与掌握，而且要综合运用地震学的基本理论和基本技术，学习宽频带

6、地震数据采集的工作方法技术及仪器操作，掌握科研生产报告的编写方法。初步获得分析和解决实际工程问题的能力。通过教学实习，巩固和加深对课堂理论教学的认识和理解，培养学生成诚实笃信的优秀品质，认真负责、严谨细致的作风，吃苦耐劳、不怕困难的精神，团结合作的风尚等。二、实习要求1. 学生熟练掌握仪器的操作方法；2. 熟练掌握宽频带地震数据采集的方法；3. 初步掌握宽频带地震数据的处理方法；4. 初步了解和掌握综合运用地球物理资料解释问题的方法；5. 掌握科研生产报告的编写方法。三、实习任务及主要内容实习内容主要包括宽频带地震仪的仪器操作、工作方案方法设计、数据采集、资料处理、报告编写等部分。要求至少完成

7、30分钟的宽频带数字地震记录采集。四、实习纪律及注意事项必须严格遵守学校所规定的校纪校规和实习时期间的有关规章制度，实习期间不得无故缺席、早退和迟到。 实习前要做好准备，及时阅读实习指导书及教材的有关章节。在使用仪器时应严格按操作程序进行，实习中若发生故障，不得隐瞒不报，不得自行处理，须立即报告指导教师处理。在操作中，应严格按正确规程作业，若有违反操作规程及损坏仪器者，应由损坏者照价赔偿。严禁伪造数据，要及时整理原始数据，成果应妥善保管，不得丢失。实习期间，由教师带队，学生分组进行，应使每一项工作都由各成员轮流担任，使每人都有练习的机会，切不可单独追求实习进度。实习期间，仪器设备应进行出入库应

8、检查，长途运输时应使用专用仪器箱及相应的减震措施，人工搬仪器时应锁紧并注意轻拿轻放，工作前应对仪器设备进行检查，技术指标应符合规定，现场工作开工前、工作中和收工后，应检查仪器，.仪器工作不正常时，应排除故障并经检查正常后才能继续工作。第二章 实习内容一、概述地震是一种会给人类生命财产带来严重损害的自然现象，它是在地球内部特定的条件下，由其内部的和外部的作用力引起的构造运动所导致的物理过程。地震学的基本任务核而言之可以说是认识自然、趋利避害。即通过分析和研究用地震仪记录到的地震图，了解地球内部各个部分介质的特性和状态及其变化，认识地震发生的原因及其规律；勘探地下资源、保护地球环境，为人类社会经济

9、发展服务；预测地震及其灾害，为人类预防和减轻地震灾害服务。 地震学是一门观测科学。地震仪对于地震学犹如望远镜对于天文学一样的重要。地震学的发展是与地震仪的发展密切关联的。公元138年，我国东汉时期的张衡于公元132年发明的、设置在洛阳的一台候风地动仪检测到了一次发生在甘肃省内的地震。这是人类历史上第一次用地震仪器检测到远处发生的、但在仪器所在地无感的地震。早期的地震仪器实际上是验震器，即用于指示地震业已发生的装置。张衡的这一伟大发明要比欧洲的水银验震器早1500年以上。第一台近代地震仪是意大利人契奇（Filippo Cecchi）于1875年发明的，可以记录两个分向（南北与东西分向）的地面运动

10、。契奇的摆式地震仪放大倍数只有3倍，只能记录强震。从1875年第一台近代地震仪诞生以来，地震学家使用它来对地震进行观测，并在这个基础上发展起了近代地震学。需要特别强调指出的是，从那时起到20世纪70年代中期的100年来，地震学家主要依靠的是模拟记录地震图。运用这些记录，地震学家对于地球内部结构和地震发生的时间、地点、震源机制等方面的了解都取得了堪称辉煌的成绩，近代地震仪已经可以记录到远至位于台站对路点的、在震中区无感的小地震，然而这种地震仪实在太灵敏而动态范围又不大，遇到大地震时就“出格”（超过量程）。地面振动的频率跨越了6个数量级，地脉动在510 s处有一个峰值。地面振动的加速度的幅度跨越8

11、个数量级。受仪器制作技术的限制，地震学家只好在远距离记录大地震的低频率成分（大地震远距离低频率）或者在近距离记录小地震的高频率成分（小地震近距离高频率）；而地震工程师则主要关注引起建筑物破坏的近场强地面运动，他们着置于在近距离用低放大倍数的强震仅记录l10 Hz的强地面运动。随着仪器放大倍数的提高，地震学家最终采用分别在0.010.1Hz和110 Hz两个频率范围内来测量地面振动以避开“噪声”。0.11 Hz这个“噪声”频谱所在的范围便成了短周期地震仪和长周期地震仪的分水岭。这种状况无论是对于了解地球内部结构还是对于了解震源过程来说都是很不理想的。为了克服动态范围小以及频带窄的缺点，同时为了使

12、地震仪既轻又小以便于安装，地震学家做出了巨大的努力，并且取得了进展。一方面，通过对电路的改进，制成了反馈式电磁地震仪。反馈式电磁地震仪通过负反馈将力加到摆上。对于位移反馈型的地震仪来说，是格与位移成正比的输出加在反馈线圈上，由于它能使摆返回到原来的位置，所以又称为力平衡型地震仪。位移式反馈型地震仪，由于表面上看摆的恢复力变大，其固有周期与无反馈电路时相比而变短，在变短的固有周期到周期为无限大的范围内摆的位移和地震加速度成正比，频带展宽了，动态范围也扩大了。另一方面，随着微电子技术的发展，从本世纪70年代起，地震观测系统中大量采用了将信号进行数字化的记录方式。和模拟记录相比数字记录的特点，是信号

13、质量极高。模拟记录的动态范围，其上限不过是50 dB左右，而数字记录的动态范围一般可确保在90 dB以上。在模拟记录方式中，为了记录大动态范围的信号，必须使用多个放大倍数不同的记录，反之，只要用一个数字式记录即可涵盖全部动态范围，而且还可以用计算机处理信号。由于数字记录地震仪具有记录频带宽、分辨率高、动态范围大以及易于与计算机联接处理的优点，所以自1975年美国圣迭戈加州大学地球和行星物理研究所开始实施IDA台网国际加速度仪部署台网以来，地震观测系统中大量采用了数字记录方式，从而使地震学的发展出现了一个新的飞跃，数字地震台站、台网和台阵数量迅速增加，在这一基础上，产生出了有时也被称作宽频带地震

14、学的数字地震学。二、实习仪器及原理本次实验所采用的FBS3B宽频带地震仪是当代广泛采用的力平衡型地震仪,具有频带宽、分辨率高、动态范围大的优点。其机械部分的主体是固有周期为2秒的拾震器（即旋转型的复摆）,采用动圈电磁换能,主磁缸中有主换能工作线圈和反馈线圈,仪器还设置了与主换能器磁电隔离的稳定线圈和磁缸。仪器还设有周期、零位调节机构和惯性体锁紧装置。仪器的框架随着地一起运动，活动的惯性体通过簧片与框架连接，换能部分磁缸是固定的，线圈是活动的。当地面运动时，惯性体中心与框架产生一个相对运动，从而导致线圈在磁场中产生感应电压，这个信号经过放大到输出和反馈电路，输出电压产生一个电流，流过处于磁场中的

15、反馈线圈而惯性体上产生一个反馈力来阻止惯性体的运动，反馈力的大小正比于输出电压和相对运动速度，相位与相对运动相反，从而延长了固有周期。从而将地面复杂的波动信号通过换能器转化成易于记录、传输及分析的电压信号。FBS3B宽频带地震仪的主要技术指标如下：(1)工作参数 工作模式：一个垂直分向、两个水平分向；记录量：地动速度；(2)频带宽度：0.05-20Hz； (3)频率响应类型:速度平坦型；(4)灵敏度：1210-8m/s；(5)线性度：优于1；(6)动态范围：大于100dB；(7)环境条件：温度：-10+55，湿度95；地震数据采集器是数字地震记录的关键设备之一。它的输入信号来自地震计，将地震计

16、输出的三分向模拟信号进行放大、滤波、模数转换，变成数字编码信号。为保证波形数据的时间同步，在数据采集器中设有时间服务。此外为了设备在运行过程中监测工作是否正常，工作参数是否发生了变化，地震数据采集器中还设有标定信号发生器和温度传感器等。本次实验所采用的EDAS-24M地震数据采集器主要技术特点如下：(1) 输入道数：3；(2) 模数转换：24位；(3) 系统噪声：-1LSB； (4) 非线性失真: -110 dB（采样率为50Hz时）；(5) 路际串扰：-110 dB；(6) 数字滤波器：FIR数字滤波器（包括线形相移和最小相移）。(7) 通带内波动：0.08dB； (8) 动态范围：大于13

17、0dB（采样率为50Hz时）；(9) 输出采样率：50Hz或100Hz；(10) 授时方式：GPS。定位精度：20m，时间精度：0.5 ms；(11) 输出接口：两路全双工异步串行口；(12) 环境条件：温度：-20+55，湿度95。 数据记录与处理设备，及为完成处理任务而编写的程序称为数据处理系统，其作用是完成最后的数据收集记录与分析处理等任务，实现各项功能，并产出结果。实质上它是一个计算机为核心的应用系统，可分为硬件系统和软件系统两个部分。本次实习系统硬件为一笔记本电脑，软件系统为北京港震公司的地震数据采集软件EDAS-SMS和地震数据分析软件EDAS-IAS及相关的通用数据处理软件。其中

18、地震数据采集软件EDAS-SMS可完成地震数据流的显示、采集，地震仪的工作状况的监视，地震观测系统的标定等功能，地震数据分析软件EDAS-IAS则可完成地震数据的滤波，消除线形漂移和数据格式转换等功能。地脉动数据采集系统的结构框图（图1）如下：图1 场地地脉动数据采集系统的结构框图三、实习主要内容及步骤本次实习要求选择一些观测点进行地脉动数据的采集，进而熟悉宽频带地震仪的操作和观测数据的采集过程，并对采集到的地脉动数据进行频谱分析，判断场地的情况和初步类型。实习内容主要包括工作方案方法设计、宽频带地震仪的仪器操作、数据采集、资料处理、报告编写等部分。要求至少完成30分钟的宽频带数字地震记录采集

19、。实习工作前，应根据测区地质条件和任务制定试验方案，试验结果可作为生产成果的一部分。试验地段应具有代表性实验区的地球物理参数和特征。试验工作包括工作方法、观测系统、震源和仪器工作参数选择等内容。试验中影响数据记录质量的因素时，应分析原因，并选取相应的对策。主要步骤如下：(1) 点位和时间的选择：场地地脉动数据采集的地点应选择在干扰较小，较为平坦的地表，最好是原生土，若有表层填土应铲去，一般不选压实的地面如公路或乡间小路，时间一般选择在晚10点至凌晨4点以避免干扰，测试时最好选择无风或微风天，如风较大可所有仪器设备连接调试完成后将FBS3B宽频带地震仪用塑料桶（或其它容器）罩住，并将其周围用土围

20、好。 (2)仪器的安放：将表层虚土铲去、削平，将FBS3B宽频带地震仪按方向安放好，并大致调平。(3)设备连接：将FBS3B宽频带地震仪、地震数据采集器、GPS接收机、12V直流电源和笔记本电脑按规定连接好，连接过程中注意不要损坏仪器接头。(4)仪器的调节：调整FBS3B地震仪的三个底脚螺丝，使水准气泡居中，然后松开地震仪中三个方向摆的锁紧螺丝。(5)数据采集：打开12V直流电源开关，对地震数据采集器供电，启动地震数据采集软件EDAS-SMS，设置通讯速率为19200bps连通地震数据采集器和笔记本电脑，启动实时波形显示窗口观察地脉动波形，配置数据采样率、放大倍数等参数并检查其它工作参数，确认

21、无误，确认仪器处于正常工作状态，显示波形正确，然后启动实时波形记录并在笔记本电脑上记录长度约30分钟的地脉动信号，注意在数据采集工程中测试人员应保持尽量减少移动以避免不必要的干扰。(6)数据处理与分析首先进行数据的选择与截取：利用地震数据分析软件EDAS-IAS打开本次实验的地脉动波形数据文件，观察地脉动波形并从中选出没有人为干扰（如汽车经过引起的振动、附近人的活动、电机的振动等）的地脉动波形数据，利用地震数据分析软件EDAS-IAS进行数据截取，截取长度可选2048点或4096点（仪器采样率为每秒50点时，数据长度分别约41秒和82秒）的三分向地脉动数据，并将其转化为二进制数据或国际标准码可

22、视数据。然后进行数据处理：由于记录的数据单位为count，首先应将截取好的三分向数据除以仪器的频率特性变为单位为m/s的地动速度数字信号，量取波形的最大振幅确定最大地动速度值，在估算地动噪声水平时可计算地动速度均方根值；然后对数据进行快速傅立叶变换，并进而得到其功率谱。最后进行结果分析：由上述工作可以得到地动噪声最大速度值、平均地动噪声水平和地脉动的功率谱，从而可以通过分析地振动的频谱特征，给出场地地脉动的卓越频率（周期），并对场地的地下构造和工程地质条件作出初步评价与推测。四、实习报告编写实习报告是教学实习的技术总结，编写的内容和格式如下：(1) 封面。(2) 前言：简要说明实习的目的，任务

23、和过程。(3) 工区概况、地形地貌和地质情况、工作时间、工作完成情况。(4) 工作方法、原理，包括：方法原理简述、测点布置、现场工作技术、仪器性能及仪器参数选择、资料精度评价、数据处理方法与技术。(5) 成果分析，包括：地质解释。(6) 结论与建议，包括：实习成果结论、本次工作尚未解决的问题和需要补充的其它工作的建议等。(7) 实习总结：包括对全部工作过程的评价，教学实习的心得与体会；对以后开展工作的建议和对今后教学改革的意见和建议等。四、教学实习报告装订顺序(1) 封面；(2) 目录（含附图、附表目录）；(3) 报告正文；(4) 附表与附图；(5) 封底。第一部分：地震教学实习（人工地震部分

24、）一、实习目的根据专业教学计划和课程教学大纲的要求，学生应参加地震勘探教学实习，在参与实习的全过程中，不仅要加强对课堂所学知识的理解和掌握，而且要综合运用地震勘探的基本理论和基本技术，熟悉野外工作方法和程序，获得分析和解决实际工程问题的初步能力。通过教学实习，培养学生成为一名科学技术工作者所应具备的优秀品质：诚实笃信，确保各项测绘成果的真实可靠；认真负责，严格遵守各种技术规范和操作规程；爱护公物，确保各类仪器设备和工具的安全；以及严谨细致的作风，吃苦耐劳的精神，团结合作的风尚等。二、实习要求6. 学生熟练掌握仪器的操作方法；7. 较熟练掌握地震勘探的野外采集方法；8. 基本掌握地震勘探的资料处

25、理方法；9. 初步掌握并了解地震勘探的解释方法及所解决的地质问题；10. 掌握地震勘探报告的编写方法。三、实习任务及主要内容实习内容主要包括地震勘探方法的仪器操作、野外工作方法设计、数据采集、资料处理、报告编写等部分。完成至少3个排列的折射地震数据采集，完成至少（24道接收）72炮的12次覆盖反射地震数据采集。四、实习纪律及注意事项1. 必须严格遵守学校所规定的校纪校规和实习期间的有关规章制度，实习期间不得无故缺席、早退和迟到。在测量中应积极努力完成工作，不得嬉戏打闹，擅离职守。 2. 实习前要做好准备，及时阅读实习指导书及教材的有关章节。3. 按时领用、及时交还仪器及工具，遵守借领制度；实习

26、中，学生应严格遵守“实习仪器、工具的正确使用和维护要求”、“测量资料的记录要求”以及有关规定。4. 在实习期间，各作业组须建立专人负责仪器安全。使用仪器、布设测线时应严格按操作程序进行，仪器班、检波班、炮班各负其责，密切注意过往行人、车辆，防止损伤仪器设备。实习中若发生故障，不得隐瞒不报，不得自行处理，须立即报告指导教师处理。在操作中，应严格按正确规程作业，若有违反操作规程及损坏仪器者，应由损坏者照价赔偿。5. 测量过程中应认真填写班报，不得用其它纸张记录再行转抄。严禁擦拭、涂改数据，严禁伪造班报。妥善保管好班报，及时转存整理当日采集好的数据文件。每日工作完成后，要及时整理原始数据，成果应妥善

27、保管，不得丢失。6. 实习期间，小组组长应切实负责，合理安排小组工作，每组分仪器班、检波班、炮班，每班2-3人，应使每一项工作都由小组成员轮流担任，使每人都有练习的机会，切不可单独追求实习进度。7. 实习中，小组内、各组之间都应团结协作，以保证实习任务的顺利完成。五、技术要求5.1仪器设备的管理、检验和使用应符合下列规定：1.仪器主机和主要传感器件应存放在干燥、清洁、阴凉、无强电磁辐射的库房内，应标识，出入库应检查。2.仪器设备长途运输应使用专用仪器箱及相应的减震措施，仪器长距离人工搬运应使用专用背包。3.工作前应对仪器设备进行检查，技术指标应符合规定。4.现场工作开工前、工作中和收工后，应检

28、查仪器。5.仪器工作不正常时，应排除故障并经检查正常后才能继续工作。并对上次仪器检查至故障发现期间的观测数据按本标准的规定重新观测。5.2工作之前，应全面了解和分析测区的地形、地质和地球物理特征以及以前的技术成果，作为测试前的指导和参考。5.3 正式工作前应进行试验工作，并应符合下列要求：1.试验工作前，应根据测区地质条件和物探任务制定试验方案，试验结果可作为生产成果的一部分。2.试验工作应遵循由已知到未知，由简单到复杂的原则，试验地段应具有代表性，选择在物探工作测线上或通过已知钻孔，便于最大限度地了解工区的地球物理参数和特征。3.试验结果宜给出本测区物探工作可选用的技术参数、仪器参数、物性参

29、数等，同时应明确提出具备条件的物探方法和技术。4.试验工作包括工作方法、观测系统、震源和仪器工作参数选择等内容。5.了解测区的地球物理条件、有效波和干扰波分布情况，试验压制干扰波的措施，选择激发接收方式、仪器工作参数及观测系统。6.了解测区有效波和干扰波分布宜使用展开排列观测方式。浅层折射波法展开排列长度宜为探测深度的6倍10倍，浅层反射波法宜为探测深度的2倍3倍。检波点距应不大于实际工作的检波点距。7.生产中遇到局部地段记录质量明显下降时，应分析原因，并通过试验找出原因，选择新的仪器工作参数或改变工作方法5.4 测线布置应符合下列要求：1.测线布置应根据任务要求、探测方法、被探测对象规模、埋

30、深等因素综合确定。2.测线方向宜垂直于地层、构造和主要探测对象的走向，应沿地形起伏较小和表层介质较为均匀的地段布置测线，测线应与地质勘探线和其它物探方法的测线一致，避开干扰源。3.在地质构造复杂地区，应适当加密测线和测点。4.测线端点、转折点、物探观测点、观测基点应进行测量。5.测线宜按直线布置。当测线通过建筑物、道路、高压电线和其它障碍时，允许测线转折，但应采取相应的措施，以保证转折测线的资料能独立解释。6.当地形起伏时，折射波法的炮点宜布置在顶部或底部，并保证各段测线资料能独立解释。7.浅层折射波法探测高倾角目的层，应合理选择测线方向，以满足视倾角与临界角之和小于90的必要条件。8.测线布

31、置应考虑旁侧影响。5.5现场准备工作应符合下列要求：1.仪器设备检查要求：1) 放大器一致性检查，采样间隔宜按仪器最小值设置。固定增益型仪器各道的增益设置相同。2) 记录道一致性检查，放大器设置符合1)的要求，检波器安置条件一致，检波器安置范围与其距震源距离相比很小。2.每天工作前应检查放大器工作档一致性，采样间隔和滤波档可按工作时的设置。点增益型仪器应将各道放大器增益设置为相等。5.6观测系统应符合下列要求：1.观测系统应依据试验结果确定，保证对目的层有效波的连续对比追踪。2.浅层折射波法观测系统要求：1) 采用单支时距曲线观测系统，要求观测面与被探测界面平坦，地层结构简单，沿测线方向地层界面的视倾角应小于15，并应保证被追踪地段内至少有4个检波点有效接收折射波。2) 采用单重相遇时距曲线观测系统，应保证被追踪界面的相遇段至少有4个检波点有效接收折射波。3) 采用追逐时距曲线补充完整对比观测系统，应保证在两支时距曲线上被追踪段至少有4个检波点有效重复接收同一界面的折射波。4) 采用多重时距曲线观测系统，应保证各层折射波的连续对比追踪，并在综合时距曲线上均有能独立解释的相遇段。3.浅层反射波法观测系统要求：1) 展开排列观测系统适用于了解测区内有效波和干扰波的分布情