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§1.4.3 费玛原理•费玛原理是描述波射线在介质中传播路径规律的原理，也称最小时间原理。
–地震波总是沿射线传播，以保证所用旅行时间最少准则；–地震波沿垂直于等时面的路线传播所用时间最少；–等时面与射线总是互相垂直；–用射线描述地震波与用波前面描述是等价的。
•结论：地震波在均匀介质射线为直线，在非均匀介质中是曲线。
费玛（Fermat，1601-1665）：法国的数学家，生于法国南部波蒙镇，以律师为职业，长期任图卢兹议会议员。
喜欢博览群书，精通数国语言与文学，爱好自然科学，特别是数学，著有《平面及空间位置理论导言》《求最大和最小值的方法》等。
在物理学上，费马在研究了光的反射现象与折射现象后，提出了费马原理。
t时间，它们的包络面便是C.Huygens,§1.4.5 斯奈尔定律• 斯奈尔定律描述的是波在介质分界面上发生反射和 透射和波型转换所遵循的规律：sin θ1 sin θ1P sin θ 2 P sin θ1S sin θ 2 S p= = = = = v1P v1P v2 P v1S v2 S v1S v2 S v1P v1P v2 P 1 = = = = = = λa p sin θ1 sin θ1P sin θ 2 P sin θ1S sin θ 2 S介质 Iv1P v2P > v1P Pθ1λP λaθ1S θ1 θ1PSP v1S介质 IIθ 2P θ 2Sv2S > v1S P S反射波（特别是反射 纵波）是地面地震勘 探的有效信号，反射 横波在转换波或多波 勘探时是有效波。
用惠更斯原理解释斯奈尔定律• 射线 1 在 t 时刻入射到界面，在界面发生反射透 射；射线 2 在t+Δt 时刻入射到界面，在界面发生 反射透射。
• 根据惠更斯原理，波前面传播的距离分别为：– 介质 I 中，AC = v1∆t = BC sin θ1 – 介质 II 中， = v2 ∆t = BC sin θ 2 BD1 2 介质 Iv1P v2P > v1P PBC =v1∆t v ∆t = 2 sin θ1 sin θ 2 sin θ1 sin θ 2 = v1 v2θ1BAθ1 θ1θ2CP v1Sθ2介质 IIDv2S > v1S P滑行波与折射波• 在介质波速v1P < v2P的情况下，如果增大入射角， 完全有可能使得透射波的透射角达到90°，即 sin θ1 1v1P = v2 P• 此时的入射角称为临界角，用 θC 表示， v1P −1 v1P θC = sin = arcsinv2 PP v1P v2P > v1Pv2 PθCθCP v1S Pθ2P =π /2v2S > v1S滑行波与折射波• 以临界角入射的情况下，透射波在第二层介质中沿 界面传播，称之为滑行波； • 由于滑行波的存在，在上层介质中引起次生的扰 动，这种扰动与反射角等于临界角的反射波平行， 地震勘探中将其称之为折射波。
《地球物理勘查》教案第⼀章绪⾔（地球物理探测简介）第⼀节物探在资源勘查中的作⽤和地位⼀、物探⽤于研究板块、⼤地构造框架、地球的深部1、海底对称分布的条带性磁异常及解释结果2、中国的深⼤断裂（青藏隆起、郯庐断裂）⼤多由物探⽅法确定3、利⽤地震、重⼒划分出地球的圈层结构⼆、物探⽤于⼩⽐例尺⼤⾯积快速扫描性普查1、1959-1999年，完成磁测1144万平⽅公⾥，放射性300万平⽅公⾥及少量的航空电法⼯作。
2、全国1：500万和1：400万航磁图全部完成，部分省区已完成1：100万和1：50万航磁图。
三、物探⽤于中⽐例尺（1：20万、1：5万）的区域地质调查⼯作圈定岩体、追索矿化带及矿体、追索隐伏断裂及指出成矿远景区。
四、物探⼤量⽤于⼤⽐例尺（1：1万、1：1千）的详查和勘探、⼯程地质、地震预报等确定矿体的产状和埋深及⼏何形状规模等。
五、物探⽤于⿊⾊⾦属、有⾊⾦属、贵⾦属、稀有稀⼟⾦属矿床及⾮⾦属、⽯油、天然⽓、煤炭、地下热⽔等40余种矿产，效果良好六、物探测井技术解决地下矿体⾛向、延伸、连续性等问题第⼆节物探的探测⽅法及发展历史与现状⼀、物探⽅法简介1、重⼒测量――――重⼒仪――――地⾯测量、航空测量2、磁⼒测量――――磁⼒仪――――地⾯测量、航空测量3、电法――电阻率法、激发极化法、充电法、电磁波法等4、放射性测量――测量、中⼦测量、氡⽓测量等5、地震测量――――⼈⼯地震、天然地震6、测井技术――电、磁、核物理、电磁波7、遥感技术被动式航空摄影――可见光波段――红外――微波主动式雷达――探地雷达、卫星雷达⼆、我国物探⽅法的发展历程1、解放前的情况1936年李善帮等在湖南⽔⼝⼭铅锌矿进⾏重⼒、磁测⼯作。
1936――1942年丁毅、顾功叙等在安徽当涂铁矿、云南易门铜矿进⾏了电阻率法和⾃然电场法⼯作。
1939年翁⽂波在四川⽯油沟进⾏测井⼯作，以电阻率法和⾃然电场法成功划分地层 2、50年代，重⼒、磁法、地震测量主要使⽤苏联、瑞典、匈⽛利的仪器。
地震勘探地震勘探是在天然地震学的基础上发展起来的，产生于20世纪20年代，几十年来，随着科学技术的不断进步，地震勘探得到了迅猛发展，解决地质问题的能力显著增强，应用领域不断扩大。
地震勘探是通过观测和研究人工地震(炸药爆炸或锤击激发)产生的地震波在地下的传播规律来解决地质问题的一种地球物理方法。
它是利用人工方式激发产生的地震波在地下传播后，带回到地面的信息，来达到研究地下构造或探测的目的。
地震勘探的物理基础是地下介质的弹性差异。
根据产生波的弹性介质的形变类型，地震勘探可以分为纵波勘探和横波勘探两大类。
地震波的传播规律同几何光学相似，在传播过程中，遇到介质的分界面就会产生反射、透射或折射。
又可根据波传播方式的不同，分为反射波法、折射波法和透射波法三种。
其中前两种是最基本的方法。
根据工作环境的差别，地震勘探可分为地面地震勘探、海洋地震勘探和地震测井三类。
和其它地球物理方法一样，地震勘探方法工作可分为：野外采集、数据处理和资料解释三个基本环节。
相比于其它方法，它具有精度高、分层详细、探测深度大、解释结果较单一的优点，因此广泛用于解决构造问题，尤其是寻找油气、天然气矿床，目前，能源勘探的地震方法已普遍实现了数字化、不仅能迅速查明复杂的储油气构造和含煤构造，而且在岩性、岩相研究和直接找油方面也取得了重大进展。
在水文、工程地质工作中，利用地层勘探可以确定地下含水层、查明地下水位、研究基岩起伏、追索断裂带、确定覆盖层厚度等。
通过查勘地质构造，地震勘探还可以间接寻找与构造有关的矿产，如铝钒土、砂金、铁、磷、铀等，也用于普查煤、岩盐、铝土等矿床。
地震勘探基本工作过程如图5．1—1所示，人工地震引起震源附近岩石内的质点发生振动。
这种振动以震源为中心，由近及远地向四周传播，形成地震波。
当遇到地下弹性性质不同的岩层界面时地震波将被反射和（或)折射，从而改变前进的方向，并折回地面，引起地面的振动。
用检波器接收反射和(或)折射信号，并通过电缆将它们送入地震仪中记录下来，就获得了一幅地震记录。
地球物理勘探实验讲义实验一高精度质子磁力仪的认识与操作一、实验目的1.了解质子磁力仪的基本原理。
2.了解G—856的基本结构。
3.掌握G—856的操作方法。
4.了解数据输出的方法。
二、质子磁力仪的工作原理水、煤油或酒精等液体的氢原子核中的质子因自旋而具有一个磁场，如果外加一个强大的人工磁场，那末所有质子的自旋磁矩就会顺着该人工场方向排列，当人工场突然消失时，质子将在惯性力和地磁场的共同作用下，各自以相同的相位绕地磁场方向旋进，这种运动与自旋陀螺绕着重力场方向旋进十分相象。
质子旋进时会在容器内的线圈中产生一弱小的感应电信号，理论与实践证明，该信号的频率严格正比于所处位置的磁场总强度。
=2w=ypTf其中，f为旋进频率，T为磁场总强度，W为角速度，y为质子磁旋比，p为一常数。
显然，测量出感应信号的频率就可知道所测磁场的总强度。
三、质子磁力仪的基本结构及特征一般的质子磁力仪是由两大部分组成，即探头和仪器主体,探头是一圆柱形密封容器，内装满蒸馏水或航空煤油，并且有一个沿圆柱轴向绕制的线圈，它担负产生人工激化场和产生旋进感应信号的双重作用。
仪器主体主要由信号放大、分频、计频、显示、控制等部分组成，另外还有电源部分。
G—856是高精度仪器，其灵敏度0.1nT。
它是目前国内较新式的微机智能型磁力仪之一。
其特点是：1.内有单片微型计算机系统控制，因此智能化程度高，能自动诊断错误，显示直观。
能自动存贮和数据输出，也能自行进行观测工作，操作方便，性能稳定。
2.采用高集成化电路加之软件功能使结构紧凑可靠。
质子磁力仪的测量不受温度影响，也没有零点漂移现象，这就大大简化测量过程并提高了精度。
它的局限性主要是：①在磁场梯度大的条件下不能正常工作。
②在磁场总强度小于2万nT的地方不能工作；③不能直接测量磁场分量。
四、G—856型仪器的认识1.仪器主体面板介绍(1)发光二极管显示器分上下两排，上排可显示磁场值(五位整数和一位小数)。
时间(时、分、秒)等，下排可分别显示点号、线号、日期、电池电压、调谐值和信号强度等。
(2)触摸式健盘共有12个按健，其中10个是双功能键带有0—9的数码，其功能的选择由［SHIFT］键决定。
下面分别予以介绍：［READ 9］进行磁场测量读数。
当按下此键时显示器上排显示batt(电池batter 简写)。
下排显示此时电池电压如8.7，随即此显示熄灭，然后上排显示一个5位或6位的磁场总强度值单位为nT(若电压低于7.5V时，仪器不接受键盘命令，不极化，并且显示LO bAt，表明电池电压太低)。
同时下排将显示测点号(从0开始自动加1)，显示器亮5秒后，停显。
如：［4 7 5 6 8.3］——场值［1 2 1］——点号［STORE 8］将读数存入存贮器。
当场值显示还亮着时，按此键，可将读数存入存贮器。
当场值熄灭后再按此键，则无效，且上排显示［ERROR］，表示操作出错。
［RECALL 7］从存储器中读取数据，顺序是从已存贮的最后一个测点开始，每按一次键，下一排显示点号，上排显示场值或观测时间。
继续按该键，点号自动减1。
［TUNE 6］按下此键时，一开始上排显示［Sig］，下排显示信号强度如［4.8］，此值范围从0～9.9。
过一会，上排显示［tune］，下排显示已经设置的调谐值如［412］。
此键可用来重新设置调谐值，(请参阅仪器操作部分)。
［TIME 5］①按此键上排显示实时时间，下排显示当前线号。
②在手动回放数据时按［RECALL］后，上排显示场值，此时若按［TIME］则显示该点观测的时间。
③与其他健复合用于设置时间、日期和线号(详见操作方法部分)。
［FIELD 4］场值显示键，回放时，在按下［TiME］键后，用它来恢复磁场读数。
［ERASE 3］清除存贮器中的数据。
①清除最后一个测点的数据(包括时间、点号和场值)，依次按下［READ］［RECALL］［ERASE］［ERASE］②清除某点号以后的所有数据(包括该点)，依次按下［RECALL］［SHIFT］，下排显示［= = =］，按数字键设置某点号，然后依次按下［ENTER］［ERASE］［ERASE］③清除整个内存，依次按［RCALL］［SHiFT］［0］［ENTER］［ERASE］［ERASE］［AUTO 2］①与其他键组合起动或终止自动测量方式；②为自动方式设置采样时间间隔；③设置时间和日期(详见操作方法部分)。
［OUTPUT 1］起动自动回放数据到外部设备。
按此键后，上排显示［OUT］，下排显示［O］，再按［ENTER］后，开始自动回放数据，上排闪烁［OUT］，下排闪烁递增的点号。
若要从某一个测点开始回放，则先按［OUTPUT］，再按［SHIFT］，此时下排显示［---- --］,键入某点号，例如89，最后按［ENTER］即可。
数据全部回放完毕时，仪器鸣叫三声，上排显示［done］，下排显示［232］。
［SHIFT 0］要从键盘上键入数字前，按此键。
［ENTER］回车键，在一个连续操作后，按此键，将指令输入仪器。
［CLEAR］清除或结束某一功能的执行。
(3)圆形插座：供连接探头或数据自动回放电缆之用。
2.仪器主体箱内部分介绍(1)电源打开仪器箱两侧的扣子，把仪器主体从箱内抽出，首先可以看到安装电池，注意电池正负极。
(2)程度开关在仪器底部电路板上的左下角有一组分立开关，依次标有1～8的号码。
五、仪器各功能操作方法：1.准备工作（1）打开箱体，按极性一一安装好电池；（2）根据需要设置好八个程序开关状态；（3）把探头电缆插头固定在面板插座上，探头安装在铝合金支架上或背袋内；2.实际使用前的功能设置（1）校对时钟1)依次按［AUTO］、［TIME］，上排显示此刻的时间，下排为当天日期(注意，日期以元月1日为第一天，依次往后排列累计)，看是否要更改。
2)若要更改，则在上述显示的同时按［SHIFT］键，这时下排显示\-- \-- \--。
3)、键入正确的日期数(如4月13日为第103天)。
假如不要改变日期，而只要改变时间，请键入原来的日期，接着键时、分，在上排显示。
4)按［ENTER］时间校正完成。
（2）设置测线号1)按［TIME］，下排显示的是当前测线号。
2)若要重新设置，紧接着按［SHIFT］键，下排显示为------。
3)键入新的线号后按［ENTER］，设置结束。
（3）调谐1)按［TUNE］键上排显示Sig，下排显示信号强度(0.0～9.9之间的值)。
上述显示熄灭后上排再显示TUNE，下排显示已设置的调谐值如472(调谐值范围为20，000～90，000nT的前二位或前三位)。
2)若需要更改调谐值(当信号强度太小时)，接上步按［SHIFT］后键入新的前三位或前二位数(可根据地磁图得知当地的正常场值)。
3)按ENTER；4)检查一下新的调谐值，按［READ］读场值，再按［tune］,显示信号强度，看是否满意。
如果要增加信号强度，可按上述步骤键入新场值的前三位作为调谐值；3.测量(手动)(1)出工前必须校对仪器时钟，使之与日变观测仪同步。
(2)质子磁力仪对探头方位无严格要求，为了获取最大的信号强度，一般使探头圆筒轴线东西向，或垂直地面，探头应离地面高些，以减弱地面随机磁干扰。
读数过程中探头不要晃动。
(3)上述步骤完成后，就可以只用［READ］和［STORE］两键，完成磁测读数和存贮过程，同时存入的有日期、线号、点号和时间。
手动方式时，G—856型仪器可存贮1000个测点的数据。
4.自动方式的设置(1)自动测量(日变观测)自动测量方式可以使磁力仪按照你设定的时间间隔自动地进行测量和存贮。
它主要用来作日变观测。
其操作步骤如下(假定已校正时间的条件下)。
1）按［AUTO］上排显示AUTO，下排显示上次设定的时间间隔如120，以秒为单位。
2）若需改变原时间间隔，按［SHIFT］下排显示------，然后键入新的时间间隔。
3）按［ENTER］(必须在显示器还亮着时按才有效，否则重新设置)，仪器开始自动读数和存贮。
4）程序开关组中的第5号开关用来控制在自动方式下显示器是否工作，当它位于“断”时，每过一个时间间隔都有正常显示。
当它位于“通”时，显示器只有在最初5分钟之内正常显示每个读数，之后自动停显。
但只要按面板上的任何键，仪器又将显示5分钟。
这一措施可节约电池。
5）关闭自动测量：依次按［AUTO］［CLEAR］。
自动方式下，仪器可存贮2500个点的数据。
(2)自动存贮：若想在每次按［Read］后，数据能自动存贮，则如下述设定：依次按［AUTO］［STORE］［ENTER］。
若要清除该功能，依次按［AUTO］［STORE］［CLEAR］即可。
若要检查仪器是否处于自动存贮功能状态，按［AUTO］、［STORE］后，上排显示［A.Store］，下排显示［On］或［OFF］。
(3)自动调谐设定1）依次按［AUTO］［TUNE］［ENTER］；2）若要清除该功能，依次按［AUTO］［TUNE］［CLEAR］，即可；3）若要检查仪器是否处于自动调谐功能，按［AUTO］［TUNE］后，下排会显示［on］或［OFF］上排显示［A tune］；4）为达到自动调谐最佳状态，磁力仪的调谐值应与探头电缆的电容量相匹配。
G—856的标准电缆容量为0.2×10-9F/英尺。
可依次按［AUTO］［TUNE］［SHIFT］，上、下排依次显示：上排［AUTO］［A tune］［CAR］［CAP］;下排［xxx］［on或OFF］［xx.x］［------］然后键入002，按［ENTER］即可。
五、数据的回放1.手动回放(1)回放最后一个读数。
按［RECALL］，最后一个磁场读数显示在显示器上排，下排显示测点号。
(2)回放某一测量点数。
1）依次按［RECALL］［SHIFT］下排显示------。
2）输入测点号：要回放第132个测点，则按1，3，2。
3）按［ENTER］，显示器下排显示132，上排显示该点场值，如果点号是四位数，显示器下排将首先闪动千位数，然后闪动后三位数。
4）再按［RECALL］键，将显示前一个点号和场值。
若再按［ENTER］键，将显示后一个点号和场值。
(3)回放测量时间及线号。
1）在上述过程中，当某测点的场值显示还亮着时，按下［TiME］键，这时显示器上排将显示该点的测量时间(时、分、秒)，下排显示相应的测线号(如果是自动工作方式下存贮的数据，此时下排则显示测量时的日期)。
注：在场值不亮时，按［TiME］键，显示的是“秒钟”走动的实时时间，而过去的观测时间在显示时，“秒钟”不动。
2）再按［RECALL］或［ENTER］键将显示前一个测点或后一个测点的观测时间和线号。
(4)若要回到场值和点号的显示，按［FIELD］健。
