核法勘探儀器

介紹

基本原理及探測器　探測的基本原理是粒子或射線通過構(gòu)成探測器的物質(zhì)時(shí)，直接或經(jīng)次級(jí)效應(yīng)產(chǎn)生的電離、激發(fā)效應(yīng)使其能量轉(zhuǎn)換為可觀測的物理量信號(hào)，用電子線路或特定的設(shè)備處理這些信號(hào)，以便測定。核法勘探儀器的種類繁多，性能、功能各異，然而它們通常都是由探測器、信號(hào)處理、分析、顯示、輸出等部件構(gòu)成，其中最重要的、決定儀器基本性能的是探測器，常用的有以下幾類。

氣體探測器 　包括電離室、正比計(jì)數(shù)器、蓋革-彌勒計(jì)數(shù)器（G- M計(jì)數(shù)器）等。大多是由圓柱狀陰極和中央絲狀陽極構(gòu)成，其間為氣體介質(zhì)，并加有穩(wěn)定電壓，形成電場。帶電粒子 α、β可直接使氣體電離;X、γ射線通過與陰極等物質(zhì)的次級(jí)效應(yīng)產(chǎn)生的高能電子使氣體電離,n與所充的三氟化硼(BF3)、氦(3He)、氫(H)等氣體的核反應(yīng)產(chǎn)生帶電粒子，使氣體電離。電離形成的電子和正離子在電場中漂移。在陽極上產(chǎn)生感應(yīng)電荷，從而把射線能轉(zhuǎn)換為平均電流或脈沖信號(hào)輸出。

正比計(jì)數(shù)器電極間電場強(qiáng)度大，電子在其漂移的路徑中可引起次級(jí)電離，陽極上感應(yīng)的電荷量比初始電離電荷量大，形成“氣體放大”現(xiàn)象。對確定的電場強(qiáng)度，其放大倍數(shù)基本為定值。輸出的脈沖信號(hào)幅度與入射射線的能量成正比。

G-M計(jì)數(shù)器電極間電場強(qiáng)度更大,次級(jí)電離形成雪崩現(xiàn)象，大量正離子產(chǎn)生了空間電荷效應(yīng)，減弱了電場強(qiáng)度，使陽極上的感應(yīng)電荷量基本飽和，其輸出脈沖信號(hào)幅度大，但與入射射線能量無關(guān)。

閃爍探測器 　由閃爍體和光電倍增管構(gòu)成?？勺鰹殚W爍體的已知物質(zhì)有固體、液體、氣體，以及有機(jī)物、無機(jī)物等多種多類，其中廣為應(yīng)用的是無機(jī)透明固體碘化鈉（鉈）〔NaI(Tl)〕閃爍體，常用于 γ射線探測器。閃爍體吸收射線后的次級(jí)效應(yīng)產(chǎn)生的電子使閃爍體受激發(fā)射光子，光子通過光電倍增管轉(zhuǎn)換為電子，并倍增約105～108倍，被陽極收集,輸出脈沖信號(hào)。其幅度與被吸收的射線能量成正比，單位時(shí)間的脈沖計(jì)數(shù)與入射射線強(qiáng)度相關(guān)。

鍺酸鉍（Bi4Ge3O12）閃爍體對 γ射線的吸收能力是NaI(Tl)的2.3倍,高能響應(yīng)好,可用于高能γ探測器。然而其發(fā)光溫度系數(shù)較大，對野外現(xiàn)場能譜測量不利。硫化鋅（銀）〔ZnS(Ag)〕閃爍體常用于 α粒子探測器。

半導(dǎo)體探測器 　半導(dǎo)體探測器與電離室相似，不同的是半導(dǎo)體中不是空氣介質(zhì),而是其P-N結(jié)區(qū)(耗盡區(qū))或補(bǔ)償區(qū)的高電阻率固體介質(zhì)。常用的有金硅面疊型、硅(鋰)〔Si(Li)〕、鍺(鋰)〔Ge(Li)〕、高純鍺(HpGe)等，后3種對X、γ射線有極好的能量分辨率，是能譜測量的最佳探測器，但需在低溫下工作，限制了其在野外現(xiàn)場的應(yīng)用?；衔锇雽?dǎo)體碲化鎘(CdTe)、碘化汞(HgI2)在高溫下也具有良好的能量分辨率，然而其晶體生長困難，尺寸大小約 2立方厘米。但隨著材料科學(xué)的進(jìn)展仍不失為有前景的一類探測器。

固體徑跡探測器 　α 粒子可使具有很低閾值的硝酸纖維絕緣片產(chǎn)生輻射損傷，損傷面只能在數(shù)萬倍電子顯微鏡下觀察到。通常對有輻射損傷的絕緣片進(jìn)行強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的化學(xué)蝕刻，形成直徑約200納米的蝕坑,用數(shù)十倍的光學(xué)顯微鏡觀測蝕坑數(shù)量。這種探測觀測方法常用來測量氡濃度。

儀器　野外地質(zhì)勘查中常用的儀器有以下幾類。

γ輻射儀 　測量γ射線計(jì)數(shù)率，經(jīng)刻度可反映照射量率或當(dāng)量鈾含量的儀器。早期儀器的探測器為 G-M計(jì)數(shù)器,目前高靈敏度測量的儀器絕大多數(shù)用NaI(Tl)閃爍探測器，閃爍體靈敏體積一般為15～20立方厘米。

γ能譜儀 　測量γ射線能譜的儀器，其探測器通常為靈敏體積約300立方厘米的NaI(Tl)閃爍探測器。其輸出信號(hào)經(jīng)電子學(xué)線路處理、分析后給出γ射線能譜，即多道能譜儀,一般為256道。目前廣為應(yīng)用的是能給出與鉀(40K)、鉍(214Bi)、鈦(208Ti)能量相應(yīng)的 3個(gè)光電峰面積計(jì)數(shù)率和總計(jì)數(shù)率的儀器，習(xí)慣稱為四道能譜儀。

此類儀器的探測器可經(jīng)電纜拖曳于水下，在船上對海洋、湖泊底部進(jìn)行測量，尋找鈾、釷礦床。也可把整體儀器系統(tǒng)用車載或機(jī)載，進(jìn)行汽車或航空γ能譜測量，用于測定地表的鉀、鈾、釷元素的含量。運(yùn)載工具速度愈高，所需采用的閃爍體靈敏度愈高，高靈敏度航空γ能譜儀的靈敏體積可達(dá)5萬立方厘米。

X射線熒光分析儀 　用放射性核素低能 γ源激發(fā)被測物質(zhì)產(chǎn)生特征X射線,用于現(xiàn)場或樣品分析的儀器，一般采用正比計(jì)數(shù)器或Si(Li)、Ge(Li)、HpGe探測器，信號(hào)處理電子學(xué)線路的功能與γ能譜儀相似，可給出特征X 射線譜或幾個(gè)特征峰面積計(jì)數(shù)率。除可用于現(xiàn)場測量外，還可對海洋、湖泊底部進(jìn)行測量。近來已有在飛船著陸艙中裝置自動(dòng)測量的X射線熒光分析儀,對空間外星表面進(jìn)行X熒光測量。

γ-n鈹量儀 　許多元素具有(γ-n)核反應(yīng)，通常反應(yīng)閾能較高，鈹(Be)的反應(yīng)閾能最低，為1.66兆電子伏特，是唯一可用放射性核素γ源引起(γ-n)反應(yīng)的元素。鈹量儀儀器由γ源和中子探測器及電子學(xué)線路構(gòu)成，用于鈹含量測量。

γ輻射取樣儀 　在坑道或山地工程的壁上或礦體露頭上，不用傳統(tǒng)的刻槽取樣而定量測定放射性元素含量的儀器。與地面γ輻射儀不同的是其探測器有良好的準(zhǔn)直器,測量立體角小,能消除周邊和本底輻射的影響。用于圈定鈾、釷礦體界線，確定鈾、釷、鉀含量。

射氣儀 　用于測量土壤中氡(Rn)、釷(Th)射氣的儀器。早期探測系統(tǒng)采用靜電計(jì)電離室,目前多用ZnS(Ag)閃爍室構(gòu)成。通常都有一個(gè)可插入土壤中的取樣器，使射氣抽入電離室或閃爍室中，測量α 粒子計(jì)數(shù)率，經(jīng)刻度后可給出射氣濃度值。用來尋找鋰、釷礦床，解決其他地質(zhì)問題。近來閃爍自動(dòng)射氣儀在地震預(yù)報(bào)中廣為應(yīng)用。

Rn子體測量儀 　α 卡硅探測器、氡管儀、活性炭儀等均屬此類儀器。前兩種是用蒸敷有金屬的滌綸薄膜制成取樣卡片（或用薄膜）埋于地表土壤中，集附Rn子體。取樣卡片或膜取出后在現(xiàn)場置于儀器中，測量子體的輻射計(jì)數(shù)率。后一種儀器是用活性炭取樣瓶吸附氡氣體，從土壤中取出后緊閉瓶蓋，在室內(nèi)測量Rn子體的β、γ輻射計(jì)數(shù)率。

測井儀 　有多種儀器以適應(yīng)多種測井方法（見鉆孔地球物理勘探。其共同點(diǎn)是探測器置于探管中，通過電纜放入鉆孔，信號(hào)傳輸?shù)降孛骐娮觾x器進(jìn)行測量。γ輻射儀、γ 能譜儀、X射線熒光分析儀都可構(gòu)成相應(yīng)的測井系統(tǒng)。這類儀器用于確定巖石中鈾、釷、鉀的含量，圈定礦體或劃分地層等。

基于γ射線與物質(zhì)相互作用的γ-γ測井儀,其探管中有銫(137Cs)或镅(241Am)γ源和閃爍探測器，地面電子儀器可測散射γ射線的計(jì)數(shù)率。用來解決與密度相關(guān)的地質(zhì)問題。

n-γ測井儀和n-n測井儀是利用(n-γ)，(n-n)核反應(yīng)和中子慢化效應(yīng)的儀器系統(tǒng)。探管中裝有中子源或中子管和相應(yīng)的γ或中子探測器。根據(jù)方法的需要，地面儀器可測量γ射線計(jì)數(shù)率、能譜或熱中子通量及裂變中子通量,也可測量中子壽命。這些儀器可用于γ-γ測井、n-γ能譜測井、中子活化測井、緩發(fā)或瞬發(fā)中子測井、中子壽命測井等方法。

電法勘探儀器一般由場源和接收測量兩大部分構(gòu)成。場源多數(shù)是人工建立的，由儀器的供電部分或發(fā)送部分產(chǎn)生，少數(shù)是用天然場。由于電法勘探的探測方法及分支方法多達(dá)數(shù)十種，因此，電法儀器的名稱及種類也很多。分類上一直沒有統(tǒng)一的準(zhǔn)則，根據(jù)儀器所采用的測量技術(shù)及工作程式，可將電法儀器歸為直流電法儀、頻率域電法儀及時(shí)間域電法儀3大類。

電法勘探儀器直流電法儀

主要包括用于直流電阻率法，直流充電法和自然電場法的儀器。為了在地下建立起足夠強(qiáng)的電流場，直流電法儀的供電部分常采用干電池組或帶整流、濾波部件的交流發(fā)電機(jī)電源裝置，通過電纜送至相應(yīng)的接地供電電極，將電流供入大地。利用天然場源的自然電場法僅需測兩測量電極間的電位差(ΔUMN)，其他方法都要求所使用的儀器既能測ΔUMN，又能測供電電流I的大小。為減少測量誤差,一般是用測ΔUMN的同一電位差儀測量串接在供電回路中的取樣電阻上的電壓降的方法求出電流I 的數(shù)值。因此，直流電法儀的測量部分,本質(zhì)上就是一種直流電位差測量儀。不過,在儀器部件的構(gòu)成方面，比一般的電位差儀多了一個(gè)極化補(bǔ)償器。這部分的作用是產(chǎn)生連續(xù)可變的某一直流電壓，并將它串接在測量回路中，以補(bǔ)償未向大地供電前測量電極間存在的電位差（極差）。直流電法儀現(xiàn)時(shí)采用的多為靈敏度較高（μV級(jí)），輸入電阻較高 (101～103MΩ),能自動(dòng)跟蹤極差變化的高性能直流數(shù)字式電壓表。作為直流電法儀的測量傳感器主要有金屬（銅、不銹鋼）電極和不極化電極兩種。

電法勘探儀器頻率域電法儀

包括用于頻率域電磁法（包括地質(zhì)雷達(dá)）和頻率域（頻譜）激電法的各種儀器。這類儀器之所以冠以“頻率域”之稱，主要是由于這類儀器的發(fā)送器能提供不同頻率的諧變電磁場源，同時(shí)，測量部分所測量的是大地在這類諧變電磁場作用下所產(chǎn)生的各種電磁響應(yīng)或電化學(xué)響應(yīng)的頻譜物性。頻率域電法儀使用的工作頻率范圍很寬，為10-3～108赫茲。由于探測任務(wù)及選用的方法不同，具體使用的工作頻率范圍也有不同。常用的有4個(gè)范圍：超低頻段──數(shù)赫茲以下,最低可達(dá)10-4赫茲,主要用于大地電磁法MT；低頻(或音頻)段──10～104赫茲,用于多種常規(guī)電磁法;甚低頻(VLF)段──104～3×104赫茲；射頻段──106～108赫茲,主要用于電波法和地質(zhì)雷達(dá)。

這類儀器的發(fā)送器主要由多頻正弦波發(fā)生器，功率放大器及輸出裝置組成。當(dāng)需要建立傳導(dǎo)電流場時(shí)，發(fā)送器的輸出裝置同接地供電電極連接。若要以感應(yīng)方式建立交變電磁場，發(fā)送器的輸出就應(yīng)同發(fā)送線圈（或回線）連接。為了盡可能多地得到大地電磁（電化學(xué)）響應(yīng)的各種信息，頻率域電磁法和激電法要求相應(yīng)的儀器能觀測多種電磁或電化學(xué)響應(yīng)的要素，例如：空間不同方向的電磁分量的振幅譜(EX，EY，HX，HY，HZ與頻率f的關(guān)系)和相位譜(嗘EX,嗘EY,嗘HX,嗘HY,嗘EZ與f 的關(guān)系)；或它們的實(shí)分量譜和虛分量譜；電磁場橢圓極化的各要素；電磁場各空間分量和時(shí)間分量間的相互關(guān)系等。盡管要測的參數(shù)既有標(biāo)量，又有矢量和張量，有的要進(jìn)行多道測量，但儀器的接收測量部分都具有大致相同的基本工作模式或結(jié)構(gòu)組成，即測量傳感器（測量電極，感應(yīng)線圈或其他交變磁場傳感器）把待測的物理量轉(zhuǎn)變成電壓, 然后將它送至測量放大部分進(jìn)行頻譜分析，以獲得所需的各種參數(shù)的頻譜。最后，將這些數(shù)據(jù)以不同的方式顯示或記錄下來,或者存入存儲(chǔ)器,待計(jì)算機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行各種解釋和處理。為了對被測信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，在采用人工場源進(jìn)行工作時(shí)，都以發(fā)送電流為參考基準(zhǔn)。發(fā)送和接收間的同步方式有有線同步、無線同步和石英鐘同步 3種。而當(dāng)采用天然場源進(jìn)行工作時(shí)，常用一個(gè)或數(shù)個(gè)遠(yuǎn)參考站同步方式（例如大地電磁法MT所用）或以電磁場某一分量作為參考基準(zhǔn)(甚低頻 VLF法所用)。頻率域電法儀的數(shù)據(jù)顯示，記錄或存儲(chǔ)方式分別有模擬量顯示、數(shù)字量顯示、監(jiān)示器監(jiān)測、磁帶記錄、磁盤存儲(chǔ)、半導(dǎo)體固態(tài)存儲(chǔ)、打印機(jī)輸出等。

電法勘探儀器時(shí)間域電法儀

包括用于時(shí)間域激電法和時(shí)間域電磁法（或稱瞬變電磁法）的各種儀器。這類儀器的工作程序大抵如下:發(fā)送器將其產(chǎn)生的各種時(shí)變函數(shù)信號(hào),即各種時(shí)變波形的電流，通過供電電極或者線圈去激發(fā)大地或準(zhǔn)備研究的目的物。儀器的接收測量部分在一次場不存在時(shí)，即發(fā)送電流停止工作的時(shí)段內(nèi)，將測量電極或感應(yīng)線圈，及其他類似的磁場傳感器所接收到的大地或目的物的瞬變響應(yīng)（常以衰變電壓的形式出現(xiàn)）傳送至寬頻帶測量放大器進(jìn)行放大和處理，最后顯示、記錄或者存入存儲(chǔ)器。時(shí)間域電法儀是采用分時(shí)、順序方式進(jìn)行工作的，即激發(fā)時(shí)，不進(jìn)行測量，停止激發(fā)時(shí)，測量工作開始，直至下一次激發(fā)到來之前為止，并如此循環(huán)工作。瞬變電磁儀所使用的時(shí)變電流的重復(fù)頻率通常為數(shù)赫茲至數(shù)十赫茲。測量所占用的時(shí)間間隔為數(shù)毫秒至數(shù)百毫秒。時(shí)間域激電儀所使用的時(shí)變電流的重復(fù)周期常為數(shù)秒至數(shù)十秒。時(shí)間域電法儀對瞬變（衰變）響應(yīng)的測試和記錄并不是連續(xù)的，而是按照一定的時(shí)間間隔進(jìn)行離散采樣。一般，激電儀的采樣間隔較寬，采樣的數(shù)目較少，并且起始采樣的時(shí)間亦較晚。而瞬變電磁儀則不同,它的起始采樣時(shí)間很早（約n×101微秒）,采集的樣品數(shù)目較多（可達(dá)數(shù)十個(gè)），采樣的時(shí)間間隔也較窄。儀器工作時(shí)所用的同步方式多為石英鐘同步。當(dāng)對測量精度要求不很高時(shí)，也可用發(fā)送電流停止工作時(shí)的脈沖信號(hào)進(jìn)行同步。

與頻率域電法儀相比，時(shí)間域電法儀對測量技術(shù)的要求更高，更復(fù)雜。這主要反映在：要求整個(gè)測試系統(tǒng)具備有高精度、高穩(wěn)定度的時(shí)間基準(zhǔn)；要求在數(shù)毫秒的時(shí)間范圍內(nèi),不失真地放大幅度變化范圍為105～106倍的電信號(hào)；在寬帶放大的前提下提取強(qiáng)噪聲背景下的微弱信號(hào)；發(fā)送器瞬時(shí)最大發(fā)送電流需達(dá)數(shù)十安培至 100～200安培。 　電法儀器今后可能會(huì)沿著兩個(gè)截然相反的方向發(fā)展。一是全能的、集數(shù)據(jù)采集、處理和自動(dòng)解釋為一身的大系統(tǒng)；一是小、巧、優(yōu)的智能化專用儀器。2100433B

電法勘探儀器需要有較高的技術(shù)性能和使用性能。主要包括:溫度穩(wěn)定性（正常工作的溫度范圍為-20～60℃）、濕度穩(wěn)定性（工作環(huán)境的相對濕度可達(dá)95～98%）、防塵性能和抗震性；高分辨力、高靈敏度；極強(qiáng)的抗干擾能力；測試的動(dòng)態(tài)范圍大；能源消耗少；裝置的重量輕等。

內(nèi)容

1.復(fù)核原始憑證。復(fù)核原始憑證時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)復(fù)核原始憑證上記載的數(shù)量與單價(jià)的乘積是否等于金額，各分項(xiàng)金額之和是否等于合計(jì)金額，大小寫金額是否相符。

2.復(fù)核記賬憑證。在復(fù)核記賬憑證時(shí)，重點(diǎn)復(fù)核借方金額合計(jì)是否等于貸方金額合計(jì)，記賬憑證的金額是否與原始憑證的金額相等。

3.復(fù)核會(huì)計(jì)賬簿。在復(fù)核會(huì)計(jì)賬簿時(shí)，重點(diǎn)復(fù)核賬簿記錄中各項(xiàng)發(fā)生額之和是否與發(fā)生額合計(jì)數(shù)相等，期初余額加減借貸方發(fā)生額后是否等于期末余額等。

4.復(fù)核會(huì)計(jì)報(bào)表。在復(fù)核會(huì)計(jì)報(bào)表時(shí)，重點(diǎn)復(fù)核會(huì)計(jì)報(bào)表中各項(xiàng)目數(shù)字之和是否等于小計(jì)、合計(jì)或總計(jì)數(shù)，表中百分比、比率值及其他指標(biāo)的計(jì)算數(shù)值是否正確等。2100433B