地球物理信息科學(xué)基礎(chǔ)2

地球物理信息科學(xué)基礎(chǔ)地球科學(xué)系田鋼教授2011.11.2目錄第一節(jié)引言與概述第二節(jié)地球物理信息采集與方法原理第三節(jié)地球物理數(shù)據(jù)處理與解釋?xiě)?yīng)用5.1引言●地球物理學(xué)定義以地球?yàn)檠芯繉?duì)象的一門(mén)現(xiàn)代應(yīng)用物理學(xué)，它包含了很多分支學(xué)科，涉及海、陸、空三域，是物理、力學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、天文學(xué)、海洋學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)之間的一門(mén)邊緣學(xué)科?！竦厍蛭锢硇畔⑻綔y(cè)基礎(chǔ)首先從地質(zhì)學(xué)的應(yīng)用開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的——即用物理的原理研究地質(zhì)構(gòu)造和解決找礦勘探中問(wèn)題的方法。它是以各種巖石和礦石的密度，磁性、電性、彈性、放射性、熱學(xué)等物理性質(zhì)的差異為研究基礎(chǔ)，用不同的物理方法和各種物探觀測(cè)儀器，探測(cè)天然的或人工的地下地球物理場(chǎng)的變化，通過(guò)分析、研究所獲得的物探資料，推斷、解釋地下物體的分布情況?？梢赃@樣說(shuō)，地球物理學(xué)是未來(lái)地球科學(xué)理論的進(jìn)展和社會(huì)發(fā)展的先導(dǎo)學(xué)科，它必將對(duì)進(jìn)一步發(fā)掘地球內(nèi)部和深部的信息，探索地球演化的奧秘起到越來(lái)越重要的作用。因?yàn)橥ㄟ^(guò)地球物理觀測(cè)，人類實(shí)現(xiàn)了數(shù)千年以來(lái)的一個(gè)夢(mèng)想：掌握一種“可視性”的手段，以了解自己世代居住生活的地球究竟是一個(gè)什么樣的東西。誰(shuí)都知道，地球表層的沉積沃土，向人類提供糧食和地下水；地底下的石油、煤田、礦物，為人類現(xiàn)代文明的發(fā)展提供物質(zhì)基礎(chǔ)，接近地面的大氣層，為人類提供空氣；而高空磁場(chǎng)，象一道天然防線，屏蔽著射向地球的高能帶電粒子，保護(hù)人類的安全。地球物理學(xué)的重要性●地球物理發(fā)展歷史

5.1引言

縱觀地球物理學(xué)的發(fā)展史，可以看出很多著名科學(xué)家做出了很大貢獻(xiàn)，如我國(guó)東漢時(shí)期的張衡；公元前4世紀(jì)的希臘人阿里士多德；公元16-17世紀(jì)期間，法國(guó)人菲涅爾、斯奈爾和英國(guó)人牛頓、惠更斯；18世紀(jì)的卡文迪什、布格等人以及數(shù)學(xué)家達(dá)朗倍兒、拉格朗日、拉普拉斯、勒讓德和泊松等人；19世紀(jì)-20世紀(jì)期間，英國(guó)人奧爾德姆、南斯拉夫人莫霍諾維奇、德國(guó)人古登堡等人?！竦厍蛭锢矸椒ǖ膬?yōu)越性

5.1引言

在第四系土壤沉積覆蓋地區(qū)，利用肉眼觀測(cè)地質(zhì)構(gòu)造和礦物巖性幾乎是不可能,地球深部的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)是我們研究地球演化的基礎(chǔ),而這些恰恰需要利用地球物理方法技術(shù)去進(jìn)行對(duì)目標(biāo)物的無(wú)損信息探測(cè)。地球物理信息的探測(cè)既可以彌補(bǔ)地質(zhì)普查勘探手段的不足，利于綜合普查找礦和地質(zhì)填圖，同時(shí)又可以減少鉆探和槽探工程量，提高工作效率，節(jié)省成本，減少污染和破壞。

地球物理為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域，特別是國(guó)防領(lǐng)域的特殊性質(zhì)，使得它的應(yīng)用更為廣泛。5.1引言●主要的地球物理信息探測(cè)方法:

重力勘探、磁法勘探、電（電磁）法勘探、地震勘探和放射性勘探等?！褚罁?jù)工作空間的不同地球物理方法又可分為：地面地球物理、航空地球物理、海洋地球物理、鉆井地球物理等；●按照研究目標(biāo)的不同地球物理技術(shù)又可分為：礦產(chǎn)地球物理、能源地球物理、工程與環(huán)境地球物理、大地構(gòu)造地球物理、軍事地球物理、農(nóng)業(yè)地球物理、城市地球物理和考古地球物理等。

5.1引言●地球物理與醫(yī)學(xué)物理的共性與類比:

我們?nèi)魧⑺鼈兺匀梭w為研究對(duì)象的醫(yī)學(xué)物理檢查方法手段進(jìn)行對(duì)比的話，可以發(fā)現(xiàn)它們?cè)诒举|(zhì)上是大同小異的.

比如核磁共振儀、血壓計(jì)、腦電與心電儀、超聲B超與X射線CT等。只不過(guò)由于（1）地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和未知性；（2）觀測(cè)方位的局限性；（3）包括人力和物力的投入不足等，使得地球物理方法的研究更加困難。5.1引言

地球物理學(xué)本質(zhì)上是一門(mén)信息觀測(cè)的科學(xué)，高精度和高分辨率的觀測(cè)與實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備乃是在地球物理學(xué)發(fā)展進(jìn)程中的“前哨”，因此地球物理學(xué)的觀測(cè)儀器技術(shù)的發(fā)展尤為關(guān)鍵。當(dāng)然數(shù)據(jù)的處理和解釋方法也十分重要，否則信息從噪聲中分離出來(lái)，分辨率也無(wú)法保證，更談不上解釋信息所代表的意義?！竦厍蛭锢硇畔⒖茖W(xué)的特點(diǎn)5.2地球物理信息采集與方法原理一、地球物理信息采集系統(tǒng)簡(jiǎn)介歷史與現(xiàn)狀

如今地球物理信息采集設(shè)備研制領(lǐng)域已成為國(guó)際上現(xiàn)代物理技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)展現(xiàn)水平和各國(guó)綜合實(shí)力PK的舞臺(tái)，可喜的是從近幾年國(guó)家863高新技術(shù)和973基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的情況來(lái)看，我們國(guó)家的落后狀況已開(kāi)始得到重視并正在得到改善。5.2地球物理信息采集與方法原理1、地震儀檢波器是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。其結(jié)構(gòu)如右上圖所示。當(dāng)?shù)孛嬲駝?dòng)時(shí)，由線圈組成的慣性系統(tǒng)在磁場(chǎng)中做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而將地面的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電振動(dòng)，以利于地震信號(hào)的傳輸和放大。檢波器分為垂直和水平兩種，分別拾取地面垂直震動(dòng)和水平震動(dòng)的信號(hào)。5.2地球物理信息采集與方法原理地震儀是用來(lái)接收和記錄地震波的儀器。主要由檢波器（或稱拾震器）、放大器和記錄器三部分組成。地震壓電檢波器的原理圖示5.2地球物理信息采集與方法原理5.2地球物理信息采集與方法原理

近年來(lái)新出現(xiàn)的以MEMS（MicroelectricMechanicalSyetem）為基礎(chǔ)的微機(jī)電系統(tǒng)傳感器技術(shù)使得地震檢波器技術(shù)又出現(xiàn)了一個(gè)新的飛躍。它一方面將大大降低石油勘探的成本，另一方面還可以提高勘探精度。

MEMS技術(shù)是建立在微米/納米技術(shù)基礎(chǔ)上的21世紀(jì)前沿技術(shù)，是指對(duì)微米/納米材料進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、制造、測(cè)量和控制的技術(shù)。它可將機(jī)械構(gòu)件、光學(xué)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)部件、電控系統(tǒng)集成為一個(gè)整體單元的微型系統(tǒng)。最近人們把這項(xiàng)技術(shù)用于地震勘探領(lǐng)域，使用這項(xiàng)技術(shù)制造的三維三分量檢波器具有超低噪聲、大動(dòng)態(tài)范圍和極高的保真度。另外光柵型檢波器目前處于研制試驗(yàn)階段。5.2地球物理信息采集與方法原理5.2地球物理信息采集與方法原理

地震儀器中放大器的作用是將檢波器送來(lái)的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，經(jīng)濾波器去掉干擾波，再由自動(dòng)振幅控制器把不同深度上能量相差懸殊的地震信號(hào)的振幅控制在一定范圍內(nèi)，以便同時(shí)記錄下來(lái)，運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)是儀器的關(guān)鍵指標(biāo)?！衲M（數(shù)字）記錄器是將放大、濾波和自動(dòng)振幅控制的地震信號(hào)記錄下來(lái)的裝置?！耠S著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，地震儀經(jīng)歷了兩次大的變革，已改進(jìn)為現(xiàn)今的數(shù)字磁帶地震儀。數(shù)字磁帶地震儀是把檢波器接收到的連續(xù)地震信號(hào)經(jīng)離散取樣，變成數(shù)字形式的離散振幅值記入磁帶。數(shù)字地震儀的動(dòng)態(tài)范圍大，信噪比高，并可以直接輸入計(jì)算機(jī)處理。5.2地球物理信息采集與方法原理●天然地震和人工地震的地震儀器——記錄天然地震和人工地震的地震儀器不完全相同，因?yàn)槿斯さ卣鸬牟蓸涌臻g和時(shí)間密度以及精度都要大于天然地震，但它們都是時(shí)間序列信號(hào)，因此很多時(shí)間序列信號(hào)的處理方法都可以互相參考借用?！竦卣鸩杉到y(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)——多道接收、遙測(cè)傳輸和高精度數(shù)字檢波器的使用。下面的表給出了目前通用的幾種地震勘探儀器的主要指標(biāo)對(duì)比，從中我們可以看出其發(fā)展水平和發(fā)展趨勢(shì)。5.2地球物理信息采集與方法原理

目前流行的幾種地震儀的性能指標(biāo)比較5.2地球物理信息采集與方法原理5.2地球物理信息采集與方法原理地震勘探野外工作原理示意圖5.2地球物理信息采集與方法原理PVelocitystructureinthecrustacrosstheWestKunlunMts.-Tarimbasin-TianShan

下面的左圖是法國(guó)Sercel公司生產(chǎn)的最新產(chǎn)品SERCEL408DSU的野外采集系統(tǒng)，右圖是儀器車(chē)內(nèi)的控制監(jiān)控系統(tǒng)的圖片。法國(guó)Sercel公司生產(chǎn)的全數(shù)字式地震儀圖片5.2地球物理信息采集與方法原理●重力儀定義----用來(lái)記錄地下物質(zhì)密度分布不均勻所造成的重力變化的儀器。●重力儀的種類----重力儀的種類很多，其中采用靜力平衡原理進(jìn)行工作的儀器有石英彈簧重力儀和金屬?gòu)椈芍亓x，他們都是進(jìn)行相對(duì)重力測(cè)量的儀器，可用于地面和海洋測(cè)量?！裾裣抑亓x---利用動(dòng)力平衡原理即利用懸絲的固有頻率與重力有關(guān)的原理進(jìn)行工作的儀器，它既能進(jìn)行相對(duì)重力測(cè)量，又能進(jìn)行絕對(duì)重力測(cè)量，可用于海洋、航空及井中測(cè)量。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，航空重力儀的精度正逐步提高。一些新型儀器，如超導(dǎo)重力儀和激光重力儀等也已出現(xiàn)。2、重力儀5.2地球物理信息采集與方法原理

由于重力異常特往往很微小，甚至只有幾分之一個(gè)重力單位，這就要求儀器精度達(dá)到，即重力全值的10-8數(shù)量級(jí)。為使儀器在保證高精度的前提下適應(yīng)野外工作，這就要求儀器達(dá)到體積小、重量輕的標(biāo)準(zhǔn)。下圖是典型重力儀的彈性系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)圖。5.2地球物理信息采集與方法原理

重力儀器現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是高精度、自動(dòng)調(diào)平以及向量重力梯度儀（超導(dǎo)、原子干涉）的研制。另外一個(gè)發(fā)展方向就是衛(wèi)星測(cè)高和衛(wèi)星重力梯度技術(shù)。精確的重力值對(duì)于國(guó)防軍工事業(yè)意義重大。左圖是加拿大生產(chǎn)的高精度重力儀的外形圖。加拿大CG3高精度重力儀5.2地球物理信息采集與方法原理3、磁測(cè)儀器●磁測(cè)儀器總稱為磁力儀。按其構(gòu)造特點(diǎn)又可分為機(jī)械式磁力儀和電子式磁力儀?！駲C(jī)械式磁力儀又稱磁秤，是利用靜力平衡原理進(jìn)行地磁場(chǎng)相對(duì)測(cè)量的。磁稱有二種，一種是測(cè)量地磁場(chǎng)垂直分量相對(duì)值的垂直磁秤；另一種是測(cè)量地磁場(chǎng)水平分量相對(duì)值的水平磁秤?！耠娮邮酱帕x包括磁通門(mén)磁力儀、質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀、光泵磁力儀和超導(dǎo)磁力儀等。這類儀器精度很高。如光泵磁力儀精度可達(dá)0.01nT，而超導(dǎo)磁力儀竟高達(dá)10-6nT。因此這類儀器除用于磁法勘探外，還在地磁絕對(duì)測(cè)量、國(guó)防磁探測(cè)以至宇宙探測(cè)中發(fā)揮作用。5.2地球物理信息采集與方法原理●地面磁測(cè)最常用的電子式磁力儀是質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀，它是利用質(zhì)子在地磁場(chǎng)中作陀螺式旋進(jìn)的原理制造的，精度可達(dá)1nT。除廣泛應(yīng)用于地面測(cè)量外，還用于航空和海洋磁測(cè)。5.2地球物理信息采集與方法原理

磁測(cè)儀器目前的發(fā)展趨勢(shì)是超導(dǎo)磁力儀、航空高精度磁力儀與海底磁力儀的研制與應(yīng)用。下圖是目前通用的美國(guó)產(chǎn)MP4高精度磁力儀外形結(jié)構(gòu)圖。MP4高精度磁力儀5.2地球物理信息采集與方法原理

銣光泵磁力儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖5.2地球物理信息采集與方法原理4、電磁方法儀器下圖是德國(guó)Metronix公司生產(chǎn)的GMS-06大地電磁測(cè)深儀器，它自帶GPS天線進(jìn)行測(cè)量定位，該儀器體積小，野外施工方便，其磁傳感器MFS-06具有多種突出特征，這使它成為電磁勘探中的一流設(shè)備。通常采用的是感應(yīng)式磁接受器（也稱磁探頭）或磁通門(mén)式磁探頭，也有用光泵或超導(dǎo)磁探頭的。電接受器常用較穩(wěn)定的鉛電極（長(zhǎng)期觀測(cè)用）及各類不極化電極。大地電磁測(cè)深儀的工作原理及探頭圖5.2地球物理信息采集與方法原理5.2地球物理信息采集與方法原理VariousAirborneSystemsVTEMAeroTEMFixed-WingTDEMHelicopterFDEM

電測(cè)深法中視電阻率的測(cè)定是通過(guò)觀測(cè)供電電流I及其產(chǎn)生的電位差，再用公式計(jì)算而得?？梢?jiàn)，電測(cè)儀器的主要任務(wù)就是測(cè)量電位差和電流，但并非普通的電位差計(jì)都可應(yīng)用。下圖是重慶產(chǎn)的高密度電阻率測(cè)量?jī)x器的外形圖以及電極測(cè)量原理。5、電測(cè)儀器國(guó)產(chǎn)WGMD-2電阻率測(cè)量系統(tǒng)5.2地球物理信息采集與方法原理放射性測(cè)量主要是利用放射性元素的衰變規(guī)律進(jìn)行衰變粒子釋放強(qiáng)度測(cè)定，從而推算放射性強(qiáng)度的方法。6、放射性測(cè)量?jī)x器測(cè)氡儀原理圖左圖為氡測(cè)量?jī)x器。它是通過(guò)將土壤中的氡射氣抽入桶中，隨即Rn開(kāi)始衰變，并產(chǎn)生新的子體RaA，RaA瞬間為帶正電的離子，采用加負(fù)電場(chǎng)的金屬片進(jìn)行收集，其強(qiáng)度與氡濃度成正比。說(shuō)明氡的危害性和核輻射的嚴(yán)重性。5.2地球物理信息采集與方法原理5.2地球物理信息采集與方法原理RadiationTypeofRadiationMass(AMU)ChargeShieldingmaterialAlphaParticle4+2Paper,skin,clothesBetaParticle1/1836±1Plastic,glass,lightmetalsGammaElectromagneticWave00Densemetal,concrete,EarthNeutronsParticle10Water,concrete,polyethylene,oil放射性輻射的穿透距離與保護(hù)物質(zhì)5.2地球物理信息采集與方法原理二、地球物理方法技術(shù)原理簡(jiǎn)介1、地震方法

地震波動(dòng)方程是地震波傳播的彈性力學(xué)理論基礎(chǔ)，它的理論推導(dǎo)基于力學(xué)的牛頓第二定律和描述形變與位移關(guān)系的虎克定律，當(dāng)介質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生變化，如均勻彈性介質(zhì)變?yōu)榉蔷鶆蚪橘|(zhì)、粘彈性介質(zhì)、多相介質(zhì)（液-固-氣相）以及各向異性介質(zhì)時(shí)，波動(dòng)方程的推導(dǎo)和求解會(huì)變得復(fù)雜起來(lái)。5.2地球物理信息采集與方法原理

現(xiàn)以比較簡(jiǎn)單的頻率域彈性介質(zhì)聲波波動(dòng)方程為例，來(lái)介紹地震方法技術(shù)的原理。

這里表示拉普拉斯算子（），u是總的聲壓場(chǎng)，s是源的位置，為頻率，為地下介質(zhì)變化的聲速，表示脈沖震源函數(shù)。地震勘探的情況是已知某一邊界上的聲壓場(chǎng)，求解地下的速度分布，在數(shù)學(xué)上稱之為反問(wèn)題。5.2地球物理信息采集與方法原理地震波被分為兩類：一類是體波，它是在地球內(nèi)部沿著所有方向傳播并可達(dá)到所有深度的波；另一類為面波，它的傳播往往局限于地球表面下數(shù)個(gè)地震波長(zhǎng)的范圍內(nèi)。因此兩類波的應(yīng)用和分析方法都不盡相同，其中體波通常用于資源勘探和地震觀測(cè)的目的，而面波一般被認(rèn)為是體波研究中的噪聲，但有時(shí)也被用來(lái)進(jìn)行層狀地球性質(zhì)的研究。地震體波能量向地下傳播時(shí)，若遇到地層界面就會(huì)以反射或者折射的方式反向傳播回地面。反射波、透射波以及折射波的產(chǎn)生將遵循下面的斯奈爾定律。其中i為入射角，r為反射角，V1和V2分別為上、下地層的速度，當(dāng)r為90。時(shí)，地震反射波就變成了折射波。5.2地球物理信息采集與方法原理傳播方向一個(gè)聲學(xué)界面的法線入射反射波的強(qiáng)度取決于其同界面聲阻抗有關(guān)的反射系數(shù)R：

ρ1和V1分別是第一層（界面上方）的密度和層速度，而ρ2和V2分別是第二層（界面下方）的密度和層速度。

反射系數(shù)序列與單道地震響應(yīng)圖5.2地球物理信息采集與方法原理地震波傳播路徑示意圖波動(dòng)現(xiàn)象中名詞概念5.2地球物理信息采集與方法原理地質(zhì)模型與所對(duì)應(yīng)的地震記錄響應(yīng)示意圖

5.2地球物理信息采集與方法原理（1）重力的定義5.2地球物理信息采集與方法原理重力=引力+離心力1）重力不指向地心2）力加速度離心加速度赤道處（2）重力的分布規(guī)律重力在空間上的變化原因在于：第一，地球并非正球體，而是一個(gè)兩極壓縮的扁球體，其赤道半徑約為6378km，而兩極半徑約為6356km；第二，由于地球表面的起伏，即重力隨高度而變化；第三，處于不同緯度的物體具有不同的自轉(zhuǎn)半徑r，所受的慣性離心力不同，因而重力隨緯度而變。第四，地下物質(zhì)密度分布不均勻也將引起重力發(fā)生變化。重力隨時(shí)間的變化有兩種：一種是月球、太陽(yáng)等天體的引力引起的重力變化，其表現(xiàn)具有一定的周期性，也稱為潮汐變化，或稱為重力固體潮；另一種是地球形狀的變化和地下物質(zhì)分布的變化引起同一地點(diǎn)重力隨時(shí)間的變化，其表現(xiàn)為非周期性的，也稱為非潮汐變化。5.2地球物理信息采集與方法原理5.2地球物理信息采集與方法原理地面在重力勘探中，通常只測(cè)量重力的垂直分量（3）重力異常5.2地球物理信息采集與方法原理5.2地球物理信息采集與方法原理3、磁力方法（1）基本概念磁法勘探是利用地殼內(nèi)各種巖（礦）石間的磁性差異所引起的磁場(chǎng)變化（磁異常）來(lái)尋找有用礦產(chǎn)資源和查明地下地質(zhì)構(gòu)造的一種物探方法。（2）地磁要素地磁場(chǎng)強(qiáng)度一般用T來(lái)表示，它在X、Y、Z三個(gè)軸上的投影分別為：北分量X，東分量Y，垂直分量Z。其中X、Y、Z、H、T、D、I各量統(tǒng)稱為地磁要素。5.2地球物理信息采集與方法原理5.2地球物理信息采集與方法原理5.2地球物理信息采集與方法原理庫(kù)侖定律：真空中的磁導(dǎo)率:磁場(chǎng)強(qiáng)度：?jiǎn)挝徽藕伤艿牧Υ鸥袘?yīng)強(qiáng)度：SI單位Wb/m2(特斯拉T)，磁法勘探中，以納特(nT)為單位,1nT=10-9T磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)性質(zhì)的兩個(gè)物理量(3)磁學(xué)基本知識(shí)5.2地球物理信息采集與方法原理磁偶極距磁偶極子的磁距磁化強(qiáng)度磁極化強(qiáng)度磁化率磁化強(qiáng)度和磁極化強(qiáng)度描述介質(zhì)被磁化程度的物理量（4）地磁場(chǎng)的分布規(guī)律根據(jù)各地的地磁絕對(duì)測(cè)量結(jié)果，可以繪制出地球表面各地磁要素的等值線圖。在世界地磁圖上反映的地磁場(chǎng)分布規(guī)律為：兩極處，Z=T=±60000～70000nT，H=0，I=±90o；赤道處，H＝T＝30000～40000nT，Z＝0，I=0o；在北半球，Z、I為正值，且自南向北逐漸增加，H自南向北逐漸減小，方向指向磁北；T向下傾；在南半球，Z、I為負(fù)值，且自南向北絕對(duì)值減小，H自南向北增加，方向仍指向磁北，T向上傾。5.2地球物理信息采集與方法原理（6）巖（礦）石的磁性自然界中的各種巖石具有不同的磁性，即使同種巖石，由于礦物成分，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，其磁性也不相同。巖石之間的磁性差異是磁法勘探的物理基礎(chǔ)。巖石的磁性由磁化率和磁化強(qiáng)度表示。5.2地球物理信息采集與方法原理（5）磁異常磁異常是地下巖、礦體或地質(zhì)構(gòu)造受地磁場(chǎng)磁化后，在其周?chē)臻g形成、并疊加在地磁場(chǎng)上的次生磁場(chǎng)。4、電測(cè)方法電法是地球物理中非常重要的一類方法。它是以地下介質(zhì)的電性參數(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)探測(cè)介質(zhì)的電性參數(shù)的差異來(lái)解決各種地質(zhì)、環(huán)境和工程方面的問(wèn)題。它的基本理論是基于穩(wěn)定電流場(chǎng)的歐姆定律，具體表示為：5.2地球物理信息采集與方法原理（1）電阻率剖面法和測(cè)深法●電剖面法是以研究地電斷面橫向電性變化的一類方法；而電阻率測(cè)深法則是研究地表某點(diǎn)下方電性的垂向變化的一種方法?！耠娮杪势拭娣ê碗娮杪蕼y(cè)深方法是電阻率勘探方法中最重要也是最基礎(chǔ)的方法。兩個(gè)方法比較，電剖面法更適合于探測(cè)產(chǎn)狀陡立的高、低阻體，如劃分不同巖性的接觸帶、追索斷層及構(gòu)造破碎帶等。而測(cè)深法主要用于研究介質(zhì)的垂向分層。（2）電成象方法（高密度電阻率法）高密度電阻率法實(shí)際上是將電剖面方法和電測(cè)深結(jié)合起來(lái)的一種陣列電阻率勘探方法。5.2地球物理信息采集與方法原理（3）電磁感應(yīng)法5.2地球物理信息采集與方法原理

電磁感應(yīng)法的種類很多，從場(chǎng)源形式上可以分為人工場(chǎng)源及天然場(chǎng)源兩種，其中人工場(chǎng)源又可分為連續(xù)波場(chǎng)、瞬變脈沖電磁場(chǎng)。連續(xù)波場(chǎng)是向地下發(fā)射不同頻率的正弦波電磁場(chǎng)，并觀測(cè)場(chǎng)的空間分布。也可以改變發(fā)射頻率、從而研究異常場(chǎng)隨頻率的變化，因此，這種形式的電磁法又稱為頻率域電磁法。它也分成頻率域電磁剖面法和頻率域電磁測(cè)深法。5.2地球物理信息采集與方法原理

電磁法是以交變電磁場(chǎng)為基礎(chǔ)的地球物理方法，根據(jù)巖、礦石的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性及介電性的差異，通過(guò)研究場(chǎng)的空間和時(shí)間分布特性從而來(lái)解決有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的一類地球物理方法方法。它的基本理論是基于由磁場(chǎng)變化激發(fā)電場(chǎng)的電磁感應(yīng)定律和由電場(chǎng)變化激發(fā)電場(chǎng)的位移電流概念所構(gòu)成的麥克斯韋方程組。具體表示為：

其中為磁場(chǎng)強(qiáng)度，是電感應(yīng)強(qiáng)度，為電場(chǎng)強(qiáng)度，為磁感應(yīng)強(qiáng)度，表示旋度，表示散度，是電荷體密度。5.2地球物理信息采集與方法原理

在電磁法中還有一類時(shí)間域電磁法，也稱為瞬變電磁法，它是以不接地回線或者接地線源通以脈沖電流為場(chǎng)源，向大地發(fā)射不同形式的脈沖電磁場(chǎng)，在脈沖的間歇時(shí)間觀測(cè)電磁場(chǎng)隨時(shí)間的衰減，從而來(lái)解決有關(guān)的地質(zhì)問(wèn)題。（4）地質(zhì)雷達(dá)方法探地雷達(dá)（GroundPenetratingRadar簡(jiǎn)稱GPR）是利用發(fā)射的寬帶高頻脈沖電磁波在遇到介電常數(shù)差異界面后發(fā)生反射來(lái)確定地下介質(zhì)分布的一種方法。5.2地球物理信息采集與方法原理5、放射性測(cè)量方法

放射性測(cè)量的基本原理是原子核物理。我們知道地球上巖石、土壤、水以及一切與之有關(guān)的制品和生物體內(nèi)部存在天然放射性元素，這些放射性元素自發(fā)地衰變使原子核放射出α、β、或γ射線，構(gòu)成了地球輻射背景的重要組成部分。放射性方法就是根據(jù)地殼物質(zhì)的天然或人工放射性性質(zhì)，研究巖石、土壤中放射性元素的分布與遷移規(guī)律，解決環(huán)境輻射、災(zāi)害預(yù)報(bào)與保護(hù)人類安全的理論與方法技術(shù)。5.2地球物理信息采集與方法原理思考題1、你認(rèn)為學(xué)好地球物理學(xué)的因素有哪些？2、地球物理信息都包括哪些？它們的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用條件是什么？3、地球物理與醫(yī)學(xué)物理的異同點(diǎn)在哪里？4、地球物理學(xué)的研究?jī)?nèi)容和相關(guān)學(xué)科是什么？5、獲得理想的地球物理信息的關(guān)鍵是什么？一、地球物理的信息處理簡(jiǎn)介1、地球物理數(shù)據(jù)的校正方法●動(dòng)校正動(dòng)校正是對(duì)多道反射地震勘探的共中心點(diǎn)道集進(jìn)行的（見(jiàn)圖5-18），各道數(shù)據(jù)中由于不同偏移距所引起的隨傳播時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)時(shí)差進(jìn)行消除，以便使共中心點(diǎn)道集中具有不同水平偏移距離的來(lái)自同一點(diǎn)反射的波具有相同的到達(dá)時(shí)間，也即完成將所有數(shù)據(jù)的反射時(shí)間校正到自激自收時(shí)間的任務(wù)，使得來(lái)自同一點(diǎn)的反射波可以做到同相疊加。5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用圖5-18共中心點(diǎn)道集的示意圖共中心點(diǎn)道集的示意圖5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用

若以炮檢距Xi為橫坐標(biāo)，以反射波到達(dá)各接收點(diǎn)的旅行時(shí)間ti為縱坐標(biāo)，其曲線方程為：5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用

共深度點(diǎn)時(shí)距曲線上的t0(x=0)為共中心點(diǎn)處的回聲時(shí)間。t0=2h/V，它相當(dāng)于在M設(shè)置激發(fā)點(diǎn)，在同一M點(diǎn)接收所觀測(cè)到的波至?xí)r間，一般稱它為自激自收時(shí)間。習(xí)慣上把共深度道集內(nèi)第一道（炮檢距最小者）的炮檢距xi稱為偏移距。因?yàn)閬?lái)自同一個(gè)反射點(diǎn)，其道集內(nèi)的各道應(yīng)具有相似的波形。但由于炮檢距不同，其各道的反射波存在著一定的時(shí)差。以自激自收時(shí)間t0作為基準(zhǔn)時(shí)間，由共反射點(diǎn)道集內(nèi)各道反射波到達(dá)時(shí)間減去t0時(shí)間可得到各道相對(duì)于中心道的時(shí)間差，成為正常時(shí)差。其值為：Δt=ti-t0=t0(x2/V2+t02)1/2-t0=t0[(x2/t2V2+1)1/2-1]

從各道反射波的到達(dá)時(shí)間中減去正常時(shí)差的過(guò)程就稱為正常時(shí)差校正或動(dòng)校正。5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用五次疊加示意圖5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用動(dòng)校正速度適當(dāng)動(dòng)校正速度偏低動(dòng)校正速度偏高動(dòng)校正處理以前動(dòng)校正處理前后與速度分析基礎(chǔ)●靜校正

靜校正是對(duì)反射地震勘探中由于近地表的因素所造成的各道數(shù)據(jù)的不一致進(jìn)行校正，主要是校正由于近地表高程、低降速帶的速度和厚度、以及激發(fā)點(diǎn)深度變化等引起的接收道上的一個(gè)僅與地表位置有關(guān)的固定時(shí)差，以便使所有的激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)都位于同一高程、都具有同一激發(fā)深度以及都具有相同的低降速帶厚度。5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用野外靜校正量計(jì)算示意圖5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用

它包括了井深校正、低速帶校正、地形校正。靜校正除了野外靜校正以外，還有基于統(tǒng)計(jì)理論的剩余靜校正。5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用原始單炮靜校單炮●地形改正●緯度改正●中間層改正●高度改正●日變改正●均衡改正5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用重磁數(shù)據(jù)校正處理●地形改正●緯度改正5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用高于測(cè)點(diǎn)的地形使重力減小，低于測(cè)點(diǎn)的地形使重力不足（減?。?。將地形校成水平面時(shí)，重力值應(yīng)加上一個(gè)校正值，是正值。在崎嶇山地，向北重力增大，改正值為負(fù)緯度南北向離基點(diǎn)距離（公里）5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用●中間層改正●高度改正A基準(zhǔn)面A、B兩點(diǎn)的高度不同，地球引起的正常重力值也不同，將所有的測(cè)點(diǎn)拉到基準(zhǔn)面。高度使重力值減少，校正值為正。

地形改正后，存在中間層，使重力變大，去掉該層，校正為負(fù)值，根據(jù)板狀體公式有：●向下延拓●向上延拓●水平求導(dǎo)●垂直求導(dǎo)5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用位場(chǎng)數(shù)據(jù)的延拓與求導(dǎo)5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用重力場(chǎng)延拓是重力資料解釋中很重要的方法，現(xiàn)在我們用球體異常說(shuō)明重力場(chǎng)延拓的作用，球體的最大異常是，設(shè)G=1,對(duì)于ΔM1=1和ΔM2=4的兩個(gè)球，在兩個(gè)高度的異常如下：可見(jiàn)，場(chǎng)的向上延拓使小而淺的物體的影響減小，大而深的物體的影響相對(duì)放大。場(chǎng)的向下延拓的作用正相反：將小而淺的物體的影響放大。場(chǎng)的延拓是由計(jì)算完成的h=1,△g1max=1；h=2，△g2max=1；h=2,△g1max=1/4；h=3,△g2max=4/9；5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的向上延拓處理結(jié)果2、離散數(shù)字序列的處理方法●提高信噪比的濾波處理●

提高分辨率的反濾波與偏移處理3、正演模擬與反演擬合●

模型假設(shè)●

數(shù)值計(jì)算●

反演求解5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用地震數(shù)據(jù)反褶積前后的結(jié)果對(duì)比5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用地震數(shù)據(jù)偏移前后結(jié)果對(duì)比剖面5.3地球物理的信息處理與解釋?xiě)?yīng)用地球物理的模型及其應(yīng)用

地球模型或者某種地質(zhì)現(xiàn)象的模型，是以數(shù)學(xué)公式或數(shù)值形式來(lái)表征地球的某種性質(zhì)或規(guī)律的，它是對(duì)地球內(nèi)部介質(zhì)這一復(fù)雜研究客體的合理抽象和高度概括。經(jīng)過(guò)這樣的抽象或簡(jiǎn)化，在理論上或