基礎(chǔ)地球物理

西北大學(xué)地質(zhì)系碩士研究生課程作業(yè)地球物理學(xué)基礎(chǔ)學(xué)生：李萍授課老師：馬勁風(fēng)程順有任戰(zhàn)利張小莉?qū)I(yè)：固體地球物理學(xué)年 級：碩2005學(xué) 號：200521338日期：二OO六年十二月地球物理基礎(chǔ)重磁電部分試題:一、對重力觀測值分別進(jìn)行哪些校正，相應(yīng)的重力異常有何地質(zhì)意義？用重力儀在測點(diǎn)與總基點(diǎn)分別觀測所獲得的重力差值，實(shí)際上還不是測點(diǎn)相對于總基點(diǎn)的重力異常。因?yàn)橹亓Φ南鄬y量是以總基點(diǎn)的重力值作為零值（正常場值）來與測點(diǎn)的重力值進(jìn)行比較的，所以要求測點(diǎn)和總基點(diǎn)的海拔高度以及所處的緯度都一樣，并且測點(diǎn)附近的自然地形也要平坦，否則就要對測點(diǎn)的觀測值作必要的整理改正，才能獲得真實(shí)的重力異常。因此重力觀測值必須經(jīng)過以下校正。1、地形校正自然地形的起伏常常使得觀測點(diǎn)周圍的物質(zhì)不處于同一水平面內(nèi)，因此需要把觀測點(diǎn)周圍的物質(zhì)影響消除掉。即將測點(diǎn)所在的水準(zhǔn)面以上的多余物質(zhì)除去，而把測點(diǎn)以下空白的部分填補(bǔ)起來，這項(xiàng)工作就叫地形校正。地形校正的方法是將測區(qū)劃分成許多小塊，劃分的圖形可畫在透明紙上，成為一個(gè)量板。通常采用的是扇形量板。地形校正值可由下式計(jì)算：才弘=警二［R”一忌+/耳+滬"磁;“依次算出量板所劃分的各個(gè)扇形柱體對該測點(diǎn)的地形校正值并累加求和，即可求得整個(gè)地形對該測點(diǎn)的地形校正值。2、 中間層校正通過地形校正以后，測O點(diǎn)的周圍成為水準(zhǔn)面了。但是，測點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面或基地面（通過基點(diǎn)的水準(zhǔn)面）間還存在一個(gè)水平物質(zhì)層，消除這一物質(zhì)層影響的方法，稱為中間層改正。如果把小間層當(dāng)作厚度為Ah,密度為o的無限水平板，其重力作用值為2nGoAh0。因此，中間層校正值為6g=一2nGoAh0。0中0當(dāng)測點(diǎn)高于大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面時(shí)，△h為正，反之為負(fù)。3、 高度校正經(jīng)過上述兩項(xiàng)校正后，測點(diǎn)與大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面之間還存在一個(gè)高度差A(yù)h，為消除由于測點(diǎn)與大地水準(zhǔn)面（或基準(zhǔn)面）存在高差厶h所造成的重力影響還需進(jìn)行高度校正。當(dāng)測點(diǎn)相對大地水推面高程為△h時(shí)，其高度校正值為6g首=0.3086Ah（毫伽）。爲(wèi)度改正和中間層改正都和測點(diǎn)的高程Ah有關(guān)，因此，常常把這兩項(xiàng)改正合并起來進(jìn)行，稱為布格校正，即Ag=（0.3086-0.0419o）Ah（毫伽）布各點(diǎn)的重力異常由下式?jīng)Q定:Ag_g現(xiàn)+^g地+Ag布-go式中Ag稱為布格重力異常。利用布格重力異常研究可地殼深部構(gòu)造，研究地殼深部構(gòu)造，不僅對于研究地殼的演化和大陸與海洋的形成等地學(xué)的基礎(chǔ)理論問題有著重要作用，而且對于劃分大地構(gòu)造單元、分析和預(yù)報(bào)天然地震的活動性、研究火山作用和各種礦產(chǎn)的成礦規(guī)律等也具有十分重要的意義。上述三項(xiàng)校正都是將地球看成密度均勻的情況下導(dǎo)出的。實(shí)際上，地表實(shí)測重力值總是均勻密度體和局部不均勻密度體（如構(gòu)造、礦體等）的綜合影響。上述校正僅僅消除了起伏地形上各測點(diǎn)與大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面間均勻密度體對實(shí)側(cè)重力值的影響，并沒有消除局部不均勻密度體對各測點(diǎn)重力值的影陶。因此，對校正后僅由局部不均勻體引起的異常而言，各測點(diǎn)仍在起伏的自然表面上。4、正常場校正在相對重力測量中，為了消除測點(diǎn)與總基點(diǎn)不在同一地理緯度而導(dǎo)致的正常重力的差值，必須進(jìn)行正常場校正。正常場校正值6g正可按下式計(jì)算匹=—0.814sin2①Ax（毫伽） 正式中e為總基點(diǎn)所在緯度，Ax為測點(diǎn)與總基點(diǎn)的緯向距離（以公里為單位）。對北半球而言，測點(diǎn)在基點(diǎn)以北時(shí)，Ax為正；以南時(shí)，Ax為負(fù)。經(jīng)過正常場校正的布格重力異常由下式表示：AG=g現(xiàn)+Ag地+Ag布+Ag正-g0布格重力異常主要反映現(xiàn)地殼內(nèi)地部各布種密度正不均勻體所引起的重力異常，這類異常是重力勘探所要研究的主要內(nèi)容。此外．還有自由空間異常和均衡異常。自由空間異常只是構(gòu)重力觀測結(jié)果歸算到同一緯度的大地水準(zhǔn)面上，所以它的校正項(xiàng)只有高度改正，即Ag=g+Ag-g0如果對上面的異常再進(jìn)行中空間層現(xiàn)校正，局部地形校正和均衡校正Ag，則均可得到均衡異常。Ag的校正方法是將全球海平面以上的物質(zhì)續(xù)入海平面以下一均定深度，然后計(jì)算充填均的部分對測點(diǎn)所產(chǎn)生的引力鉛垂分量。研究均衡異常，不但可以了解地殼的成分、構(gòu)造和厚度，更重要的是均衡異常反映了各地區(qū)的近期活動性。均衡異常不但反映了板塊的邊界線；而且還能反映接縫的性質(zhì)。自由空間異常和均衡異常對于研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造或地殼深部構(gòu)造等問題很有用處。自由空間異常是均衡異常的一個(gè)極值。局部的均衡異常依賴于地形變化，受地表質(zhì)量的影響大；然而，小比例尺的自由空間異?；虼蠓秶淖杂煽臻g異常平均值與均衡異常十分接近。二、大地電磁場具有什么性質(zhì)？在電性介質(zhì)非均勻時(shí)，其阻抗具有何種性質(zhì)？大地電磁法作為應(yīng)用地球物理學(xué)中的一種方法，于1950年應(yīng)運(yùn)而生。該方法的基本原理很簡單：在探測地下信息的某個(gè)觀測點(diǎn)上，測量由天然場源或不相關(guān)的人工場源產(chǎn)生的電場和磁場的切向（水平）分量。容易證明，電場強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度之比，是具有電性阻抗單位的一個(gè)量，并且在一定條件下，這個(gè)阻抗是介質(zhì)電性的函數(shù)。通過在一系列頻率點(diǎn)上確定阻抗得到的阻抗頻譜，Zap=Ea/Hp它提供了地球內(nèi)部電導(dǎo)率隨深度變化的信息。在地球電性與方向無關(guān)（各向同性）的條件下，Ea和HB，是互相垂直的。因?yàn)橼吥w效應(yīng)，在較低頻段，場的穿透深度增大，因而可以在單個(gè)測點(diǎn)上，用大地電磁法進(jìn)行測深在大地電磁測深小所觀測的天然瞬變電磁場具有很寬的頻率范圍，大致從102Hz到10-4Hz。不同頻率的電磁場互相疊加在一起，形成一個(gè)非常復(fù)雜的電磁振動。在這個(gè)頻率范圍內(nèi)的地磁振動按其領(lǐng)串高低、振幅大小、振動形式及分布特征又可分為幾類，每類都有各自的、不完全相同的激發(fā)機(jī)制。第一類為雷電干擾，或稱為天電，主要指大氣圈中的放電現(xiàn)象所引起的電磁擾動；第二類為磁暴及主要出現(xiàn)于極區(qū)的磁亞暴，它表現(xiàn)為磁場強(qiáng)度變化劇烈，振動極不規(guī)則；第三類，地磁脈動，這是一種具似周期振動形式的特殊的短周期振動。大地電磁場的特點(diǎn)是它的隨機(jī)性，亦即固定觀測點(diǎn)，測得的電場，其振幅、頻率、方向均隨時(shí)間而隨機(jī)變化，不過這種隨機(jī)不是隨意的，而是存在首一些明顯的規(guī)律性。首先它表現(xiàn)在強(qiáng)度和頻率關(guān)系上，典型的場的變化，其振幅和頻率的關(guān)系如圖1所示，從中可以看到，每秒一周的變化具有最小的振幅，往兩頭強(qiáng)度都明顯增高。大地電磁場強(qiáng)度和時(shí)間具有明顯的關(guān)系，它的一般規(guī)律是夏季比冬季強(qiáng)，（北半球）白天比晚上強(qiáng)，其中變化以中午左右變化最強(qiáng)。大地電磁場另外一個(gè)重要性質(zhì)是某一瞬時(shí)，在幾百平方公里或更大的范圍內(nèi)，振幅、頻率和強(qiáng)度均能保持同時(shí)互相對比的特性，這表明它們具有同源性的特點(diǎn)，如果地下是均勻的，則同一時(shí)間在地表兩點(diǎn)（相距幾百公里）同時(shí)觀測到的電磁場是完全相同的，如果兩點(diǎn)地下電性存在差異，則主要發(fā)生振幅為主的變化。而其振動波形仍保持可對比性。大地電磁場的第三個(gè)特點(diǎn)是：大部分頻率的波動具有諧振的特點(diǎn)，有時(shí)是一種頻率為主的振動，有時(shí)是幾個(gè)諧波迭加在一起傳入地下。如果介質(zhì)為均勻的導(dǎo)電體，其阻抗可以根據(jù)地面上任何點(diǎn)測得的彼此正交的水平電磁場分量來確定，而且與坐標(biāo)軸的選擇無關(guān)，因此，又稱為標(biāo)量阻抗。這個(gè)特點(diǎn)也適用于任何水平均勻?qū)訝罱橘|(zhì)．計(jì)算阻抗時(shí)可以避免一次場，也就是未知的場漏因素的影響。三、重力均衡異常有何動力學(xué)意義？均衡重力異常包含了動態(tài)信息，它反映了地殼—地幔，巖石圈—軟流圈各系統(tǒng)中由于構(gòu)造運(yùn)動造成的相對于流體靜力學(xué)平衡的偏離。研究均衡作用可以了解地球內(nèi)部的動力學(xué)過程，根據(jù)均衡重力異常的局部分量和區(qū)城分量還可以研究地殼和上地幔結(jié)構(gòu)與密度分布的橫向不均勻性。均衡重力異格與其它重力異常（布格重力異常和空間重力異常）一樣。反映了地質(zhì)體的形態(tài)分布和構(gòu)造特征，尤其與地殼和上地幔的成分組成及構(gòu)造運(yùn)動的相關(guān)性極為密切。中國西部的均衡重力異常與大地構(gòu)造非常吻合。沿帕米爾—喜瑪拉雅是一條很強(qiáng)的正均衡異常帶，該地帶上均衡的破壞主要是新構(gòu)造運(yùn)動引起的。這里的巖石層受多次、多向、多種構(gòu)造運(yùn)動之后產(chǎn)生了大的剩余質(zhì)量，明顯反映出近代板塊運(yùn)動的特征，表明在大陸發(fā)生碰撞以后，由于低密度陸殼的浮力，印度板塊停止俯沖而形成大規(guī)模的褶皺．地殼短縮和垂直運(yùn)動，使喜瑪拉雅山不斷隆起。中國東部的均衡重力異常與大地構(gòu)造的關(guān)系沒有西部明顯，反映了兩個(gè)地區(qū)的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)很不相同，也說明了兩個(gè)地區(qū)的斷裂和盆地形成的結(jié)構(gòu)以及地球動力學(xué)過程截然不同，西部的斷裂和盆地的形成是構(gòu)造運(yùn)動對抗均衡調(diào)整力的結(jié)果，而東部沉積盆地的形成．均衡調(diào)整力起著重要作用。所以說，無論是在扳塊邊界還是在板塊內(nèi)部；均衡異常的范圍和量級與區(qū)域性的構(gòu)造運(yùn)動和地震活動都有明顯的相關(guān)關(guān)系，這一事實(shí)有力地表明，在引起大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動和地震活動的地球動力學(xué)過程中，地殼和上地幔的重力均衡調(diào)整在很大程度上發(fā)揮著主導(dǎo)作用。然而，它的之間的相互關(guān)系對于不同的構(gòu)造單元可能有不同的形式。根據(jù)研究分析，大致可以分為以下幾種不同情況：1、第一類地區(qū)具有強(qiáng)烈的均衡破壞與強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動。這類地區(qū)的深部作用強(qiáng)烈，最新的地殼垂直構(gòu)造運(yùn)動不是朝恢復(fù)均衡的方向發(fā)展，而是表現(xiàn)為明顯的反均衡性質(zhì)。這類地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動與均衡重力異常及地震活動之間存在明顯的相關(guān)性。往往這一類地區(qū)潛在的地震危險(xiǎn)性要大一些。2、某地區(qū)具有鉸強(qiáng)的均衡破壞，但新構(gòu)造運(yùn)動并不明顯。這類地區(qū)的深部活動性小，巖石因強(qiáng)度比較大，不易發(fā)生地震。這類地區(qū)比較少見。3、第三類地區(qū)衡敗壞和新構(gòu)造運(yùn)動遠(yuǎn)不如第1類地區(qū)強(qiáng)烈。這類地區(qū)巖石圍比較薄，強(qiáng)度比較小，新構(gòu)造運(yùn)動受均衡調(diào)整力控制。最新的地殼垂直構(gòu)造運(yùn)動在朝恢復(fù)均衡的方向發(fā)展，大范圍內(nèi)表現(xiàn)為均衡調(diào)整運(yùn)動，強(qiáng)震主要集中在活動性最強(qiáng)的少數(shù)地區(qū)。例如中國華北地區(qū)。4．第四類是接近地殼均衡的地區(qū)。這類地區(qū)的近代構(gòu)造活動性很弱，大多數(shù)是穩(wěn)定的地臺區(qū)，一般為無地震區(qū)。例如我國的鄂爾多斯地塊等。祝恒賓等根據(jù)1950—1975年的地震資料，用地震疊加法繪制了喜馬拉雅中、東部地區(qū)地震活動性圖。并與該地區(qū)均衡重力異常進(jìn)行定量比較。結(jié)果表明：在喜馬拉雅地區(qū)地震活動性隨均衡重異常下降（上升）而增強(qiáng)（減弱）。大地負(fù)均衡重力異常往往與高地震活動性有關(guān)。較強(qiáng)的地震活動通常出現(xiàn)在均衡重力異常水平梯度變化較大的地區(qū)。地球物理基礎(chǔ)地震部分試題:關(guān)于深部地震、天然地震、廣角地震的基礎(chǔ)理論一、 深部地震1、深部地震地質(zhì)條件地震勘探的質(zhì)量除了與表層地震地質(zhì)條件有關(guān)外，還與深部地震地質(zhì)條件有關(guān)。它涉及到地層波的傳播和地層反射層與地質(zhì)層位的統(tǒng)一問題。主要有地震層位與地質(zhì)層位的關(guān)系、地層層位的性質(zhì)問題。地震層位與地質(zhì)層位的關(guān)系地震界面是波阻抗分界面或速度分界面，是物性界面。地質(zhì)界面是不同地質(zhì)時(shí)期形成的巖性或古生物分界面。兩者的關(guān)系通常是一致的，因?yàn)椴煌牡刭|(zhì)層位往往具有不同的巖性，不同的巖性具有不同的波阻抗。但是，不能說所有的地震界面都是地質(zhì)界面。因?yàn)橛械牡貐^(qū)相鄰地質(zhì)層位的物理性質(zhì)差別很小，不易形成反射波，而同一地質(zhì)層位內(nèi)由于巖性變化，有可能形成反射波。由于激發(fā)條件，接收條件(包括儀器因素)的改變，地震層位和地質(zhì)層位在深度上也不完全統(tǒng)一。因此，同地質(zhì)層位一致或相差一個(gè)常量的地震層勝對地震勘探有利。特別是與石油和天然氣有關(guān)的地震層，是我們尋找石油和天然氣的目的層。具有較好的地震標(biāo)準(zhǔn)層上下地層的波阻抗差異決定地層層位的存在。在折射波法勘探中，必須滿足下層介質(zhì)的波速大于上覆介質(zhì)的波速，折射波法才能應(yīng)用。在反射波法勘探中，必須滿足上下介質(zhì)的波阻抗不等的條件，且波阻抗差較大時(shí)，才能成為良好的反射界面。與地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)層一樣，地震標(biāo)準(zhǔn)層是對比和追蹤反射界面的主要層位，是確定構(gòu)造形態(tài)的重要依據(jù)。因此，地展標(biāo)準(zhǔn)層必須具備波阻抗差大，地震波能量強(qiáng)，在探區(qū)內(nèi)穩(wěn)定。能大面積連續(xù)追蹤，具有明顯的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征，與含油氣層有明顯的對應(yīng)關(guān)系或是勘探目的層。一般地說古侵蝕面是良好的反射界面。反射界面平滑、傾角小、便于對比追蹤；反射界面粗糙、起伏大、將產(chǎn)生地震波漫射和因傾角太大而不利于接收地震波，反射界面數(shù)目多、反射層薄時(shí)，會產(chǎn)生薄層干射，影響記錄質(zhì)量，構(gòu)造復(fù)雜的地區(qū)，易產(chǎn)生干擾波和屏蔽現(xiàn)象。沒有高速度的厚地層在速度剖面中，具有高速的厚地層對地震勘探不利。特別是對反射波法勘探來說，會造成屏蔽作用，使勘探深度受到限制。高速厚地層因波阻抗差太大，反射系數(shù)大，能量在該層頂界面上大部反射回地面不能很好地向下傳播，因而不能得到深層反射。2、深地震反射剖面探測中應(yīng)注意的幾個(gè)問題：深地震反射剖面法是探測地球內(nèi)部構(gòu)造的一種光進(jìn)技術(shù)。與深地震反射剖面相重合的地震折射和寬角反射探測是必不可少的。眾所周知，地震折射或?qū)捊欠瓷涮綔y能夠提供最可靠的深部地震波速度估計(jì)(MooneyandBrocher,1987)。地震道的CDP疊加需要作正常時(shí)差校正，它要用到地殼速度結(jié)構(gòu)的知識。對于反射剖面來說，最佳的速度—深度函數(shù)從一系列的疊加速度中選取。對于地殼深部，合理的速度估計(jì)必須用較長的排列長度來得到，因?yàn)檩^大的偏移距相應(yīng)有較大的時(shí)差(KlempererandOliver,1983)。理論上，均方根速度能夠在2或3倍偏移距的深度上確定(Hajnal,1986).Hawman和Phinney(1985)指出，對于大偏移距在較大限定的范圍上連續(xù)取樣波場能夠得到關(guān)于深部地殼速度的有用信息。然而，速度橫向不均勻性和低信噪比降低了這些估計(jì)。因此，實(shí)際上基于反射數(shù)據(jù)的深部速度估計(jì)是困難的，必須求助于折射或?qū)捊欠瓷淦拭娴慕Y(jié)果．另外，折射或?qū)捊欠瓷淦拭娴馁Y料能夠比任何其它地球物理方法更準(zhǔn)確地取得復(fù)雜的二維模型，所提供的速度信息對于推斷地殼深部介質(zhì)的組成、巖性及物理狀態(tài)是至關(guān)重要的。全面的深反射試驗(yàn)設(shè)計(jì)是取得高質(zhì)量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵深部的反時(shí)信息比淺部弱得多，因此，深反射試驗(yàn)剖面的設(shè)計(jì)必須是以取得高信噪比資料為目的，經(jīng)費(fèi)有限，為使得每一條剖面都能取得成功，全面的深反射試驗(yàn)設(shè)計(jì)是必要的。在下面幾個(gè)方面可以在設(shè)計(jì)中加以考慮：適當(dāng)增加覆蓋次數(shù)以提高有效信號的信噪比．我國現(xiàn)有的深反射剖面多為24次覆蓋，在復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)不足于取得細(xì)結(jié)構(gòu)，因此，覆蓋次數(shù)應(yīng)盡可能增加到48或96次以上；測線的位置盡可能選擇在具有良好激發(fā)條件的地區(qū)、以保證對每一次激發(fā)從地殼深處有足夠的能量反射返回地面；縮小道間距。在地表橫向不均勻性較大的地區(qū)，地表低速帶對時(shí)差校正影響很大，為取得可靠的靜校正，必須采用較小道間距。然而，這與為取得深部速度需要較長的排列長度是矛盾的。因此，道間距的選擇還需要作權(quán)衡。3、深部地震研究時(shí)利用雙重反射波的前景在深部地震測深中利用雙重反射波的前景，首先和研究深部斷裂帶有關(guān)。地球科學(xué)的現(xiàn)狀迫切需要對深部地震研究作更新認(rèn)識，特別是根據(jù)地球物理資料的解釋結(jié)果來劃分?jǐn)嗔褞r(shí)所采用的途徑和方法。因此，必須從用地球物理方法研究深部斷裂的總體現(xiàn)狀出發(fā)來確定深部地震測深個(gè)利用多波地震勘探的前景。過去建立的關(guān)于地殼模型的認(rèn)識是過于簡單了?，F(xiàn)在，由研究水平—層狀簡化模型轉(zhuǎn)向校復(fù)雜的包括傾斜巖層和垂向接觸面在內(nèi)的模型很有必要。該問題中很重要的一環(huán)就是研究斷裂帶構(gòu)造。不久之前．是用重力資料劃分?jǐn)嗔褞В瑫r(shí)引用地震標(biāo)志作為間接標(biāo)志，例如，對比中斷、界面產(chǎn)狀角度不整合、界向沿垂向位移等。最近，利用直接標(biāo)志劃分?jǐn)嗔褞Р⑼瑫r(shí)引用繞射波、雙重反射波以及直接內(nèi)斷裂帶界面產(chǎn)生的反射波已具有越來越重要的意義。斷裂帶可用不同的方法進(jìn)行劃分，而且不同的作者有不問的劃分法。區(qū)域深部剖面所含的大部分信息是有關(guān)深部斷裂的信息。同時(shí)，只有斷裂總數(shù)的17％在某種程度上是內(nèi)地震資料解釋的。如果注意到，確定區(qū)域深部剖面上斷裂帶的主要標(biāo)志就是追蹤地震界面的中斷和在深部方向上的位移，以及總觀測信息量只有利面長度的6％，而其余94％的繪制界面是內(nèi)插出來的，那么結(jié)果是，繪在地震地質(zhì)區(qū)域剖面上的斷裂只有1％是按地震資料解積結(jié)果作出的．而其余99％是按直觀標(biāo)志并利用偶然有的重力勘探資料繪出的。研究表明，在用深部地震測深資料劃分?jǐn)嗔褞У倪^程中應(yīng)用多波地震勘探方法，就可大大地提高所得資料的信息量以及方法的有效性。4．深部地震可以解決的地質(zhì)問題：現(xiàn)代地震方法的發(fā)展使有可能去研究整個(gè)地殼深度的內(nèi)部構(gòu)造以及與地殼毗鄰的上地幔層，這種應(yīng)用所進(jìn)行的地震勘測稱為深部地震測深，所用的方法和技術(shù)與地震勘探類同，其實(shí)，為了解決地質(zhì)勘探的遠(yuǎn)景課題就必須研究較大的深度，深部地震測深也必將成為地震勘探的重型領(lǐng)域。通常，深部地震測深用來解決下列任務(wù)：(1)劃定被深大斷裂分割的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有重大差別的地殼區(qū)域分界；(2)研究地殼下部層、結(jié)晶基底和上伏沉積層構(gòu)造之間的相互關(guān)系；(3)研究與結(jié)晶基底區(qū)域構(gòu)造和它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)的沉積層中隆起分布的規(guī)律；(4)研究上地慢上部的構(gòu)造及其與地殼結(jié)構(gòu)和類型的關(guān)系?，F(xiàn)在，深部地震測深在研究某些大區(qū)域或它們的一部分深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)得到越來越廣泛的應(yīng)用。此外，在海上的地震測線也揭示了地殼構(gòu)造的細(xì)節(jié)，例如消減帶斷層和洋殼板塊底部等構(gòu)造特點(diǎn)。二、 天然地震1、天然地震研究的特點(diǎn)由于天然地震震源位置和發(fā)震時(shí)刻的測定有一定誤差，因此用它研究地殼構(gòu)造不如人工振動源那樣準(zhǔn)確；而且人工振動源可以沿預(yù)先選定的剖面移動，構(gòu)成追逐和相遇的觀測系統(tǒng)。地震臺儀器的頻率通常較深地震測深儀器為低，因此其分辨性能較差。但是，利用天然地晨研究地殼構(gòu)造有它自己的特點(diǎn)：根據(jù)不同深度的地層直達(dá)波走時(shí)，可以直接計(jì)算震源到地面間的速度分布；(2)比較不同深度地震的走時(shí)，可以更好地研究震相性質(zhì)和地殼中的速度分布。特別是地殼中存在低速層或速度梯度時(shí)，僅有地面振動源的走時(shí)，不能得到單一的解答；(3)利用單個(gè)地震臺記錄中的轉(zhuǎn)換波或是其他某些特殊震相，即可求得地震臺下面的速度。由于深地震測深的工作耗資甚大，因此利用天然地震研究震源區(qū)的地殼構(gòu)造仍然是很有意義的。2、天然地震震源機(jī)制研究震源機(jī)制問題是指由地震圖以及地面形變研究震源處的作用力和斷層錯(cuò)動的性質(zhì)。可以利用S波輻射的特點(diǎn)判斷震源模型：應(yīng)用SV或SH的初動方向分布確定相應(yīng)的節(jié)線；用S波和P波的振幅比值求震源機(jī)制；用SH和SV的振幅比，也就是利用極化角求震源機(jī)制。利用體波的振幅可以研究震源機(jī)制，這種方法受到體波傳播介質(zhì)、儀器性能的影響，而利用體波的頻譜效果較好。基本方法是先計(jì)算假定震源模型相應(yīng)的觀測體波頻譜，再由實(shí)測的頻譜中消除介質(zhì)和儀器的影響．然后與計(jì)算的頻譜相比較，可求得最佳的震源模型?？紤]到實(shí)際的斷層具有一定長度，破裂過程需要持續(xù)一定的時(shí)間，于是產(chǎn)生了有限移動源的震源模型。面波是研究震源機(jī)制的另一種有效方法。在對比不同方位上的面波相位時(shí)，需要先把它們歸化為相同震中距的相位；瑞雷面波和縱波一樣，它的相位和振幅也是象限分布，不能分辨單偶力和雙偶力的震源模型。而勒夫波能夠分辨。對面波也計(jì)算有限長度移動源的傳播效應(yīng)，并用于求取斷層的參數(shù)。3、 利用天然地震震源點(diǎn)確定活動斷裂深部延伸性狀國內(nèi)、外不少專家曾利用震源點(diǎn)的散布頻數(shù)，推斷地殼內(nèi)水平滑脫層及板塊俯沖帶的存在。利用震源點(diǎn)的散布頻數(shù)，確定活動斷層在地殼中的延伸展?fàn)顩r嘗試也取得了成功。利用震源點(diǎn)確定活動斷層深部延展性狀．需要具備兩個(gè)前提條件。其一，必須事先查情活動斷層的地面展布情況(若為隱伏斷裂，則為基巖面上的展布情況)。其二，必須具備一定數(shù)量的、準(zhǔn)確可靠的震源點(diǎn)三維坐標(biāo)資料。先在各個(gè)剖面上標(biāo)出地表已查明的活動斷層的位置。再根據(jù)震源點(diǎn)的分布情況，識別、判斷同一條斷層的震源點(diǎn)，并畫出斷層線。4、 天然地震方法在巖石圈研究中的應(yīng)用4.1宏觀方法：這是一種相對直觀的研究方法。比如從震中分布圖上確定活動構(gòu)造帶的分布、板塊的邊界等等，這已經(jīng)是人們熟細(xì)的了。但細(xì)究起來，各地震帶的活動方式卻不盡相同，它們在重復(fù)性、空區(qū)性、周期性、相關(guān)性和震中遷移特點(diǎn)上的差異都不是偶然的，與各地區(qū)深部構(gòu)造背景和介質(zhì)條件有很大關(guān)系。以中國為例，從主雷同前景余霓的關(guān)系上看，明顯存在著單發(fā)式地震帶、連發(fā)式地震帶和震群型地震區(qū)三種類型。從已編制出的全國地震帶分布圖來看，這種活動特征是長期而穩(wěn)定的。據(jù)茂木的實(shí)驗(yàn)室?guī)r樣試驗(yàn)結(jié)果，它們相當(dāng)好地對應(yīng)著巖石處于較完整、破碎和相當(dāng)破碎這三種狀況。因此根據(jù)天然地震的活動特點(diǎn)，可在一定程度上推斷巖石圈的介質(zhì)狀況和深部構(gòu)造帶的發(fā)展。微觀方法：這種方法的實(shí)質(zhì)是根據(jù)地震波記錄到的大量信息，通過合理的數(shù)學(xué)物理模型反推地球內(nèi)部的構(gòu)造和震源的力學(xué)過程，正演與反演地球內(nèi)部的構(gòu)造應(yīng)力場、速度分布、深部構(gòu)造(包括斷層與間斷面)、非彈性性質(zhì)和其它地球物理參數(shù)。在地學(xué)的觀測與研究中有許多固有的困難，而微觀方法的作用正是通過準(zhǔn)確的定量計(jì)算，細(xì)致地分析那收有明確物理化學(xué)意義的參數(shù)的變化以彌補(bǔ)宏觀方法的不足。目的是試圖在宏觀表象多端的地學(xué)中，通過先進(jìn)技術(shù)和定量計(jì)算，找到逼真的擾動源，從而進(jìn)行地質(zhì)解釋推斷。5、對天然地震力學(xué)過程研究除了震源機(jī)制外，還應(yīng)包括地殼應(yīng)力與斷層滑動速率的研究。在地質(zhì)力學(xué)研究中，正確分析構(gòu)造應(yīng)力有助于對地質(zhì)勘探和礦產(chǎn)預(yù)測的合理推斷。近年來根據(jù)地震波估算發(fā)震地點(diǎn)的應(yīng)力值是一種正在發(fā)展的辦法，對中小地層和大地震均有不同的模式。一種改進(jìn)的算法是從破裂力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為地層是巖石在應(yīng)力作用下的低應(yīng)力破裂現(xiàn)象，屬巖石中裂紋不斷穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展最后進(jìn)入失穩(wěn)擴(kuò)展的結(jié)果。由此依下式估算巖石的應(yīng)力值(陳培善，1981)：T= 一4"口嚴(yán)￡d-町％」。研究表明，大斷層中不同部位的滑動量相當(dāng)不同，但從長期來看有在整個(gè)斷層上積累均勻滑動的趨勢，顧將長時(shí)期內(nèi)各次地震產(chǎn)生的作用相加，即可得出整個(gè)斷層積累起來的滑動量及速率。將結(jié)果用于計(jì)算地震矩張量，應(yīng)用于歷史地震資料即可求出研究區(qū)域內(nèi)地殼的伸張、收縮以及剪切運(yùn)動狀況。三、 廣角地震廣角地震(wideangle(aperture)reflectionandrefractionprofiling(WARRP))最初僅是利用人工激發(fā)的彈性波，通過大量的布設(shè)于地表的接收儀陣列，接收來自地下深部界面的反射波、折射波和轉(zhuǎn)換波等多種波組系列，并根據(jù)地震波的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)等特征對資料進(jìn)行分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對深部地殼的地震成像，由此得到界面深度和層速度等參數(shù)。Fruehn等(1998)介紹了利用雙船采集取得大偏移距折射資料的試驗(yàn)，利用折射波可在大偏移距上清楚地識別火成巖及基底折射，更重要的是基底的速度只能用折射法獲得。綜合國內(nèi)外的研究可見，廣角地震在解決模糊區(qū)成像方面主要有三種方法：一是利用折射波，以取得高速屏蔽層頂面和基底的構(gòu)造形態(tài)及基底的速度；二是利用廣角反射波，以避開近偏移距上各種難以避免的干擾波，提高成像質(zhì)量，使得常規(guī)方法成像的模糊區(qū)變得更清晰；三是利用高速層中的轉(zhuǎn)換波，以對高速屏蔽層之下的低速儲層成像．單一廣角折射波的處理：在層狀介質(zhì)中，廣角條件下入射、反射和透射波在地層界面上的能量分布由Zoeppritz方程和Snell定律確定．通過研究地震波在介質(zhì)中的AVO效應(yīng)可知，隨著入射角的增大，在臨界角內(nèi)，反射能量會逐漸增大，當(dāng)接近臨界角時(shí)，反射能量突然增大，而在超臨界角以外的范圍內(nèi)，反射波的能量雖然逐漸減小，但要比臨界角內(nèi)反射波能量大得多。從物理意義上講，小于臨界角時(shí)，發(fā)生透射損失；等于臨界角，發(fā)生全反射，少部分能量轉(zhuǎn)化為折射波能量；超臨界角時(shí)，反射波能量不是減弱而是增強(qiáng)。對高速屏蔽層的研究發(fā)現(xiàn)，其頂?shù)捉缑媸钱a(chǎn)生轉(zhuǎn)換波的最佳位置，同時(shí)地震波在高速體內(nèi)的傳播方向近于平行界面，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的折射波能量。折射波數(shù)據(jù)的成像處理大致可通過兩種途徑來實(shí)現(xiàn)：一是基于射線追蹤和程函方程的波場延拓法，不僅可用于復(fù)雜二維數(shù)據(jù)的成像，還可對三維深層折射數(shù)據(jù)成像；二是廣義互易法(GRM)和延遲時(shí)間法的聯(lián)合成像，GRM法對頂?shù)捉缑娉上?，延遲時(shí)間法填補(bǔ)中間空缺帶。大體上看，廣角處理主要針對三種類型的波，折射波、廣角反射波、高速層中的轉(zhuǎn)換波，通過一些特殊的處理方法，如線性和非雙曲線動校正、走廊疊加、廣角偏移和層析反演等，得到模糊區(qū)的精確成像剖面?，F(xiàn)階段我國的大部分油田都已進(jìn)入二次、甚至三次采油時(shí)期，這就需要更細(xì)致地了解地下更深層的構(gòu)造和巖性油氣藏，如何更好地作好深層資料的采集、處理和解釋已是當(dāng)務(wù)之急。為了提高深層資料的反射能量、信噪比和成像質(zhì)量，有必要針對廣角勘探開展如下幾方面的研究，以適應(yīng)當(dāng)前深層及巖性勘探的需要：考慮各向異性參數(shù)，通過優(yōu)化進(jìn)行動校正的方法代表著動校正的發(fā)展方向，該方法對廣角勘探有很好的適應(yīng)性。建立一套適于大偏移距資料處理的軟件系統(tǒng)，使大偏移距資料的處理實(shí)用化。開展考慮各向異性特征的復(fù)雜地質(zhì)體疊前深度偏移成像的研究，該研究勢必會推動廣角成像技術(shù)的發(fā)展。廣角地震具有能夠提升深部弱反射層的地震反射能量優(yōu)勢，反射界面上下的速度差異越小，振幅提升的越大，因此，它特別適用于高速屏蔽層下的深部弱反射層。參考文獻(xiàn)：a.FruehnJR．WhiteK，RichardsonM，F(xiàn)liednerE，CuUenC，LatkiewiczW．KirkJSmallwod．FLARE-Atwo-shipexperimentdesignedforsub-basaltimaging[A]．68thAnn.Internat.Mtg.SocExplGeophysExpandedAbstracts[C].1998,94?97.1、丁緒榮編，《普通物探教程—重力及磁力》，19842、 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；具有穩(wěn)定溫度場的熱傳導(dǎo)稱為穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)。如果溫度場中的溫度取相同的值則形成一個(gè)等溫面；若溫度場簡化為二維空間，則成了等溫線。溫度梯度是等溫面法線方向上單位長度內(nèi)溫度的增量，它是一個(gè)矢量，即5心埜,其正向朝著溫度升高的一面，負(fù)的溫度梯度叫溫度降低。一、盆地現(xiàn)今地溫場的研究包括三個(gè)方面：1、 熱傳遞的基本方式熱量的傳遞方式有傳導(dǎo)、對流和輻射三種方式。傳導(dǎo)通常發(fā)生于固體中，對流則是流體特有的一種傳熱方式，輻射不需借助任何介質(zhì)即可進(jìn)行。沉積盆地中的熱量傳遞主要以傳導(dǎo)和對流方式進(jìn)行，而其中又以傳導(dǎo)為主。對流僅在特殊情況下發(fā)生（如盆地內(nèi)的流體活動比較活躍的層位或地區(qū)）。2、 地溫資料的解釋和分析沉積盆地地溫分布的研究主要是借助各種鉆孔測試的溫度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括試油溫度數(shù)據(jù)、測井溫度數(shù)據(jù)等。由于鉆孔的目的是多種多樣的，因此對測溫的要求也就不同。在油氣田的勘探和開發(fā)中，鉆孔有勘探井、參數(shù)井、開采井及供水井等多種類型，所以測溫的目的和要求也就因之而異?？碧骄蛥?shù)井主要了解油層的分布和生、儲、蓋層的特點(diǎn)并采取各參數(shù)，對鉆井測量的要求精度較高；而開采井測溫主要是了解鉆井的密封程度，采油前要求了解油層的壓力和溫度及油層的確切位置，這時(shí)測量的是含油地層的靜壓和靜溫?cái)?shù)據(jù)以及高壓物理資料。而注水井和供水并則常用測井的方法（包括溫度的測量）來了解水層的位置、厚度及滲透性等參數(shù)。為上述目的而進(jìn)行的鉆井測溫，獲得的數(shù)據(jù)常因穩(wěn)定時(shí)間的采用方法不同而具有不同的精度。因此，測溫?cái)?shù)據(jù)的來源是多途徑的。但在區(qū)域地溫場的研究中，必須選取具有一定深度的鉆孔測溫?cái)?shù)據(jù)。如果鉆井深度過淺，則受地表因素的干擾和影響；同時(shí)地下水的活動也常常影響對正常地溫的了解。如地下水的徑流速度，承壓水層都會直接影響測溫的結(jié)果。但在一定深度下可排除地表因素干擾（包括氣溫）的影響，而隨深度的增加，地下水的徑流速度將變得滯緩，這時(shí)巖溫和地下水的溫度將達(dá)到平衡。在一定深度上即可消除地下水的影響。恒溫帶、變溫帶和增溫帶地殼最表層的溫度受地面溫度周期性變化的影響是隨著深度的增加而減弱的，至一定的探度這種影響即接近于消失，地溫基本保持不變。地溫常年保持恒定的層、帶稱為恒溫帶。年恒溫帶一般很薄，可看作一個(gè)面。恒溫帶以上由于太陽輻射熱影響而具有周期性的變化，稱為變溫帶或外熱帶。恒溫帶以下地溫的變化受制于地球的內(nèi)熱，隨著深度的增加而不斷地增溫，稱為增溫帶或內(nèi)熱帶。年恒溫帶的深度和相應(yīng)的溫度，在一定程度上反映一個(gè)地區(qū)近地表處淺層的熱狀況。在實(shí)際的地?zé)嵫芯恐?，它對區(qū)域地溫場的評定及深層地溫的預(yù)測、地?zé)豳Y源的普查與勘探都是十分有用的參數(shù)。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)測溫地溫分布研究的主要依據(jù)是鉆孔測溫。鉆孔測溫旨在借助于測量井液溫度顯示地下巖層的原始溫度，這是研究區(qū)域地溫場最直接的方法。鉆孔測溫一般是測量井液的溫度，在鉆孔熱平衡時(shí)間以后的測溫叫穩(wěn)態(tài)測溫，這種測溫資料最可靠。在停鉆之后靜井三天至數(shù)十天，甚至在半年以上測得的溫度數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)隨靜井時(shí)間的增長，而接近于真正的地溫。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的溫度數(shù)據(jù)由于其可靠性，是研究一個(gè)地區(qū)地溫分布和大地?zé)崃鞣植嫉幕竞完P(guān)鍵數(shù)據(jù)。靜井溫度通常是在完井后，關(guān)井?dāng)?shù)天或長期關(guān)井后試油時(shí)將儀器下放至接近油層射井段，進(jìn)行壓力和溫度的測量，有時(shí)為對不同含油層段進(jìn)行試油，數(shù)次關(guān)井并將儀器下至不同探度進(jìn)行壓力和溫度的測量。靜井溫度在各大油田都有分布，是研究地溫場特征的主要依據(jù)之一。3、大地?zé)崃餮芯繂挝粫r(shí)間內(nèi)流經(jīng)單位面積的熱量流稱為熱流密度（q）也叫大地?zé)崃?。大地?zé)崃魇堑厍騼?nèi)熱在地表最為直接的顯示，同時(shí)又是能反映發(fā)生于地球深處的各種作用過程同能量平衡的寶貴信息。因此，在某種意義上也可以說，大地?zé)崃魇窃诘厍虮砻妗案Q測”地球內(nèi)熱的一個(gè)窗口（WangJiyang,1996）,大地?zé)崃骱喎Q熱流，系指地球內(nèi)熱以傳導(dǎo)方式傳輸至地表，爾后散發(fā)到太空去的熱量。在數(shù)值上，熱流等于巖層熱導(dǎo)率與垂向地溫梯度的乘積。大地?zé)崃魇且粋€(gè)綜合性參數(shù)，它比其他地?zé)釁?shù)（如溫度、地溫梯度）更能確切地反映一個(gè)地區(qū)地?zé)釄龅奶卣?。熱流的測定和分析屬地?zé)嵫芯康囊粋€(gè)基礎(chǔ)工作，它對地殼的活動性、地殼與上地慢的熱結(jié)構(gòu)及其與某些地球物理場關(guān)系等理論問題的研究和對區(qū)域熱狀況的評定、礦山深部地溫的預(yù)測、地?zé)豳Y源潛力的評定、油氣生成能力的分析等實(shí)際問題的研究都有重要的意義。陸地?zé)崃鳒y試一般是在鉆井中測量地溫和采集相應(yīng)層段的巖樣，然后分別確定其地溫梯度和在實(shí)驗(yàn)室測定巖層熱導(dǎo)率，有了這兩個(gè)參數(shù)就可以獲得熱流值。海上熱流的測試則主要根據(jù)熱流探針來得到。但在實(shí)際工作中，要得到可信的熱流數(shù)據(jù)并不容易。首先，在鉆孔中所測溫度必須是穩(wěn)態(tài)的。因?yàn)殂@探過程中，鉆井溫度場受到很大的干擾，只有在停鉆、井液循環(huán)終止相當(dāng)長的時(shí)間之后，井溫與圍巖溫度達(dá)到平衡，這時(shí)所得資料才是可靠的；其次，在地下水活動強(qiáng)烈的地區(qū)和層段，因受水熱對流的影響，所得結(jié)果不能反映地球內(nèi)部傳導(dǎo)熱流，再次，需要有相當(dāng)數(shù)量的巖心標(biāo)本，足以代表鉆并或某一研究巖層的熱導(dǎo)率。此外，山區(qū)地形的急劇起伏，近期內(nèi)的古氣候變化，以及近代的快速沉積或剝蝕，對淺部地溫場均可有影響，需對淺孔的測溫結(jié)果作校正。①實(shí)測大地?zé)崃髦点@孔熱流值的計(jì)算必須具備地溫梯度和相應(yīng)深度的巖石熱導(dǎo)率測量值。在大地?zé)崃餮芯恐?，把具有系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)測溫?cái)?shù)據(jù)和相應(yīng)層段巖石熱導(dǎo)率實(shí)測值的井段所得到的大地?zé)崃髦捣Q為實(shí)測大地?zé)崃髦怠Ｋ茄芯亢头治鲆粋€(gè)地區(qū)大地?zé)崃鞣植继卣鞯幕A(chǔ)。實(shí)測大地?zé)崃髦当仨毻瑫r(shí)給出熱流點(diǎn)的位置、深度范圍，地溫梯度、巖石熱導(dǎo)率和偏差。利用測溫資料，取樣深度和樣品代表厚度以及巖層熱導(dǎo)率值經(jīng)過整理，對一系列的值進(jìn)行回歸便可求得熱流值。該方法主要適用于巖石產(chǎn)狀平緩的地區(qū)，其優(yōu)點(diǎn)是每一組溫度一熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)可直接與待求的熱流值相關(guān)，容易發(fā)現(xiàn)一些系統(tǒng)的變化，找出原因，獲得比較接近實(shí)際的熱流值。②估算大地?zé)崃髦翟趯?shí)際研究中，要獲取一個(gè)大地?zé)崃髦凳潜容^困難的。有時(shí)為了分析一個(gè)盆地的熱流分布特征，還要借助估算大地?zé)崃髦?。所謂“估算大地?zé)崃髦怠保褪窃谌狈ο到y(tǒng)測溫?cái)?shù)據(jù)或巖石熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)情況下所計(jì)算得到的熱流值。在實(shí)際鉆孔的研究中可能存在以下幾種情況，在這些情況下計(jì)算得到的熱流值都?xì)w屬于“估算熱流值”的范疇:（1）具有系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)測溫?cái)?shù)據(jù)但沒有實(shí)測巖石熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)，借用了臨井的熱導(dǎo)率值進(jìn)行熱流計(jì)算；②具有實(shí)測