勘探地球物理學(xué)基礎(chǔ)第二章--重力勘探-2015-講稿

1、成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院,勘探地球物理學(xué)基礎(chǔ),2014-2015學(xué)年第2學(xué)期,辦公室：地球物理學(xué)院5222 電 話E-mail：,第2章 重力勘探,重力勘探（ gravity exploration） 是以地殼中不同巖（礦）石之間的密度差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究天然重力場的變化規(guī)律，以查明地質(zhì)構(gòu)造和尋找有用礦產(chǎn)的物探方法。 應(yīng)用領(lǐng)域： 研究區(qū)域和深部地質(zhì)構(gòu)造，也可以研究局部地質(zhì)異常體。在石油勘探中主要用于探查與油氣生成、運(yùn)移和聚集有關(guān)的各種地質(zhì)構(gòu)造，如沉積盆地的基底起伏，蓋層內(nèi)部的構(gòu)造形態(tài)，鹽丘、侵入體等局部地質(zhì)現(xiàn)象，也可以直接研究油氣藏。,本章的主要內(nèi)容,2.1 地

2、球的重力場 2.2 巖（礦）石的密度 2.3 重力儀器簡介 2.4 重力勘探方法與資料的校正 2.5 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換 2.6 重力勘探資料的推斷解釋 2.7 重力勘探應(yīng)用實(shí)例,內(nèi)容提要 2.1.1 重力和重力場 2.1.2 重力的變化 2.1.3 正常重力 2.1.4 重力異常,2.1 地球的重力場,2.1.1 重力和重力場,根據(jù)萬有引力定律，地球?qū)ζ渫獠抠|(zhì)量為m的物體有引力作用： 地球上質(zhì)量為m的物體，受地球自轉(zhuǎn)影響，還受到慣性離心力的作用： 重力：物體受地球的引力和慣性離心力的矢量和。 重力場：有重力作用的空間稱為重力場。,f = 6.6710-8cm3/g.s2,重力示意圖,2.1

3、.1 重力和重力場,重力場的強(qiáng)度：單位質(zhì)量的物體受重力的大小稱為重力場的強(qiáng)度。 根據(jù)牛頓第二定律，重力場強(qiáng)度等于物體受重力產(chǎn)生的重力加速度，其中第一項(xiàng)為引力加速度，第二項(xiàng)為離心力加速度，SI制中重力場強(qiáng)度的單位是m/s2。 重力（場）強(qiáng)度與重力方向一致，一般不指向地心。但由于離心力最大只占引力的1/289，因此，可以認(rèn)為重力（場強(qiáng)度）的方向近似指向地心。,地球平均引力加速度值約為9.8048m/s2，赤道上的離心力加速度最大，約為 0.0339m/s2。,2.1.1 重力和重力場,重力勘探中的“重力” 重力勘探中，習(xí)慣將重力場強(qiáng)度簡稱為重力，重力勘探是測量重力場的強(qiáng)度。 在CGSM單位制中，重

4、力單位是cm/s2，稱為伽利略（Galileo），簡稱伽，符號(hào)Gal。實(shí)際生產(chǎn)中常用其分?jǐn)?shù)單位毫伽（mGal）和微伽（Gal）。 1mGal=10-3Gal，1Gal=10-6Gal 國際單位制（SI制）中，重力的單位是m/s2，國際通用重力單位（gravity unit，符號(hào)g.u）做為實(shí)用單位： 1g.u=10-6m/s2； 1mGal=10g.u,2.1.2 重力的變化,重力的變化：隨空間的變化和隨時(shí)間的變化。 重力隨空間變化的主要表現(xiàn)： 地球是一個(gè)近似于兩極壓縮的扁球體，而且地表起伏不平，這將引起約6萬g.u的重力變化（兩極引力大，赤道引力?。?地球的自轉(zhuǎn)也能使重力產(chǎn)生3.4萬g.u

5、的變化（兩極離心力為零，赤道離心力最大）； 地下物質(zhì)密度分布不均勻可產(chǎn)生幾千g.u的重力變化。 重力勘探的理論基礎(chǔ)：利用地下物質(zhì)分布不均勻所引起的重力變化，來研究地質(zhì)構(gòu)造和達(dá)到勘探礦產(chǎn)資源的目的。,2.1.2 重力的變化,重力隨時(shí)間變化的表現(xiàn)：短周期變化和長周期變化。 短周期變化：主要指重力日變。 原因：地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，地表各點(diǎn)與日、月天體的相對(duì)位置不斷改變引起，幅度較大，可達(dá)23 g.u左右，重力測量中不可忽視。 長周期變化：與地殼內(nèi)部物質(zhì)變動(dòng)及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)，非周期性。在較短時(shí)間內(nèi)十分微弱，重力勘探中可以不考慮。,大地水準(zhǔn)面：以平靜海平面的趨勢延伸到各大陸之下所構(gòu)成的封閉曲面，該曲面為大地水

6、準(zhǔn)面，在大地測量學(xué)中作為地球的基本形狀。 一級(jí)近似：正球體 平均半徑：Rav=6376km 二級(jí)近似：旋轉(zhuǎn)橢球體 赤道半徑：Re=6378.160km 極地半徑：Rp=6356.155km 衛(wèi)星觀測資料表明： 大地水準(zhǔn)面并非標(biāo)準(zhǔn)的橢球面，在北極高出十余米，在南極凹進(jìn)二十余米，因而近似為梨形體面。,2.1.3 正常重力,地、日、月相關(guān)的基本參數(shù)： 地球的平均密度：E = 5.515 g/cm3 地球的平均半徑：RE=6376km 地球的總質(zhì)量約為：ME=5.9761024kg 太陽與地球質(zhì)量比：MS/ME=332946.0 地球公轉(zhuǎn)軌道半徑/地球半徑： 149600000/6376=23463

7、149597000/6376=23462.5 地球與月球質(zhì)量比：ME/MM=81.3 月球公轉(zhuǎn)軌道半徑/地球半徑：384000/6376=60,2.1.3 正常重力,2.1.3 正常重力,正常重力的計(jì)算條件：地球?yàn)橐恍D(zhuǎn)橢球體；地球表面等效為大地水準(zhǔn)面；內(nèi)部物質(zhì)呈同心層狀均勻分布；根據(jù)該橢球體的形狀大小、密度分布、自轉(zhuǎn)角速度等參數(shù)，地球表面各點(diǎn)的正常重力為： 為計(jì)算點(diǎn)的地理緯度， 為赤道重力， 為兩極重力。 地球力學(xué)扁度: ，參數(shù) 地球的幾何扁度:,2.1.3 正常重力,確定正常重力公式的關(guān)鍵是求取 ， ， 三個(gè)參數(shù)，具體的正常重力公式有： 19011930年赫爾默特公式 （多用于測繪部門）

8、1930年卡西尼國際正常重力公式（多用于勘探部門） 1979年國際地球物理與大地測量聯(lián)合會(huì) 八十年代以后，我國各行業(yè)統(tǒng)一使用19011930年赫爾默特公式。,2.1.3 正常重力,對(duì)正常重力的正確認(rèn)識(shí)： （1）正常重力公式是按一定條件導(dǎo)出的理論公式，不是客觀存在的； （2）正常重力值只與緯度有關(guān)，而與經(jīng)度無關(guān)； （3）正常重力值在赤道最小，向兩極逐漸變大，最大相差約5萬g.u； （4）正常重力值隨緯度變化的變化率與緯度有關(guān)，在緯度45處變化率最大； （5）正常重力值隨高度增加而減小，在地表附近，其變化率約為-3.086g.u/m。,2.1.4 重力異常,重力異常：地面測點(diǎn)的重力值與該點(diǎn)的正常重

9、力值之差稱為重力異常。 引起重力異常的原因： 重力觀測在地球的自然表面上，自然表面與大地水準(zhǔn)面的高差及二者之間的物質(zhì)都會(huì)引起該點(diǎn)的重力測量值得變化； 地殼內(nèi)存在著密度密度差異，既地球內(nèi)部物質(zhì)并不是呈同心層狀均勻分布，這使得實(shí)測值與正常重力值之間出現(xiàn)差異； 重力值隨時(shí)間變化。 重力勘探的目標(biāo)：第二種因素引起的重力變化才是用于地質(zhì)研究的重力異常。,剩余密度與剩余質(zhì)量 剩余密度：設(shè)在足夠大的范圍內(nèi)圍巖密度均勻，值為 ，異常體的體積為V，其密度為 ，異常體相對(duì)于圍巖的密度差（ ），稱為剩余密度。 剩余質(zhì)量：異常體與相同體積圍巖之間的質(zhì)量差（ ）稱為剩余質(zhì)量。,2.1.4 重力異常,重力異常的圖示,重力

10、異常的實(shí)質(zhì)：由于剩余質(zhì)量的存在，測點(diǎn)受到一個(gè)附加引力F作用，測點(diǎn)實(shí)測重力為 ： g=g0+F 嚴(yán)格地講 g 和 g0 方向不同，但由于|F|g0| ，可近似認(rèn)為g與g0方向相同，均沿z軸方向，實(shí)測重力異常g 是F 在z軸上的投影。 重力異常是地質(zhì)體的剩余質(zhì)量在測點(diǎn)所產(chǎn)生的附加引力的鉛直分量。,2.1.4 重力異常,重力異常的圖示,2.1.4 重力異常,探測地質(zhì)體的重力異常應(yīng)具備的條件： （1）異常體與圍巖之間要有一定的密度差。 當(dāng)異常體的密度大于圍巖密度時(shí)，剩余密度為正，可觀測到局部重力高；反之，觀測到重力低；沒有密度差則觀測不到重力異常。,不同剩余密度及對(duì)應(yīng)的重力異常,2.1.4 重力異常,

11、（2）地質(zhì)異常體必須沿水平方向有密度變化，或是有一定的構(gòu)造形態(tài)；水平層狀均勻的密度分布不能引起可觀測的相對(duì)重力異常。 （3）待探測的密度不均勻體要有一定的規(guī)模，即剩余質(zhì)量不能太小，因?yàn)橹亓Ξ惓Ｖ档拇笮母旧先Q于地質(zhì)異常體的剩余質(zhì)量。 沉積盆地中間層密度差很小，一般不超過0.5g/cm3，但由于構(gòu)造規(guī)模大，也能產(chǎn)生足夠大重力異常，反之，金屬礦體與圍巖密度差較大（可達(dá)1.03.0 g/cm3），但如果礦體體積太小，異常微弱，儀器也無法測出。,2.1.4 重力異常,（4）異常體埋藏不能太深。 例：剩余質(zhì)量M=5.0108kg的球形礦體，中心埋藏100m時(shí)，可在球心上方產(chǎn)生0.335mGal的異常

12、，中心埋深變?yōu)?000m時(shí)，卻只能引起0.00335mGal的異常。 （5）干擾要小。 惡劣的地形、淺層密度不均勻、圍巖密度變化等都對(duì)重力場產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，而使目標(biāo)體產(chǎn)生的異常無法識(shí)別。 因此只有當(dāng)?shù)匦伪容^簡單，圍巖密度比較均勻，探測對(duì)象（目標(biāo)異常體）與圍巖的密度差較大，且其他地質(zhì)因素的干擾能從實(shí)測異常中清除時(shí)，重力勘探才能獲得好的地質(zhì)效果。,本章的主要內(nèi)容,2.1 地球的重力場 2.2 巖（礦）石的密度 2.3 重力儀器簡介 2.4 重力勘探方法與資料的校正 2.5 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換 2.6 重力勘探資料的推斷解釋 2.7 重力勘探應(yīng)用實(shí)例,2.2 巖（礦）石的密度,重力勘探的物性基礎(chǔ)：是

13、探測對(duì)象與周圍巖石之間存在密度差異。 巖（礦）石的密度：在自然蘊(yùn)藏條件下，單位體積巖（礦）石的質(zhì)量。不同類的巖石有不同的密度值，同類巖石在不同的條件下也會(huì)有不同的密度。 研究巖（礦）石密度的目的：為重力異常的觀測、提取和推斷解釋提供必要的依據(jù)。 影響巖石密度的主要因素：巖（礦）石的礦物成分及含量、孔隙及充填物和承受的壓力。,密度的測定：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用天平或密度計(jì)測定巖樣的密度，野外地層的密度可以用重力/密度測井資料、地震勘探的層速度資料、或者重力觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行推算。,天平測密度,巖（礦）石的密度,2.2 巖（礦）石的密度,常見巖（礦）石的密度（g/cm3）,2.2 巖（礦）石的密度,2.2 巖（礦）

14、石的密度,三大巖類物質(zhì)循環(huán),總體規(guī)律：金屬礦物的密度一般大于非金屬礦物的密度；巖漿巖和變質(zhì)巖的密度大于沉積巖；沉積巖本身密度變化也很大。,各類巖石的密度（g/cm）,2.2 巖（礦）石的密度,巖漿巖的密度：主要取決于所含礦物的成分及含量。由酸性、中性、到基性、超基性，隨著鐵、鎂暗色礦物含量的增加密度逐漸增大。,成巖環(huán)境影響：不同成巖環(huán)境同一類巖石的密度差異，如侵入巖密度較高，火山巖，尤其是熔巖，密度較小。 成巖過程的影響：冷凝、結(jié)晶分異作用也會(huì)造成不同巖相帶的密度差異。,2.2 巖（礦）石的密度,火成巖密度與組分的關(guān)系,沉積巖的密度：一般具有較大的孔隙度，如灰?guī)r、頁巖、砂巖等，孔隙度可高達(dá)30

15、%-40%，因此其密度主要取決于孔隙度大小。 干燥巖石的密度隨孔隙度增大而減??； 孔隙中充填物的成分和飽和度也明顯地影響整體巖石的密度； 古老的巖石一般埋藏深度大，上覆巖層的壓力巨大，使多孔巖石變得致密，因而同一種巖石，年代越老、埋藏越深，密度一般就越大。,2.2 巖（礦）石的密度,變質(zhì)巖的密度：與其原巖和變質(zhì)作用的類型及程度有關(guān)，密度變化很不規(guī)律。 變質(zhì)作用有助于孔隙充填，使巖（礦）石以更致密的形式再結(jié)晶； 變質(zhì)巖的密度往往隨變質(zhì)程度的加深而增大。如巖漿巖變質(zhì)（正變質(zhì)）而成的巖石，如片麻巖、角閃巖，比原生的花崗巖、玄武巖致密；沉積巖變質(zhì)（負(fù)變質(zhì)）而成的巖石，如大理巖、板巖和石英巖，一般比原生

16、的灰?guī)r、頁巖和砂巖致密。 動(dòng)力變質(zhì)作用可破壞巖石結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致密度減小。,2.2 巖（礦）石的密度,本章的主要內(nèi)容,2.1 地球的重力場 2.2 巖（礦）石的密度 2.3 重力儀器簡介 2.4 重力勘探方法與資料的校正 2.5 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換 2.6 重力勘探資料的推斷解釋 2.7 重力勘探應(yīng)用實(shí)例,2.3 重力儀器簡介,重力儀（gravimeter）： 用來測量重力的儀器。 重力儀的分類：陸上重力儀、海洋重力儀、海底重力儀、航空重力儀、井中重力儀等。 重力勘探對(duì)儀器的要求：要研究的是重力值的微小變化，實(shí)際勘探中，通常要求在重力場為980Gal的基礎(chǔ)上測量出0.01mGal的變化，即重力測量

17、的相對(duì)精度要在10-8以上，由此可見對(duì)儀器的精度要求是非常高的。,主要內(nèi)容 1.重力測量原理 絕對(duì)重力測量：測量重力全值/真值 相對(duì)重力測量：測量兩點(diǎn)間重力差值 2.重力測量儀器 動(dòng)力法重力儀器：絕對(duì)重力測量儀器 石英彈簧重力儀：相對(duì)重力測量儀器 金屬彈簧重力儀：相對(duì)重力測量儀器 超導(dǎo)重力儀：相對(duì)重力測量儀器,2.3 重力儀器簡介,絕對(duì)重力測量動(dòng)力學(xué)觀測： 自由落體運(yùn)動(dòng)中，下落高度 h 與時(shí)間 t 之間的關(guān)系： 單擺的擺動(dòng)周期 T 與擺長 l 的關(guān)系： 上述方法應(yīng)用的是物體的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，這種方法稱為動(dòng)力法，用于測量重力全值，即絕對(duì)重力值，這種測量方法稱為絕對(duì)重力測量。,2.3 重力儀器簡介,相對(duì)

18、重力測量：采用重力平衡原理，通過測量物體平衡位置因重力變化而產(chǎn)生的位移，進(jìn)而測量重力變化，這種方法稱為靜力法，可以測量任意兩點(diǎn)間的重力差值，即相對(duì)重力值測量， 已知彈簧的彈性系數(shù)為 k ，原長為 l0 ，實(shí)驗(yàn)質(zhì)量為m，在A點(diǎn)受重力伸長為 lA ： 在B點(diǎn)受重力伸長為 lB ： 可以求得 A、B 兩點(diǎn)間的重力差值為：,2.3 重力儀器簡介,FG5-L Absolute Gravimeter 儀器參數(shù) 測量精度：0.01mGal 電源：100-240VDC,FG5-L重力儀實(shí)物照片,2.3 重力儀器簡介,國產(chǎn)ZSM-4 型石英彈簧重力儀的主要技術(shù)指標(biāo),北京地質(zhì)儀器廠制造,2.3 重力儀器簡介,D型

19、,G型,Lacoste &Romberg金屬彈簧重力儀,2.3 重力儀器簡介,ZLS金屬彈簧重力儀 測程：7000mGal 溫度：-15 -+50 數(shù)據(jù)分辨率：0.001mGal 數(shù)據(jù)重復(fù)性：0.001-0.003mGal 零點(diǎn)漂移：1.0-0.3mGal/month 電源：10.5 - 14.0 VDC 尺度：19.0530.530.5 cm 重量：7.9 0.45 kg,2.3 重力儀器簡介,GWR超導(dǎo)重力儀 與機(jī)械式重力儀相比，超導(dǎo)重力儀具有較高的靈敏度（0.01微伽）；較高的零點(diǎn)穩(wěn)定性，零點(diǎn)位移小于1微伽/天。 超導(dǎo)重力儀需要液體氦做冷卻劑，保存運(yùn)輸不便，一般在固定點(diǎn)上研究重力隨時(shí)間的

20、變化。但也不排除在野外觀測中的應(yīng)用。,2.3 重力儀器簡介,本章的主要內(nèi)容,2.1 地球的重力場 2.2 巖（礦）石的密度 2.3 重力儀器簡介 2.4 重力勘探方法與資料的校正 2.5 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換 2.6 重力勘探資料的推斷解釋 2.7 重力勘探應(yīng)用實(shí)例,2.4 重力勘探與重力勘探成果圖件,重力勘探的基本要求：保質(zhì)保量，經(jīng)濟(jì)高效地取得測區(qū)的重力觀測數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作提供原始資料。 主要內(nèi)容： 2.4.1 重力勘探方法技術(shù) 2.4.2 重力勘探資料的必要改正 2.4.3 重力勘探成果圖件,2.4.1 重力勘探方法技術(shù),重力勘探工作任務(wù)： （四個(gè)階段） 預(yù)查：是在勘探空白區(qū)進(jìn)行大范圍，小

21、比例尺重力測量，目的是在較短的時(shí)間獲得有關(guān)大地構(gòu)造基本輪廓的資料。（填補(bǔ)資料空白） 普查：是在具有進(jìn)一步工作價(jià)值的地區(qū)開展的，用于劃分區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，比較確切地指示成礦地帶。（指示成礦區(qū)帶） 詳查：是在成礦地帶研究重力場的規(guī)律和特點(diǎn)，提出構(gòu)造和/或礦體的位置和產(chǎn)狀。（發(fā)現(xiàn)目標(biāo)礦產(chǎn)） 細(xì)測：是對(duì)已知礦體、儲(chǔ)油氣構(gòu)造等目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)研究，確定其產(chǎn)狀、規(guī)模等要素。（研究已知礦體）,2.4.1 重力勘探方法技術(shù),工作比例尺：一般要與工作任務(wù)相適應(yīng)，也要考慮到探測對(duì)象所產(chǎn)生的重力異常的特點(diǎn)。,重力勘探的工作比例尺、測點(diǎn)間距和密度,2.4.1 重力勘探方法技術(shù),重力基點(diǎn)（gravity base statio

22、n）：為了檢查重力儀的零點(diǎn)位移、確定合適的零點(diǎn)改正系數(shù)、減少誤差的積累和提高重力測量精度，在測量之前，要在工區(qū)內(nèi)確定一定數(shù)量的控制點(diǎn)，稱重力基點(diǎn)。 重力基點(diǎn)網(wǎng)（gravity base points net）： 指工區(qū)內(nèi)一系列基點(diǎn)所構(gòu)成的控制網(wǎng)。各基點(diǎn)相對(duì)于總基點(diǎn)的重力差值是用一臺(tái)或幾臺(tái)重力儀通過特定的基點(diǎn)連測準(zhǔn)確測定的，其精度比一般測點(diǎn)高23倍。,2.4.1 重力勘探方法技術(shù),重力測網(wǎng)（gravimetric network）：又稱重力普通網(wǎng)，是重力勘探野外觀測中一系列測點(diǎn)所構(gòu)成的普通網(wǎng)。 重力測網(wǎng)的要求 重力測網(wǎng)的大小和形狀由勘探任務(wù)及勘探對(duì)象的大小和形狀來決定。當(dāng)勘探對(duì)象有一定走向時(shí)，多

23、采用矩形網(wǎng)，反之，多采用方格網(wǎng)。 網(wǎng)格的大小，在普查時(shí)以不漏掉有意義的地質(zhì)體為原則；在詳查時(shí)以查明地質(zhì)體產(chǎn)生的重力異常的變化細(xì)節(jié)為原則。,2.4.1 重力勘探方法技術(shù),重力觀測方式圖示,野外觀測方式： a:從基點(diǎn)出發(fā)，沿測線逐點(diǎn)觀測，然后原路返回，逐點(diǎn)檢查，比較簡單； b: 分段往返，及時(shí)復(fù)查，相對(duì)麻煩，特別是路程長； c: 從一個(gè)基點(diǎn)出發(fā)，沿測線觀測，到另一個(gè)基點(diǎn)結(jié)束，簡單； d: 從基點(diǎn)出發(fā)，沿測線逐點(diǎn)觀測，然后返回基點(diǎn)重復(fù)觀測，簡單； e: 從基點(diǎn)出發(fā)，沿測線逐點(diǎn)觀測，返回途中檢查部分測點(diǎn)；,2.4.1 重力勘探方法技術(shù),零點(diǎn)漂移校正：在相對(duì)重力測量中，由于重力儀靈敏系統(tǒng)的彈性疲勞、溫度

24、補(bǔ)償不完全等因素，儀器讀數(shù)的零點(diǎn)值隨時(shí)間而不斷變化，該現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移。如果疊加上重力日變的影響，則稱為混合零點(diǎn)漂移。針對(duì)這一影響因素而進(jìn)行的數(shù)據(jù)校正稱為零點(diǎn)漂移校正。 為進(jìn)行零點(diǎn)漂移校正，儀器每次從基點(diǎn)出發(fā)，觀測一段時(shí)間之后，需回到原基點(diǎn)、或另一基點(diǎn)、或總基點(diǎn)上觀測一次，測出零點(diǎn)漂移量。在較短的時(shí)間內(nèi)，可以認(rèn)為零點(diǎn)漂移是隨時(shí)間線性變化的。,2.4.1 重力勘探方法技術(shù),零點(diǎn)漂移系數(shù)： 零點(diǎn)漂移校正就是從觀測值中減去漂移量。零漂校正值為： t1, t2為同一基點(diǎn)上兩次觀測時(shí)間， t為測點(diǎn)上觀測時(shí)間。,重力儀的零點(diǎn)漂移曲線,2.4.2 重力勘探資料的校正,校正的目的：在得到測點(diǎn)準(zhǔn)確的重力值之后，

25、為提取地下地質(zhì)異常體在測點(diǎn)上引起的重力異常，還應(yīng)該消除各種影響因素的作用，需要對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的校正，這部分校正稱為重力觀測數(shù)據(jù)的外部校正。 校正方法：分別計(jì)算出各因素的影響量值，然后從觀測值中減去。校正量與影響量大小相等，符號(hào)相反。即：,重力觀測數(shù)據(jù)的組成,2.4.2 重力勘探資料的校正,外部校正的內(nèi)容： （1）高度校正：消除測點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的高程差而造成的重力數(shù)值變化。 （2）中間層校正：消除測點(diǎn)基準(zhǔn)面與基點(diǎn)基準(zhǔn)面之間水平中間層的重力影響； 布格異常：經(jīng)過高程改正和中間層改正后得到的重力異常稱為布格異常。 （3）緯度校正：消除測點(diǎn)與基點(diǎn)間緯度差異而造成的重力變化,也被稱為正常場校正； （4

26、）地形校正：消除測點(diǎn)附近地形起伏對(duì)重力觀測結(jié)果數(shù)據(jù)的影響；,2.4.2 重力勘探資料的校正,高度校正：消除測點(diǎn)與基準(zhǔn)面存在高差所造成的重力影響進(jìn)行的校正稱為高度校正。 相對(duì)大地水準(zhǔn)面，高度每增加1m，正常重力值減少0.3086mGal。當(dāng)測點(diǎn)高出基準(zhǔn)面h時(shí)，其高度校正值為：,2.4.2 重力勘探資料的校正,經(jīng)過地形校正后，各測點(diǎn)附近的地形起伏的影響消除了，但各測點(diǎn)與基點(diǎn)的重力差值中仍然包含著通過測點(diǎn)的水準(zhǔn)面和通過總基點(diǎn)的水準(zhǔn)面之間存在的一個(gè)水平物質(zhì)層厚度變化的影響，這一水平物質(zhì)層通常稱為中間層。 中間層校正：消除中間層影響的校正叫做中間層校正。,2.4.2 重力勘探資料的校正,中間層的存在使測

27、點(diǎn)重力觀測值增大，影響量為： 因而中間層校正值為： 取 h 單位為 m，密度單位為 g/cm3，則中間層校正值為： 測點(diǎn)高于基點(diǎn)時(shí) 為正，反之為負(fù)。,2.4.2 重力勘探資料的校正,正常場校正：正常重力是緯度的函數(shù)，當(dāng)測點(diǎn)與基點(diǎn)緯度不同時(shí)正常場的值是不同的。為消除正常重力因緯度不同而引起的重力變化，實(shí)現(xiàn)緯度一致性而進(jìn)行的校正稱為正常場（緯度）校正。 由于測點(diǎn)與基點(diǎn)的緯度均是已知的，可以計(jì)算出正常重力的變化量： 測區(qū)不大時(shí)，可以認(rèn)為正常場的緯度變化率相同，其變化量為： 式中 為測區(qū)的平均緯度， 為測點(diǎn)與總基點(diǎn)的緯向距離（單位為km）。,2.4.2 重力勘探資料的校正,地形校正：需要根據(jù)實(shí)際地形起

28、伏，求出測點(diǎn)基準(zhǔn)面以上質(zhì)量盈余及以下的質(zhì)量虧損對(duì)測點(diǎn)的影響： 然后從觀測重力差值中減去，測點(diǎn)附近的地形起伏使重力值比水平地形要小，因而校正值為正。,2.4.2 重力勘探資料的校正,布格校正：高度校正和中間層校正都與測點(diǎn)的高程大小有關(guān)系，通常把這兩項(xiàng)合并起來稱為布格（Bouguer）校正，即： 布格重力異常：觀測重力差值經(jīng)過正常場校正、地形校正和布格校正之后得到異常稱為布格重力異常?？杀硎緸椋?布格重力異常是重力勘探中最重要的概念之一，其典型特征是布格校正。,2.4.2 重力勘探資料的校正,校正效果：外部校正僅僅消除了起伏地形上各測點(diǎn)與基準(zhǔn)面之間均勻密度分布對(duì)測點(diǎn)重力值的影響，并沒有改變局部密度

29、不均勻體對(duì)各測點(diǎn)重力值的影響。 校正后局部密度不均勻體引起的重力異常并不是對(duì)應(yīng)于測點(diǎn)在基準(zhǔn)面上的投影點(diǎn)，而是仍然對(duì)應(yīng)于自然表面上的各測點(diǎn)。,2.4.2 重力勘探資料的校正,布格重力異常僅僅是重力異常的一種，經(jīng)過不同的校正，可以得到不同類型的重力異常。 由于在進(jìn)行各項(xiàng)校正的過程中對(duì)地球的質(zhì)量分布做了不同程度的調(diào)整，因而相應(yīng)的重力異常具有各不相同的地質(zhì)-地球物理意義。 異常類型： 1.布格重力異常 2.自由空間異常 3.均衡異常 ,2.4.2 重力勘探資料的校正,布格重力異常的意義： 布格重力異常是一種應(yīng)用最廣泛的重力異常。經(jīng)過各項(xiàng)校正后，消除了觀測面以下正常密度分布的重力作用，但是對(duì)于異常/剩余

30、密度分布的重力作用未作任何調(diào)整。 布格重力異常包含了從淺到深各個(gè)深度上剩余密度分布對(duì)測點(diǎn)的重力作用，既有各種局部礦體和構(gòu)造的影響，也包含了大范圍內(nèi)地殼下界面起伏而在橫向上相對(duì)于上地幔質(zhì)量的巨大虧損（陸地）或盈余（海區(qū)）的影響。 實(shí)際應(yīng)用中，布格重力異常又分為絕對(duì)布格重力異常和相對(duì)布格重力異常。,2.4.2 重力勘探資料的校正,相對(duì)布格重力異常：取測區(qū)內(nèi)總基點(diǎn)所在的水準(zhǔn)面作為比較各測點(diǎn)異常值大小的基準(zhǔn)面，重力觀測值為測點(diǎn)相對(duì)于總基點(diǎn)的重力差值，布格校正所用的高程是測點(diǎn)相對(duì)于總基點(diǎn)的相對(duì)高程，密度用當(dāng)?shù)氐乇韺?shí)測的平均密度值，正常場校正可用緯度校正代替。 相對(duì)布格重力異常用途：多用于小面積、大比例尺

31、的測量中，便于對(duì)局部的異常做較深入的分析。,2.4.2 重力勘探資料的校正,絕對(duì)布格重力異常：以大地水準(zhǔn)面為比較各測點(diǎn)重力異常大小的基準(zhǔn)面，布格校正用的高程是測點(diǎn)的海拔高度，密度統(tǒng)一規(guī)定2.67g/cm3。 絕對(duì)布格重力異常用途：用在中、小比例尺中，便于大面積的拼圖和統(tǒng)一解釋。 布格重力異常的特征：大的范圍內(nèi)，布格重力異常除局部的起伏變化外，總的規(guī)律是在陸地區(qū)特別是在山區(qū)表現(xiàn)大面積的負(fù)值區(qū)，山越高，異常負(fù)值越大；而在海洋區(qū)，則屬于大面積的正值區(qū)。,2.4.2 重力勘探資料的校正,2.4.2 重力勘探資料的校正,中國近海及鄰區(qū)布格重力異常 大陸布格重力異常負(fù)值帶（北區(qū)、中區(qū)和南區(qū)） 布格重力異常

32、正高值與負(fù)值的過渡帶（三個(gè)過渡區(qū)） 布格重力異常正高值帶,2.4.2 重力勘探資料的校正,三種基本圖件： 布格重力異常剖面圖 布格重力異常等值線平面圖 布格重力異常剖面平面圖 與磁法勘探的基本圖件類似，只是表現(xiàn)的內(nèi)容不同。 其他圖件： 處理過程中的圖件，如延拓圖件、導(dǎo)數(shù)圖、異常分離圖等。,2.4.3 重力勘探的成果圖件,本章的主要內(nèi)容,2.1 地球的重力場 2.2 巖（礦）石的密度 2.3 重力儀器簡介 2.4 重力勘探方法與資料的校正 2.5 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換 2.6 重力勘探資料的推斷解釋 2.7 重力勘探應(yīng)用實(shí)例,布格重力異常的復(fù)雜性 布格重力異常是地球內(nèi)部所有（從淺部到深部）密度不

33、均勻體引起的疊加異常，是一種體積效應(yīng)。 疊加異常的包含多個(gè)方面。主要是由分布較廣的中、深部地質(zhì)因素的重力效應(yīng)；一部分是淺層和局部的密度體的重力效應(yīng)；還包含各種干擾因素。 不同地質(zhì)因素引起的異常在幅度大小、分布范圍、變化快慢等特征方面都不盡相同，異常中所包含的信息量很大。 不同因素引起的異常疊加在一起，給異常的識(shí)別、區(qū)分和研究都帶來了相當(dāng)大的困難。,2.5 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,2.5 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,重力數(shù)據(jù)處理的目的： （1）消除因重力測量和對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行各項(xiàng)校正所引入的各種誤差，或消除與勘探目標(biāo)無關(guān)的近地表小型密度異常體的干擾； （2）從疊加異常中提取出由各種勘探目標(biāo)體引起的異常；

34、重力數(shù)據(jù)處理的主要方法： 位場轉(zhuǎn)換：解析延拓、導(dǎo)數(shù)換算等，以滿足對(duì)異常進(jìn)行解釋的需要。,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,地殼深部的因素：地殼厚度的變化、殼內(nèi)各層物質(zhì)密度和上地幔物質(zhì)密度的橫向變化是引起地表中路分布的深部因素。(地殼的厚度變化是主要因素，與異常近似線性相關(guān)),莫霍面深度,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,結(jié)晶基底的因素：結(jié)晶基底的起伏及其內(nèi)部成分的變化是地臺(tái)區(qū)引起重力異常的地質(zhì)因素。 主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面： 結(jié)晶基底（密度界面）的起伏勢是引起區(qū)域重力異常的重要因素； 侵入結(jié)晶基底內(nèi)部的巖漿巖體、構(gòu)造等使其內(nèi)部的物質(zhì)密度發(fā)生變化引

35、起重力異常； 重要作用：劃分大地構(gòu)造單元和預(yù)測遠(yuǎn)景成礦區(qū)（依據(jù)）。,示例：結(jié)晶基底頂面的起伏與重力異常的關(guān)系 沉積盆地的結(jié)晶基底與上覆沉積巖系之間通常都存在一定/較大的密度差，在基底內(nèi)部巖性較均勻的情況下，基巖頂面的起伏能形成較大范圍內(nèi)的重力高低變化，據(jù)此可以成功地圈定那些范圍較大的、有較大幅度的隆起或凹陷的構(gòu)造單元。,密度界面起伏與相應(yīng)的重力異常,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,川東北地區(qū)布格重力異常： 中部規(guī)模較大的重力低值區(qū)，東西走向；巴中-儀隴南部、宣漢-達(dá)縣為兩個(gè)北東向重力高異常帶，北部旺蒼-南江-鎮(zhèn)巴-紫陽-旬陽近東西向的重力高異常帶。,帕克法界面反演的結(jié)果主要反映了前寒武

36、紀(jì)基底構(gòu)造（中上元古界淺變質(zhì)巖系），是一個(gè)顯著的盆地基底凹陷區(qū)。,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,布格重力異常圖,帕克法界面反演的結(jié)果,旺蒼-南江-鎮(zhèn)巴-紫陽-旬陽,巴中-儀隴,宣漢-達(dá)縣,通江-萬源-城口-鎮(zhèn)坪,結(jié)晶基巖內(nèi)部的密度變化：由于經(jīng)歷長期地殼運(yùn)動(dòng)及巖漿作用，結(jié)晶基底內(nèi)部的構(gòu)造和成分變得復(fù)雜，密度橫向變化明顯，在沉積巖不太厚甚至基底出露的地區(qū)，基底內(nèi)部的密度變化，會(huì)在地表產(chǎn)生最大達(dá)數(shù)百g.u的重力異常。,重力異常與巖層密度變化1-太古代花崗片麻巖；2-混合巖；3-博特金后期花崗巖；4-石英巖和砂巖 5-頁巖、白云巖、輝綠巖；6-千枚巖；7-巖石密度曲線；8-重力異常曲線,2.

37、5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,沉積巖內(nèi)部的構(gòu)造因素：不同巖性、不同時(shí)代的巖層之間可以有不同的密度分界面，往往與地質(zhì)界面吻合。 主要表現(xiàn)：不同巖性間的密度分布引起局部重力異常； 消除區(qū)域異常后能很好地反應(yīng)構(gòu)造形態(tài)。 重要作用：發(fā)現(xiàn)或?qū)ふ揖植繕?gòu)造。,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,近地表因素：金屬和非金屬礦床。 主要表現(xiàn)：異常幅度?。ㄊ种畮?，或百分之幾毫伽） 異常范圍??； 重要作用：發(fā)現(xiàn)或?qū)ふ矣杏玫牡V產(chǎn)資源。,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,重力勘探的應(yīng)用范圍： 研究地殼深部地質(zhì)結(jié)構(gòu) 劃分大地構(gòu)造和區(qū)域構(gòu)造； 在巨厚的沉積盆地內(nèi)尋找凹

38、陷區(qū)，尋找油氣田。 近地表尋找有用的礦產(chǎn)資源。 應(yīng)用的前提：消除區(qū)域背景場的影響。如何消除？,異常數(shù)據(jù)的圓滑：由于各種誤差的存在以及近地表密度不均勻體的干擾，重力異常圖上常常出現(xiàn)“突變點(diǎn)”，嚴(yán)重地影響后續(xù)處理及解釋，此時(shí)要根據(jù)具體情況對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圓滑（或稱平滑）處理。 （針對(duì)數(shù)據(jù)本身的處理，有沒有有效分離目標(biāo)異常？）,剖面數(shù)據(jù)的圓滑,平面數(shù)據(jù)的圓滑,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,在重力勘探中，由目標(biāo)構(gòu)造、礦體等因素引起的重力效應(yīng)是目標(biāo)異常。 通過數(shù)據(jù)圓滑，疊加異常中淺層不均勻因素引起的干擾基本被消除，但深層和區(qū)域地質(zhì)因素的重力效應(yīng)仍然存在，未達(dá)到分離異常的目的。,區(qū)域異常對(duì)局部異常的影響示意

39、圖,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,區(qū)域異常：在疊加異常中，由深部或區(qū)域性地質(zhì)因素引起的成分往往具有范圍大、幅度大、變化平穩(wěn)的特征，這樣的異常稱為區(qū)域異常。 局部異常：相比之下，研究對(duì)象引起的異常一般具有范圍小、幅度小、變化比較明顯的特征，這樣的異常稱為局部異常。由于局部異常是從疊加異常中去除區(qū)域異常后剩余的部分，因此也稱為剩余異常。,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,區(qū)域異常與局部異常的疊加特征： （1）球體剩余密度為正，埋深大，異常水平梯度小于區(qū)域異常梯度，平面異常等值線向低值方向扭曲，不能形成閉合； （2）埋深小，異常水平梯度大于區(qū)域異常梯度，在中心附近可以形成小的高值閉合； （3）球

40、體剩余密度為負(fù)時(shí)，平面異常等值線向高值方向扭曲，或形成小的低值閉合。,球體異常與單斜異常的疊加,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,區(qū)域異常與局部異常的相對(duì)性：隨研究任務(wù)而定，沒有截然的標(biāo)準(zhǔn)。 在沉積盆地內(nèi)研究蓋層構(gòu)造時(shí)，蓋層構(gòu)造引起的異常為局部異常，盆地基底起伏同更深、更大范圍的地質(zhì)因素所引起的異常統(tǒng)統(tǒng)視為區(qū)域異常； 在研究盆地基底起伏時(shí)，基底起伏引起的異常就成為局部異常，而更深、更大范圍的地質(zhì)因素（如莫霍面起伏）引起的異常才是區(qū)域異常。 研究成礦條件或礦產(chǎn)勘探時(shí)，礦體本身的異常為局部異常，大范圍的背景異常為區(qū)域異常。,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,圖解法：根據(jù)疊加異常的形態(tài)，利用區(qū)域異常

41、和局部異常特征上的差異，參照具體地質(zhì)情況，憑借估算的區(qū)域異常梯度大小及變化趨勢，獲取區(qū)域背景異常，然后從疊加異常中將其減去，從而得到局部異常（亦稱剩余異常）。還有更簡單的方法重力場平均法。,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,平均場法：在一定的剖面或平面內(nèi)的區(qū)域異常的變化可以視為線性變化，因此在該范圍內(nèi)的重力異常平均值可作為該范圍中心處的區(qū)域異常值。 均值范圍選取的條件：范圍應(yīng)大于局部異常的范圍。 平均場法的處理過程： 將布格異常平面圖按一定的網(wǎng)度分成正方形的網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為測點(diǎn)距的數(shù)倍至十倍； 計(jì)算各網(wǎng)格點(diǎn)中心異常值。用處于該網(wǎng)格范圍內(nèi)的各點(diǎn)重力異常的平均值代

42、替，作為該點(diǎn)的區(qū)域異常值； 在根據(jù)各個(gè)網(wǎng)格中心的數(shù)值采用內(nèi)插法求取測點(diǎn)處的區(qū)域場值。 最后將原重力異常值減去區(qū)域異常值即得局部重力異常值。,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,1、西南低、北東高 2、西界兩處抬起 3、一個(gè)相對(duì)高，將中部負(fù)異常帶分為兩個(gè)次級(jí)負(fù)異常 4、異常走向與整體構(gòu)造走向平行； 布格異常綜合地反映了整體構(gòu)造輪廓,1、去掉了區(qū)域場的影響后，剩余重力異常更好地反映了構(gòu)造特征。 2、區(qū)塊南北兩側(cè)高中間低，中間地帶存在兩組局部異常條帶，平行于整體異常走向。 3、南界西段存在一個(gè)弧形正異常區(qū)，與火山活動(dòng)有關(guān)。,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,解析延拓：由觀測平面上的重力異常，通過數(shù)學(xué)計(jì)

43、算得出另外一個(gè)高度平面上的異常值，這種變換方法稱為解析延拓。 向上延拓：換算平面在觀測平面以上稱為向上延拓，簡稱上延， 向下延拓：換算平面在觀測平面以下則稱為向下延拓，簡稱下延。 延拓的作用：分離水平方向和縱向多個(gè)疊加異常。,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,向上延拓的效果：使異常曲線變得平滑、平緩，有效地衰減了淺部和局部地質(zhì)體的異常，相對(duì)突出了深部和區(qū)域地質(zhì)因素的重力效應(yīng)。,喀什到福州的重力剖面延拓效果,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,向上延拓的效果：使異常區(qū)等值線變得平滑、平緩，有效地衰減了淺部和局部地質(zhì)體的異常，相對(duì)突出了深部和區(qū)域地質(zhì)因素的重力效應(yīng)。,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換

44、,重力異常向上延拓實(shí)例：東營凹陷,東營凹陷布格重力異常等值線平面圖,東營凹陷布格重力上延5km異常等值線平面圖,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,向下延拓效果：向下延拓使局部異常變化更加明顯，有效地突出了淺部和局部異常，相對(duì)壓制了深部和區(qū)域異常。,東營凹陷布格重力異常等值線平面圖,東營凹陷布格重力下延1km異常等值線平面圖,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,導(dǎo)數(shù)換算：（高次導(dǎo)數(shù)）在重力資料的處理解釋中，有時(shí)需要計(jì)算異常的導(dǎo)數(shù)，如 、 、 等，目的是： 助于異常的解釋和分類（因不同形狀的地質(zhì)體異常有不同特征）； 壓制深部和區(qū)域性異常，突出淺部異常，提高分辨能力；

45、 劃分多個(gè)相鄰地質(zhì)體的迭加異常。,用導(dǎo)數(shù)區(qū)分疊加異常,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,水平梯度換算示例：中國大陸布格重力異常及其水平梯度對(duì)比,中國大陸布格重力異常,中國大陸布格重力異常水平梯度,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,垂向二次導(dǎo)數(shù)換算實(shí)例洛杉磯盆地西北部 導(dǎo)數(shù)換算能有效地突出次級(jí)異常，分離疊加異常，提高橫向分辨能力。,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,垂向二次導(dǎo)數(shù)換算實(shí)例東營凹陷 導(dǎo)數(shù)換算能有效地突出次級(jí)異常，分離疊加異常，提高橫向分辨能力。,東營凹陷布格重力異常等值線平面圖,東營凹陷布格重力垂向二次導(dǎo)數(shù)異常等值線平面圖,2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,本章的主要內(nèi)容,2.1 地

46、球的重力場 2.2 巖（礦）石的密度 2.3 重力儀器簡介 2.4 重力勘探方法與資料的校正 2.5 重力異常的處理與劃分 2.6 重力勘探資料的推斷解釋 2.7 重力勘探應(yīng)用實(shí)例,2.6 重力資料的推斷解釋,重力資料的推斷解釋：根據(jù)重力異常的分布特征，結(jié)合工區(qū)的地質(zhì)條件和巖（礦）石的物性參數(shù)，說明引起重力異常的地質(zhì)原因，做出合理的地質(zhì)結(jié)論。 分為定性解釋和定量解釋（應(yīng)先了解各種地質(zhì)體的異常特征） 。 主要內(nèi)容： 2.6.1 簡單幾何形體的重力異常 2.6.2 重力異常的定性解釋方法 2.6.3 重力異常的多解性 2.6.4 計(jì)算異常體深度的簡單方法,2.6.1 簡單幾何形體的重力異常,正問題

47、（正演） ：從給定地球物理模型，通過數(shù)值計(jì)算或物理模擬，得出相應(yīng)地球物理場的響應(yīng)。 正演的目的：認(rèn)識(shí)和掌握地球物理場的特征與場源之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 反問題（反演） ：根據(jù)已知的地球物理場，求解可能的地球物理解釋，即地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程。 反演的目的：認(rèn)對(duì)引起異常的原因給出定性和定量解釋。,球體模型：模擬一些等軸狀的地質(zhì)體，如侵入體、鹽丘、穹窿等。 假設(shè)球體半徑為 r，剩余密度為，球心埋深為D，以球心在地面的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，地面上任意點(diǎn) p(x,y,0) 處的重力異常為：,r,D,x,y,z,球體模型,2.6.1 簡單幾何形體的重力異常,異常的平面特征：等值線為一系列的同心圓，圓心位于球心在地面的

48、投影點(diǎn)。 異常的剖面特征：主剖面異常曲線相對(duì)于通過原點(diǎn)的縱坐標(biāo)軸左右對(duì)稱，在原點(diǎn)處取得極大值。,球體的重力異常理論曲線,2.6.1 簡單幾何形體的重力異常,柱體模型：模擬有明顯走向的地質(zhì)現(xiàn)象，如長軸背斜、向斜等。 模型參數(shù)：水平圓柱體軸線埋深 D，半徑為 r ，剩余密度，長度 2L，取 y 軸與柱體軸線平行，坐標(biāo)原點(diǎn)位于軸線中點(diǎn)在地面的投影。 可以證明：圓柱體在其外部空間的重力作用等價(jià)于質(zhì)量集中于軸線，剩余線密度 的物質(zhì)線。,水平圓柱體模型,2.6.1 簡單幾何形體的重力異常,平面異常：等值線呈條帶狀，與圓柱體軸線平行。 剖面異常：曲線左右對(duì)稱，在原點(diǎn)取極大值。,無限長水平圓柱體的重力異常理論

49、曲線,2.6.1 簡單幾何形體的重力異常,板狀體模型：模擬有明顯走向的地質(zhì)體，如沿走向延伸較長的礦脈等。 模型參數(shù)：板狀體頂面埋深 H，剩余密度，取 y 軸與柱體軸線平行，坐標(biāo)原點(diǎn)位于軸線中點(diǎn)在地面的投影。,2.6.1 簡單幾何形體的重力異常,傾斜板狀體模型,y,o,直立板狀柱體模型,y,o,y,x,傾斜板狀體平面異常,半無限水平板模型：用于模擬清楚接觸帶、高角度斷層、基巖中有直立的臺(tái)階、出露的直立斷層等地質(zhì)現(xiàn)象。 模型參數(shù)：在直角坐標(biāo)系中半無限水平層的分布范圍是 x0, -y+，dzD，剩余密度為。,半無限水平板模型,2.6.1 簡單幾何形體的重力異常,剖面異常：曲線單調(diào)變化，斷層正上方梯度

50、最大； 平面異常：等值線呈條帶狀分布，與斷層線平行。 異常形態(tài)與埋深有關(guān)，埋藏越淺，水平梯度越大。,2.6.1 簡單幾何形體的重力異常,2.6.2 重力資料的解釋方法,重力資料的地質(zhì)解釋：是根據(jù)異常分布特征，結(jié)合工區(qū)地質(zhì)條件和巖（礦）石的物性參數(shù)，說明引起異常的地質(zhì)原因，并做出地質(zhì)結(jié)論。 分為定性解釋和定量解釋兩個(gè)階段： 定性解釋：側(cè)重于確定引起異常的原因，并粗略地判斷產(chǎn)生異常的地質(zhì)體的埋深、產(chǎn)狀特征。 定量解釋：估計(jì)地質(zhì)體的形狀，定量計(jì)算地質(zhì)體的埋深、大小及產(chǎn)狀等。,定性解釋需要的研究的問題： 重力異常的強(qiáng)弱或幅度； 埋深大-幅度??；密度大、埋深淺幅值大； g異常的等值線形態(tài)； 是否具有等軸

51、特征、條帶特征等 g異常剖面曲線或等值線的梯度變化特征。 等值線的疏密，曲線的陡緩等。 g曲線的分辨力。 是否能區(qū)分兩個(gè)相鄰的異常體。,2.6.2 重力異常的解釋方法,梯度：曲線變化的陡緩程度； 梯級(jí)帶：等值線變化劇烈（密集分布）且相互平行的區(qū)域。,青藏高原東緣及四川盆地布格重力異常平面圖,2.6.2 重力異常的解釋方法,g/mGal,球體隨埋深變化的重力異常剖面圖,重力異常特征的描述內(nèi)容： 異常的走向及其變化特征與變化的幅度； 區(qū)域重力梯級(jí)帶的方向、延伸長度、平均水平梯度和最大水平梯度值； 局部異常彎曲和圈閉情況，基本形狀，如等軸狀、長軸狀或狹長帶狀； 重力高、低的分布特點(diǎn)； 異常的走向（指

52、長軸方向）及其變化； 異常的幅值大小及其變化等； 異常曲線上升或下降的規(guī)律，異常曲線幅值的大??； 區(qū)域異常的大致形態(tài)與平均變化率； 局部異常極大值或極小值的幅度、所在位置等。,2.6.2 重力異常的解釋方法,典型局部重力異常的可能解釋： （1）等軸狀重力高 基本特征： 異常等值線圈閉成圓形或近圓形，異常中心部分高，四周低，有極大值點(diǎn)。 相對(duì)應(yīng)的規(guī)則幾何形體： 剩余密度為正均勻球體，鉛直圓柱體，水平截面接近正多邊形鉛直棱柱體等。 可能反映的地質(zhì)因素： 囊狀、巢狀、透鏡體狀的致密金屬礦體，如鉻鐵礦、鐵礦、銅礦等； 中基性巖漿高密度侵入體，形成巖株?duì)?，穿插在較低密度的巖體或地層中； 高密度巖層形成的

53、穹窿、短軸背斜等； 松散沉積物下面的基巖（密度較高）局部隆起； 低密度巖層形成的向斜或凹陷內(nèi)充填了高密度的巖體，如礫石等。,2.6.2 重力異常的解釋方法,（2）等軸狀重力低 基本特征： 異常等值線圈閉成圓形或近于圓形，異常值中心低，四周高，有極小值點(diǎn)。 相對(duì)應(yīng)的規(guī)則幾何形體： 剩余密度為負(fù)的均勻球體，鉛直圓柱體，水平截面近正多邊形鉛直棱柱體等。 可能反映的地質(zhì)因素： 巖丘構(gòu)造或盆地中巖層加厚的地段； 酸性巖漿（密度較低）侵入體，侵入在密度較高的地層中； 高密度巖層形成的短軸向斜； 古老巖系地層中存在巨大的溶洞； 新生界松散沉積物的局部加厚地段。,2.6.2 重力異常的解釋方法,（3）條帶狀重

54、力高 基本特征： 重力異常等值線延伸很大或閉合成條帶狀，等值線的中心高，兩側(cè)低，存在極大值線。 相對(duì)應(yīng)的規(guī)則幾何形體： 剩余密度為正的水平圓柱體、棱柱體和脈狀體等。 可能反映的地質(zhì)因素： 高密度巖性帶或金屬礦帶； 中基性侵入巖形成的巖墻或巖脈穿插在較低密度的巖石或地層中； 高密度巖層形成的長軸背斜、地下的古潛山帶、地壘等； 地下的古河道為高密度的礫石所充填。,2.6.2 重力異常的解釋方法,（4）條帶狀重力低 基本特征： 重力異常等值線延伸很大，或閉合成條帶狀，等值線的值中心低，兩側(cè)高，存在極小值線。 相對(duì)應(yīng)的規(guī)則幾何形體： 剩余密度為負(fù)的水平圓柱體，棱柱體和脈狀體等。 可能反映的地質(zhì)因素：

55、低密度的巖性帶，或非金屬礦帶； 酸性侵入體形成的巖墻或巖脈穿插在較高密度的巖石或地層中； 高密度巖層形成的長軸向斜、地塹等； 充填新生界松散沉積物的地下河床，等。,2.6.2 重力異常的解釋方法,5）重力梯級(jí)帶 基本特征： 重力異常等值線分布密集，異常值向某個(gè)方向單調(diào)上升或下降。 相對(duì)應(yīng)的規(guī)則幾何形體： 垂直或傾斜臺(tái)階。 可能反映的地質(zhì)因素： 垂直或傾斜斷層、斷裂帶、破碎帶； 具有不同密度的巖體的陡直接觸帶； 地層的拗曲，等等。,2.6.2 重力異常的解釋方法,重力異常的多解性： 不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)可以引起相同的重力異常；相反，同一重力異常曲線可對(duì)應(yīng)多種地質(zhì)結(jié)構(gòu)。 地質(zhì)多解示例： A：地表高密度異

56、常體； B：下層高密度鞍狀巖層； C：下伏高密度鞍狀巖層兩翼凹槽地層； 結(jié)合適當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)條件還是可以得到單一的解釋結(jié)論。,2.6.3 重力異常的多解性,A,B,C,定量解釋依據(jù)： g異常剖面曲線。 可得到的參數(shù)：地質(zhì)體的頂面埋深； 計(jì)算深度的方法：經(jīng)驗(yàn)法，特征參量法，反演法，延拓等； 簡單的方法精度差。 特征參量法： 繪制g異常剖面曲線，求取g異常極大值：|g|max ； 求取g異常的水平梯度曲線，求取水平梯度極大值：|g/|max ； 二度體： 三度體：,2.6.4 計(jì)算異常體深度的簡單方法,本章的主要內(nèi)容,2.1 地球的重力場 2.2 巖（礦）石的密度 2.3 重力儀器簡介 2.4 重力勘探

57、方法與資料的校正 2.5 重力異常的處理與劃分 2.6 重力勘探資料的推斷解釋 2.7 重力勘探應(yīng)用實(shí)例,2.7 重力資料的地質(zhì)應(yīng)用,主要內(nèi)容： 2.7.1 在研究深部構(gòu)造中的應(yīng)用 2.7.2 在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用 2.7.3 在油氣田勘查中的應(yīng)用 2.7.4 在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用,2.7.1 在研究深部構(gòu)造中的應(yīng)用,利用重力資料研究地殼深部構(gòu)造：主要是確定各密度界面（康氏面、莫霍面等）的起伏和提供有關(guān)地殼活動(dòng)性的資料。,研究莫霍面深度及其變化：布格重力異常在廣闊的地區(qū)內(nèi)與地面高程有良好的相關(guān)性，通常在地勢高的地區(qū)表現(xiàn)為重力低，而在地勢低的地區(qū)，尤其是海洋區(qū)則呈現(xiàn)為重力高。 特征：地形海拔越高

58、，地殼越厚，布格重力異常值越低。這表明地表質(zhì)量的過剩（地形隆起）。 關(guān)系：布格重力異常與地殼厚度和地形起伏有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。,2.7.1 在研究深部構(gòu)造中的應(yīng)用,重力異常與地殼厚度及地形高度的關(guān)系：布格重力異常的總體趨勢與地形起伏呈鏡像關(guān)系，與莫霍面的起伏呈線性關(guān)系。,喜馬拉雅山和青藏高原的重力異常、地殼厚度和地形剖面,2.7.1 在研究深部構(gòu)造中的應(yīng)用,布格重力異常的總體趨勢與地形起伏呈鏡像關(guān)系，與莫霍面的起伏呈線性關(guān)系，這種現(xiàn)象可由均衡理論進(jìn)行解釋。,2.7.1 在研究深部構(gòu)造中的應(yīng)用,布格重力異常與地殼厚度關(guān)系：近似線性關(guān)系。 式中H為地殼厚度， 為異常平均值，H0是布格異常平均值為零的

59、地方的地殼厚度， 為相關(guān)系數(shù)。就一個(gè)較大的地區(qū)而言，這種關(guān)系及系數(shù) H0 和 可能也各不相同。 1980年，中國地質(zhì)科學(xué)院物探所提出了我國的重力異常與地殼厚度相關(guān)公式： 并應(yīng)用此式計(jì)算了全國的莫霍面深度。,2.7.1 在研究深部構(gòu)造中的應(yīng)用,對(duì)比分析： 三者形態(tài)特征是相似的； 重力異常與地形負(fù)相似； 莫霍深度與地形負(fù)相似； 莫霍深度與重力正相似。,莫霍面深度,2.7.1 在研究深部構(gòu)造中的應(yīng)用,大陸地殼硅鋁層和硅鎂層的區(qū)別:,2.7.1 在研究深部構(gòu)造中的應(yīng)用,地殼與地幔密度差0.3g/cm3,硅鋁層和硅鎂層的密度差達(dá)0.2g/cm3,莫霍面和康臘德面的起伏及各層物質(zhì)密度的橫向變化(包括上地幔內(nèi)巖性和巖相的變化)等深部因素對(duì)重力場背景起著決定性的影響。,