重力勘探Microsoft PowerPoint 演示文稿.ppt

1、重力勘探方法原理 實質(zhì)：以地殼中不同巖、礦石之間密度差異為基 礎(chǔ)，通過觀測和研究重力場的變化（重力異常），探查地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)資源。 主要用途：探查油氣遠景區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、鹽丘，圈定煤田盆地，研究深部構(gòu)造和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造。還可與其它方法（磁法、 電法）配合尋找金屬礦產(chǎn)。,1. 重力、重力位及位的微商 (1) 重力： 牛頓萬有引力定律： 式中：F是作用在m上的力，r是M指向m之間的距離，G是萬有引力常數(shù)，式中負號表示吸引力。 引力常數(shù):,重力：Z 物體所受重力是地球質(zhì)量對物體產(chǎn)生的引力及該物體隨地球自轉(zhuǎn)引起的離心力的合力 重力場強度：g 單位質(zhì)量的物體在重力場中所受的重力 引力場強度：9.8 m/s2

2、，赤道慣性離心力最大約：0.0339 m/s2，差300倍，故忽略。,重力加速度：地球表面及附近空間的一切物體都受重力作用。在重力作用下，自由下落物體的加速度與重力之間的關(guān)系： 重力勘探中重力即指重力場強度或重力加速度。 單位制： CGS單位（厘米克秒制）： Gal，mGal，uGal 國際單位（SI）（米千克秒制）：m/s2 1Gal (伽) =10-2m/s2 1mGal (毫伽) =10-5m/s2,(2) 重力位： 保守力場：在一個封閉系統(tǒng)中動能和位能的總和守恒。重力場是保守力場，在重力場中移動質(zhì)量所作的功與路徑無關(guān)，只與端點有關(guān)。 保守力場做功：將單位質(zhì)量m從無窮遠處沿任何路徑移到距

3、M的重心距離為R的一點所做功： 該式表述了一個點質(zhì)量的引力位。,三度體的引力位： （a）質(zhì)量元： （b）若密度在積分區(qū)域中是常數(shù)：,引力是引力位的梯度： 沿z軸方向（鉛垂方向）加速度：,位場方程式： 高斯定理（散度定理）：矢量場散度在空間區(qū)域 的積分，等于該場在該 區(qū)域包面外法線分量的 面積分：,a）區(qū)域內(nèi)無引力物質(zhì)時： -拉普拉斯方程 （b）區(qū)域內(nèi)有引力物質(zhì)時： -泊松方程,3）位的微商：重力研究的簡便方法： 重力位-微商-重力效應(yīng) 根據(jù)場論中梯度定義，由 沿z軸方向（鉛垂方向）加速度：,重力沿任意方向的分量與重力位沿該方向的方向?qū)?shù)（位的一次微商）：,重力梯度與重力位二次微商：,重力位二階

4、導(dǎo)數(shù)單位：1/s2 。此單位過大 實際單位：10-91/s2，相當于1m 距離內(nèi)重力變化10-9m/s2。,2. 地球的重力、密度分布及重力換算 （1）重力等位面與地球形狀： 沿垂直于重力方向移動時，重力位不變： 重力等位面：重力位是坐標x、y、z的單值函數(shù)，所以上式是一個曲面方程。此方程確定的曲面上，重力位都等于常數(shù)C，所以稱此曲面為重力等位面。,大地水準面：靜止的水面上任一點的重力與該水準 面垂直，因此水準面也就是重力等位 面。以不同的C代入前式，可以得到 一系列水準面（重力等位面），通常 將與平均海平面重合的水準面稱為大 地水準面。,地球的基本形狀： 一級近似：大地水準面，平均半徑637

5、6km的正球 面。 二級近似：二軸橢球面，赤道半徑： 6378.160km， 極半徑：6356.755km，扁率：1/298。 三級近似：梨形體面，北極突出十余米，南極凹進 20余米。,正常重力位：引入一個與大地水準面形狀接近的正 常橢球體代替實際地球，假定正常 橢球體表面光滑，內(nèi)部密度均勻分 布，各層界面都是共焦點的旋轉(zhuǎn)橢 球面，則其表面各點重力位可被計 算，并被稱為正常重力位。,正常重力公式：由正常重力位推算的正常橢球面上 的重力公式，基本形式： 式中：g為計算點地理緯度處的正常重力值，ge為赤道重力值，gp為兩極重力值，為地球的力學(xué)扁率，為地球扁率。,式中g(shù)e、 1是計算中常重力公式的關(guān)

6、鍵，也是多年來數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、地球物理學(xué)家關(guān)注的焦點。不同的科學(xué)家才有不同的參數(shù)值，可得到不同的計算正常重力公式： 1901-1909年赫爾默特公式： 1930年卡西尼公式： 1979年IUGG公式：,（2）密度分布： 密度：單位體積物質(zhì)的質(zhì)量。單位：g/cm3或kg/m3。 密度變化，是開展重力勘探的地球物理前提條 件， 也是對重力測量結(jié)果進行地形校正和中間層 校正必不可少的重要參數(shù)。,決定巖、礦石密度的主要因素：礦物成分、孔隙度及充填 物、壓力等。 沉積巖密度：孔隙度是影響沉積巖密度變化的主要因素。 地表淺層壓力小，孔隙度大，沉積巖密度 較小。沉積層深部，壓力大，孔隙度減 小， 密度增大

7、。 沉積時代不同，孔隙度不同，密度也有差 異。時代較老的沉積巖比時代新的同類巖 石密度大。 一般，沉積巖密度隨孔隙度減小而增大。,沉積巖的密度與孔隙度的關(guān)系,幾種主要沉積巖的參考密度值： 黃土：1.64g/cm3 沙：2.0g/cm3 粘土：2.21g/cm3 砂巖：2.35g/cm3 石灰?guī)r：2.55g/cm3,火成巖密度：礦物成分及含量是影響火成巖密度變化的主 要因素。 由酸性巖到基性巖，密度隨鐵鎂暗色礦物 的百分含量的增加而增大。 同類侵入巖，侵入時代不同，礦物含量不 同，密度也有所不同。 同源巖漿，侵入和噴出時可形成不同的礦 物巖石，因此，侵入巖和噴出巖密度有差 異。,火成巖密度與礦物

8、成分及含量的關(guān)系,幾種主要火成巖的參考密度值： 花崗巖：2.64g/cm3 斜長巖：2.78/cm3 閃長巖：2.85g/cm3 玄武巖：2.99g/cm3 輝長巖：3.03g/cm3 橄欖巖：3.15g/cm3。,變質(zhì)巖密度：礦物成分、孔隙度及充填物、壓力都影響變 質(zhì)巖密度。這些因素取決于變質(zhì)的性質(zhì)和 變質(zhì)程度。 區(qū)域變質(zhì)作用將使變質(zhì)巖的密度比原巖 密度增大。變質(zhì)程度越深，變質(zhì)巖的密度 越大。 動力變質(zhì)作用破壞原巖結(jié)構(gòu)，疏松和壓 碎導(dǎo)致密度降低。 重結(jié)晶又會增大巖石 密度。 統(tǒng)計表明，同一時代變質(zhì)巖密度相差不大，不同時代的變質(zhì)巖密度有差異，一般時代越老，密度越大。,幾種主要變質(zhì)巖的參考密度值

9、： 石英巖：2.60g/cm3 大理巖：2.75g/cm3 片麻巖：2.80g/cm3 角閃巖：2.96g/cm3。,礦物的密度：取決于成分和含量，一般金屬礦密度 比非金屬礦密度大。 幾種主要礦物的密度值： 石墨：2.15g/cm3 滑石：2.71g/cm3 金剛石：3.52g/cm3重晶石：4.47g/cm3 閃鋅礦：3.75g/cm3 黃銅礦：4.2g/cm3 磁鐵礦：5.12g/cm3 方鉛礦：7.5g/cm3,密度測定方法： 巖、礦石標本密度測定 天平測定法：若巖、礦石標本質(zhì)量為m，體積為V，其密 度為： 密度儀測定法：設(shè)標本在空氣中重量為P1，水中重量為P2 由力矩平衡法，得其密度為

10、：,地層平均密度的測定 重力試驗法、最小二乘法、井中重力測量法等,（3）重力換算： 重力觀測資料經(jīng)零點校正后，是各測點相對于總基點的相對重力值。這種重力資料包含有地下密度不均勻地質(zhì)體產(chǎn)生的異常、各測點周圍地形變化產(chǎn)生的異常、不同緯度產(chǎn)生的異常等，必須將各測點相對重力值按統(tǒng)一標準換算（改正），才可得出各點單純重力異常。,地形校正： 測點周圍起伏的地形對測點觀測值的影響：高于測點的地形質(zhì)量對測點的引力的鉛垂分力會使測點重力值減??；低于測點的地形質(zhì)量缺失也會使測點重力值減小。不論地形高低，都將使測點重力值減小。所以地形校正總是正值。,地形校正方法：采用近似積分，將以測點為中心的四周分為許多小區(qū)域，計

11、算每一小塊地形質(zhì)量對測點的校正值，然后累加求和。常采用扇形域、方形域按近、中、遠分區(qū)進行地形改正。,中間層校正： 測點與基準面之間中間物質(zhì)層對測點觀測值的影響：地形校正后，相當于將測點周圍的地形夷為平地，但在測點和基點（大地水準面）之間，多了一層密度，厚度h的中間物質(zhì)層的引力作用，需要對測點與基準面（參考高程）之間的物質(zhì)層引力進行校正，去掉其影響。,中間層校正方法：若中間層密度，厚度h，其內(nèi)一點P(r，z)的體積元dv及其質(zhì)量dm分別為：,則由計算重力異常的式（2-1-9）： 可求得圓柱坐標系下的中間層影響值：,因此，密度，厚度h的中間層重力校正值為： 式中，密度單位g/cm3，中間層厚度單位

12、m，校正值單位10-5m/s2。 計算時，當測點高于基準面時h取正號；低于基準面時h取負號。,自由空間（高度）校正： 測點與基準面之間高差對測點觀測值的影響：重力值隨測點高程增加而減小，與地下密度分布無關(guān)。測點與基準面的高差，相當于測點較之于基準面點與地心距離有所差異，會產(chǎn)生測點正常重力值的變化，必須把各測點正常重力值換算到同一基準面上。經(jīng)地形校正和中間層校正后，測點和基準面之間只剩下高度h的影響，不用考慮二者之間的物質(zhì)引力，所以稱為自由空間（空氣）或高程改正。,自由空間（高度）校正方法： 式中，h為測點與基準面之間的高差，單位m，校正值單位10-5m/s2。 通常，將中間層校正與高度校正合并進行，稱為“布格校正”，其重力異常稱為“布格異?！保?式中，h為測點與基準面之間的高差，單位m；為中間層密度，單位g/cm3，厚度單位m。校正值單位10-5m/s2。,正常場（緯度）校正： 正常重力場對測點觀測值的影響：理論計算得到的地球正常重力場公式： 地形校正、中間層校正和高度校正后，測點上正常重力值已換算到基點所在的大地水準面上。但如果測點與基點不在同一緯度，會產(chǎn)生因緯度不同的正常重力差，必須去掉