重力場與重力勘探實驗指導課件

重力場與重力勘探實驗指導實驗一、重力儀認識操作一、實驗目的了解掌握金屬彈簧重力儀的測量原理；學習操作金屬彈簧重力儀，了解金屬彈簧重力儀的工作范圍、操作步驟、性能特點等，為實際野外重力測量實習奠定良好基礎。二、實驗內容金屬彈簧重力儀的測量原理；金屬彈簧重力儀野外測量相關情況介紹；金屬彈簧重力儀的認識操作。

技術指標

D型G型測量范圍2000g.u. 70000g.u.測量精度0.02g.u.約0.04g.u.零點漂移約5g.u./月 約5g.u./月 (使用1年以上)(使用1年以上)約10g.u./月 約10g.u./月 (使用1年以下)(使用1年以下)重復性約0.05g.u. 約0.1g.u.電源DC12VDC12V凈重3.2kg3.2kg當重力改變時，旋轉測微螺旋，使杠桿上下傾斜，再帶動主彈簧，讓擺桿回到零點位置。主彈簧工作原理平衡方程式mglsinα=KLd因 mglsinα=Kx1y又x1=bcos(π/2-α)=bsinα mglsinα=Kbysinα 或mgl=Kby即是該儀器測量重力變化的原理表達式。美國LCR型金屬彈簧重力儀1、4－水平調節(jié)螺旋(橫向)；2－縱向水準器；3－讀數(shù)鈕鼓及計數(shù)器；5－外殼；6－檢流計；7－目鏡筒；8－水平調節(jié)螺旋(縱向)；9－橫向水準器；10－夾固螺旋；11－溫度計窗6789101112345重力儀的基本操作步驟：將儀器小心從箱中取出，輕輕放在鋁盤上。將電池與儀器接上，打開溫度顯示，對儀器內部進行電恒溫處理，直到達到儀器指定的恒溫溫度（大約需要2-5小時）。將儀器縱、橫水泡調節(jié)居中。打開讀數(shù)燈泡，從目鏡中觀察擺絲位置，這時擺絲?？吭谧髠冉K止線上。打開擺絲開關，調節(jié)刻度盤，使擺絲可以自由擺動。進一步調節(jié)刻度盤，使擺絲與儀器指定的讀數(shù)線重合。記錄記數(shù)器上的讀數(shù)。鎖上擺絲，把儀器放回箱中.實驗二、重力資料整理一、實驗目的掌握重力基點網(wǎng)平差及平差系數(shù)的計算方法；掌握重力異常值的計算方法及各種改正的地質—地球物理含義；學會使用MATLAB或C語言編寫相關程序。二、實驗內容1、基點網(wǎng)平差實驗下圖為三環(huán)路基點網(wǎng)，各邊段差值如圖所示，順時針方向為正。假設各邊段時間差均為1，試采用線性方程組法求解平差系數(shù)，要求用MATLAB或C語言編程求解并輸出各環(huán)路的平差系數(shù)。2、扇形法地形校正值計算已知測點高程為10米，在其周圍進行了三環(huán)八方位地形測量（見下圖），近環(huán)0~5m，中環(huán)5~10m，遠環(huán)10~20m，各點高程見下表，地表巖石平均密度為2.3g/cm3。試用MATLAB或C語言編程求測點的地形校正值。1、重力基點網(wǎng)平差如果沒有誤差存在，各邊段構成的每一個閉合環(huán)路內段差相加后應為零，ΣΔgi=0由于聯(lián)測中的誤差，上式一般是得不到滿足的，往往存在一個不等于零的偏差值，稱為基點網(wǎng)的閉合差。產生閉合差的主要原因在于重力儀混合零點校正的不完全。三、實驗原理III0.6-0.8若只有一個環(huán)路，閉合差為V，每邊上觀測的平均時間為ti，在按各邊觀測時間長短來分配閉合差時，其平差系數(shù)為：第i邊上的平差值為δgi=-kti這樣，該閉合環(huán)滿足了V+∑δgi=0的條件。當基點網(wǎng)是由多個環(huán)路組成，每個環(huán)上都有一個或多個公共邊時，就要求用每個環(huán)的閉合差所求得的ki來進行平差，并使同一公共邊上兩側的平差值大小相等而符號相反。建立線性方程組聯(lián)立求解平差系數(shù) VⅠ、VⅡ分別為第Ⅰ、Ⅱ環(huán)的閉合差， tiⅠ與tiⅡ為觀測Ⅰ、Ⅱ環(huán)某邊的閉合時間(包含公共邊的tFC)， kⅠ、kⅡ為待求的平差系數(shù)。扇形法地形校正公式：布格重力異常是對觀測值進行地形校正、布格校正(高度校正與中間層校正)和正常場（緯度）校正后獲得的。布格重力異常值公式：其中，h—測點海拔高程或測點與基準點的高差，m；σ—中間層平均密度，g/cm3。φ—總基點緯度或測區(qū)平均緯度；D—測點到總基點間緯向（南北向）距離，km。Δgk—重力觀測值，g.u.。

實驗三、重力異常正演一、實驗目的通過球體、水平圓柱體和鉛垂臺階重力異常的正演計算，掌握簡單規(guī)則形體重力異常正演的計算方法；通過計算認識球體、水平圓柱體和鉛垂臺階重力異常的一般分布規(guī)律，了解影響簡單規(guī)則形體重力異常的主要因素（如形體的幾何參數(shù)和密度參數(shù)等），培養(yǎng)學生實際動手能力與分析問題的能力；學會使用MATLAB語言編寫程序繪制異常圖件。二、實驗內容用MATLAB或C語言編程實現(xiàn)二度球體、三度球體重力異常及其導數(shù)正演，使用MATLAB語言編程繪制異常曲線或等值線圖。用MATLAB或C語言編程實現(xiàn)二度水平圓柱體重力異常及其導數(shù)正演，使用MATLAB語言編程繪制異常曲線圖。用MATLAB或C語言編程實現(xiàn)二度鉛垂臺階重力異常及其導數(shù)正演，使用MATLAB語言編程繪制異常曲線圖。三、實驗原理1、二度球體、三度球體重力異常及其導數(shù)正演三度球體二度球體D=100mR=50mσ=1兩個球體組合模型理論重力異常2、二度水平圓柱體重力異常及其導數(shù)正演D=60mR=22.5mσ=13、二度鉛垂臺階重力異常及其導數(shù)正演∞h=20mH=60mσ=1四、實驗報告內容包括實驗目的、實驗內容、實驗原理、計算程序代碼、實驗結果、結果分析或小結。實驗四、重力資料處理一、實驗目的通過重力異常頻率域濾波處理實驗，掌握頻率域濾波處理方法原理；通過簡單規(guī)則形體重力異常特征點反演實驗，掌握特征點反演方法原理。二、實驗內容利用頻率域濾波的MATLAB程序，對簡單規(guī)則形體重力異常進行頻率域向上延拓、水平導數(shù)和垂直導數(shù)處理并繪圖；從第三次實驗得到的重力異常中提取出任意一個有意義的異常剖面數(shù)據(jù)，試用特征點法反演密度不均勻體的幾何和物性參數(shù)。三、實驗原理1、頻率域濾波處理方法基本原理應用傅立葉變換，計算空間域觀測異常gB(x,y)的頻譜GB(u,v)；將GB(u,v)與所求轉換異常的濾波算子H(u,v)相乘，得到轉換異常的傅立葉變換GFT(u,v)；將GFT(u,v)進行傅立葉反變換，便得到所求的轉換異常gFT(x,y)。解析延拓向上延拓向下延拓

S為壓制高頻干擾的濾波因子。一次導數(shù)

x方向y方向z方向垂向二次導數(shù)根據(jù)異常曲線上的一些點或特征點（如極大值點、零值點、拐點）的異常值及相應的坐標求取場源體的幾何或物性參數(shù);僅適用于剩余密度為常數(shù)的幾何形體。應用條件對異常作平滑處理，盡量準確確定原點的位置；對異常曲線作分離處理，獲得單純由研究對象引起的異常；對剩余（局部）異常進行分類，判明該異常的場源體接近于何種可能的幾何形體，然后選用相應的反演公式。2、特征點法反演方法基本原理異常曲線形態(tài)分類第一類是單峰異常，零值點在無窮遠處 如球體的Δg曲線、臺階的Vxz曲線等；第二類是具有極大值、極小值和一個零值點 如球體的Vxz曲線、臺階的Vzz、Vzzz曲線；第三類是具有一個極大值、兩個極