重力勘探及其應(yīng)用

1、重力勘探及其應(yīng)用重力勘探及其應(yīng)用 涂涂 承承 林林 區(qū)域重力調(diào)查方法技術(shù)中心區(qū)域重力調(diào)查方法技術(shù)中心 目目 錄錄 序言： 第一章 重力勘探的基礎(chǔ)理論 一、地球的重力場 二、正常重力場與重力異常 三、巖（礦）石密度 第二章 重力儀 一、概述 二、石英彈簧重力儀 三、金屬彈簧重力儀 第三章 重力勘探的工作方法 一、工作設(shè)計主要內(nèi)容和技術(shù)要求 二、重力資料的整理 三、重力異常圖 第四章 重力異常的數(shù)據(jù)處理 一、引起異常的主要原因 二、數(shù)據(jù)處理 三、區(qū)域異常和局部異常的劃分方法 四、重力異常的解釋延拓 五、重力異常的二階導(dǎo)數(shù) 第五章 重力異常的正反演問題 一、基本概念 二、規(guī)則形體異常的正反演問題 三

2、、任意形體異常的正反演問題 四、選擇法解反演問題 五、密度界面的正反演問題 第六章 重力勘探的應(yīng)用 一、基礎(chǔ)地球物理調(diào)查區(qū)域重力調(diào)查 （一）概況 （二）成果 （三）應(yīng)用 二、重力勘探在油氣勘查中的應(yīng)用 三、重力勘探在煤田中的應(yīng)用 四、重力勘探在其他地質(zhì)勘探方面的應(yīng)用 五、我國重力勘探工作概況 序序 言言1 第一章第一章 重重力力勘探的基礎(chǔ)理論勘探的基礎(chǔ)理論1 一、地球的重力場1 二、正常重力場和重力異常3 三、巖石和礦石的密度5 第二章第二章 重力儀重力儀6 一、概述6 二、石英彈簧重力儀7 三、金屬彈簧重力儀7 第三章第三章 重力勘探的工作方法重力勘探的工作方法8 一、工作設(shè)計的主要內(nèi)容和技

3、術(shù)要求8 二、重力資料的整理10 三、重力異常圖12 第四章第四章 重力異常的數(shù)據(jù)處理重力異常的數(shù)據(jù)處理13 一、引起異常的主要原因13 二、數(shù)據(jù)處理15 三、區(qū)域異常和局部異常的劃分方法16 四、重力異常的解析延拓18 五、重力異常的導(dǎo)數(shù)19 第五章第五章 重力異常的地質(zhì)解釋及應(yīng)用重力異常的地質(zhì)解釋及應(yīng)用19 一、重力異常解釋的基本概念20 二、重力異常解釋基本方法和步驟20 三、重力勘探的應(yīng)用21 四、重力勘探在其他地質(zhì)勘探方面的應(yīng)用22 五、我國重力勘探工作概況23 序序 言言 重力勘探是地球物理勘探方法之一。是研究地球表面及其周圍 空間重力變化的物理現(xiàn)象。地表及其周圍空間重力變化原因之

4、一是 由于地球內(nèi)部各種巖石密度的不同而引起的，而巖石密度不均勻往 往與地下地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)分布等地質(zhì)原因有關(guān)。由于某種地質(zhì)原因 或礦產(chǎn)賦存而引起的重力變化稱重力異常，這種情況下的重力場稱 為重力異常場。研究重力異常的變化特征，從而得到地下地質(zhì)構(gòu)造、 巖石分布和礦產(chǎn)賦存的地球物理信息，就是重力勘探的實質(zhì)和任務(wù)。 重力勘探在研究深部構(gòu)造、進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造分區(qū)，圈定盆地，巖 漿巖體（隱伏），勘查石油、天然氣，圈定煤系地層分布范圍、尋 找含水地層等工作中發(fā)揮了它應(yīng)有作用。 第一章第一章 重力勘探的基礎(chǔ)理論重力勘探的基礎(chǔ)理論 一、地球的重力場一、地球的重力場 1、重力的概念 重力是最常見的地球物理現(xiàn)象之一。當(dāng)

5、地球表面及其周圍空間 存在有質(zhì)量的物體時，就要受到地球質(zhì)量對他的引力作用，同時還 受到地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的慣性離心力的作用，這兩種力的合力就是物 體所受的重力。如下圖所示。圖中 F 表示地球的引力，C 表示離心 力，P 表示重力，則有 P=F+C 地球 空間到處存在著重力作用，因此這個空 間就存在重力場。顯然，它是引力場和 離心力場的疊加。 物 體所受的重力作用，不僅與物體在重力 場中的位置有關(guān)，而且與物體的質(zhì)量大 小有關(guān)。 當(dāng)物體受重力作用而自由降落時， 將產(chǎn)生重力加速度 g，根據(jù)牛頓第二定 律，它與作用在質(zhì)量 m 的物體上的重力 p 有如下關(guān)系： p=mg 用 m 除上式兩邊，得 p/m=g

6、按照場強(qiáng)定義，單位質(zhì)量所受的重力就是重力場強(qiáng)度（ p/m ）。 可見重力場強(qiáng)度和重力加速度，雖然它的物理概念不同，但其數(shù)值 和量綱完全相同，而且方向一致。因此，在重利勘探中常用“重力” 二字代表重力加速度或重力場強(qiáng)度。在以后的討論中，對兩者不再 區(qū)別。所謂重力測量，就是測量重力加速度或者重力場強(qiáng)度。 在國際單位制中，重力加速度的單位為米/秒 2，以它的十萬分 之一為通用重力單位即 10-5m/s2（毫伽） 1Gal=100mgl=10000gl=10-2m/s2 2、重力場 地球的重力場包括引力場和離心力場 1）引力場 宇宙中任何物體之間都存在萬有引力作用，引力大小是根據(jù)牛 頓萬有引力定律計算

7、的。 由于引力場是一個矢量場，所以采用直角坐標(biāo)系，這樣任何矢 量的大小和方向都可用它的三個坐標(biāo)軸上的投影來表示。坐標(biāo)系原 點位于地球中心，Z 軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合，X，Y 在赤道平面內(nèi)（下 圖） 設(shè) dm 為地球內(nèi)部的某 一質(zhì)量 單元，其坐標(biāo)為 （， ） A 為地球外部的某一點，其 坐標(biāo)為 （x,y,z）。A 點到 dm 的距 離 222 )()()(zyxr 則質(zhì)量單元 dm 對 A 點處單位質(zhì)量的引力為 2 r dm GF 式中 G 為萬有引力常數(shù)，等于 6.6710-11m3/(kg.s2)。 F 方向是由 A 點指向質(zhì)量元 dm。 2）離心力場 地球為一個自旋的天體，設(shè)自旋速度矢量為 ，

8、設(shè)地表任一點 A（x,y,z）到地球自轉(zhuǎn)軸的距離為 L，則 A 點單位質(zhì)量所受到的離 心力為 C=2L 實際離心力的計算公式為 C=2Rcos 地球自轉(zhuǎn)角速度 =2/86164s， 為地球的緯度，地球半徑 R=6376 公里，將上值代入公式，可得 C=3.3910-3cos(10-5m/s2) 從公式可知離心力是規(guī)則變化，赤道最大，兩極為零（約為地 球引力的 1/288）。 二、正常重力場和重力異常二、正常重力場和重力異常 1、正常重力場和正常重力公式 由于地球表面形狀和內(nèi)部密度分布十分復(fù)雜，不可能精確地計 算出地球表面的重力值，而只能用其他方法獲得近似值。由于地球 總是處于流體平衡狀態(tài)，它的

9、大地水準(zhǔn)面與某一旋轉(zhuǎn)橢球面十分接 近，所以可用一個理想橢球面作為大地水準(zhǔn)面的形狀，并且假定地 球內(nèi)部的密度分布是均勻的或者成層均勻分布，并且各層界面都是 共焦點的旋轉(zhuǎn)橢球面，這樣就可以根據(jù)地球的大小、質(zhì)量、扁度、 自轉(zhuǎn)角速度計算出大地水準(zhǔn)面上不同位置的重力值。這種從理論上 計算出來的重力值稱正常重力值。表示重力場數(shù)學(xué)解析式稱為正常 重力公式。 目前常用的正常重力公式有 （1）19011909 年赫爾默特正常重力公式 )/10)(2sin0000075 . 0 sin005302 . 0 1 (978030 2522 0 smg （2）卡西尼公式（1930 年） )/10)(2sin000005

10、9 . 0 sin0052884 . 0 1 (978049 2522 0 smg （3）1979 年國際地球物理及大地測量學(xué)會確定推薦的國際正 常重力公式 )/10)(2sin0000075 . 0 sin0053024 . 0 1 ( 7 . 978032 2522 0 smg 由此可見，正常重力場是一個規(guī)則的力場，正常重力值與緯度 有關(guān)。 2、重力異常 1）引起地表重力變化的因素 地表的重力值是隨著地點和時間不同而變化的。根據(jù)地表重力 變化來進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造和進(jìn)行礦產(chǎn)勘查是重力勘探的基本內(nèi)容。但是 地表重力變化原因取決于好多因素，主要是： （1）地球自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力隨緯度變化； （2）觀測

11、點高度不同引起的重力變化； （3）觀測點周圍地形的起伏引起重力的變化； （4）地球的潮汐，引起重力隨時間的變化； （5）地球內(nèi)部物質(zhì)密度分布不均勻，引起的重力變化。 上述五種因素中，最后一個因素所引起的重力變化才是有意義 的。因為物質(zhì)密度分布不均勻往往和各種地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)分布有密 切關(guān)系。 我們通常把引起重力變化稱為重力異常，它又分為絕對重力異 常和相對重力異常。 2）絕對重力異常 重力測量分為絕對重力測量和相對重力測量。絕對重力測量是 指測量重力的全值，稱為絕對重力值。相對重力測量是指測量各點 與某一基準(zhǔn)點（重力起算點）之間的重力差值，稱為相對重力值。 正常重力公式計算的是海拔高度為零的海平

12、面（大地水準(zhǔn)面） 上的重力值，而實際重力測量工作是在地表上進(jìn)行的，兩者數(shù)值并 不一致。其原因在上面已經(jīng)講過了，為了更直觀地說明二者區(qū)別， 我們以圖示來說明如圖 ： 上圖表述了將重力測點 h 為高度，a 為測點， 為密度，a為 海平面上點，a 換算到海平面 a上的各項改正，即地形改正、高度 改正、中間層改正。 絕對重力異常為大地水準(zhǔn)面上的重力值與正常重力值之差，它 已消除了上述三種因素的影響。 3）相對重力異常 在解決某些地質(zhì)問題時，例如圈定油氣、煤盆地或?qū)ふ业刭|(zhì)構(gòu) 造等，往往不需要進(jìn)行絕對重力測量而是選擇一個重力基準(zhǔn)點作為 測區(qū)的重力起算點?；鶞?zhǔn)點所在的平面稱為基準(zhǔn)面，把該點重力觀 測的根據(jù)作

13、為正常重力場數(shù)據(jù)。各個測點的重力觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行地形， 中間層和高度改正后，減去基準(zhǔn)點的重力值，得到的結(jié)果就是相對 于基準(zhǔn)點的重力異常，稱為相對重力異常。 3、重力隨時間的變化 由于地面上的物體要受到其它天體（主要是太陽和月球）的引 力作用，加之地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)，地面各點與日、月相對位置隨時 間變化而發(fā)生變化，這就引起了引力的周期性變化，這種引力變化 還可引起海洋潮汐和固體潮（所謂固體潮就是固體地球發(fā)生周期性 的起伏變化，即彈性形變），使大地水準(zhǔn)面發(fā)生位移，這種位移造 成了重力周期性變化。這兩種變化的總和稱為重力日變。其變化最 大值僅 0.2-0.310-5m/s2。通常在重力儀混合改正中基本被消

14、除了。 三、巖石和礦石的密度三、巖石和礦石的密度 各種巖（礦）石的密度差異是引起重力異常的必要條件，因此 巖（礦）石的密度參數(shù)是重力勘探中非常重要的物性參數(shù)。它是部 署重力勘探工作的前提，也是對重力異常進(jìn)行地質(zhì)解釋的基本依據(jù)。 大量測定結(jié)果和研究表明，巖（礦）石密度大小有以下規(guī)律： 1）沉積巖 沉積巖密度一般比巖漿巖、變質(zhì)巖低。沉積巖本身密度變化范 圍大，其密度值主要取決于巖石的孔隙度。隨著孔隙度的增加，巖 石密度減少。從巖性看，白云巖、石灰?guī)r密度最大，其次是頁巖、 砂巖、粘土（見表）。同一種巖石也與其地質(zhì)年代和埋深有密切關(guān) 系，一般說年代越老，埋藏越深，孔隙度越小，密度就越大。 2）巖漿巖

15、其密度主要取決于物質(zhì)成分。由酸性巖到基性巖，超基性巖隨 著鐵鎂礦石含量的增加，巖石密度也越來越大?；鹕綆r，尤其是熔 巖，密度較低，而侵入巖密度較高。 3）變質(zhì)巖 其密度主要取決于巖石的物質(zhì)成分，巖石密度與原巖有關(guān)。由 于變質(zhì)作用，使巖石以更改密的形式再結(jié)晶，因此密度往往隨變質(zhì) 程度增加增加而增加，一般比原生巖石的密度要高。 4）石油、煤、鹽等非金屬礦物 石油、煤、鹽等非金屬礦物的密度一般低于圍巖密度，而金屬 礦物的密度則比較高。 表：巖（礦）石密度值表 常見巖（礦）石的密度值表 名 稱密 度 （g/cm3） 名 稱密 度 （g/cm3） 密 名 稱密 度 （g/cm3） 密 純橄欖巖 橄欖巖

16、玄武巖 輝長巖 安山巖 輝綠巖 玢巖 花崗巖 石英巖 流紋巖 片麻巖 云母片巖 千枚巖 蛇紋巖 2.53.3 2.63.6 2.63.3 2.73.4 2.52.8 2.93.2 2.62.9 2.43.1 2.62.9 2.32.7 2.42.9 2.53.0 2.72.8 2.63.2 大理巖 白云巖 石灰?guī)r 頁巖 砂巖 白堊 干砂 粘土 表土 錳礦 鎢酸鈣礦 赤鐵礦 磁鐵礦 黃鐵礦 2.62.9 2.42.9 2.33.0 2.12.8 1.82.8 1.82.6 1.41.7 1.52.2 1.12.0 3.46.0 5.96.2 4.55.2 4.85.2 4.95.2 鈦鐵礦 磁黃

17、鐵礦 鉻鐵礦 黃銅礦 重晶石 剛玉 鹽巖 硬石膏 石膏 鋁釩土 鉀鹽 煤 褐煤 4.55.0 4.34.8 3.24.4 4.14.3 4.44.7 3.94.0 3.13.2 2.73.0 2.22.4 2.42.5 1.92.0 1.21.7 1.11.3 第二章第二章 重力儀重力儀 一、概述一、概述 用于測量某點絕對重力值的儀器稱為絕對重力儀。 用來測量兩點間 重力差值的儀器稱為相對重力儀。 絕對重力測量通常是利用振擺的自由擺動或自由落體的降落運 動來計算重力加速度。 絕對重力儀制造復(fù)雜，精度要求高，故而設(shè)備笨重，一般 500kg 左右，觀測時間一般 12 天，儀器安裝及觀測條件要求較高

18、， 所以只能在少量點上進(jìn)行。我國于 1979 年試制成功絕對重力儀，精 度為 1210-8m/s2,接近世界先進(jìn)水平。 大量的重力測量工作是相對重力測量，這種測量的儀器要求重 量輕，體積小，精度高，便于野外工作。 當(dāng)前進(jìn)行相對測量的重力儀有兩種結(jié)構(gòu)。一種為石英彈簧重力 儀，其型號有加拿大生產(chǎn)的 CG-2，美制渥爾登（Worden），國產(chǎn) ZSM-、型 Z-400 型重力儀。測量精度為204010- 8m/s2；另一種為金屬彈簧重力儀，美制 Lacoste-RomgD.G 型重力儀， （拉柯斯特隆貝格重力儀）測量精度為1010-8m/s2。 二、石英彈簧重力儀二、石英彈簧重力儀 石英彈簧重力儀是

19、當(dāng)前世界使用最廣泛的重力儀之一。種類較 多，構(gòu)造大同小異，工作原理完全相同。這里簡單介紹一下重力儀 的構(gòu)造及有關(guān)問題。 1、重力儀器的構(gòu)造 主要由三部分組成： 1）彈性系統(tǒng)（有的稱作靈敏系統(tǒng)） 主要有負(fù)荷、擺桿、扭絲、主彈簧及溫度補(bǔ)償?shù)妊b置組成。除 負(fù)荷及溫度補(bǔ)償絲由金屬外，其余均為石英制成。這些部件被一個 矩形石英框架支撐著，并固定在密封容器內(nèi)（真空瓶膽）。 2）光學(xué)系統(tǒng)，又稱指示系統(tǒng)。它是一個長焦距顯微鏡，由目鏡、 刻度片、場鏡、反射鏡、物鏡、聚光鏡、燈泡等組成。 3）測量系統(tǒng)，由讀數(shù)裝置、測程調(diào)節(jié)裝置及縱、橫水泡組成。 2、國產(chǎn) ZSM 重力儀 國產(chǎn) ZSM 重力儀目前有、型。前兩種型號

20、測程為 10010-5m/s2， 型為 15010-5m/s2。 當(dāng)前生產(chǎn)的 Z400 型重力儀其測程為 40010-5m/s2。 它們精度為0.0410-5m/s2，重量約為 4.5Kg。每臺售價約 5 萬元。 三、金屬彈簧重力儀三、金屬彈簧重力儀 金屬彈簧重力儀靈敏度較高，操作簡單，使用方便。零點位移 小，有恒溫裝置，可保持讀數(shù)穩(wěn)定。它具有兩套讀數(shù)系統(tǒng)（即光學(xué) 讀數(shù)和電子讀數(shù)）。儀器結(jié)構(gòu)與石英彈簧重力儀相同。所不同的是 平衡體的偏轉(zhuǎn)軸是很細(xì)的金屬彈簧（經(jīng)過退磁的），而不是石英彈 簧。 該儀器型號為 Lacoste-D 型和 G 型。D 型測程為 20010- 5m/s2，G 型測程為 70

21、0010-5m/s2。它們測量精度為0.01010- 5m/s2。重量約 10Kg(主要是蓄電池重)。 價格為 8 萬美元（折合人民幣 67 萬元）。 此外還有加拿大生產(chǎn)的 CG-3、CG-4 型全自動重力儀，它們的 測程范圍和測量精度與 Lacoste 重力儀相同。只不過這種儀器體積較 Lacoste 大。 此外還有用于海洋重力測量的船舷重力儀（自動連續(xù)記錄）。 測量精度較陸地低。航空重力儀已在美國問世。我國總參引進(jìn)了一 臺。 第三章第三章 重力勘探的工作方法重力勘探的工作方法 重力勘探的全部工作過程包括：地質(zhì)任務(wù)、工作設(shè)計、按照設(shè) 計要求進(jìn)行施工，將采集的重力數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并繪制成果圖件，最

22、 后對重力異常進(jìn)行解釋，提出地質(zhì)結(jié)論。 一、工作設(shè)計的主要內(nèi)容和技術(shù)要求一、工作設(shè)計的主要內(nèi)容和技術(shù)要求 根據(jù)地質(zhì)任務(wù)，應(yīng)收集測區(qū)及相鄰地區(qū)的地質(zhì)和地球物理資料， 了解當(dāng)?shù)刈匀坏乩項l件，對重力勘探的可行性進(jìn)行研究，分析有利 和不利因素，進(jìn)行工作設(shè)計。 1、工作比例尺和測網(wǎng)選擇 工作比例尺應(yīng)根據(jù)地質(zhì)任務(wù)、探測對象大小及異常特點來確定。 工作比例尺越大，對重力異常的研究程度越高。 1：50 萬和 1：100 萬比例尺主要適用于重力空白區(qū)的調(diào)查，其 目的是研究深部構(gòu)造和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造劃分構(gòu)造單元等。 1:10 萬1：20 萬比例尺主要用于石油和煤田普查，還可用于 追索、圈定與圍巖有明顯密度差異的隱伏巖

23、體或巖層以及斷裂帶等； 研究基底起伏和構(gòu)造、圈定沉積盆地范圍等。 1：500001：500 多用于構(gòu)造詳查或研究局部構(gòu)造、巖礦體位 置、產(chǎn)狀及詳細(xì)范圍等。 重力測量的方式為面積測量和剖面測量。面積測量一般為正規(guī) 測網(wǎng)或自由網(wǎng)，所謂正規(guī)測網(wǎng)是指線距和點距是 相同的，如 1：100000 比例尺測網(wǎng)為線距 1000 米，點距 500 米；1：20 萬則為 線距 2Km，點距 1 Km；非正規(guī)網(wǎng)（即自由網(wǎng)）要求在 1：20 萬比 例尺中則為 46 Km2內(nèi)應(yīng)有一個測點；測網(wǎng)中的結(jié)點即為重力測點。 剖面測量是根據(jù)地質(zhì)任務(wù)或解釋需要而布置的，測線方向要求 垂直于被勘探對象的走向方向。 布置測網(wǎng)要求其密度

24、為被探測對象上應(yīng)有 35 個測點以上顯示 其異常，對于剖面至少有 3 個以上點反映探測對象產(chǎn)生的異常。 2、重力測量的精度 重力測量的精度是檢驗重力觀測質(zhì)量的重要標(biāo)志，又是決定技 術(shù)措施，經(jīng)濟(jì)的重要指標(biāo)。 對精度的要求應(yīng)保證地質(zhì)任務(wù)的需要，即能反映出探測對象引 起的最小異常。 通常是以觀測誤差來表示精度。誤差愈小，精度愈高。觀測誤 差的求取是對測點進(jìn)行檢查觀測來確定，檢查要求以一同三不同的 方式進(jìn)行，即同點位、不同儀器、不同時間、不同操作員；檢查工 作量為總工作量的 35%左右。且檢查點要求分布均勻。最后以均 方誤差作為重力測量的精度。 其公式為 zn i i 1 2 式中為 點原始觀測與檢查

25、觀測之差， 為檢查點數(shù)。 i in 3、基點和基點網(wǎng) 在進(jìn)行相對重力測量時，必須設(shè)立一個總基點，它是起算點。 為了與周圍拼接或換算絕對重力值，它還用高精度方法與國家重力 基本網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測。 在進(jìn)行面積測量時，在測區(qū)內(nèi)還應(yīng)設(shè)立若干個基點。這些基點 應(yīng)均勻分布并與總基點一起構(gòu)成基點網(wǎng)。 基點網(wǎng)的作用是傳遞重力值和控制重力儀混合零點位移情況， 減少積累誤差，提高觀測精度。 為了上述目的，基點網(wǎng)的觀測精度必須高于普通測網(wǎng)精度。聯(lián) 測方法通常是以一臺或多臺高精度重力儀，較短時間內(nèi)閉合的方法 對各基點進(jìn)行多次重復(fù)來確定各基點相對于總基點的重力差。對于 一個閉合環(huán)來說，各基點重力增量之和應(yīng)等于零。若不等于零即

26、形 成閉合差。此時應(yīng)以時間或觀測次數(shù)來確定誤差分配即所謂平差。 總基點（包括基點）應(yīng)選在交通方便、地基穩(wěn)定、附近無干擾、 有明顯標(biāo)志的地方或埋標(biāo)。 4、野外觀測方法和零點位移校正 進(jìn)行重力觀測時，從基點開始，然后逐個測點觀測，最后閉合 到原基點或另一基點結(jié)束觀測。 如果儀器零點位移不是線性及位移值大，則必須縮短時間閉合 到基點。一般儀器零點位移兩點間最大差值應(yīng)小于設(shè)計要求的觀測 均方誤差 的 13 倍。將兩點間的差值按時間分配到測點上即為 零點位移校正。 5、重力儀的試驗工作 重力儀野外工作中，除對儀器需要進(jìn)行測程調(diào)節(jié)、水泡調(diào)節(jié)、 光線靈敏度調(diào)節(jié)及格值標(biāo)定（調(diào)節(jié)及格值測定方法參閱儀器使用說 明

27、書）外，還需要進(jìn)行混合零點位移試驗和儀器一致性試驗。 混合零點位移試驗分為靜態(tài)和動態(tài)試驗兩種。 靜態(tài)試驗是在室內(nèi)進(jìn)行。每 30min 左右讀一次數(shù)，同時記錄溫 度和時間，保持觀測不少于 24h。最后繪制讀數(shù)變化和時間的關(guān)系 曲線。 動態(tài)試驗是在兩個重力觀測點上重復(fù)觀測，要求兩點間重力差 在 310-5m/s2以上，重復(fù)觀測時間在 2030min 之間，且儀器處在 運動狀態(tài)。持續(xù)時間應(yīng)大體和工作時間相同（12h 左右）。 繪制讀 數(shù)變化和時間的關(guān)系曲線。 重力儀混合零點位移資料是確定重力測量精度和野外工作方法 的重要依據(jù)之一。每年工作開始前均要作上述檢查。 當(dāng)測區(qū)使用多臺儀器工作時，還必須測定各

28、臺儀器之間的一致 性，以便篩選出不合要求的儀器。 6、重力勘探中的測地工作 在重力勘探中，為了對重力測量結(jié)果進(jìn)行各項改正，確定重力 異常位置，必須配合測地工作。 測地工作的任務(wù)是： 1、布設(shè)測網(wǎng)，確定重力點坐標(biāo)，以便進(jìn)行正常重力改正（又稱 緯度改正）； 2、確定重力測點高程，以便進(jìn)行高度、中間 改正； 3、地形變化較大地區(qū)，還應(yīng)作地形測量，以便進(jìn)行地形改正。 測地工作與重力測量具有同樣重要性，它的質(zhì)量直接影響重力 異常精度。 在大比例尺重力測量中（如1：5 萬）多使用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀 進(jìn)行（目前亦有使用高精度 GPS 全球衛(wèi)星定位儀），亦有使用激光 測距儀。 中、小比例尺（1：10 萬的重力測量

29、中，由于重力測量精 度要求較低，常用的測地手段為 1/萬地形圖定點、航片定點等。目 前大多使用 GPS 全球定位儀進(jìn)行。 二、重力資料的整理二、重力資料的整理 在各重力測點上，觀測得到的數(shù)據(jù)是重力儀記數(shù)器讀格。資料 整理時，首先讀格換算成各點的相對重力值。 換算后的重力值，還應(yīng)消除非地質(zhì)因素引起的重力變化，這就 是經(jīng)過各項改正后，得到的才是重力異常。 相對重力測量的各項改正是以基點所在的平面作為基準(zhǔn)面，而 絕對重力測量是以大地水準(zhǔn)面作為基準(zhǔn)面。雖然參考面不同，但改 正方法完全相同。為簡便起見，我們只討論改正到大地水準(zhǔn)面上的 改正。 1、地形改正 地形改正的目的就是將測點所在水準(zhǔn)面以上多余物質(zhì)的

30、影響除 掉，把該水準(zhǔn)面以下物質(zhì)缺失部分補(bǔ)平。經(jīng)過地形改正之后的重力 值，就相當(dāng)于測點周圍是完全平坦情況下的重力值。測點所在水準(zhǔn) 面以上物質(zhì)對測點產(chǎn)生的引力分量是向上的，即多余物質(zhì)對測點重 力值的影響是使讀數(shù)減??；而該點水準(zhǔn)面以下缺失的物質(zhì)，相當(dāng)測 點產(chǎn)生的引力是負(fù)值，也使讀數(shù)減小。所以，測點周圍地形起伏不 論是高是低，都造成重力值減小，因此，地形改正值總是正值。 地形對重力測點觀測值影響最大是在測點附近，隨著距離增大 而影響越來越小。 在大比例尺工作中，近區(qū)地改采用制作量板方式讀取。遠(yuǎn)區(qū)一 般到 2 公里，按扇形環(huán)在地形圖上讀取。 中、小比例尺工作中，近區(qū)地改（050m 或 0100m）采用四

31、 方位目估方法。50（或 100m）2000m，采用地形圖（1/5 萬）讀 圖法分 5 環(huán) （100200，200500，5001000，10001500，15002000m） 前三環(huán)為八方位，后兩環(huán)為 16 方位讀數(shù)平均高，然后換算成影響值。 2Km20Km 用計算機(jī)完成（用 1Km1Km 節(jié)點網(wǎng)高程） 20166.7Km（用 55節(jié)點網(wǎng)高程）。 2、中間層改正 前面已經(jīng)講過，地形改正之后，測點所在平面與基準(zhǔn)面之間存在有 中間層質(zhì)量，要消除這部分質(zhì)量對測點的影響，需要進(jìn)行中間層改正。 其改正公式為 hG g 2 若 g 以 10-5m/s2為單位，h 以米為單位，則上式為 h g 0419.

32、 0 式中 為中間層密度（一般取 2.67g/cm3），h 為高程，當(dāng)測點高程 低于起算點時，改正值為正。 3、高度改正 把測點換算到基準(zhǔn)面（或大地水準(zhǔn)面）上，消除高程引起的重力效 應(yīng)，稱為高度改正。 近似計算：即)/10(3086 . 0 25 smh gh 中間層改正和高度改正場與測量一點高程有關(guān)，在進(jìn)行改正時往往 合并起來進(jìn)行，稱為“布格改正”，其數(shù)學(xué)式為： )/10()0419 . 0 3086 . 0 ( 25 smh gh 4、正常場改正（又稱緯度改正） 當(dāng)基點與測點處于不同緯度時，實測重力值也包括了正常重力值隨 緯度變化的影響。所以必須進(jìn)行緯度改正。其公式為： 10-5m/s2D

33、g 2sin814 . 0 式中 為測區(qū)平均緯度， D 為測點與基點緯向距離，單位為 Km。 一般直接用正常重力公式計算。 5、布格重力異常 經(jīng)過各項改正后得到的重力異常，把經(jīng)過地形改正、中間層改正和 高度改正后，所得結(jié)果稱為布格重力異常，即： g gTdb ggg 0 式中 g 為實測重力值，為正常重力值，為布格改正值，為 0 g gb gT 地形改正值。 重力勘探研究的是布格重力異常。 6、自由空間重力異常 經(jīng)過高度改正后的重力異常稱為自由空間重力異常即： F g ghF ggg 0 三、重力異常圖三、重力異常圖 為了使重力異常分布和變化情況一目了然，便于對異常分析和解釋， 總是把異常用各

34、種圖件來表示，這些圖稱為重力異常圖。 1、布格重力異常平面圖 這種圖是用布格重力異常等值線來表示它的變化。重力異常等 值線間距，一般為重力異常均方誤差 23 倍。取整數(shù)。作圖時應(yīng)按 設(shè)計及地形圖的要求進(jìn)行編繪。它是重力勘探的基本圖件。（見圖 一）。 2、重力異常剖面圖 這種圖主要反映一條剖面上的重力變化情況。以剖面線為橫坐 標(biāo)，重力異常值為縱坐標(biāo)，按照一定比例尺把測點標(biāo)在橫軸上，把 對應(yīng)的重力值按比例尺點在縱坐標(biāo)上，最后用直線將相鄰點連接起 來即可。（見圖二）。 3、重力異常剖面平面圖 這種圖件把多個重力剖面按照測線的實際位置和方向展布在同 一個平面上。（見圖三）。 第四章第四章 重力異常的數(shù)

35、據(jù)處理重力異常的數(shù)據(jù)處理 一、引起異常的主要原因一、引起異常的主要原因 1、重力異常的主要地質(zhì)原因 1）地殼底界面的起伏 地殼與上地幔之間存在一個界面稱為莫霍洛維奇面（簡稱莫氏 面），其深度是地殼界面深度，也就是地殼原度。地殼原度各地不 同，我國大陸平原，一般在 2030Km，高山區(qū)為 4060Km，青藏 高原達(dá) 70Km 以上，海洋區(qū)為 1020Km，這一界面密度差達(dá) 0.3g/cm3以上，界面以上硅鎂層為 2.83.0 g/cm3，硅鋁層為 2.62.7 g/cm3，界面以下物質(zhì)密度值為 3.33.4g/cm3。莫霍面起伏 引起地表重力變化特點是異常范圍大，幅度變化大。海拔越高，地 殼越厚

36、，重力異常就越底，而海洋顯示為重力高。大量資料表明， 布格重力異常與地殼厚度變化存在近似線性關(guān)系。由此可見，布格 重力異常與地形成鏡象關(guān)系。 從全國 1：500 萬布格重力圖上可以看出，在我國東部海溝、布 格重力異常值高達(dá) 10010-5m/s2，而青藏高原重力異常值為- 58010-5m/s2。 地殼厚度與布格重力異常之間有較好的相關(guān)性，可用一線性公 式近似表示，即 gaHH 0 式中 H地殼厚度 H0為零時的地殼厚度 g a相關(guān)系數(shù) 布格異常平均值，平均范圍通常取 100Km。 g 2）結(jié)晶基巖引起的重力異常 結(jié)晶基巖和上覆沉積巖系之間通常有一個明顯的密度界面，密 度差為 0.10.3g/

37、cm3之間。結(jié)晶基巖平均密度比沉積巖系大。在沉 積巖不厚，結(jié)晶基底較淺的地區(qū)，重力異常的變化能較好地反映基 巖頂面的起伏，它的隆起和凹陷是劃分地質(zhì)構(gòu)造的主要依據(jù)，對找 油氣和煤盆地有著主要意義。 如果結(jié)晶基底埋藏較深，則其引起的重力異常變化將明顯減弱， 我國多數(shù)沉積盆地情況就是這樣。為了研究結(jié)晶基底成分的變化和 內(nèi)部構(gòu)造，重力勘探最好和磁法勘探配合進(jìn)行。 3）沉積巖的構(gòu)造和成分的變化 沉積巖系不同時代和不同巖性的地層往往存在著密度差異。明 顯的密度界面除前面講過的下古代基底的頂界面之外，還有好幾個 界面上下存在著密度差別，并且這些界面往往與地質(zhì)界面相吻合， 這是利用重力研究沉積巖層區(qū)域和局部構(gòu)

38、造的依據(jù)，這些界面，地 震勘探、電法勘探亦有效果。 4）金屬礦體和其他地質(zhì)原因 大多數(shù)金屬礦床（如鐵礦、銅礦、鉻鐵礦等），特別是致密狀 的，其密度比圍巖大得多，兩者相差達(dá) 0.53g/cm3，某些非金屬礦， 如巖鹽、煤等，則其密度比圍巖小得多。 金屬礦體一般較小，如埋藏較深時，引起的重力異常比較微弱， 因此在找金屬礦、開展重力勘探時應(yīng)采用高精度重力儀。 2、區(qū)域異常和局部異常的概念 布格重力異常包含了多種因素產(chǎn)生的異常，通常把異常分為局 部異常，區(qū)域異常和干擾異常。 局部異常和區(qū)域異常是一個相對概念。例如，研究淺部地質(zhì)構(gòu) 造問題，研究的對象引起的異常稱為局部異常，把深部地質(zhì)原因引 起的異常稱為

39、區(qū)域異常。進(jìn)行異常解釋時，必須把兩種異常分離。 除此而外，把非研究對象更淺或地表原因及各項改正引起的異 常，統(tǒng)稱為干擾異常。在解釋前，必須對它們進(jìn)行消除。 二、數(shù)據(jù)處理二、數(shù)據(jù)處理 實際工作中所得到的重力異常，往往是各種地質(zhì)因素疊加所引 起，其中還包含有由于各項改正誤差所引起的干擾等。使得實際曲 線不光滑等。為此，數(shù)據(jù)處理的目的： （1）消除各項改正所引起的誤差或與探測對象無關(guān)的某些近地 表密度不均勻體的干擾； （2）從多種地質(zhì)因素所引起的疊加重力異常，劃分出與重力探 測目的有關(guān)的重力異常。 目前，重力異常數(shù)據(jù)處理方法很多，問題也不少，這里只擇簡 單和常用的方法進(jìn)行介紹。 1、徒手平滑法 這是

40、一種消除因各項改正產(chǎn)生誤差的簡捷方法。它是有經(jīng)驗的 技術(shù)人員，根據(jù)異常曲線變化規(guī)律，在實際重力異常誤差范圍內(nèi)進(jìn) 行手工平滑（亦可由計算機(jī)按平均要求來完成）。 2、數(shù)字解析法 這種方法是利用最小乘法原理對異常曲線圓滑處理。這個方法 的實質(zhì)是：用不同的曲線分段逼近剖面上的實測異常曲線，用不同 的曲面分片逼近實測異常值（布格重力異常值）。 1）線性圓滑處理 在一定范圍內(nèi)，異常按線性變化，這里有 3 點、5 點、7 點圓滑 處理，對每點進(jìn)行圓滑時，只需把該點作為中心點，兩邊對稱取點 （3、5、7點）計算即可。從結(jié)果來看，取點越多，曲線越光滑， 異常峰值也降低。這樣就基本消除了干擾異常。 2）二次曲線圓

41、滑處理 若重力異常曲線在一定范圍內(nèi)可視為二次曲線時，則在這個范 圍內(nèi)，可用二次曲線進(jìn)行平滑，一般采用相鄰五個以上點的異常值 作平滑計算。 3、多次線性內(nèi)插圓滑 這種方法即把原始曲線上兩相鄰點的中點聯(lián)接成一條新的曲線， 叫做一次內(nèi)插，在新的曲線上再把相鄰點的中點聯(lián)接起來，即二次 內(nèi)插，以此類推，直到曲線圓滑為止。 三、區(qū)域異常和局部異常的劃分方法三、區(qū)域異常和局部異常的劃分方法 1、平行直線法 當(dāng)區(qū)域異常范圍較大，沿水平方向呈線性變化時，可用一組平 行等值線來表示區(qū)域場的變化趨勢，在剖面上則是具有一定斜率的 直線。局部異常疊加在區(qū)域場的背景上，使局部異常變得很不明顯， 此時只需根據(jù)布格重力異常圖

42、判斷出區(qū)域異常的水平梯度，并據(jù)此 繪出異常等值線，在從每個測點的布格重力異常值中，減去相應(yīng)的 區(qū)域異常值，便可得到局部異常值（又稱剩余重力異常）。 2、平滑曲線法 當(dāng)區(qū)域重力異常等值線呈曲線均勻規(guī)律的變化，則可以按照異 常走向和趨勢，用平滑曲線法畫出區(qū)域異常等值線。 這一方法是在先在異常平面圖上繪制網(wǎng)格，網(wǎng)格距一般為點距 的 45 倍（盡可能使網(wǎng)格大于局部異常范圍），用內(nèi)插方法求出網(wǎng) 格結(jié)點上的重力值，再在結(jié)點之間進(jìn)行內(nèi)插。然后對這些值進(jìn)行圓 滑，根據(jù)圓滑后的異常值，繪制的等值線圖即是區(qū)域異常圖。然后 用布格異常減去區(qū)域異常就可得到剩余異常即局部異常。 3、圓周平均法 圓周平均法就是以圓周上的

43、布格異常平均值作為圓心上的區(qū)域 異常值來劃分局部異常和區(qū)域異常的方法。所取圓的半徑 r 以略大 于區(qū)內(nèi)局部異常范圍的最大限度之半為宜。如果知道局部異常源的 深度，那么最佳半徑為深度的 46 倍。如果不知道局部異常源的深 度，要用試驗方法得到最佳半徑。 4、多項式擬合法（趨勢分析法） 多項式擬合法是用一多項式所表示的平面或曲面，去逼近或擬 合整個測區(qū)內(nèi)布格異常分布的總趨勢來劃分局部異常和區(qū)域異常的 方法。這一方法大多用計算機(jī)完成。 區(qū)域異常平面圖 剩余異常平面圖 四、重力異常的解析延拓四、重力異常的解析延拓 將地表觀測到的重力異常值，利用數(shù)學(xué)方法換算到空間某一高 度或地下某一深度位置上，這種換算

44、稱為解析延拓。想地面以上高 度換算稱向上延拓，反之，稱向下延拓。 由于任意一點的重力異常大小與該點到場源的距離平方成反比， 所以當(dāng)重力異常源的深度不同時，它的異常大小隨觀測平面位置變 化而增減速度不同。向上延拓時，淺部異常源產(chǎn)生的局部異常迅速 衰減，而區(qū)域性異常是由深部地質(zhì)因素引起。相對深度變化較小， 異常衰減速度較慢，這樣，當(dāng)延拓到某一高度時，局部異?？伤p 到趨于零，而區(qū)域異常相對突出了。所以向上延拓可用來壓制局部 異常，突出區(qū)域異常，達(dá)到劃分區(qū)域異常和局部異常的目的。向下 延拓的效應(yīng)還好相反，相當(dāng)于觀測平面越來越接近場源，所以淺部 場源引起的局部異常變化劇烈，異常值迅速增加，而區(qū)域異常相

45、對 變化不大，異常數(shù)值變化也不大，這樣相對突出了局部異常即放大 了局部異常。 目前廣泛應(yīng)用的解析延拓方法為積分插值延拓法。 五、重力異常的導(dǎo)數(shù)五、重力異常的導(dǎo)數(shù) 1、重力異常的水平方向?qū)?shù)的換算 重力異常的水平導(dǎo)數(shù)的原理很簡單，它們實際是重力異常沿某 一方向的變化率。若已知重力異常沿某一方向的變化率，則可取相 鄰兩點的重力差，然后除以兩點間的距離，即可得到。 水平方向?qū)?shù)所得異常，恰好反映了其垂直方向的變化。因此 常用它來研究重力異常沿某一方向變化的地質(zhì)原因。 45 度方向?qū)?shù)圖 2、重力異常的垂向二階導(dǎo)數(shù)的換算 重力異常垂向二階導(dǎo)數(shù) gzz就是剩余質(zhì)量的引力位沿鉛垂方向的 三次導(dǎo)數(shù) vzzz

46、。用換算布格重力異常垂向二階導(dǎo)數(shù)的辦法來壓制區(qū)域 異常的影響，突出局部異常特征，已得到廣泛應(yīng)用，并取得了顯著 效果。關(guān)于換算垂向二次導(dǎo)數(shù)的方法，許多著作中提到的公式已有 數(shù)十個，這里只提出常用的幾個公式即：哈克公式，艾勒金斯第二 公式和羅森巴赫第二公式。 第五章第五章重力異常的地質(zhì)解釋及應(yīng)用重力異常的地質(zhì)解釋及應(yīng)用 一、重力異常解釋的基本概念一、重力異常解釋的基本概念 經(jīng)過各項改正的重力觀測值在進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理之后，便得 到局部重力異常（剩余重力異常）和區(qū)域重力異常。通過對重力異 常場特征的分析，研究引起異常的地質(zhì)原因，這就是重力異常的解 釋。 重力異常解釋分為定性和定量解釋兩種。定性解釋主

47、要是推斷 引起異常的地質(zhì)原因，確定異常源的形態(tài)、范圍、大致埋深；定量 解釋是在定性解釋基礎(chǔ)上對異常源的深度、大小、產(chǎn)狀等進(jìn)行定量 計算。最后，根據(jù)工作地區(qū)地質(zhì)、地球物理條件和已有的地質(zhì)及物 探資料得出明確的地質(zhì)結(jié)論，這就是重力異常進(jìn)行解釋推斷的目的。 為了正確進(jìn)行解釋推斷，就必須了解重力異常與各種地質(zhì)因素 之間的相互關(guān)系，包括數(shù)量關(guān)系。根據(jù)已知地質(zhì)體的形狀、大小、 產(chǎn)狀和物性，用數(shù)學(xué)物理方法研究它引起重力異常的分布規(guī)律，幅 度大小和形態(tài)特征等，稱為重力異常的正演。反之，根據(jù)異常形態(tài)、 幅度大小和分布特征等，來確定地質(zhì)體的形狀、大小、產(chǎn)狀等，稱 為重力異常的反演。正演是反演的基礎(chǔ)。 正演一般是把

48、自然界中地質(zhì)體簡化為簡單的幾何形體，這樣研 究起來比較方便。當(dāng)?shù)刭|(zhì)體形狀和密度分布較復(fù)雜時，按照場的疊 加原理，可把它劃分成若干簡單形態(tài)地質(zhì)體，然后計算每一部分的 重力異常并把它們累加起來，這樣簡單幾何形體的正演也就成了復(fù) 雜形體正演的基礎(chǔ)。 反演方法較多，但存在著解的非單一性，即多解性問題，這是 由于不同的物質(zhì)密度和質(zhì)量分布可能引起相同的異常。例如一個球 形礦體，在地表引起的重力異常決定于它的剩余質(zhì)量和觀測點到球 體中心的距離，反演時，不能單獨確定它的深度和密度值，因為如 果保持剩余質(zhì)量和球體中心深度不變，則球體的密度和半徑大小有 無窮多個值，它們產(chǎn)生的重力異常都是相同的。因此，反演時，一

49、定要對工區(qū)地質(zhì)資料和物性（密度值）進(jìn)行分析。上面例子中，如 果球形礦體的密度值確定了，其半徑大小就可得到唯一解。 二、重力異常解釋基本方法和步驟二、重力異常解釋基本方法和步驟 重力異常的解釋是完成重力勘探任務(wù)的關(guān)鍵。因此在進(jìn)行解釋 之前，必須仔細(xì)研究重力勘探的目的任務(wù)和開展重力工作的地質(zhì)和 地球物理依據(jù)，明確重力異常解釋的中心任務(wù)。 解釋工作首先應(yīng)該從識別異常開始。 （1）在重力異常平面圖上，等值線的圈閉和彎曲，重力異常等 值線軸向的改變，等值線間距的疏密，平行排列等等，都是值得注 意的異?，F(xiàn)象。 （2）在 重力剖面圖上，異常曲線上升或下降的規(guī)律、幅值大 小、極大或極小值的出現(xiàn)等等。 重力異常

50、的解釋前面已講過，分為定性解釋和定量解釋。 定性解釋是根據(jù)重力異常特征和已知的地質(zhì)和其它地球物理資 料，對引起重力異常的地質(zhì)原因作出判斷。 定量解釋是在條件允許的情況下（已知因素較多），對有意義 的異常進(jìn)行定量計算，求出地質(zhì)體的某些產(chǎn)狀參數(shù)。 定性解釋，一般說，幅值和范圍小而水平梯度大的異常，反映 的是近地表的小異常體（如小型巖體，浮土下的基巖起伏等）；幅 值和范圍大，水平梯度小的異常，一般多反映 體積較大。而埋藏較 深的地質(zhì)體（如古潛山、區(qū)域性背、向斜、沉積基底表面起伏等）； 幅值和范圍不大的中等異常可能反映具有一定規(guī)模而埋藏深度不大 的局部地質(zhì)體。我們上面說的大、中、小沒有嚴(yán)格的界限。 三、重力勘探的應(yīng)用三、重力勘探的應(yīng)用 （一）研究地殼深部構(gòu)造 從我國 1：500 萬布格重力圖中可以看到我國布格重力異常分布 的基本特征： 1、布格重力異常值變化總趨勢從東向西逐漸變小，南海海域及 硫球群島布格重力異常值最高達(dá) 40010-5m/s2，進(jìn)入大陸為 010- 5m/s2，青藏高原最低達(dá) -58010-5m/s2。 布格重力異常值的變化趨勢，反映了地殼厚度的變化，隨著布 格重力異常值的減小，地殼厚度逐漸增加。根據(jù)地震及大地電磁測 深等地球物理資料證明，沿海大陸架地殼厚度為 2428Km，而在 青藏高原地殼厚度達(dá) 7080Km。 2、在區(qū)域性重力異常