第一章 重力場(chǎng)基礎(chǔ)知識(shí)

1、第一章 地球重力場(chǎng) 及有關(guān)的基本理論 第一節(jié)第一節(jié) 地球重力場(chǎng)地球重力場(chǎng) 地球重力場(chǎng)地球重力場(chǎng) 一、萬(wàn)有引力定律一、萬(wàn)有引力定律 12 3 FGr mm r G萬(wàn)有引力常數(shù)萬(wàn)有引力常數(shù) 2 21 r mm GF 而引力而引力 F 服從萬(wàn)有引力定律，即：服從萬(wàn)有引力定律，即： 1 m 2 m r F F 引引 力力 重力與重力加速度重力與重力加速度 PFC 地球上的物體同時(shí)受地球上的物體同時(shí)受 到到3個(gè)力的作用：個(gè)力的作用： 吸引力吸引力 慣性離心力慣性離心力 其它星球的引力其它星球的引力 圖圖1-1 地球外部任一點(diǎn)單位質(zhì)量所受的重力地球外部任一點(diǎn)單位質(zhì)量所受的重力 質(zhì)量為質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)在自轉(zhuǎn)的

2、地球上所受的慣性的質(zhì)點(diǎn)在自轉(zhuǎn)的地球上所受的慣性 離心力離心力C為：為：C=m2r ，方向垂直自轉(zhuǎn)軸向，方向垂直自轉(zhuǎn)軸向 外。外。 重力與重力加速度重力與重力加速度 圖圖1-1 地球外部任一點(diǎn)單位質(zhì)量所受的重力地球外部任一點(diǎn)單位質(zhì)量所受的重力 牛頓第二定律牛頓第二定律 物體的加速度跟作用力成正比；跟物體的質(zhì)物體的加速度跟作用力成正比；跟物體的質(zhì) 量成反比量成反比 數(shù)學(xué)表達(dá)式：數(shù)學(xué)表達(dá)式： 加速度的方向跟合力的方向相同加速度的方向跟合力的方向相同： F a m Fma 重力加速度重力加速度 對(duì)于某一單位質(zhì)點(diǎn)而言，作用其上的重力在數(shù)對(duì)于某一單位質(zhì)點(diǎn)而言，作用其上的重力在數(shù) 值上等于使它產(chǎn)生的重力加速

3、度的數(shù)值，所以值上等于使它產(chǎn)生的重力加速度的數(shù)值，所以 重力即采用重力加速度的量綱。重力即采用重力加速度的量綱。 重力加速度與重力的關(guān)系是：重力加速度與重力的關(guān)系是： G=mg 重力重力 1、重力場(chǎng)強(qiáng)度、重力場(chǎng)強(qiáng)度 單位質(zhì)量的物體在重力場(chǎng)中所受的力，稱為重力單位質(zhì)量的物體在重力場(chǎng)中所受的力，稱為重力 場(chǎng)強(qiáng)度場(chǎng)強(qiáng)度 P = mg g=P/m 上式左邊為重力場(chǎng)強(qiáng)度，右邊為重力加速度上式左邊為重力場(chǎng)強(qiáng)度，右邊為重力加速度 由上式可見(jiàn)：由上式可見(jiàn)：重力場(chǎng)強(qiáng)度重力場(chǎng)強(qiáng)度，無(wú)論在數(shù)值上，還是，無(wú)論在數(shù)值上，還是 量綱上都等于量綱上都等于重力加速度重力加速度，而且兩者的方向也一致。，而且兩者的方向也一致。

4、在重力勘探中，凡是提到在重力勘探中，凡是提到重力重力都是指都是指重力加速度（或重力加速度（或 重力場(chǎng)強(qiáng)度）重力場(chǎng)強(qiáng)度）。 重力的單位（重力的單位（gravity unitgravity unit) ) ugsm.10/1 62 有時(shí)也用有時(shí)也用Gal（伽）作為重力單位，與其它單位關(guān)系（伽）作為重力單位，與其它單位關(guān)系 如下：如下： 在在SI制中：制中：g（重力加速度）的單位為（重力加速度）的單位為1m/s2，規(guī)定，規(guī)定 1m/s2的百萬(wàn)分之一為國(guó)際通用重力單位（的百萬(wàn)分之一為國(guó)際通用重力單位（gravity unit)，簡(jiǎn)寫為，簡(jiǎn)寫為g.u，即：，即： 36 52 11010 110 . .

5、110/ GalmGalGal mGalg u mGalm s 地球的重力地球的重力 1 1、地面點(diǎn)重力近似值、地面點(diǎn)重力近似值 980Gal，赤道重力值，赤道重力值 978Gal，兩極，兩極 重力值重力值 983Gal。由于地球的極曲率及周日運(yùn)動(dòng)的原因，。由于地球的極曲率及周日運(yùn)動(dòng)的原因， 重力有從赤道向兩極增大的趨勢(shì)。重力有從赤道向兩極增大的趨勢(shì)。 2 2、地球上重力的大小與方向只與被吸引點(diǎn)的位置有關(guān)，理、地球上重力的大小與方向只與被吸引點(diǎn)的位置有關(guān)，理 論上應(yīng)該是常數(shù)，但重力是隨時(shí)間變化而變化，即相同的論上應(yīng)該是常數(shù)，但重力是隨時(shí)間變化而變化，即相同的 點(diǎn)在不同的時(shí)刻所觀測(cè)到的重力不相同

6、。點(diǎn)在不同的時(shí)刻所觀測(cè)到的重力不相同。 重力的變化重力的變化 地球在空間上的變化地球在空間上的變化 地球在時(shí)間上的變化地球在時(shí)間上的變化 重力在空間上的變化重力在空間上的變化 地球不是一個(gè)正球體地球不是一個(gè)正球體，而而 是一個(gè)近似于兩級(jí)壓縮的扁球是一個(gè)近似于兩級(jí)壓縮的扁球 體，而且地表面又是起伏不平體，而且地表面又是起伏不平 的，這將引起近的，這將引起近6萬(wàn)萬(wàn)g.u.的重的重 力變化；力變化； 地球繞一定的軸旋轉(zhuǎn)，能地球繞一定的軸旋轉(zhuǎn)，能 使重力有使重力有3.4萬(wàn)萬(wàn)g.u.的變化；的變化； 地下物質(zhì)密度分布不均勻地下物質(zhì)密度分布不均勻 能達(dá)到幾千能達(dá)到幾千g.u.的重力變化。的重力變化。 圖圖

7、1-2 地球形狀示意圖地球形狀示意圖 2013年年NASA發(fā)布的地球形狀照片發(fā)布的地球形狀照片 重力在時(shí)間上的變化重力在時(shí)間上的變化 1、長(zhǎng)期變化、長(zhǎng)期變化 原因：地殼內(nèi)部的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，如巖漿活動(dòng)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、原因：地殼內(nèi)部的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，如巖漿活動(dòng)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、 板塊運(yùn)動(dòng)有關(guān)。板塊運(yùn)動(dòng)有關(guān)。 特點(diǎn)：變化十分緩慢、幅度小，在短時(shí)間內(nèi)變化很弱，特點(diǎn)：變化十分緩慢、幅度小，在短時(shí)間內(nèi)變化很弱， 故在重力勘探中不予考慮。故在重力勘探中不予考慮。 2、短期變化（日變化）、短期變化（日變化） 原因：地球與太陽(yáng)、月亮之間的相互位置變化引起（即原因：地球與太陽(yáng)、月亮之間的相互位置變化引起（即 與天體運(yùn)動(dòng)有關(guān)）。與天體

8、運(yùn)動(dòng)有關(guān)）。 特點(diǎn)：周期短（特點(diǎn)：周期短（24小時(shí)）、變化幅度較大，可達(dá)小時(shí)）、變化幅度較大，可達(dá)23g.u. 概念：固體潮概念：固體潮 圖圖1-3 1976年年7月月9日日10日北京重力日變曲線日北京重力日變曲線 重力在時(shí)間上的變化重力在時(shí)間上的變化 重力場(chǎng)重力場(chǎng) 重力場(chǎng)是地球物理學(xué)和地球物理勘探的一個(gè)基本重力場(chǎng)是地球物理學(xué)和地球物理勘探的一個(gè)基本 概念概念 物理場(chǎng)的性質(zhì)物理場(chǎng)的性質(zhì) 物理場(chǎng)是客觀存在的某種物質(zhì)客體，是物質(zhì)的一物理場(chǎng)是客觀存在的某種物質(zhì)客體，是物質(zhì)的一 種形態(tài)，具有實(shí)物的共同特性種形態(tài)，具有實(shí)物的共同特性 物理場(chǎng)與實(shí)物之間的差異物理場(chǎng)與實(shí)物之間的差異 地球重力場(chǎng)的表述地球重力

9、場(chǎng)的表述 地球重力場(chǎng)是地球周圍空間任何一點(diǎn)存在的一種重力作用地球重力場(chǎng)是地球周圍空間任何一點(diǎn)存在的一種重力作用 或重力效應(yīng)或重力效應(yīng) 地球表面及其附近一點(diǎn)處單位質(zhì)量所受到的力。數(shù)值上等地球表面及其附近一點(diǎn)處單位質(zhì)量所受到的力。數(shù)值上等 于重力加速度于重力加速度 重力場(chǎng)是空間中的一種力場(chǎng)，分布于地球表面及其鄰近的重力場(chǎng)是空間中的一種力場(chǎng)，分布于地球表面及其鄰近的 空間。空間。 重力場(chǎng)是引力場(chǎng)和離心力場(chǎng)的合成場(chǎng)。重力場(chǎng)是引力場(chǎng)和離心力場(chǎng)的合成場(chǎng)。 重力場(chǎng)的測(cè)量應(yīng)當(dāng)是在重力場(chǎng)所在的空間區(qū)域或場(chǎng)域中，重力場(chǎng)的測(cè)量應(yīng)當(dāng)是在重力場(chǎng)所在的空間區(qū)域或場(chǎng)域中， 而不是在重力場(chǎng)中進(jìn)行。而不是在重力場(chǎng)中進(jìn)行。 第二

10、節(jié)第二節(jié) 重力位重力位 重力位 由物理學(xué)可知，在保守力場(chǎng)中，還可用位由物理學(xué)可知，在保守力場(chǎng)中，還可用位 函數(shù)來(lái)研究場(chǎng)的特征。函數(shù)來(lái)研究場(chǎng)的特征。 重力位的物理意義可以理解為場(chǎng)力所做的重力位的物理意義可以理解為場(chǎng)力所做的 功。功。 引力位引力位 假設(shè)在質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為假設(shè)在質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為M的引力場(chǎng)中，引力位的引力場(chǎng)中，引力位 的定義為，移動(dòng)單位質(zhì)量從無(wú)窮遠(yuǎn)到該點(diǎn)的定義為，移動(dòng)單位質(zhì)量從無(wú)窮遠(yuǎn)到該點(diǎn) 場(chǎng)力所做的功?？梢宰C明，質(zhì)點(diǎn)引力位：場(chǎng)力所做的功。可以證明，質(zhì)點(diǎn)引力位： m V = G R 引力位引力位 對(duì)于一個(gè)質(zhì)量為對(duì)于一個(gè)質(zhì)量為M的物體所產(chǎn)生的引力位，的物體所產(chǎn)生的引力位， 應(yīng)為各質(zhì)點(diǎn)在應(yīng)為各質(zhì)

11、點(diǎn)在A點(diǎn)引力位的總和，即點(diǎn)引力位的總和，即 式中式中R為為M到計(jì)算點(diǎn)的距離。到計(jì)算點(diǎn)的距離。 d M m V =G R 引力位 在地球表面上，地球質(zhì)量在地球表面上，地球質(zhì)量ME所產(chǎn)生的引力位是：所產(chǎn)生的引力位是： 式中坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在地球的重心上，式中坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在地球的重心上，R是計(jì)算點(diǎn)到是計(jì)算點(diǎn)到 質(zhì)量元質(zhì)量元 的距離的距離, 是地球內(nèi)部質(zhì)量元。是地球內(nèi)部質(zhì)量元。 E E dm M VG R E dm E dm 引力位引力位 離心力位離心力位 地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力位是地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力位是： 重力坐標(biāo)用地心坐標(biāo)系重力坐標(biāo)用地心坐標(biāo)系 磁力坐標(biāo)用測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)系磁力坐標(biāo)用測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)系 22222

12、 0 11 () 22 Qrxy 重力位重力位 重力位是引力位與離心力位重力位是引力位與離心力位 之和之和 222 1 () 2 E M dm W V Q Gxy r 222 1/2 ()()() rxyz 重力位重力位 重力位重力位 重力位重力位 上式表明，兩個(gè)等位面（水準(zhǔn)面）之間的距離上式表明，兩個(gè)等位面（水準(zhǔn)面）之間的距離 與等位面上的重力值成反比，若等位面上一點(diǎn)的與等位面上的重力值成反比，若等位面上一點(diǎn)的 重力值大，則該點(diǎn)附近兩個(gè)相鄰等位面法向間距重力值大，則該點(diǎn)附近兩個(gè)相鄰等位面法向間距 就?。环粗嗳?。就?。环粗嗳?。 又因?yàn)榈任幻妫ㄋ疁?zhǔn)面）上的重力值并不處處相又因?yàn)榈任幻妫ㄋ疁?zhǔn)面

13、）上的重力值并不處處相 等，所以等位面（水準(zhǔn)面）并不處處平行，由于等，所以等位面（水準(zhǔn)面）并不處處平行，由于 各點(diǎn)的重力值都是有限的，所以各點(diǎn)的重力值都是有限的，所以 ，即兩個(gè)，即兩個(gè) 等位面既不相交也不相切。等位面既不相交也不相切。 n 0n 地球橢球體與正常重力公式地球橢球體與正常重力公式 第三節(jié)第三節(jié) 地球橢球體與正常重力公式地球橢球體與正常重力公式 計(jì)算地球的正常重力場(chǎng)方法計(jì)算地球的正常重力場(chǎng)方法 確定正常重力位的方法很多，現(xiàn)在主要采用以下兩種方法確定正常重力位的方法很多，現(xiàn)在主要采用以下兩種方法： （1 1）拉普拉斯方法。即將地球的引力位按球諧函數(shù)展開，）拉普拉斯方法。即將地球的引力

14、位按球諧函數(shù)展開， 取偶階帶諧前幾項(xiàng)之和，再加上慣性離心力位而得到。這時(shí)取偶階帶諧前幾項(xiàng)之和，再加上慣性離心力位而得到。這時(shí) 的正常橢球面是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的扁球面。的正常橢球面是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的扁球面。 （2 2）司托克斯方法。即根據(jù)地球總質(zhì)量）司托克斯方法。即根據(jù)地球總質(zhì)量M M，地球旋轉(zhuǎn)角速度，地球旋轉(zhuǎn)角速度 、地球橢球的長(zhǎng)半軸、地球橢球的長(zhǎng)半軸a a和地球扁率和地球扁率 確定橢球面上及其外部確定橢球面上及其外部 的重力位。這時(shí)正常橢球面是一個(gè)嚴(yán)格的旋轉(zhuǎn)橢球面。的重力位。這時(shí)正常橢球面是一個(gè)嚴(yán)格的旋轉(zhuǎn)橢球面。 地球橢球體地球橢球體 1、橢球體表面接近于大地水準(zhǔn)面（不是重合）；、橢球體表面接近于大地水準(zhǔn)

15、面（不是重合）； 2、橢球體質(zhì)量與地球質(zhì)量相等；、橢球體質(zhì)量與地球質(zhì)量相等； 3、橢球體旋轉(zhuǎn)軸與地球旋轉(zhuǎn)軸重合；、橢球體旋轉(zhuǎn)軸與地球旋轉(zhuǎn)軸重合； 4、橢球體旋轉(zhuǎn)角速度與地球旋轉(zhuǎn)角速度重合；、橢球體旋轉(zhuǎn)角速度與地球旋轉(zhuǎn)角速度重合； 5、橢球體物質(zhì)呈相似均勻分布或者為均勻?qū)訝?、橢球體物質(zhì)呈相似均勻分布或者為均勻?qū)訝?分布。分布。 由正常重力位求導(dǎo)得到的在正常橢球面由正常重力位求導(dǎo)得到的在正常橢球面 （水準(zhǔn)橢球面）上的重力公式稱為正常重（水準(zhǔn)橢球面）上的重力公式稱為正常重 力公式?；拘问饺缦铝?。基本形式如下 ： 22 1 (1sinsin 2 ) e gg 計(jì)算正常重力值的基本公式：計(jì)算正常重

16、力值的基本公式： ac a 為計(jì)算點(diǎn)的緯度；為計(jì)算點(diǎn)的緯度； ge e為赤道重力值；為赤道重力值； gp p 為兩極重力值；為兩極重力值；g0大地水準(zhǔn)面上緯度為大地水準(zhǔn)面上緯度為 處的正常重力值；處的正常重力值；a a為赤道半徑；為赤道半徑；c c為極半徑為極半徑 計(jì)算正常重力值的基本公式計(jì)算正常重力值的基本公式 其中：其中： 正常重力公式 22 0 9.78049(1 0.00284sin0.0000059sin 2 ) 22 0 9.78030(1 0.005302sin0.000007sin 2 ) 19011909年赫爾默特公式：年赫爾默特公式： 1930年卡西尼公式：年卡西尼公式：

17、1979年國(guó)際地球物理與大地測(cè)量聯(lián)合會(huì)推薦的正常重力公式年國(guó)際地球物理與大地測(cè)量聯(lián)合會(huì)推薦的正常重力公式 1971年國(guó)際正常重力公式年國(guó)際正常重力公式 222 9.780318(1 0.0053024sin0.0000059sin 2 )/gm s 22 9.780327(10.0053024sin0.0000059sin 2 )gm/s2 m/s2 m/s2 地球表面正常重力場(chǎng)的基本特征地球表面正常重力場(chǎng)的基本特征 （1）正常重力值不是客觀存在的，它是人們）正常重力值不是客觀存在的，它是人們 根據(jù)需要而提出來(lái)的；根據(jù)需要而提出來(lái)的； （2）正常重力值只與緯度有關(guān)，在赤道處最）正常重力值只與緯

18、度有關(guān)，在赤道處最 ?。ㄐ。?780300g.u.），兩極處最大），兩極處最大 （9832087g.u.），相差約），相差約50000 g.u ； （3）正常重力值隨緯度變化的變化率，在緯）正常重力值隨緯度變化的變化率，在緯 度度45處最大，而在赤道和兩極處為零；處最大，而在赤道和兩極處為零； （4）正常重力值隨高度增加而減小，其變化）正常重力值隨高度增加而減小，其變化 率為率為-3.086 g.u /m 。 第四節(jié)第四節(jié) 巖（礦）石密度巖（礦）石密度 巖（礦）石密度巖（礦）石密度 一、地球表面的巖石密度一、地球表面的巖石密度 自然界中巖石的密度各不相同，這種差異造成自然界中巖石的密度各不相同

19、，這種差異造成 重力場(chǎng)的不均勻變化。重力場(chǎng)的不均勻變化。 密度差異是開展重力勘探的重要基礎(chǔ)密度差異是開展重力勘探的重要基礎(chǔ) 人們對(duì)于巖石密度的認(rèn)識(shí)主要來(lái)自于地表附人們對(duì)于巖石密度的認(rèn)識(shí)主要來(lái)自于地表附 近近 三大巖類物質(zhì)循環(huán)三大巖類物質(zhì)循環(huán) 三大巖類物質(zhì)循環(huán)三大巖類物質(zhì)循環(huán) 巖（礦）石密度測(cè)量原理巖（礦）石密度測(cè)量原理 巖石密度通常是在實(shí)驗(yàn)室?guī)r石密度通常是在實(shí)驗(yàn)室 用天平或密度計(jì)測(cè)定的。用天平或密度計(jì)測(cè)定的。 重力測(cè)井資料或地震勘查重力測(cè)井資料或地震勘查 的層速度資料也可以用于的層速度資料也可以用于 估計(jì)巖石的密度值。估計(jì)巖石的密度值。 在空氣中稱出標(biāo)本質(zhì)量在空氣中稱出標(biāo)本質(zhì)量m m1 1；

20、在水中稱出標(biāo)本質(zhì)量在水中稱出標(biāo)本質(zhì)量m m2 2 ； ； 根據(jù)阿基米德定律計(jì)算標(biāo)本的體根據(jù)阿基米德定律計(jì)算標(biāo)本的體 積：積： V=V=（m m1 1m m2 2）/ 4. 4. 計(jì)算標(biāo)本密度計(jì)算標(biāo)本密度 =m=m1 1/V/V 巖石組成巖石組成 地殼是由巖石組成的，巖石是由礦物組成地殼是由巖石組成的，巖石是由礦物組成 的，礦物是由組成地殼的化學(xué)元素：的，礦物是由組成地殼的化學(xué)元素：O、 Si、 Al、 Fe、Ca 、K 、Na、Mg等的化等的化 合物組成的。天然產(chǎn)出的這些元素的化合合物組成的。天然產(chǎn)出的這些元素的化合 物即為礦物。物即為礦物。 巖（礦）石的密度巖（礦）石的密度 巖（礦）石的密度

21、的一般規(guī)律巖（礦）石的密度的一般規(guī)律 1、火成（巖漿）巖密度變質(zhì)巖密度沉積巖密度、火成（巖漿）巖密度變質(zhì)巖密度沉積巖密度 根據(jù)長(zhǎng)期研究的結(jié)果，認(rèn)為決定巖、礦石密根據(jù)長(zhǎng)期研究的結(jié)果，認(rèn)為決定巖、礦石密 度的主要因素為：度的主要因素為： 組成巖石的各種礦物成分及其含量的多少；組成巖石的各種礦物成分及其含量的多少； 巖石中孔隙度大小及孔隙中的充填物成分；巖石中孔隙度大小及孔隙中的充填物成分； 巖石所承受的壓力等。巖石所承受的壓力等。 （1）主要取決于礦物成分及其含量的百分比，由）主要取決于礦物成分及其含量的百分比，由 酸性酸性基性基性超基性巖超基性巖，隨著密度大的鐵鎂，隨著密度大的鐵鎂 暗色礦物含量

22、增多暗色礦物含量增多密度逐漸加大密度逐漸加大。 （2）成巖過(guò)程中的冷凝、結(jié)晶分異作用也會(huì)造成）成巖過(guò)程中的冷凝、結(jié)晶分異作用也會(huì)造成 同一巖體不同巖相帶，同一巖體不同巖相帶，由邊緣相到中心相，由邊緣相到中心相， 密度逐漸增大密度逐漸增大； （3）不同成巖環(huán)境）不同成巖環(huán)境(如侵入與噴發(fā)如侵入與噴發(fā))也會(huì)造成同一巖也會(huì)造成同一巖 類的密度有較大差異，類的密度有較大差異，同一成分的火成巖密同一成分的火成巖密 度，噴出巖小于侵入巖度，噴出巖小于侵入巖。 （4）年代老的巖體的密度小于新巖體的密度。年代老的巖體的密度小于新巖體的密度。 巖（礦）石的密度巖（礦）石的密度 2 2、火成巖（、火成巖（2.52

23、.53.6 g /cm3.6 g /cm） 噴出巖噴出巖 2.52.6 g /cm 侵入巖侵入巖 2.72.9 g /cm 基性、超基性巖基性、超基性巖 3.0 火成巖成分和密度火成巖成分和密度 的關(guān)系的關(guān)系 沉積作用與沉積巖沉積作用與沉積巖 3 3、沉積巖（、沉積巖（1.6 2.7 g /cm1.6 2.7 g /cm） 3、沉積巖（、沉積巖（1.62.7 g /cm） 沉積巖的密度主要取決于巖石的孔隙度及巖石所處的構(gòu)沉積巖的密度主要取決于巖石的孔隙度及巖石所處的構(gòu) 造部位：造部位： 1 1、沉積巖一般具有較大的孔隙度，如灰?guī)r、頁(yè)巖、砂巖等，、沉積巖一般具有較大的孔隙度，如灰?guī)r、頁(yè)巖、砂巖等

24、， 這類巖石密度值主要取決于孔隙度大小，干燥的巖石隨孔這類巖石密度值主要取決于孔隙度大小，干燥的巖石隨孔 隙度減少密度呈線性增大；隙度減少密度呈線性增大； 2 2、孔隙中如有充填物，充填物的成分、孔隙中如有充填物，充填物的成分( (如水、油、氣等如水、油、氣等) )及充及充 填孔隙的百分比也明顯地影響著密度值；填孔隙的百分比也明顯地影響著密度值； 3 3、隨著成巖時(shí)代的久遠(yuǎn)及埋深加大，上覆巖層對(duì)下伏巖層的、隨著成巖時(shí)代的久遠(yuǎn)及埋深加大，上覆巖層對(duì)下伏巖層的 壓力加大，這種壓實(shí)作用也會(huì)使密度值變大。壓力加大，這種壓實(shí)作用也會(huì)使密度值變大。 4、變質(zhì)巖（、變質(zhì)巖（2.62.8 g /cm） 變質(zhì)巖

25、的密度變質(zhì)巖的密度一般大于原巖的密度一般大于原巖的密度；變質(zhì)程度越深，；變質(zhì)程度越深， 密度越大；動(dòng)力變質(zhì)而使巖石破碎，則密度減小。密度越大；動(dòng)力變質(zhì)而使巖石破碎，則密度減小。 l變質(zhì)巖的密度與礦物成分、含量和孔隙度均有關(guān)，這主變質(zhì)巖的密度與礦物成分、含量和孔隙度均有關(guān)，這主 要由變質(zhì)的性質(zhì)和變質(zhì)程度來(lái)決定；要由變質(zhì)的性質(zhì)和變質(zhì)程度來(lái)決定； l通常，由于重結(jié)晶等作用，區(qū)域變質(zhì)作用將使變質(zhì)巖比通常，由于重結(jié)晶等作用，區(qū)域變質(zhì)作用將使變質(zhì)巖比 原巖密度值加大；原巖密度值加大； l經(jīng)過(guò)變質(zhì)的沉積巖，如大理巖、板巖和石英巖比原生石經(jīng)過(guò)變質(zhì)的沉積巖，如大理巖、板巖和石英巖比原生石 灰?guī)r、頁(yè)巖和砂巖更致密

26、些。灰?guī)r、頁(yè)巖和砂巖更致密些。 l由于變質(zhì)作用的復(fù)雜性，所以這類巖石的密度變化顯得由于變質(zhì)作用的復(fù)雜性，所以這類巖石的密度變化顯得 很不穩(wěn)定，要具體情況具體分析很不穩(wěn)定，要具體情況具體分析 變質(zhì)作用與變質(zhì)巖變質(zhì)作用與變質(zhì)巖 5、礦石、礦石 金屬礦：金屬礦： 很大，一般大于巖石的平均密度（很大，一般大于巖石的平均密度（2.7 g /cm） 非金屬礦：其非金屬礦：其 小于巖石的平均密度（小于巖石的平均密度（2.7 g /cm） 地球內(nèi)部的密度分布地球內(nèi)部的密度分布 軟流圈軟流圈 核幔邊界核幔邊界 巖石圈巖石圈 (g /cm ) 200060005000 2900 40003000 6371 100

27、0 （核幔分界面）（核幔分界面）（地心）（地心） Km 8 10 6 14 4 12 2 地表地表 地幔地幔 9.9 12.46 5.5 根據(jù)有關(guān)地球物理資料，推測(cè)地球內(nèi)部物質(zhì)密度變化根據(jù)有關(guān)地球物理資料，推測(cè)地球內(nèi)部物質(zhì)密度變化 如下圖所示：如下圖所示： 三、密度的單位 密度的單位：密度的單位： SI單位制：?jiǎn)挝恢疲簁g/m3 CGS單位制：?jiǎn)挝恢疲篻/cm3 火成巖的密度火成巖的密度 火成巖火成巖 一般是指巖漿在地下或噴出地表冷凝后形一般是指巖漿在地下或噴出地表冷凝后形 成的巖石，又稱巖漿巖，是組成地殼的主成的巖石，又稱巖漿巖，是組成地殼的主 要巖石，占地殼總體積的要巖石，占地殼總體積的9

28、5%95%。如花崗巖、。如花崗巖、 流紋巖、輝長(zhǎng)巖、玄武巖、閃長(zhǎng)巖、安山流紋巖、輝長(zhǎng)巖、玄武巖、閃長(zhǎng)巖、安山 巖等。巖等。 火成巖的密度火成巖的密度 火成巖密度的大小主要由巖石的礦物成分火成巖密度的大小主要由巖石的礦物成分 及含量決定。及含量決定。 火成巖（巖漿巖）的密度對(duì)于侵入巖和噴火成巖（巖漿巖）的密度對(duì)于侵入巖和噴 出巖來(lái)說(shuō)是不同的。出巖來(lái)說(shuō)是不同的。 火成巖的密度火成巖的密度 侵入巖的孔隙度很小，其密度主要由化學(xué)侵入巖的孔隙度很小，其密度主要由化學(xué) 成分決定。從酸性到超基性，隨著二氧化成分決定。從酸性到超基性，隨著二氧化 硅含量的減少和鐵鎂氧化物含量的增加硅含量的減少和鐵鎂氧化物含量的

29、增加,侵侵 入巖的密度逐漸增大。入巖的密度逐漸增大。 噴出巖的孔隙度比侵入巖大，其密度也就噴出巖的孔隙度比侵入巖大，其密度也就 比相應(yīng)的侵入巖的密度小。比相應(yīng)的侵入巖的密度小。 沉積巖的密度沉積巖的密度 沉積巖沉積巖 是在地表不太深的地方，將其他巖石的風(fēng)化產(chǎn)物是在地表不太深的地方，將其他巖石的風(fēng)化產(chǎn)物 和一些火山噴發(fā)物，經(jīng)過(guò)水流或冰川的搬運(yùn)、沉和一些火山噴發(fā)物，經(jīng)過(guò)水流或冰川的搬運(yùn)、沉 積、成巖作用形成的巖石。積、成巖作用形成的巖石。 在地殼表層分布最廣泛的卻是沉積巖。沉積巖覆在地殼表層分布最廣泛的卻是沉積巖。沉積巖覆 蓋了大陸面積的蓋了大陸面積的75%（平均厚度（平均厚度2km）和幾乎全）和

30、幾乎全 部的海洋地殼（平均厚度為部的海洋地殼（平均厚度為1km）面積。）面積。 沉積巖的密度沉積巖的密度 沉積巖的密度是由組成沉積巖的礦物密度、孔隙沉積巖的密度是由組成沉積巖的礦物密度、孔隙 度和填充孔隙氣體和液體的密度決定的。度和填充孔隙氣體和液體的密度決定的。 沉積巖的孔隙度變化較大，一般為沉積巖的孔隙度變化較大，一般為235,也有也有 高達(dá)高達(dá)50以上的。石灰?guī)r、白云巖、石膏等的孔以上的。石灰?guī)r、白云巖、石膏等的孔 隙度較小。隙度較小。 沉積巖在壓力作用下孔隙度變小，其密度常隨埋沉積巖在壓力作用下孔隙度變小，其密度常隨埋 深和成巖作用的加深而增大。深和成巖作用的加深而增大。 變質(zhì)巖的密度

31、變質(zhì)巖的密度 變質(zhì)巖變質(zhì)巖 地殼中原有的巖石受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)地殼中原有的巖石受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng) 或地殼內(nèi)熱流變化等內(nèi)營(yíng)力影響，使其礦或地殼內(nèi)熱流變化等內(nèi)營(yíng)力影響，使其礦 物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造發(fā)生不同程度的變化而物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造發(fā)生不同程度的變化而 形成的巖石。形成的巖石。 變質(zhì)巖的密度變質(zhì)巖的密度 變質(zhì)巖的密度主要決定于其礦物組成。變變質(zhì)巖的密度主要決定于其礦物組成。變 質(zhì)巖的孔隙度很小，一般為質(zhì)巖的孔隙度很小，一般為0.13,很少很少 有達(dá)有達(dá)5的。巖石變質(zhì)后密度的變化取決于的。巖石變質(zhì)后密度的變化取決于 變質(zhì)作用的性質(zhì)。變質(zhì)作用的性質(zhì)。 決定巖石密度的主要因素決定巖石密度的主要因素 1、巖（礦）石的礦物成分及含量?；蛘哒f(shuō)巖（礦）石的礦物成分及含量?；蛘哒f(shuō) 構(gòu)成巖石物質(zhì)的礦物顆粒的多少及顆粒本構(gòu)成巖石物質(zhì)的礦物顆粒的多少及顆粒本 身的密度。身的密度。 2、巖（礦）石的孔隙度及孔隙度中的流體。、巖（礦）石的孔隙度及孔隙度中的流體。 3、巖（礦）石的埋藏深度及形成年代。、巖（礦）石的埋藏深度及形成年代。 二、地球內(nèi)部的密度結(jié)構(gòu) 地殼平均：地殼平均：2.67 g/cm3 上地殼平均上地殼平均：2.7 g