地球物理勘探5重力、磁法勘探

5重力、磁法勘探部分

5.1重力勘探重力勘探的理論基礎(chǔ)重力異常值的測定與測量結(jié)果整理重力勘探資料的解釋和應(yīng)用5.1.1重力勘探的基本理論重力勘探重力勘探是利用組成地殼的各種巖體、礦體的密度差異引起的重力變化來研究地質(zhì)構(gòu)造與礦產(chǎn)分布的學(xué)科。以牛頓萬有引力規(guī)律為基礎(chǔ)來研究由于地質(zhì)原因產(chǎn)生的重力局部變化化，利用精密的重力儀測出重力異常，經(jīng)過分析計(jì)算，使可推斷地下不同密度的地質(zhì)體的埋藏情況，進(jìn)而確定隱伏礦體的位置和了解地質(zhì)構(gòu)造情況。重力的應(yīng)用劃分大地構(gòu)造單元和研究地殼深部構(gòu)造；圈定含油氣遠(yuǎn)景區(qū)及含煤盆地，尋找金屬礦產(chǎn)；航空領(lǐng)域主要用于推算火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、飛船的運(yùn)行軌道。重力勘探的基本理論重力的實(shí)質(zhì)地球的引力和地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力的合力。由于離心力相對地球引力較小，重力方向仍近似指向地心。重力場強(qiáng)度（重力加速度）稱單位質(zhì)量物體所受的重力大小為該點(diǎn)的重力場強(qiáng)度。它在數(shù)值上和重力加速度相等。1gl=1cm/s21mgl=1gl/1000g.u=1gl/10000(為國際通用重力單位)重力勘探的基本理論正常重力場

地球形狀為繞短軸以一定角速度旋轉(zhuǎn)的橢球體。（赤道半徑a=6378.2km,兩極半徑b=6356.8km）。

某點(diǎn)的正常重力值,

赤道正常重力值，跟地球幾何形狀及自轉(zhuǎn)角度有關(guān)的常數(shù)，表示緯度重力異常：任一點(diǎn)重力觀測值與該點(diǎn)的正常重力值之差稱為重力異常。<<區(qū)域重力調(diào)查技術(shù)規(guī)定>>、<<石油物探局重力技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)>>、<<海洋重力測量暫行規(guī)定>>提出采用統(tǒng)一的正常重力公式.當(dāng)前所用為赫爾默特1909年公式:可計(jì)算出赤道處正常重力值為9.78030m/s2,兩極處為9.832155m/s2重力勘探的基本理論剩余密度、剩余質(zhì)量礦體密度與圍巖的密度之差稱之為剩余密度。剩余質(zhì)量M=V*(-)

決定礦體重力異常大小的不是礦體本身的密度，而是與礦體與圍巖的密度差，剩余密度越大，重力異常越大。重力勘探的基本理論存在剩余密度是重力勘探基本條件，還不是充分條件。5.1.2重力異常值的測定與測量結(jié)果整理重力的測定可分為絕對測定和相對測定。在某一點(diǎn)測定重力的全值，稱之為絕對重力測定，該點(diǎn)往往作為重力基準(zhǔn)點(diǎn)。相對于重力基準(zhǔn)點(diǎn)的重力變化稱為相對重力測定。重力測定設(shè)備——重力儀類型：彈簧重力儀、振弦重力儀、超導(dǎo)重力儀、激光重力儀等

GS型的重力儀的示意圖（一）幾種常見的重力儀

GS型重力儀的示意圖（二）DZW型重力儀的結(jié)構(gòu)

主要技術(shù)指標(biāo):

分辨率：1微伽

直接量程：2毫伽

精

度:±1.9--±3.2微伽

傳感度精度：優(yōu)于0.0001微米

恒溫精度：小于0.0001°C

國外的幾款重力儀WordenGravityMeterFG5AbsoluteGravityMeter

G型

陸地用

重力儀Accuracy測量準(zhǔn)確度:0.04mGal0.01mGal(withoptionalMVRSystem)Precision的讀數(shù)精度0.001mGal0.0001mGal(withoptionalMVRSystem)Repeatability重復(fù)測量準(zhǔn)確度0.01mGal0.005mGal(withoptionalMVRSystem)

GMeterw/CPI

ZeroLength?MetalSpring

Reliable-LowMaintenanceWorldwideRange-NoResetting

LowDrift-<1mGalperMonth

NoDataLogging

ManualReading

CPISystem-improvesrepeatability

0.005mGalDataResolution

0.01to0.02mGalRepeatability

GMeterw/Aliod100xZeroLength?MetalSpring

Reliable-LowMaintenance

WorldwideRange-NoResetting

LowDrift-<1mGalperMonth

InternalDataLogging

AutomaticReading&Leveling

AutomaticTide&TiltCorrection

0.001mGalDataResolution

0.003to0.02mGalRepeatability重力觀測結(jié)果的整理目的：消除與地質(zhì)無關(guān)的干擾因素.采用4種改正處理:緯度改正:即正常場改正.目的是消除測點(diǎn)重力值隨緯度變化的影響.地形改正：當(dāng)測點(diǎn)附近起伏時(shí)，高出測點(diǎn)水平面的質(zhì)量多余部分和低于測點(diǎn)水平面的質(zhì)量空缺部分都對重力測點(diǎn)的引力產(chǎn)生影響，因此必須進(jìn)行削平與充填。高度改正：測點(diǎn)高程不同則重力值不同，因此要將所有的測點(diǎn)校正到同一大地水準(zhǔn)面上。公式：中間層改正：去掉大地水準(zhǔn)面以上的物質(zhì)的引力影響。公式：布伽改正、布伽異常：重力勘探中，把高度改正和中間層改正合起來進(jìn)行，稱之為布伽改正。校正后的重力異常稱為布伽異常。5.1.3重力勘探資料的解釋和應(yīng)用定性解釋任務(wù)：確定地下地質(zhì)大致構(gòu)造形態(tài)和范圍的大小定量解釋任務(wù)：確定地下構(gòu)造具體位置、展布規(guī)律。應(yīng)用條件和范圍條件：密度差、明顯的產(chǎn)狀和足夠大的面積、埋藏深度最大不超過3000米。應(yīng)用范圍：研究結(jié)晶基底表面的起伏和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化；沉積巖的內(nèi)部構(gòu)造和巖相變化；地殼厚度的變化5.2磁法勘探5.2.1磁法勘探基本理論磁法勘探的概念磁法勘探是利用地殼內(nèi)各種巖（礦）石間的磁性差異所引起的磁異常來尋找有用礦產(chǎn)或查明地下地質(zhì)構(gòu)造的一種地球物理勘探方法。磁法勘探的實(shí)質(zhì)和地質(zhì)任務(wù)由于地殼中巖、礦石的磁性差異的存在，在地表就形成有一定特點(diǎn)的局部磁場，疊加在地球磁場之上，形成磁異常，通過測定和分析這些磁異常來研究它和地質(zhì)因素的關(guān)系。從而作出關(guān)于地下地質(zhì)構(gòu)造與礦產(chǎn)分布的有關(guān)結(jié)論，這就是磁法勘探的實(shí)質(zhì)和主要任務(wù)。按工作環(huán)境不同，磁法勘探可分為地面磁測、航空磁測、海洋磁測和井中磁測四類。5.2.1磁法勘探基本理論磁法勘探的理論基礎(chǔ)磁場和磁場強(qiáng)度磁極間的引力或斥力稱為磁力；磁力作用的空間稱為磁場； 磁場中單位“正磁荷”所受的力，稱之為磁場強(qiáng)度。

描述磁場強(qiáng)度的單位如果單位“正磁荷”在磁場中某點(diǎn)所受的磁力是一個(gè)達(dá)因。則該點(diǎn)的磁場強(qiáng)度為1C.G.S.M單位，專門的名稱為奧斯特，用Oe表示。在磁法勘探中所測量的磁場強(qiáng)度的變化是很弱的，這個(gè)單位過大，所以采用十萬分之一奧斯特為單位，稱為伽馬，用γ表示。磁力線常用磁力線來描繪磁體的感場特征。磁場強(qiáng)度不僅可用磁力線表示方向，也能用磁力線的疏密的程度來表示其大小。下圖為磁鐵棒磁場的磁力線圖，磁力線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向。（一）地球的磁場-地磁場分三種類型：基本磁場、變化磁場和磁異常1基本磁場占地磁場的99%以上，由磁偶極子場、大陸磁場和磁場的長期變化三部分組成。主要是由地核內(nèi)電流的對流形成，是一種內(nèi)源磁場。相對穩(wěn)定，但存在站直極為緩慢的變化。（1）地磁三要素：地磁場水平分量H，地磁場與水平面的夾角即地磁傾角I，磁偏角D。地磁要素在地球表面分布的規(guī)律為：T值在兩極處最大，可達(dá)60000~70000nT；向赤道方向逐漸減小，在赤道處最小，只有30000~40000nT。Z值在赤道處為零，向兩極逐漸變大到60000~70000nT。H值在赤道處最大，達(dá)30000~40000nT，向兩極逐漸減小到零。磁傾角在赤道處為零，在兩極附近達(dá)到±90度。

（2）磁偶極子場地磁場與地球中心放一個(gè)強(qiáng)磁偶極子產(chǎn)生的磁場（即均勻磁化球體磁場）很接近。磁偶極子軸和地理軸之間存在約11.5度的傾角.按慣例,把地理北極附近的磁極稱為地球的北磁極,把地理南極附近的磁極稱為地球的南磁極.(3)大陸磁場:地球的基本磁場中除去最佳磁偶極子場部分為非偶極子場.大陸磁場是非偶極子場的主要部分,是由地球內(nèi)部的深源引起的,繞八個(gè)中心分布,具有不同的極性.(4)長期變化:地球的基本磁場有一個(gè)隨時(shí)間緩慢向西飄移的變化,稱為地磁場的長期變化.各點(diǎn)的長期變化是不同的,具有區(qū)域性.2、變化磁場變化磁場是起源于地球外部并疊加在基本磁場上的各種短周期變化磁場。只占地磁場的很小一部分（不到1%），可分為二類：平靜變化和擾動變化。連續(xù)出現(xiàn)有周期性的變化規(guī)律，稱為平靜變化。包括周期為11年，與太陽黑子活動周期一致的磁變化；以一天為周期的太陽靜日變化和太陰日變化。2、變化磁場另一類是偶然發(fā)生的時(shí)間短暫的復(fù)雜變化，稱為擾動變化，主要有磁暴（磁擾）和地磁脈動。磁擾是偶然發(fā)生的地磁場的無規(guī)律變化。磁暴是強(qiáng)度大的磁擾，一般是全球同時(shí)發(fā)生的，強(qiáng)度可達(dá)數(shù)百甚至上千納特，延續(xù)時(shí)間可達(dá)幾天。當(dāng)強(qiáng)磁暴發(fā)生時(shí)，磁測工作應(yīng)停止進(jìn)行。地磁脈動是一種短周期的地磁擾動。3、磁異常地磁學(xué)中，常把地球當(dāng)作一個(gè)理想的均勻磁化球體，它產(chǎn)生的磁場叫正常磁場。在消除了各種短期磁場變化后，實(shí)測地磁場與基本磁場（正常磁場）間存在的差異，稱為磁異常。可分為：大陸性異常、區(qū)域性異常和局部異常。磁異常是地下巖、礦體或地質(zhì)構(gòu)造受地磁場磁化后，在其周圍空間形成并疊加在地磁場上的次生磁場。實(shí)際工作中，磁異常與正常場（即局部異常與區(qū)域異常）的概念具有相對的意義，要根據(jù)解決的地質(zhì)問題和勘探對象來確定。磁異常的測定與數(shù)據(jù)整理磁異常的測定-磁力儀從所測的磁場強(qiáng)度分量上：水平磁力儀、垂直磁力儀、總強(qiáng)度磁力儀從磁力儀原理和結(jié)構(gòu)上：磁通門磁力儀、核子旋進(jìn)磁力儀、光泵磁力儀等磁異常數(shù)據(jù)的整理要對采集原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一些改正，包括：日變改正、正常場改正、溫度改正、零點(diǎn)改正。日變改正：消除地磁場日變對讀數(shù)的影響。日變資料可自己觀測或向附近的地磁臺索取。正常場改正：消除地磁場強(qiáng)度隨緯度和經(jīng)度的正常變化。通常參考本國和世界的區(qū)域等值線圖來進(jìn)行。溫度改正：消除溫度變化引起磁力儀性能的變化而對讀數(shù)的影響。零點(diǎn)改正：消除因儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)受外界影響而產(chǎn)生的讀數(shù)隨時(shí)間的變化。成果：磁異常平面等值線圖磁異常剖面曲線圖磁法勘探的解釋和應(yīng)用定性和定量解釋（1）、磁異常的定性解釋判斷引起磁異常的地質(zhì)原因；判斷地質(zhì)體的形狀與走向；推測地質(zhì)體的位置與范圍；估