重力勘探概述

第一篇重力勘探地球科學(xué)與工程學(xué)院E-mail:chunguan-zhang@163.com張春灌11、重力勘探的概念2、重力勘探的分類3、重力勘探簡史4、重力勘探在我國的發(fā)展5、重力勘探的應(yīng)用重力勘探概述21、重力勘探的概念

物理基礎(chǔ)：牛頓萬有引力定律研究對(duì)象：礦產(chǎn)資源或地質(zhì)構(gòu)造等前提條件：研究對(duì)象與圍巖存在密度差異3重力勘探是以研究對(duì)象和圍巖之間的密度差異為基礎(chǔ)，利用物理學(xué)原理，通過觀測(cè)與分析重力場(chǎng)的空間與時(shí)間分布規(guī)律，查明地質(zhì)構(gòu)造和尋找礦產(chǎn)的一種地球物理方法。42、重力勘探的分類

根據(jù)測(cè)量所處的空間位置的不同，重力勘探可以分為：地面重力勘探；地下（包括坑道及井中）重力勘探；海洋重力勘探；航空重力勘探；衛(wèi)星重力勘探。5重力勘探工作的全過程大致可劃分成三個(gè)階段：首先是根據(jù)承擔(dān)的地質(zhì)任務(wù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘和編寫技術(shù)設(shè)計(jì)；第二步是進(jìn)行野外測(cè)量，采集有關(guān)的各種數(shù)據(jù)；最后是對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行必須的處理和解釋、編寫成果圖件及報(bào)告。61）

地面重力勘探一、重力勘探的地質(zhì)任務(wù)①區(qū)域重力調(diào)查②能源重力勘探③礦產(chǎn)重力勘探④水文及工程重力測(cè)量⑤天然地震重力測(cè)量7二、重力勘探的技術(shù)設(shè)計(jì)①工作比例尺的確定②精度要求及誤差分配③重力測(cè)量的方式④重力測(cè)量的有利條件8三、儀器的檢查與標(biāo)定①重力儀的靜態(tài)試驗(yàn)②重力儀的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)③重力儀的一致性試驗(yàn)④重力儀格值的標(biāo)定9四、基點(diǎn)網(wǎng)的布置與觀測(cè)①基點(diǎn)網(wǎng)的作用②基點(diǎn)網(wǎng)的布置③基點(diǎn)網(wǎng)上的觀測(cè)方法④基點(diǎn)聯(lián)測(cè)10五、普通點(diǎn)、檢查點(diǎn)的布置與觀測(cè)①普通點(diǎn)的布置與觀測(cè)②檢查點(diǎn)的布置與觀測(cè)③補(bǔ)充觀測(cè)11六、測(cè)地工作①按照技術(shù)設(shè)計(jì)要求布設(shè)重力測(cè)網(wǎng)，提供野外的重力測(cè)點(diǎn)位置。②確定重力測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，以便對(duì)重力測(cè)量結(jié)果進(jìn)行正常正常場(chǎng)校正和展點(diǎn)繪圖。③確定重力測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)或相對(duì)高程，以便對(duì)重力測(cè)量結(jié)果進(jìn)行高度校正和中間層校正。④當(dāng)測(cè)區(qū)內(nèi)地形起伏較大，地形影響不能忽略時(shí)，為了進(jìn)行地形校正，需做相應(yīng)比例尺的近區(qū)地形測(cè)量。122）地下重力勘探

地下重力勘探是指在鉆井、豎井中垂直地進(jìn)行，以及在礦區(qū)的不同平巷中水平或垂直地進(jìn)行的重力勘探。在鉆井或豎井中的重力勘探是研究重力垂直分量隨深度的變化，該變化是有地下密度不均勻體的垂向及橫向位置的變化所引起的。13對(duì)于一口井而言，重力垂直分量的變化主要是由儀器與地下密度不均勻體之間垂向距離的變化，以及密度不均勻體與圍巖之間的密度差所引起的，因此井中重力勘探可以提供垂向的密度變化。

坑道中的重力勘探若只在一個(gè)坑道中進(jìn)行，則其原理與地面重力勘探相類似，可提供坑道附近橫向密度變化的資料。若在多層坑道中進(jìn)行重力勘探，則可提供不同深度處密度變化的資料。143）

海洋重力勘探海洋重力勘探為研究地球形狀和地球內(nèi)部構(gòu)造、勘探海洋礦產(chǎn)資源、保護(hù)航天和遠(yuǎn)程武器發(fā)射等提供重力資料。15大洋上的重力測(cè)量工作，最先是有荷蘭大地測(cè)量學(xué)家F.A.Vening

Meinesz于1923年用海洋三擺儀在荷蘭及英、美潛水艇中進(jìn)行的。此后，在沿海淺水區(qū)域常使用海底重力儀，利用遙測(cè)裝置在海面上進(jìn)行觀測(cè)。這種重力儀的結(jié)構(gòu)和陸地重力儀類似，觀測(cè)精度也較高。由于遙測(cè)等技術(shù)問題不易解決，觀測(cè)時(shí)間較長，效率低，所以以后它逐漸被淘汰。第二次世界大戰(zhàn)后，美國、前蘇聯(lián)、日本等國家研制的海洋重力儀安裝在船上，能在航行中進(jìn)行重力測(cè)量，工作效率高，目前廣泛地用于海洋重力測(cè)量。16海洋重力測(cè)量分路線測(cè)量（斷面測(cè)量）和面積測(cè)量兩種方式?；旧喜捎米吆绞降倪B續(xù)觀測(cè)方法。與陸地重力測(cè)量相比，有它特殊要求：①需要在港口、碼頭建立重力基點(diǎn)，重力測(cè)量采用單次觀測(cè)法，起始、閉合于這些基點(diǎn)；②需要準(zhǔn)確準(zhǔn)確的船只運(yùn)動(dòng)參數(shù)（航向、航速及位置）；③要求船只沿航線測(cè)線盡量保持勻速、直線航行。174）

航空重力勘探把重力儀安裝在飛機(jī)或直升機(jī)上進(jìn)行的重力勘探。18優(yōu)勢(shì)：①不受測(cè)區(qū)條件的限制。②不受地形起伏的影響。③不受假頻的影響。能夠連續(xù)地對(duì)數(shù)據(jù)取樣和處理。④在設(shè)計(jì)飛行時(shí)，可以在三維空間測(cè)量，這就可以根據(jù)在不同高度的重力值評(píng)價(jià)所研究的構(gòu)造。19缺點(diǎn)：在飛行狀態(tài)下進(jìn)行的航空重力測(cè)量，重力儀必然受到飛機(jī)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的加速度的垂向分量的影響。為了得到真正的重力加速度，需要進(jìn)行校正消除干擾的影響。205）

衛(wèi)星重力測(cè)量衛(wèi)星重力學(xué)是將衛(wèi)星當(dāng)作地球重力場(chǎng)的探測(cè)器或傳感器，通過對(duì)衛(wèi)星軌道的攝動(dòng)及其參數(shù)變化觀測(cè)，以此研究和了解地球重力場(chǎng)的變化。因此研究地球重力場(chǎng)就不只局限于應(yīng)用天文、大地和地面重力測(cè)量資料，利用衛(wèi)星觀測(cè)資料建立全球重力場(chǎng)模型和確定大地水準(zhǔn)面的理論和技術(shù)得到了迅速發(fā)展。21目前衛(wèi)星重力探測(cè)技術(shù)主要有以下4種模式：①地面跟蹤觀測(cè)衛(wèi)星軌道攝動(dòng)。②衛(wèi)星測(cè)高。③衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星。④衛(wèi)星重力梯度測(cè)量。223、重力勘探簡史

重力勘探的前身是研究地球形狀的重力測(cè)量學(xué)。23

1672年，法國天文學(xué)家里歇利用擺鐘從巴黎到南美進(jìn)行天文觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)重力加速度在世界各地并非恒值。這一消息被牛頓和惠更斯得知后，兩人不謀而合地指出：這種現(xiàn)象與他們認(rèn)為地球是旋轉(zhuǎn)的扁球體的推論相符。這在理論上闡明了地球重力場(chǎng)變化的基本規(guī)律，使人類對(duì)重力現(xiàn)象實(shí)質(zhì)的認(rèn)識(shí)上升到一個(gè)新的高度，同時(shí)也為至今用重力測(cè)量研究地球形狀奠定了基礎(chǔ)。24

開普勒(J．Kepler)提出了行星運(yùn)動(dòng)定律，他的研究為牛頓能夠發(fā)現(xiàn)萬有引力定律打下了基礎(chǔ)。牛頓在1685～1687年提出了萬有引力定律，這一定律是重力測(cè)量及重力勘探最重要的基本定律。25

1735～1745年，法國科學(xué)院在Lapland和Peru的考察，使布格(P．Bouguer)能夠建立了許多基本的引力關(guān)系，包括重力隨高度和緯度的變化規(guī)律，并計(jì)算出水平引力及地球的密度等。

1817年，卡特(C．H．Kater)在重力測(cè)量中引進(jìn)了可以交換振動(dòng)和懸掛中心的復(fù)擺，這個(gè)裝置作為重力調(diào)查的主要工具延續(xù)使用了一個(gè)世紀(jì)。26重力勘探大約起始于20世紀(jì)初。匈牙利物理學(xué)家厄缶(BaronRolandvonEotvos，1848～1919年)在1890年制造出了第一臺(tái)測(cè)量重力變化率的扭秤。1901年，他使用扭秤在Balaton湖進(jìn)行了第一次重力測(cè)量，后來用它在捷克、德國、埃及和美國的石油勘探中尋找鹽丘等儲(chǔ)油構(gòu)造獲得了成功。1922年厄缶扭秤由Shell和Amerada公司進(jìn)口到美國。1922年12月，橫過Spindletop油田的試驗(yàn)性測(cè)量，清楚地表明這個(gè)構(gòu)造能夠被扭秤發(fā)現(xiàn)，從而開創(chuàng)了石油地球物理勘探的歷史。1924年末，在美國得克薩斯(Texas)州Brazori縣，用Nash鹽丘的一口試驗(yàn)井，驗(yàn)證了重力解釋，根據(jù)這一結(jié)果在世界上首次用地球物理方法發(fā)現(xiàn)了石油。

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1923年，韋寧·曼涅茲(F．A．Vening

Meinesz)在荷蘭的潛水艇上用擺儀測(cè)量重力，發(fā)現(xiàn)了重力在不同海洋地區(qū)的變化，特別是發(fā)現(xiàn)了在印度尼西亞海溝附近的巨大重力效應(yīng)。

20世紀(jì)上半葉的重力測(cè)量及重力勘探中，扭秤得到了廣泛的應(yīng)用。1929年，出現(xiàn)了輕便的擺儀。

28由于重力異常的量值僅占重力全值的大約1/107～1/108，測(cè)量起來十分困難，因而輕便而實(shí)用的直接測(cè)量重力值的重力儀，到20世紀(jì)40年代才制造出來。

1934年，拉科斯特(LaCoste)提出了零長彈簧的原理，在1939年制造出第一臺(tái)可以工作的LaCoste重力儀。至今，LaCoste—Romberg重力儀已經(jīng)成為世界上使用得最廣泛的重力儀。294、重力勘探在我國的發(fā)展

1949年前，我國的重力測(cè)量幾近空白。1938年，方俊在上海同濟(jì)大學(xué)首次講授了《重力測(cè)量學(xué)》課程。

1940年，翁文波在重慶中央大學(xué)首次講授了《地球物理勘探》課程。

1945年由翁文波領(lǐng)導(dǎo)的第一個(gè)物理探礦隊(duì)就是一支重力隊(duì)；這個(gè)重力隊(duì)在玉門油田進(jìn)行了試驗(yàn)性測(cè)量。

30地球物理三劍客?31石油勘探：翁文波-清華物理系金屬礦勘探：顧功敘-大同物理地震波理論先驅(qū)：傅承義-清華物理系32

1949年新中國成立后，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，重力勘探與其他物探工作一起，幾乎是從無到有地得到極大的發(fā)展。重力勘探在我國國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用經(jīng)歷了一個(gè)從局部(地區(qū)、部門)發(fā)展到全局(全國、各個(gè)領(lǐng)域)的過程，經(jīng)歷了一個(gè)從局部地區(qū)的找礦發(fā)展到大區(qū)域的礦產(chǎn)勘探，研究地球構(gòu)造，以及解決某些工程地質(zhì)問題的過程。

33除了石油勘探外，在20世紀(jì)60年代的鉻鐵礦普查，以及20世紀(jì)70年代的富鐵礦普查中，重力勘探都是一種主要的方法。

20世紀(jì)80年代以來，重力勘探還配合了地殼地震測(cè)深的地學(xué)大斷面工作；重力法還在工程、地震預(yù)報(bào)等方面得到了應(yīng)用。重力勘探從應(yīng)用領(lǐng)域來看，除地面重力測(cè)量外，還有海洋重力、航空重力、地下重力(井中及坑道)和衛(wèi)星重力測(cè)量。目前，我國已經(jīng)能夠開展這幾個(gè)領(lǐng)域的重力測(cè)量。345、重力勘探的應(yīng)用

重力勘探所觀測(cè)、研究的是天然的地球重力場(chǎng)，引起重力場(chǎng)變化的因素包括從地表附近直至地球深處的物質(zhì)密度分布的不均勻；又因?yàn)橐巴鉁y(cè)量中使用的重力儀輕便，觀測(cè)簡單，采集數(shù)據(jù)方便，所以重力勘探相對(duì)來說具有經(jīng)濟(jì)、勘探深度大以及快速獲得面積上信息的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因而獲得了比較廣泛的應(yīng)用。351)研究地球深部構(gòu)造例如，地殼厚度的變化(莫霍面的起伏)，深大斷裂的可能部位及延伸情況，上地幔密度的不均勻性以及研究地殼的均衡狀態(tài)等。363738392)研究大地及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，劃分構(gòu)造單元；研究結(jié)晶基底的起伏及其內(nèi)部成分和構(gòu)造，圈定沉積盆地范圍，以及研究沉積巖系各密度界面的起伏和內(nèi)部構(gòu)造。

40我國主要有哪些含油氣盆地?41準(zhǔn)葛爾盆地塔里木盆地柴達(dá)木盆地羌塘盆地鄂爾多斯盆地四川盆地二連盆地松遼盆地渤海灣盆地南黃海盆地東海盆地珠江口盆地太平禮樂盆地曾母暗沙盆地423)探測(cè)、圈定與圍巖有明顯密度差異的隱伏巖體或巖層，追索兩側(cè)巖石密度有明顯差異的斷裂，進(jìn)行覆蓋區(qū)的基巖地質(zhì)、構(gòu)造填圖。

434)尋找石油、天然氣或煤等有遠(yuǎn)景的盆地；在圈定的盆地內(nèi)研究沉積層的厚度及內(nèi)部構(gòu)造，尋找有利于儲(chǔ)存油氣或煤的各種局部構(gòu)造，條件有利時(shí)可以研究非構(gòu)造油氣藏(如巖性變化、地層的推覆及生物礁塊儲(chǔ)油等)，并直接探測(cè)與儲(chǔ)油氣層有關(guān)的低密度體。

44455)與其他物探方法配合，圈定金屬及非金屬礦產(chǎn)成礦帶；在條件有利時(shí)，可以探測(cè)并描述控礦構(gòu)造，或圈定