《地球物理勘查》全冊配套完整教學(xué)課件

地質(zhì)大學(xué)物探樓310或者314工作地點

地質(zhì)大學(xué)物探樓310或者314任課教師情況教材：

地球物理勘探概論劉天佑編著地質(zhì)出版社1、應(yīng)用地球物理教程應(yīng)用地球物理學(xué)原理應(yīng)用地球物理數(shù)據(jù)采集與處理地球物理反演基本理論與應(yīng)用方法地球物理方法綜合應(yīng)用與解釋3、中國地質(zhì)大學(xué)出版社參考教材:—重力磁法羅孝寬郭紹雍地質(zhì)出版社2、應(yīng)用地球物理教程—電法放射性地?zé)岣盗伎鹊刭|(zhì)出版社教學(xué)安排學(xué)習(xí)內(nèi)容：

緒論:2學(xué)時

重力勘探:10學(xué)時磁法勘探:12學(xué)時

電法勘探:16學(xué)時地震勘探:4學(xué)時實驗:4學(xué)時

考核方式：考查

緒論?

應(yīng)用地球物理學(xué)的實質(zhì)?

應(yīng)用地球物理方法與地質(zhì)方法的異同點?

應(yīng)用地球物理方法的特點?

應(yīng)用地球物理方法的分類?

應(yīng)用地球物理方法的應(yīng)用條件及應(yīng)用范圍?

應(yīng)用地球物理工作的組成（全過程)

應(yīng)用地球物理學(xué)（又稱應(yīng)用地球物理勘探、勘查地球物理、地球物理探礦）—簡稱物探。它是以地殼中各種巖、礦石間的物理性質(zhì)差異（如密度、磁性、電性、彈性、放射性差異等）為物質(zhì)基礎(chǔ)的，利用物理學(xué)原理，通過觀測和研究因巖、礦石物理性質(zhì)差異而引起相應(yīng)的地球物理場（如重力場、地磁場、電場等）在空間上的局部變化（稱為地球物理異常），就可以推斷地下地質(zhì)構(gòu)造或巖礦體的賦存狀況。達到地質(zhì)調(diào)查的目的一種應(yīng)用科學(xué)。一、應(yīng)用地球物理學(xué)的實質(zhì)1、簡略地說

用專門的地球物理勘探儀器觀測物探異常，研究異常與產(chǎn)生該異常的地質(zhì)體之間的關(guān)系，就能達到解決地質(zhì)問題的目的—稱為物探。

2、形象地說

在地表(或地表以上)用儀器觀測異常，研究分析異常與異常源的關(guān)系，可以解決以下的問題：

●地質(zhì)體的形狀參數(shù)●地質(zhì)體的產(chǎn)狀參數(shù)（如地質(zhì)體的空間位置、埋深、走向、傾角等）●地質(zhì)體的物性參數(shù)（如密度、電阻率、磁性等）1、理論基礎(chǔ)不同地質(zhì)方法：巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、礦床學(xué)等理論為基礎(chǔ)物探方法：各種地球物理場的理論為基礎(chǔ)

2、工作方法不同地質(zhì)方法：對巖礦石露頭或巖芯直接進行觀測

——直接方法物探方法：用儀器對地質(zhì)體引起的異常進行觀測——間接方法二、物探方法與地質(zhì)方法之不同點1、透過覆蓋層尋找隱伏的地質(zhì)構(gòu)造或盲礦體；2、工作效率高、施工進度快、成本低（這是因為，用儀器觀測地球物理場比直接揭露巖、礦體簡便易行）；3、具有解釋的多解性（即同一異?？捎刹煌螤罨虿煌再|(zhì)的地質(zhì)體引起）三、物探方法的特點目前分類的方法有許多種，不同物探工作者的分類也不盡相同。一般有如下四種分類：

四、物探方法的分類按物性參數(shù)分類按工作環(huán)境分類按探測對象分類按場源性質(zhì)分類

重力勘探以巖礦石的密度差異為基礎(chǔ)

磁法勘探以巖礦石的磁性差異為基礎(chǔ)

電法勘探以巖礦石的電性差異為基礎(chǔ)

地震勘探以巖礦石的彈性差異為基礎(chǔ)放射性勘探以巖礦石的放射性差異為基礎(chǔ)

地?zé)峥碧揭詭r礦石的溫度差異為基礎(chǔ)

1、按物性參數(shù)分類2、按工作環(huán)境分類地面物探航空物探地下物探海洋物探

金屬物探——尋找金屬與非金屬石油物探——尋找石油與天然氣煤田物探——尋找煤水文工程物探——水文、工程、環(huán)境地質(zhì)問題深部物探——地殼深部與上地幔地質(zhì)構(gòu)造城市物探——城市建設(shè)與環(huán)境污染問題3、按探測對象分類（1）天然場法（或被動源法） 利用地球天然物理場或者物性差異。如磁法勘探、重力法、地?zé)釡y量法、天然地震等（2）人工場源（或主動源法） 地球物理場由人工激發(fā)，通過控制場源的激發(fā)方式和功率大小等，改變探測深度及不同地質(zhì)探測對象。如電法勘探、人工地震等。4、按場源性質(zhì)分類五、物探的應(yīng)用范圍及應(yīng)用條件（一）應(yīng)用范圍

1、全球構(gòu)造研究：如海底擴張、板塊構(gòu)造、大陸漂移、地殼厚度等；

2、地質(zhì)工作的各個階段（1）在小比例尺的地質(zhì)填圖：探測結(jié)晶基底起伏及內(nèi)部構(gòu)造；劃分大地構(gòu)造單元（如槽、臺界線）；研究沉積巖構(gòu)造、追索深大斷裂。

（2）在大比例尺地質(zhì)填圖中：確定巖層接觸帶、浮土厚度、圈定火成巖體、構(gòu)造破碎帶及斷層，指示成礦遠景區(qū)

（3）普查找礦階段：圈定成礦帶、礦化帶，尋找有工業(yè)意義的礦體

（4）在勘探階段：確定礦體的位置（如中心、邊界、埋藏深度）及產(chǎn)狀；化分礦層

（5）礦產(chǎn)開采階段：指示礦體走向、確定礦體形狀、尋找盲礦體3、其它方面的應(yīng)用?應(yīng)用地球物理在勘探喀斯特溶洞、巖層的斷裂破碎帶，預(yù)測壩基、橋梁、路基、大型廠房地基的穩(wěn)定性等許多方面都取得了滿意的地質(zhì)效果。?另外應(yīng)用地球物理在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測（如地震預(yù)報、山體滑坡）、環(huán)境監(jiān)測、城市建設(shè)及考古等方面也起著重要的作用。由上述可見，物探方法是一種應(yīng)用相當(dāng)廣泛的現(xiàn)代化地質(zhì)探測手段。但是，物探的應(yīng)用總是要受到一定的地質(zhì)及地球物理條件的限制—即必需滿足物探的應(yīng)用條件。（二）物探的應(yīng)用條件1、探測對象與圍巖間必需具有明顯的物理性質(zhì)差異；2、探測對象要具有一定的規(guī)模，且埋藏深度不太大；3、各種干擾因素產(chǎn)生的干擾異常相對于探測對象的異常應(yīng)足夠的弱，或具有不同的特征，以便能夠予以分辨或消除。六、物探工作的過程整個物探工作大致可劃分成四個階段：1、編寫物探技術(shù)設(shè)計書 根據(jù)承擔(dān)的地質(zhì)任務(wù)進行現(xiàn)場踏勘及搜集工區(qū)內(nèi)的地質(zhì)、物探、物性資料編寫技術(shù)設(shè)計2、野外施工

采集物探異常數(shù)據(jù)及工區(qū)內(nèi)巖礦石的物性參數(shù)3、室內(nèi)資料整理通過資料整理得到工區(qū)內(nèi)異常的各種圖件4、物探異常的推斷解釋和報告編寫應(yīng)用地球物理學(xué)概論

重力勘探中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理與空間信息學(xué)院第一節(jié)重力勘探理論基礎(chǔ)一、重力場（gravityfield）（一）重力（gravity）—地球質(zhì)量對物體m的引力,—慣性離心力，—重力G—萬有引力常數(shù)G=6.67×10-11m3/(kg·s2)

質(zhì)量為m的質(zhì)點在自轉(zhuǎn)的地球上所受的慣性離心力C=m

2r

，方向垂直自轉(zhuǎn)軸向外。若將地球的質(zhì)量當(dāng)成M=5.976×1024kg,半徑R=6137km的正球體,可以估算其引力值9.8m/s2.赤道上的慣性離心力最大,約為C=0.0339m/s2,約為地球引力9.8m/s2的1/300.而引力F服從萬有引力定律，即：rFF（二）重力場1、重力場強度 根據(jù)牛頓第二定律，質(zhì)量為m的物體在重力場中所受的力，稱為重力場強度P P=m

gg=P/m上式左邊為重力場強度，右邊為重力加速度 由上式可見：重力場強度，無論在數(shù)值上，還是量綱上都等于重力加速度，而且兩者的方向也一致。在重力勘探中，凡是提到重力都是指重力加速度（或重力場強度）。2、重力的單位（gravityunit)

有時也用Gal（伽）作為重力單位，與其它單位關(guān)系如下：在SI制中：g（重力加速度）的單位為1m/s2，規(guī)定1m/s2的百萬分之一為國際通用重力單位（gravityunit)，簡寫為g.u.，即：重力場的性質(zhì)除了用矢量g來描述外，還可以用重力位這一標(biāo)量函數(shù)來描述對該標(biāo)量函數(shù)沿不同方向求導(dǎo)數(shù)，恰好等于重力場強度（g

）在相應(yīng)方向上的分量，這個標(biāo)量函數(shù)就叫做重力位函數(shù)，簡稱重力位，即：二、重力位dW/dS=g.cos(g.s)=gs2、當(dāng)s方向與g的方向平行時dW/dS=g.cos(g.s)=g由此可見，重力g是重力位沿重力方向的導(dǎo)數(shù)1、當(dāng)s方向與g的方向垂直時dW/dS=g.cos(g.s)=0則W(x,y,z)=c

c—常數(shù)上式表示一個空間的曲面，該曲面上重力位處處都等于常數(shù)c，故稱此曲面為“重力等位面”，重力等位面處處與重力（g

）正交，故又將重力等位面稱為“水準(zhǔn)面”；當(dāng)c取某一定值的水準(zhǔn)面與平均海平面重合時，則這個水準(zhǔn)面—稱為“大地水準(zhǔn)面”地球是一個旋轉(zhuǎn)橢球體（又稱為參考橢球體）、表面光滑；假定：內(nèi)部密度是均勻的，或者是呈同心層狀分布，每層的密度是均勻的，并且橢球面的形狀與大地水準(zhǔn)面的偏差最小三、地球的重力場（一）正常重力場在重力勘探和大地測量學(xué)中，一般把大地水準(zhǔn)面的形狀作為地球的基本形狀。測量結(jié)果表明，大地水準(zhǔn)面的形狀不規(guī)則，它在南北兩半球并不對稱，北極略為突出，南極略平，呈“梨”型，見下圖。φ為計算點的緯度；ge為赤道重力值；gp為兩極重力值；g0大地水準(zhǔn)面上緯度為φ處的正常重力值；a為赤道半徑；c為極半徑2、常用公式（1909年的赫爾默公式：)1、計算正常重力值的基本公式：式中3、地球表面正常重力場的基本特征（1）正常重力值不是客觀存在的，它是人們根據(jù)需要而提出來的；（2）正常重力值只與緯度有關(guān)，在赤道處最?。?780300g.u.），兩極處最大（9832087g.u.），相差約51787g.u.；（3）正常重力值隨緯度變化的變化率，在緯度45°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，其變化率為-3.086g.u./m

。（二）重力隨時間的變化1、長期變化 原因：地殼內(nèi)部的物質(zhì)運動，如巖漿活動、構(gòu)造運動、板塊運動有關(guān)。 特點：變化十分緩慢、幅度小，在短時間內(nèi)變化很弱，故在重力勘探中不予考慮。2、短期變化（日變化） 原因：地球與太陽、月亮之間的相互位置變化引起（即與天體運動有關(guān)）。 特點：周期短（24小時）、變化幅度較大，可達2~3g.u.

概念：固體潮1976年7月9日—10日北京重力日變曲線（三）重力異常——測點的重力觀測值——測點的正常重力值——重力異常1、定義：在重力勘探中，由地下巖（礦）石密度分布不均勻所引起的重力變化稱為重力異常。廣義的講：2、造成g觀與g0之間差別的原因（1）重力觀測是在地球的自然表面上而不是在大地水準(zhǔn)面上進行的（自然表面與大地水準(zhǔn)面間的物質(zhì)及測點與大地水準(zhǔn)面間的高差會引起重力的變化）（2）地殼內(nèi)物質(zhì)密度的不均勻分布；（3）重力日變化地表（觀測面）大地水準(zhǔn)面σh3、重力異常的物理意義AV大地水準(zhǔn)面σgσ0

△σ=σ–σ0△m=Δσ×Vg0△F△gΔg=g觀

–

g0

ΔF×cosθ△F觀4、引起重力異常的條件

σ1σ2σ3σ0

σ1>σ0

σ2<σ0

σ3=σ0△g0-+（例如，△m=50萬噸的球形礦體，當(dāng)中心埋深為100米，可產(chǎn)生355μGal

的異常，當(dāng)中心埋深為1000米；則只能產(chǎn)生3.4μGal的異常，該強度的異常儀器不能觀測到。）（5）干擾場不能太強或具有明顯的特征。（1）探測對象與圍巖要有一定的密度差。（2）巖層密度必須在橫向上有變化，即巖層內(nèi)有密度不同的地質(zhì)體存在，或巖層有一定的構(gòu)造形態(tài)。（3）剩余質(zhì)量不能太?。刺綔y對象要有一定的規(guī)模）（4）探測對象不能埋藏過深4、引起重力異常的條件第二節(jié)巖礦石密度、重力儀三大巖類物質(zhì)循環(huán)三大巖類物質(zhì)循環(huán)巖石密度測量原理巖石密度通常是在實驗室用天平或密度計測定的。重力測井資料或地震勘查的層速度資料也可以用于估計巖石的密度值。

在空氣中稱出標(biāo)本質(zhì)量m1；在水中稱出標(biāo)本質(zhì)量m2；根據(jù)阿基米德定律計算標(biāo)本的體積：

V=（m1－m2）/ρ4.計算標(biāo)本密度σ=m1/V一、巖（礦）石的密度及地球密度分布（一）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＞沉積巖密度根據(jù)長期研究的結(jié)果，認為決定巖、礦石密度的主要因素為：組成巖石的各種礦物成分及其含量的多少；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。2、火成巖（2.5～3.6g/cm3）（1）主要取決于礦物成分及其含量的百分比，由酸性→基性→超基性巖，隨著密度大的鐵鎂暗色礦物含量增多密度逐漸加大。（2）成巖過程中的冷凝、結(jié)晶分異作用也會造成同一巖體不同巖相帶，由邊緣相到中心相，密度逐漸增大；（3）不同成巖環(huán)境(如侵入與噴發(fā))也會造成同一巖類的密度有較大差異，同一成分的火成巖密度，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。噴出巖2.5～2.6g/cm3侵入巖2.7～2.9g/cm3基性、超基性巖3.0～火成巖成分和密度的關(guān)系3、沉積巖（1.6~2.7g/cm3）沉積作用與沉積巖3、沉積巖（1.6~2.7g/cm3）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：1、沉積巖一般具有較大的孔隙度，如灰?guī)r、頁巖、砂巖等，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；2、孔隙中如有充填物，充填物的成分(如水、油、氣等)及充填孔隙的百分比也明顯地影響著密度值；3、隨著成巖時代的久遠及埋深加大，上覆巖層對下伏巖層的壓力加大，這種壓實作用也會使密度值變大。4、變質(zhì)巖（2.6~2.8g/cm3）變質(zhì)巖的密度一般大于原巖的密度；變質(zhì)程度越深，密度越大；動力變質(zhì)而使巖石破碎，則密度減小。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)程度來決定；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；經(jīng)過變質(zhì)的沉積巖，如大理巖、板巖和石英巖比原生石灰?guī)r、頁巖和砂巖更致密些。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變質(zhì)作用與變質(zhì)巖5、礦石金屬礦：σ很大，一般大于巖石的平均密度（2.7g/cm3）非金屬礦：其σ小于巖石的平均密度（2.7g/cm3）（二）地球內(nèi)部的密度分布軟流圈核幔邊界巖石圈由于地震學(xué)等的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了地球內(nèi)部一系列的物理界面。有了這個基礎(chǔ)才能了解固體地球的各種過程。1914年-地球內(nèi)部縱波和橫波速度分布；1940年-地震波走時表、地球分層模型、上地幔低速層；50年代-分層結(jié)構(gòu)模型。σ(g/cm3)20006000500029004000300063711000（核幔分界面）（地心）Km8106144122地表地幔9.912.465.5根據(jù)有關(guān)地球物理資料，推測地球內(nèi)部物質(zhì)密度變化如下圖所示：二、重力儀機械式（彈簧、振弦）電子式（超導(dǎo)、激光）應(yīng)用：地面、海洋、衛(wèi)星、井下The"Gravity"oftheSituation!Ingravityprospecting,wemeasureverysmallvariationsintheforceofgravityfromrockswithintheearth.Differenttypesofrockshavedifferentdensities,andthedenserockshavethegreatergravitationalattraction.Totheleftisa“gravimeter”whichmeasurestheforceofgravityintheearth.（一）重力儀分類：按結(jié)構(gòu)分機械式重力儀電子式重力儀石英彈簧重力儀振弦重力儀（海上）超導(dǎo)重力儀金屬彈簧重力儀激光重力儀按測量原理分相對重力測量儀絕對重力測量儀（實驗室）

從原理上說，凡是與重力磁力有關(guān)的物理現(xiàn)象都可以用于設(shè)計制造重力儀與磁力儀，并用它們來測定重力值和磁力值。但是重力勘查要求能測量重力場和磁場的微弱變化，在重力測量中要求能測量出重力全值10-7～10-9量級變化，在磁力測量中，要求能測量出0.1～1nT的磁場變化，它相當(dāng)于平均地磁場值的1/50萬～1/5萬。因此要求重力儀與磁力儀要有高靈敏度、高精度等良好的性能。重磁勘查的儀器及野外工作方法儀器及野外工作方法mgmhmlmmg測定重力絕對值測定重力相對值（二）重力測量原理絕對重力測量儀器

絕對重力測量的簡單原理是利用自由落體的運動規(guī)律，在固定或移動點上測量時，有單程下落和上拋下落兩種行程。自由落體為一光學(xué)棱鏡，利用穩(wěn)定的氦氖激光束的波長作為邁克爾遜(Michelson)干涉儀的光學(xué)尺，直接測量空間距離；時間標(biāo)準(zhǔn)是采用高穩(wěn)定的石英振蕩器與天文臺原子頻率指標(biāo)對比。觀測時，仍然還有許多干擾因素影響重力值的精確測定，如大地脈動、真空度、落體下落偏擺等等，對此必須加以分析、控制和校正。1、自由下落單程觀測自由落體在真空中的下落，其質(zhì)心在時刻t１、t２、t３相應(yīng)經(jīng)過的位置分別為h１、h2、

h3

，時間間隔為T１、T2

，經(jīng)過距離為S１、S2，則由自由落體運動方程式最后可導(dǎo)出重力值的公式為精確測定S１、S２是采用邁克爾遜干涉儀的原理，當(dāng)落體光心在光線方向上移動半波長(λ/2)時，干涉條紋就產(chǎn)生一次明暗變化，顯示干涉條紋，下落行程所產(chǎn)生的干涉條紋數(shù)目直接代表下落距離(即S=Nλ/２，N為干涉條紋數(shù))。這些干涉信號由光電倍增管接收，轉(zhuǎn)換成電信號，放大后與來自石英振蕩器的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號同時送入高精度的電子系統(tǒng)，以便計算時間間隔與干涉條紋數(shù)目，從而精確得到S１、S2、S3、S4

。

絕對重力測量儀器2、上拋下落雙程觀測上拋下落對稱觀測可避免殘存空氣阻力、時間測定、電磁等影響帶來的誤差，物體被鉛垂上拋后，其質(zhì)量中心所走的路程先鉛垂向上而后下，其時間與距離的關(guān)系如圖所示。圖中C和C′、B和B′、A和A′在空間都是一點。從運動學(xué)公式可以導(dǎo)出式中T２＝ｔ４-ｔ１，Ｔ１＝ｔ３－ｔ２，Ｓ＝ｈｃ－ｈB絕對重力測量儀器工作原理相對重力測量儀器系數(shù)C稱為格值，因此測得重物的位移量就可以換算出重力差?，F(xiàn)代重力儀的測讀都是采用補償法進行的，也稱零點讀數(shù)法一個恒定的質(zhì)量m在重力場內(nèi)的重量隨g的變化而變化，如果用另外一種力（彈力、電磁力等）來平衡這種重量或重力矩的變化，則通過對該物體平衡狀態(tài)的觀測，就有可能測量出兩點間的重力差值。工作原理oo'oo'11擺桿ααmg擺桿的水平（零點）位置主彈簧測量彈簧測程彈簧重荷扭絲“零點讀數(shù)法”LCR重力儀彈性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖1.平衡體2.減震彈簧3.主彈簧4、6.水平杠桿7、9.垂直杠桿5.測微器8.氣壓補償器10.重荷11.電容板12.指示絲13.外殼減震彈簧連接示意圖電容放大裝置1、溫度影響——采用電熱恒溫2、氣壓影響——真空封閉和氣壓補償3、電磁力影響——消磁和定向測量4、安置狀態(tài)不一致的影響——調(diào)平5、零點漂移影響——零漂校正6、震動的影響——減震材料，輕拿輕放影響重力儀精度的因素※地面重力儀 石英彈簧 金屬彈簧 超導(dǎo)重力儀※井中重力儀※海洋重力儀※航空重力儀※衛(wèi)星重力儀

重力儀金屬彈簧重力儀

海底重力儀

絕對測量重力儀絕對測量重力儀

新一代絕對重力儀采用了幾項重要的新技術(shù)：一是將自由下落法改為上拋下落的對稱法，除增加行程這個優(yōu)點外，對稱法還能降低儀器對真空度的要求；二是采用數(shù)字采樣技術(shù)，使儀器向數(shù)字化方向前進了一大步；三是采用反饋長周期地震擺消除地面振動干擾。

相對測量重力儀繼CG-3型重力儀之后的改進型自動電子讀數(shù)重力儀，1微伽分辨率，5微伽精度，是當(dāng)前基于溶凝石英彈性系統(tǒng)的最佳重力儀。繼CG-3型重力儀之后的改進型自動電子讀數(shù)重力儀，1微伽分辨率，5微伽精度，是當(dāng)前基于溶凝石英彈性系統(tǒng)的最佳重力儀。CG-5型重力儀<儀器型號指標(biāo)Worlden(美國Texsas公司)CG-2(加拿大Scintrex公司)ZSM-V(國產(chǎn))主型勘探型測量范圍（g.u.）*30000300005000050000精度（g.u.）0.10.10.3格值變化1/10001/10001/1000<1/1000恒溫裝置有無有重量（kg）2.72.356幾種石英彈簧重力儀的主要技術(shù)指標(biāo)類型D型G型測量范圍2000g.u.7000g.u.測量精度*0.1g.u.0.4g.u.讀數(shù)重復(fù)性0.05g.u.0.1g.u.零點漂移約5g.u./月（使用一年以上）約10g.u./月（使用一年以下）體積20cm×18cm×25cm電源DC12V凈重3.2kgLCR重力儀的主要技術(shù)指標(biāo)

（美國Lacoste&RombergGravityMetersInc.生產(chǎn)

）第三節(jié)重力勘探工作方法三、重力勘探工作方法1、重力預(yù)查 在重力測量的“空白區(qū)”中進行的大范圍、小比例尺的重力測量 目的：大地構(gòu)造的基本輪廓（如斷裂帶、巖體的分布等）的資料2、重力普查 在有進一步工作價值的地區(qū)開展的重力測量 目的：劃分區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、圈定巖體及儲油構(gòu)造，比較確切地指示成礦遠景區(qū)（一）工作任務(wù)3、重力詳查 在成礦遠景區(qū)（或成礦有利地段）進行重力測量 目的：詳細地研究工區(qū)重力異常的規(guī)律和特點，尋找局部構(gòu)造或巖、礦體4、重力細測 在已發(fā)現(xiàn)的儲油、氣構(gòu)造、煤盆地，以及成礦有利的巖、礦體上進行的重力測量 目的：構(gòu)造、巖體、礦體的形態(tài)及產(chǎn)狀（一）工作任務(wù)（二）工作比例尺、測網(wǎng)及測量精度

三、重力勘探工作方法1、工作比例尺工作比例尺反映了重力測量工作的詳細程度；比例尺取決于相鄰測線間的距離。比例尺愈大，單位面積內(nèi)的測點數(shù)就愈多，對重力異常的研究也就愈詳細比例尺應(yīng)與工作任務(wù)相適應(yīng)航空重力測量示意圖重力勘探工作比例尺、測點間距及測網(wǎng)密度工作階段比例尺測點間距（m）測網(wǎng)密度（點/km2）預(yù)查1:1,000,0001:500,0007,000－10,0003,000－5,0000.01～0.020.04～0.1普查1:200,0001:100,0001,500－2,000500－1,0000.25～0.51～4詳查1:50,0001:25,000200－500100－2004～2525～100細測1:10,0001:5,0001:2,00050－10025－5010－20100～400400～1,6002,500～10,0002、測網(wǎng) 測網(wǎng)一般是由相互平行的等間距的測線和在測線上分布的等間距的測點所組成，如下圖所示：測線測點線距點距地質(zhì)體（構(gòu)造線）★測線應(yīng)垂直地質(zhì)體（構(gòu)造線）的走向測量精度是衡量野外觀測質(zhì)量的重要標(biāo)志，同時也是決定技術(shù)措施、工作效率和成本的重要指標(biāo)。精度是指測量值與真值的接近成度精度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)任務(wù)和工作比例尺來確定例如：金屬礦普查，取探測對象產(chǎn)生的最小有意義異常的1/3~1/4作為測量精度3、測量精度（三）重力野外觀測重力基點的作用：（1）工區(qū)內(nèi)重力異常的起算點（2）檢查儀器的零點漂移，確定零點漂移校正系數(shù)2、野外觀測1、重力基點建立3、資料整理三、重力勘探工作方法第四節(jié)重力資料的整理與圖示一、重力資料的整理野外觀測結(jié)束后，應(yīng)將各測點相對于基點的重力差值確定出來，即但這些差值還不能稱為重力異常。差值中包含了許多干擾因素的影響（如地形不水平、日變化、測點空間位置不同等因素的影響）地面上任一點的重力值都由四種因素決定：影響因素大小解決辦法地形起伏達1,000g.u.地形校正、中間層校正和高度校正測點緯度達51,787g.u.正常場校正固體潮可達2-3g.u.計算得到巖礦石密度變化10~1,000g.u.重力異常一、重力資料的整理為了獲得單純由地下密度不均勻體引起的重力異常，則必須消除各種干擾因素的影響，通常要進行如下校正： （1）地形校正 （2）中間層校正 消除自然地形起伏干擾 （3）高度校正 （4）正常場校正——

消除地球正常重力場影響1、地形校正（δg地）重力資料的整理校正原因：地形起伏往往使得測點周圍的物質(zhì)不能處于同一水準(zhǔn)面內(nèi)，對實測重力異常造成干擾，必須通過地形校正予以消除，又稱為地改。地形平坦無需地改地形起伏需要地改基點測點基點測點1、地形校正（δg地）重力資料的整理校正辦法：除去測點所在水準(zhǔn)面以上的多余物質(zhì)，并將水準(zhǔn)面以下空缺的部分用物質(zhì)填補起來按測網(wǎng)劃分扇形小塊分別計算校正值并相加，就獲得該點的重力校正值。根據(jù)距測點的距離，分為近區(qū)地改，中區(qū)地改和遠區(qū)地改，基點測點基點測點1、地形校正（δg地）重力資料的整理dm-dm注意：地形改正值恒為正基點測點2、中間層改正（δg中）重力資料的整理校正原因：經(jīng)地形校正后，測點周圍的地形變成水準(zhǔn)面，但測點所在水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面（總基點所在水準(zhǔn)面）間還存在著一個水平物質(zhì)層，消除這一物質(zhì)層的影響就是中間層校正。ΔhΔh大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面總基點測點2、中間層改正（δg中）重力資料的整理Δh校正辦法：中間層可當(dāng)作一個厚度為Δh，密度為σ的無限大水平均勻物質(zhì)面，其校正公式為：測點高于大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面時，△h取正，反之取負。中間層密度通常取為2.67g/cm3。σ大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面總基點測點3、高度改正（δg高）重力資料的整理校正原因：若把地球當(dāng)作密度均勻同心層分布的旋轉(zhuǎn)橢球體時，地球正常重力場地面每升高1m減小約3.086g.u.。經(jīng)地形、中間層校正后，測點與大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面間還存在一個高度差△h，要消除這一高度差對實測的影響，就要進行高度校正Δh校正辦法：測點高于大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面時，△h取正，反之取負重力資料的整理布格校正：高度校正和中間層校正都與測點高程Δh有關(guān)，將這兩項合并起來，統(tǒng)稱為布格校正（δg布）注意：地表實測重力值是地下密度均勻體和密度不均勻地質(zhì)體（如地質(zhì)構(gòu)造、巖礦體等）的綜合影響。

上述校正消除了起伏地形上各測點與大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面密度均勻體對實測重力值的影響，并沒有消除密度不均勻體的影響。 因此，對于校正后僅由密度不均勻體引起的異常而言，上述各項校正后，各測點仍在起伏的自然表面上。4、正常場校正（δg地）重力資料的整理校正原因：當(dāng)測點與總基點不在同一緯度時，測點重力值包含了總基點與測點間的正常重力場的差值，這一差值需要消除。校正辦法：（1）在大面積測量時，按1909赫爾默特公式計算正常重力值，再從觀測值中減掉它；（2）在小面積重力測量中按下式計算：φ為總基點緯度或測區(qū)的平均緯度；D為測點到總基點的緯向（南北向）距離，在北半球，當(dāng)測點位于總基點以北時D取正號，反之取負號，單位km。三、重力異常的圖示1、重力異常剖面圖2、重力異常平面剖面圖3、重力異常平面等值線圖重力異常等值線平面圖圖按測線實際位置和方向展布在同一平面上自由空間重力異常布格重力異常海底地形構(gòu)造區(qū)劃分布圖第五節(jié)重力異常的

地質(zhì)－地球物理含義1、自由空間重力異常2、布格重力異常3、均衡重力異常1、自由空間重力異常重力測量所觀測的重力異常左圖為正常重力值對應(yīng)的參考橢球體；右圖為實際的地球，A為地表的一個測點，設(shè)gA代表該點的重力觀測值，g０是A點在大地水準(zhǔn)面上投影點處的正常重力值。1、自由空間重力異常重力測量所觀測的重力異常自由空間重力異常就是對觀測值僅作正常場校正和高度校正，反映的是實際地球的形狀和質(zhì)量分布與參考橢球體的偏差：1、自由空間重力異常重力測量所觀測的重力異常Δg自中還包含有地形影響的因素在內(nèi)若加上局部地形校正，即得到第二種自由空間重力異常，常稱為法耶異常：2、布格重力異常重力測量所觀測的重力異常在法耶異?；A(chǔ)上再加上中間層校正，即經(jīng)過正常場校正、地形校正、布格改正（高度校正和中間層校正）的重力異常，稱為布格重力異常。2、布格重力異常重力測量所觀測的重力異常布格異常包含了殼內(nèi)各種偏離正常密度分布的礦體、構(gòu)造等的影響，同時還包括了地殼下界面起伏在橫向上相對上地幔質(zhì)量的巨大虧損(或盈余)的影響，正因為如此，布格異常除有局部的起伏變化，在山區(qū)是大面積大幅度的負異常背景，而在海洋區(qū)則為正異常。中國大陸地區(qū)布格重力異常中國大陸地區(qū)自由空間重力異常中國區(qū)域地質(zhì)圖3、均衡重力異常重力測量所觀測的重力異常對布格重力異常再作均衡校正，即得均衡異常。表示了一種完全均衡狀態(tài)下其異常所代表的意義均衡理論普拉特地殼均衡模型艾里地殼均衡模型本世紀(jì)以來，地殼均衡的概念對地學(xué)的研究起了很大的影響，但因?qū)鈾C制的認識、各種假說存在的不盡合理之處，以及地球介質(zhì)在極長時期的載荷作用下，也和真正的流體仍存在區(qū)別等等，因而均衡學(xué)說還不可能對地殼內(nèi)萬分復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象作出合理的解釋。此外，地殼本身是有一定彈性強度的，較小面積內(nèi)的載荷可以被支撐住，因而局部的不均勻是完全可能的。盡管如此，就全球大范圍而言，大約百分之九十的地區(qū)基本處于均衡狀態(tài)。我國的一條東西向，由青島通過濟南、西寧、拉薩直到邊境的地形起伏及地殼厚度變化的剖面。地殼厚度變化數(shù)據(jù)取自根據(jù)地震測深資料繪制的我國“莫霍界面深度圖”（朱介壽等，1996），地形剖面的數(shù)據(jù)取自“中國地形”（中國地圖出版社，1990）。地形起伏與地殼厚度變化成反相關(guān)關(guān)系，遵循了艾里的均衡假說；同時“莫霍界面深度圖”和“中國地形”圖中高程變化的非常好的反相關(guān)關(guān)系表明我國在總體上達到了地殼均衡。中國部分地區(qū)地形起伏與相應(yīng)地殼厚度變化對比剖面第六節(jié)重力異常正演一、重力正、反問題的解法任意形體重力異常計算公式：式中：G為萬有引力常數(shù)，(x,y,z)為觀測點P的坐標(biāo)，V為地質(zhì)體體積，Δσ為剩余密度，(ξ,η,ζ)為剩余質(zhì)量元的坐標(biāo)什么是正問題與反問題？觀測數(shù)據(jù)d地質(zhì)模型m反問題：m=G-1d正問題：d=Gm（一）規(guī)則形體的正、反演問題為了簡化，假設(shè)地質(zhì)形體孤立存在，密度均勻，地面水平，所取剖面為中心剖面規(guī)則形體：球體、水平圓柱體、垂直臺階、脈狀體……1、球體規(guī)則形體的正、反演問題近似于等軸狀地質(zhì)體，如鹽丘、礦巢、溶洞等球體參數(shù)：半徑30m，中心埋深50m，密度2.0g/cm3，重力異常單位mGal1、球體規(guī)則形體的正、反演問題ΔEΔgDΔσ討論：P(x,0)R規(guī)則形體的正演均勻球體的理論異常請分析：球體質(zhì)量不變，重力異常隨深度變化的特征？2、水平圓柱體2、水平圓柱體（線質(zhì)量）小柱體元在P(x,0,0)點產(chǎn)生的重力異常為剩余線密度λ，整個水平圓柱體在P(x,0,0)點產(chǎn)生的重力異常為無窮多個柱體在該點產(chǎn)生的重力異常之和，即：2、水平圓柱體規(guī)則形體的正、反演問題2、水平圓柱體規(guī)則形體的正、反演問題討論：D無限長均勻水平圓柱體的理論異常規(guī)則形體的正、反演問題斷層或不同巖層的接觸帶都可作為臺階處理o1x由公式可見：當(dāng)時，

當(dāng)時，當(dāng)x=0時，23、垂直臺階規(guī)則形體的正、反演問題平面異常特征：等值線為一系列平行臺階走向的直線，在斷面附近等值線最密，稱為“重力梯級帶”，且異常向臺階延伸方向單調(diào)增大。3、垂直臺階規(guī)則形體的正、反演問題不同埋深的臺階剖面（a）和鉛垂臺階的Vxz、Vzz、Vzzz3、垂直臺階規(guī)則形體的正、反演問題ox當(dāng)臺階傾斜時：由圖可見：無論臺階產(chǎn)狀如何，異常的形態(tài)相似，僅原點處的異常值不同。當(dāng)臺階直立時：Δg(0)=πGΔσΔh當(dāng)臺階面向臺階外側(cè)傾斜時：Δg(0)>πGΔσΔh當(dāng)臺階面向臺階內(nèi)側(cè)傾斜時：Δg(0)<πGΔσΔh3、斷層的重力異常理論曲線規(guī)則形體的正、反演問題正斷層逆斷層3、斷層的重力異常理論曲線規(guī)則形體的正、反演問題正斷層逆斷層線性重力高與重力低之間的過渡帶異常軸線明顯錯動的部位

4、半無限水平物質(zhì)面h1h2h0當(dāng)Δh<<h2時可將臺階看成位于臺階中心，埋深為h0

，剩余面密度為

的水平物質(zhì)面。o則由臺階公式可得：臺階的中心埋深h0

由下式估算式中x1/4為四分之一極大值點的橫坐標(biāo)。5、直立脈（板）狀體規(guī)則形體的正、反演問題當(dāng)脈（板）傾斜時，△g曲線不對稱，脈傾斜方向一側(cè)曲線平緩，另一側(cè)，曲線變陡。正問題量板法（手算）近似計算（計算機）反問題：選擇法、最優(yōu)化（二）任意形體的正、反問題１、任意形體的正問題采用近似計算法來實現(xiàn)，如下圖：多邊形逼近法示意圖

對于橫截面為任意形狀的二度體，可用多邊形來逼近其截面的形狀，只要給出多邊形各角點的坐標(biāo)，就可以用解析式計算出它的重力異常來。若多邊形共有n個邊，則計算重力異常的表達式是當(dāng)一定時，可計算多個二度體同時產(chǎn)生的異常（如斷裂構(gòu)造）。具體做法是將相鄰的二度體沿同一方向（如順時針方向）將各角點用直線連接，形成封閉的單個二度體即可。用多邊形逼近法計算斷裂與復(fù)雜性體二度體異常示意圖

2、任意形狀三度體的正演（1）長方體元法

將任意形狀的三度體用三組平行于直角坐標(biāo)面的平面進行分割，使物體分成一系列的長方體元，依據(jù)8個角點坐標(biāo)引用基本公式，可得到其中某個長方體元在坐標(biāo)原點引起的重力異常為長方體元法示意圖

2、任意形狀三度體的正演（2）面元法用一組相互平行的鉛垂面（或水平面）切割物體，使其分成若干個直立（或水平）薄片，每個薄片又用多邊形來逼近。用解析法計算多邊形對計算點的“作用值”，最后對所有薄片“作用值”進行數(shù)值積分求和。直立面元法示意圖

2、任意形狀三度體的正演（3）線元法

用一組平行于X軸的鉛垂面與一組平行于Y軸的鉛垂面來切割三度體，將其分成一個一個的直立矩形柱體。當(dāng)柱體橫截面兩個邊長遠小于其柱體長度時，計算它的重力異常就可以把它當(dāng)成質(zhì)量被均勻的壓縮在其鉛垂的中軸線上的物質(zhì)線段來看。直立線元法示意圖

第七節(jié)重力異常反演

從地質(zhì)角度，解反演問題的目標(biāo)主要是尋找、研究或推斷金屬或非金屬礦體和研究地質(zhì)構(gòu)造，包括控礦構(gòu)造，如含石油、天然氣、煤的構(gòu)造以及區(qū)域性的深部構(gòu)造等。前者稱為礦體類問題，后者稱為構(gòu)造類問題。從地球物理角度，解重力反演問題的目標(biāo)包括：確定地質(zhì)體（用幾何模型表示）的幾何和物性參數(shù)，屬于礦體類問題；確定物性分界面的深度及起伏，屬于構(gòu)造類問題。幾種重力異常反演方法（1）計算地質(zhì)體幾何參數(shù)和物性參數(shù)的直接法（2）計算地質(zhì)體幾何參數(shù)和物性參數(shù)的特征點法（3）選擇法（4）密度界面反演法（5）多解性問題（一）計算地質(zhì)體幾何參數(shù)和物性參數(shù)的直接法

直接法是直接利用由反演目標(biāo)引起的局部異常，通過某種積分運算和函數(shù)關(guān)系，求得與異常分布有關(guān)地質(zhì)體的某些參量。該方法較少受解釋人員主觀因素的影響，但只是一種地質(zhì)體參量的粗略估計，解決問題的范圍還很有限。

1、三度體剩余質(zhì)量的估計2、三度體重心水平坐標(biāo)的計算3、二度體橫截面積的求法（一）計算地質(zhì)體幾何參數(shù)和物性參數(shù)的直接法在已知時，有就可以求出二度體的橫截面積S。

4、二度體橫截面中心水平坐標(biāo)的求法利用可得經(jīng)校正后的表達式為（二）計算地質(zhì)體幾何參數(shù)和物性參數(shù)的特征點法

特征點法（或任意點法）是根據(jù)異常曲線上的一些點或特征點（如極大值點、零值點、拐點）的異常以及相應(yīng)的坐標(biāo)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。

1、水平圓柱體根據(jù)異常求圓柱體中心埋藏深度D，線密度，半徑R及頂部埋藏深度h的公式分別為H=D-R2、鉛垂臺階3、水平物質(zhì)半平面（二）計算地質(zhì)體幾何參數(shù)和物性參數(shù)的特征點法根據(jù)異常求鉛垂臺階厚度H-h的公式為根據(jù)異常求半平面深度D，面密度，相應(yīng)的鉛垂臺階頂部及底部深度h、H的公式分別為

選擇法的原理是根據(jù)實測重力異常在剖面或平面的特征，給出初始模型，然后進行正演計算；將計算的理論異常與實測異常進行對比，當(dāng)兩者偏差較大時，根據(jù)掌握的場源體資料，對模型進行修改，重算其理論異常；再次進行對比，如此反復(fù)進行，以兩種異常的偏差達到要求的誤差范圍時的理論模型表示實際的地質(zhì)體。（三）選擇法

目前應(yīng)用的最優(yōu)化方法有阻尼最小二乘法、廣義逆矩陣法和共軛梯度法等。二度板狀體最優(yōu)化反演

選擇法的原理是根據(jù)實測重力異常在剖面或平面的特征，給出初始模型，然后進行正演計算；將計算的理論異常與實測異常進行對比，當(dāng)兩者偏差較大時，根據(jù)掌握的場源體資料，對模型進行修改，重算其理論異常；再次進行對比，如此反復(fù)進行，以兩種異常的偏差達到要求的誤差范圍時的理論模型表示實際的地質(zhì)體。目前應(yīng)用的最優(yōu)化方法有阻尼最小二乘法、廣義逆矩陣法和共軛梯度法等。1、線性回歸法認為重力變化與界面的起伏近似呈線性關(guān)系：

根據(jù)最小二乘原理，為確定系數(shù)a、b，應(yīng)使各點的深度和由上式計算出的深度的偏差的平方和為最小，即

解得系數(shù)a、b求出后，則可計算出各測點下方界面的深度。

（四）密度界面反演法2、頻率域反演法

由于采用了快速傅里葉變換，計算速度快。利用一個低通濾波器保證了迭代的收斂性。

（四）密度界面反演法用下式進行迭代計算：（1）給定界面起伏h（x）的初值，例如h（x）=0。（2）將h（x）的初值代入（2-7-38）式的右端項，計算右端項的傅氏變換。（3）對右端項進行傅氏反變換，即得到一次迭代后的界面起伏h（x）。（4）判斷計算結(jié)果是否滿足某個收斂標(biāo)準(zhǔn)，或是達到給定的最大迭代次數(shù)。如果是，即停止計算；否則轉(zhuǎn)到第2步，以本次迭代結(jié)果作為初值，繼續(xù)迭代計算。密度、磁性界面帕克法快速反演滿足所給重力異常剖面的基底起伏的各種解釋地球物理反演的多解性引起相同異常的可能源的錐形區(qū)（引自內(nèi)特爾頓，1987）第八節(jié)重力異常的轉(zhuǎn)換處理一、引起重力異常的主要地質(zhì)因素

地殼深部的因素結(jié)晶基巖內(nèi)部的密度變化結(jié)晶基底頂面的起伏沉積巖的構(gòu)造和成分變化其他密度不均勻因素地殼深部的因素地殼結(jié)構(gòu)模式簡圖拉薩-上海平均布格重力異常與莫霍面對比圖地殼厚度的變化（即莫霍面的起伏）、殼內(nèi)各層物質(zhì)密度和上地幔物質(zhì)密度的橫向變化，是引起地表重力分布的深部因素。從目前一些研究情況看，上地幔密度橫向不均勻的影響是十分緩慢的和大范圍的，平均布格異常特征主要是對應(yīng)著莫霍面起伏（即地殼厚度變化）結(jié)晶基巖內(nèi)部的密度變化

由于經(jīng)歷長期地殼運動及巖漿作用，沉積巖層的結(jié)晶基底內(nèi)部的物質(zhì)成分和內(nèi)部構(gòu)造變得十分復(fù)雜，因而其密度在橫向上和縱向上的變化都很大。重力異常與結(jié)晶基底密度變化（肖敬涌，1961）1-太古宙花崗片麻巖2-混合巖3-花崗巖4-石英巖和砂巖；5-頁巖、白云巖、輝綠巖；6-千枚巖7-巖石密度曲線；8-重力異常曲線一、引起重力異常的主要地質(zhì)因素

地殼深部的因素結(jié)晶基巖內(nèi)部的密度變化結(jié)晶基底頂面的起伏沉積巖的構(gòu)造和成分變化其他密度不均勻因素二、區(qū)域異常與局部異常球體異常與單斜異常的疊加二、區(qū)域異常與局部異常區(qū)域異常與局部異常的相對性區(qū)域異常是疊加異常中的一部分，主要是由分布較廣的中、深部地質(zhì)因素所引起的重力異常。這種異常特征是異常幅值較大，異常范圍也較大，但異常水平梯度小。局部異常也是疊加異常中的一部分，主要是指相對區(qū)域因素而言范圍有限的研究對象引起的范圍和幅度較小的異常，但異常水平梯度相對較大。由于局部異常是從布格異常中去掉區(qū)域異常后的剩余部分，故局部異常也稱為剩余異常。區(qū)域異常和局部異常是相對而言的區(qū)域異常場源：大而深的巖體或地質(zhì)構(gòu)造異常特征：幅值大、異常范圍大、變化平緩局部異常場源：小而淺的巖體、礦體或地質(zhì)構(gòu)造異常特征：幅值小、異常范圍小、變化大二、區(qū)域異常與局部異常三、重力異常的轉(zhuǎn)換處理

平均場法趨勢分析法空間解析延拓法高次導(dǎo)數(shù)法歸一化總梯度法（1）平均場法圓周滑動平均法

方域滑動平均法

重力異常的轉(zhuǎn)換處理1、區(qū)分區(qū)域異常和局部異常（2）趨勢分析法 以一個一定階次的數(shù)學(xué)曲面來代表測區(qū)內(nèi)異常變化的趨勢，并以此趨勢作為區(qū)域場來看待，從布格重力異常中減去這一區(qū)域異常，即獲得測區(qū)內(nèi)的局部異常。 該方法是選用一個ｍ階（沿測區(qū)ｘ、ｙ方向是一樣的）多項式來描述全測區(qū)的區(qū)域異常，ｍ階多項式的一般形式為重力異常的轉(zhuǎn)換處理1、區(qū)分區(qū)域異常和局部異常重力異常的轉(zhuǎn)換處理2、空間域解析延拓：利用一定的數(shù)學(xué)原理，將觀測平面重力異常值轉(zhuǎn)換為高于（或低于）它的平面上異常值的過程稱為向上（或向下）延拓。向上延拓：將觀測平面上的實測異常值，換算到觀測平面以上某一高度上的異?！Q為向上延拓。目的：消弱局部異常，突出深部異常向下延拓：將觀測平面上的實測異常值，換算到觀測平面以下場源以外的某個深度上——稱為向下延拓。目的：壓制深部的區(qū)域異常，突出淺部物質(zhì)產(chǎn)生的局部異常向上延拓向下延拓分 析向上延拓：壓制淺而小的地質(zhì)體的局部異常，突出了深部地質(zhì)體的區(qū)域異常；向下延拓：壓制深部地質(zhì)體的區(qū)域異常，相對突出了淺部地質(zhì)體的局部異常；解析延拓的作用：分離水平方向上多個地質(zhì)體的迭加異常重力異常的轉(zhuǎn)換處理

3、高次導(dǎo)數(shù)法

：

壓制深部地質(zhì)體的區(qū)域異常，突出了小而淺的地質(zhì)體的局部異常； 劃分多個相鄰地質(zhì)體的迭加異常江蘇某鐵礦區(qū)的Δg和Δgzz平面示意圖高次導(dǎo)數(shù)的優(yōu)點：1）不同形狀地質(zhì)體的重力異常導(dǎo)數(shù)具有不同的特征，這有助于對異常的解釋和分類。2）重力異常的導(dǎo)數(shù)可以突出淺而小的地質(zhì)體的異常特征而壓制區(qū)域性深部地質(zhì)因素的重力效應(yīng)，在一定程度上可以分離不同深度和大小異常源引起的疊加異常。且導(dǎo)數(shù)的次數(shù)越高，這種分辨能力就越強。3）重力高階導(dǎo)數(shù)可以將幾個互相靠近、埋藏深度相差不大的相鄰地質(zhì)體引起的疊加異常分離開來第九節(jié)重力異常的地質(zhì)解釋及應(yīng)用一、重力異常特征的描述異常的走向及其變化異常變化的幅度區(qū)域性重力梯級帶的方向、延伸長度、平均水平梯度和最大水平梯度值局部異常的彎曲和圈閉情況，基本形狀，如等軸狀、長軸狀或狹長帶狀重力高、低的分布特點異常的走向（指長軸方向）及其變化異常的幅值大小及其變化等異常曲線上升或下降的規(guī)律，異常曲線幅值的大小區(qū)域異常的大致形態(tài)與平均變化率局部異常極大值或極小值的幅度、所在位置等。二、典型局部重力異常的可能解釋1）等軸狀重力高

基本特征：重力異常等值線圈閉成圓形或接近圓形，異常值中心部分高，四周低，有極大值點。

相對應(yīng)的規(guī)則幾何形體：剩余密度為正值的均勻球體，鉛直圓柱體，水平截面接近正多邊形的鉛直棱柱體等。

可能反映的地質(zhì)因素：囊狀、巢狀、透鏡體狀的致密金屬礦體，如鉻鐵礦、鐵礦、銅礦等；中基性巖漿（密度較高）的侵入體，形成巖株狀，穿插在較低密度的巖體或地層中；高密度巖層形成的穹窿、短軸背斜等；松散沉積物下面的基巖（密度較高）局部隆起；低密度巖層形成的向斜或凹陷內(nèi)充填了高密度的巖體，如礫石等。二、典型局部重力異常的可能解釋

2）等軸狀重力低

基本特征：重力異常等值線圈閉成圓形或近于圓形，異常值中心低，四周高，有極小值點。

相對應(yīng)的規(guī)則幾何形體：剩余密度為負的均勻球體，鉛直圓柱體，水平截面接近正多邊形的鉛直棱柱體等。

可能反映的地質(zhì)因素：巖丘構(gòu)造或盆地中巖層加厚的地段；酸性巖漿（密度較低）侵入體，侵入在密度較高的地層中；高密度巖層形成的短軸向斜；古老巖系地層中存在巨大的溶洞；新生界松散沉積物的局部加厚地段。二、典型局部重力異常的可能解釋3）條帶狀重力高（重力高帶）

基本特征：重力異常等值線延伸很大或閉合成條帶狀，等值線的中心高，兩側(cè)低，存在極大值線。

相對應(yīng)的規(guī)則幾何形體：剩余密度為正的水平圓柱體、棱柱體和脈狀體等。

可能反映的地質(zhì)因素：高密度巖性帶或金屬礦帶；中基性侵入巖形成的巖墻或巖脈穿插在較低密度的巖石或地層中；高密度巖層形成的長軸背斜、長垣、地下的古潛山帶、地壘等；地下的古河道為高密度的礫石所充填。二、典型局部重力異常的可能解釋4）條帶狀重力低（重力低帶）

基本特征：重力異常等值線延伸很大，或閉合成條帶狀，等值線的值中心低，兩側(cè)高，存在極小值線。

相對應(yīng)的規(guī)則幾何形體：剩余密度為負的水平圓柱體，棱柱體和脈狀體等。

可能反映的地質(zhì)因素：低密度的巖性帶，或非金屬礦帶；酸性侵入體形成的巖墻或巖脈穿插在較高密度的巖石或地層中；高密度巖層形成的長軸向斜、地塹等；充填新生界松散沉積物的地下河床。二、典型局部重力異常的可能解釋5）重力梯級帶

基本特征：重力異常等值線分布密集，異常值向某個方向單調(diào)上升或下降。

相對應(yīng)的規(guī)則幾何形體：垂直或傾斜臺階。

可能反映的地質(zhì)因素：垂直或傾斜斷層、斷裂帶、破碎帶；具有不同密度的巖體的陡直接觸帶；地層的拗曲。三、斷裂構(gòu)造在平面等值線圖上的識別

線性重力高與重力低之間的過渡帶異常軸線明顯錯動的部位

三、斷裂構(gòu)造在平面等值線圖上的識別

串珠狀異常的兩側(cè)或軸部所在位置

兩側(cè)異常特征明顯不同的分界線

三、斷裂構(gòu)造在平面等值線圖上的識別

封閉異常等值線突然變寬、變窄的部位

等值線同形扭曲部位重力勘探的應(yīng)用了解上地幔的密度變化研究地殼深部構(gòu)造及地殼地活動性劃分大地構(gòu)造單元（如地臺與地槽的界線）圈定具有油氣遠景的沉積巖內(nèi)部構(gòu)造、鹽丘及煤田盆地尋找金屬礦、鉀鹽天然地震預(yù)報……解決地殼的演化和大陸與海洋的形成等地學(xué)基礎(chǔ)理論問題大地構(gòu)造輪廓的劃分天然地震活動性的分析和預(yù)報火山作用和各種礦產(chǎn)成礦規(guī)律等的研究一、在地殼深部構(gòu)造研究中的應(yīng)用

名稱性質(zhì)硅鋁層硅鎂層密度（g/cm2)2.6-2.72.9-3.0P波速度(km/s)5.6-6.06.8層厚(km)1015-20別稱花崗質(zhì)層玄武巖質(zhì)層大陸地殼硅鋁層和硅鎂層的區(qū)別主要是確定地殼深部各種物質(zhì)層之間的密度分界面的起伏。硅鋁層（2g/cm3～2.7g/cm3)硅鎂層（2.8g/cm3～3g/cm3)上地幔(>3.3g/cm3)Moho面康拉德面莫霍面和康臘德面的起伏及各層物質(zhì)密度的橫向變化(包括上地幔內(nèi)巖性和巖相的變化)等深部因素對重力場背景起著決定性的影響。地殼與地幔的密度差>0.3g/cm3硅鋁層和硅鎂層的密度差達0.2g/cm31982年中科院應(yīng)用亞洲大陸地區(qū)平均布格重力異常的數(shù)據(jù)，選擇均質(zhì)單層地殼模型，假定莫霍面以上地殼平均密度為2.84g/cm3，以下的上地幔密度為3.27g/cm3，反演得到了亞洲大陸地殼厚度分布圖（莫霍面深度圖）。所得結(jié)果與已知的地殼測深剖面和天然地震資料獲得的地殼厚度進行了對比，平均誤差都小于2km。根據(jù)地殼厚度變化，劃分了亞洲大陸地殼構(gòu)造輪廓，這一結(jié)果與我國大地構(gòu)造學(xué)家劃分的中國構(gòu)造單元也基本吻合。中國大陸地區(qū)布格重力異常華北平原北部莫霍面深度圖右圖是前蘇聯(lián)東部莫霍面與構(gòu)造成礦帶的對比。莫霍面有巨大落差的地帶恰好與重要的金屬成礦帶在位置上吻合。該區(qū)位于大洋地殼和大陸地殼轉(zhuǎn)換帶的一個中生代褶皺帶中，金礦和銅礦與較深的地殼有關(guān)，而錫礦則與較厚的地殼有關(guān)。莫霍面起伏與礦產(chǎn)生成的關(guān)系地槽區(qū)：地殼上活動性最強，構(gòu)造復(fù)雜的單元，以強烈的褶皺，變質(zhì)作用和火成巖活動為主要特征。地臺區(qū)：比較穩(wěn)定、剛性較強的均一構(gòu)造單元，沉積相穩(wěn)定，一般較薄，褶皺作用和火成巖活動也較弱。二、在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究中的應(yīng)用地槽區(qū)：重力異常呈條帶狀重力低平行排列，延伸可達數(shù)百至數(shù)千公里，布格重力異常與地形起伏有鏡像關(guān)系，即地形越高，重力異常越低地臺區(qū)：布格重力異常變化平緩、穩(wěn)定、相對幅度變化較小方向性不明顯。且因為地殼厚度較薄，平均異常值較地槽高根據(jù)重力資料劃分地槽區(qū)和地臺區(qū)過渡帶：地槽區(qū)和地臺區(qū)的過渡帶，呈現(xiàn)出巨大的重力梯級帶，深大斷裂的反映

三、在尋找金屬礦與非金屬礦中的應(yīng)用

自然界中大多數(shù)金屬礦的密度都比圍巖密度大。某些非金屬礦，如巖鹽、煤等，情況恰好相反，它們的密度一般都比圍巖密度小得多。因此，當(dāng)這些礦床具有一定的規(guī)模，且埋藏較淺時，能在地面上產(chǎn)生明顯的重力異常。西藏東巧超基性巖體位于藏北地塊南緣，侵入于泥盆系結(jié)晶灰?guī)r和板巖中，上覆侏羅系砂巖、礫巖。鉻鐵礦產(chǎn)于東巧巖體內(nèi)，與圍巖界線清楚，密度差達1.5g/cm3。

17號礦體西段已出露地表，重力異常最大值為6g.u.，向東形態(tài)變寬展，推斷東段埋藏較深。鉆探結(jié)果在ZK106，108，110，111等4孔連續(xù)見礦，礦體埋深25—60m，視厚度28—40m1、在尋找金屬礦中的應(yīng)用1、在尋找金屬礦中的應(yīng)用吉林省某礦區(qū)布格重力異常圖（等值線距10g.u.；1-重力異常等值線圖；2-重力發(fā)現(xiàn)的含銅硫鐵礦范圍及鉆井位置）這個實例說明，應(yīng)用重力資料或重力－磁法資料的綜合解釋，對于尋找在磁鐵礦附近無磁性的高密度礦體，效果較好2、在尋找非金屬礦中的應(yīng)用某地區(qū)巖鹽產(chǎn)于白堊，其密度比下伏侏羅、白堊系地層密度低（0.42—0.52)g/cm3布格異常為一幅度達-70g.u.，近于等軸狀的重力低。北側(cè)重力梯度大，推測北側(cè)含鹽盆地陡，異常外圍向西南和東南方向突出，反映礦體由中心向四周變薄。四、在工程勘察中的應(yīng)用實例國外某發(fā)電廠的配電站附近發(fā)現(xiàn)了一個直徑為2m的洞穴，它延伸到距地面僅0.6m的范圍內(nèi)。由于洞穴會直接影響到配電站的穩(wěn)定，請查找是否還有類似的洞穴。五、石油天然氣勘探 重力勘探在石油及天然氣的普查和勘探階段具有重要的作用。針對油氣普查、勘探和開發(fā)的不同階段，重力勘探有如下應(yīng)用： 首先利用小比例尺（1：100萬~1：50萬）重力異常圖研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，劃分構(gòu)造單元，圈定沉積盆地的范圍，預(yù)測含油、氣遠景區(qū)； 其次根據(jù)中等比例尺（1：20萬~1：10萬）的重力異常圖劃分沉積盆地內(nèi)的次一級構(gòu)造，進一步圈定出有利于油、氣藏形成的地段，尋找局部構(gòu)造，如地層構(gòu)造、古潛山、鹽丘、地層尖滅、斷層封閉等有利于油、氣藏儲藏的地段； 特別是由于重力儀測量精度的提高與數(shù)據(jù)處理和解釋方法的發(fā)展，還可利用大比例尺高精度重力測量查明于油、氣藏有關(guān)的局部構(gòu)造的細節(jié)，直接尋找與油、氣藏有關(guān)的低密度體，為鉆井布置提供依據(jù)；在油氣開發(fā)過程中，根據(jù)重力異常隨時間變化，可以監(jiān)測油氣藏的開發(fā)過程。

古潛山儲油構(gòu)造斷層切割、封閉儲油構(gòu)造重力勘探在石油勘探及開發(fā)中得到了不少新的應(yīng)用，發(fā)揮了越來越大的作用。除油氣田預(yù)測及探測外，重力勘探已經(jīng)用于：①油氣資源評價；②解決不同勘探階段的地質(zhì)問題；③與地震資料進行聯(lián)合反演，解決地震解釋中的一些難題；④解決火山巖地區(qū)的問題；⑤估計地震波速度；⑥推斷油氣水平運移方向等。石油天然氣勘探在國外某核動力廠的冷卻塔附近進行精密重力測量應(yīng)用地球物理學(xué)概論

磁法勘探中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理與空間信息學(xué)院磁法勘探是應(yīng)用最早的地球物理方法。磁法勘探的歷史源遠流長。我國是最早發(fā)現(xiàn)和利用磁現(xiàn)象的國家，早在戰(zhàn)國時代人們就發(fā)現(xiàn)了天然磁石和指極性。隨后在公元11世紀(jì)初期，我國制造出了指南針并在航海中得到了應(yīng)用。古代對磁場的觀察和利用“先王立司南以端朝夕”——《韓非子》“鄭人取玉，必載司南，為其不惑也”——《鬼谷子》古代對磁場的觀察和利用“方家以磁石磨針鋒，則能指南……水浮多蕩搖，指抓及碗唇上皆可為之，運轉(zhuǎn)尤速，但堅滑易墜，不若縷懸之最善?！薄秹粝P談》沈括（宋）指南車的復(fù)原模型一種用來辨認方向的儀器。車上有一小人，其手指的方向即為南方，傳說司南、羅盤都是根據(jù)它而發(fā)明。

“司南之杓，投之于地，其柢指南”《論衡》王充（東漢）biāodǐ地球磁場遷徙海龜依靠地球磁場找到回歸路

本草綱目李時珍中國古代四大發(fā)明之一的指南針傳入歐洲后，

16世紀(jì)末，英國威廉·吉爾伯特做過這樣的實驗，他把一塊吸鐵石磨制成圓球形，用小磁針測試這圓球面上的磁力分布。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小磁針傾斜的情況與當(dāng)時地面上實測的磁傾角很相似。為此他斷言，地球本身就是一個巨大的球形磁體，并且地球的磁性作用是從地球內(nèi)部發(fā)出的。從吉爾伯特那個時代開始;倫敦就開始了地磁場的系統(tǒng)觀測，至今已逾300多年。1640年，瑞典人首次嘗試用羅盤調(diào)查磁鐵礦，開辟了利用磁場變化來尋找礦產(chǎn)的新途徑。直到1870年，瑞典人泰朗(Thalen)和鐵貝爾(Tiberg)制造了萬能磁力儀后，磁法勘探才作為一種地球物理方法建立和發(fā)展起來。1915年德國人施密特（Schmidt）制成刃口式磁稱，大大提高了磁測精度，使磁法不僅在尋找鐵礦中起作用，同時還用來尋找其他礦產(chǎn)，并在圈定磁性巖體，研究地質(zhì)構(gòu)造以及尋找油田，鹽丘中得到應(yīng)用。1936年前蘇聯(lián)人阿·阿·羅加喬夫試制成功感應(yīng)式航空磁力儀，大大提高了磁測速度和磁測范圍，使磁法工作進入了一個新的階段。50年代末和60年代初，前蘇聯(lián)、美國又相繼把質(zhì)子旋進磁力儀裝于船上，開展了海洋磁測。什么是磁法勘探？它是以地殼中各種巖、礦石間的磁性差異為物質(zhì)基礎(chǔ)的，由于巖、礦石間的磁性差異將引起正常地磁場的變化（即磁異常），通過觀測和研究磁異常來尋找有用礦產(chǎn)或查明地下地質(zhì)構(gòu)造的一種地球物理方法。

分類：地面磁測、航空磁測、海洋磁測、井中磁測地面磁測應(yīng)用最早，而今它是在航空磁測資料的基礎(chǔ)上所作的更詳細的磁測工作。用以判斷引起磁異常的地質(zhì)原因及磁性體的賦存形態(tài)。在地質(zhì)調(diào)查的各個階段都有有廣泛應(yīng)用。航空磁測是第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來的方法。特點：不受水域、森林、沙漠等自然條件的限制測量速度快、效率高廣泛應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、儲油氣構(gòu)造和含煤構(gòu)造勘查、成礦遠景預(yù)測，以及尋找大型磁鐵礦床等海洋磁測是在質(zhì)子旋進式磁力儀問世后才發(fā)展起來的。它是綜合性海洋地質(zhì)調(diào)查的組成部分，此外、還用于尋找濱海砂礦，以及為海底工程(尋找沉船、敷設(shè)電纜、管道等)服務(wù)。井中磁測是地面磁測向地下的延伸，主要用于劃分磁性巖層，尋找盲礦等，其資料對地面磁測起印證和補充作用。磁法勘探與重力勘探間的幾點差別就異常的幅值而言，磁法異常比重力異常大得多；重力異常反映的地質(zhì)因素較多，而磁異常反映的地質(zhì)因素較單一；地質(zhì)體的磁異常特征比相應(yīng)的重力異常復(fù)雜磁法勘探的應(yīng)用1、直接尋找具有磁性的金屬礦體，如磁鐵礦、磁黃鐵礦等；2、間接尋找無磁性的金屬礦與非金屬礦體，如鉛鋅礦、銅礦、石棉礦等；3、地質(zhì)填圖，如圈定磁性的巖體、斷裂等；4、研究大地構(gòu)造、了解結(jié)晶基底的起伏等；5、在古地質(zhì)學(xué)方面的應(yīng)用等；6、其它方面的應(yīng)用磁法勘探的理論基礎(chǔ)一、有關(guān)的磁學(xué)知識（復(fù)習(xí)）（一）磁場（MagneticField）磁性：磁鐵能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)的特性，稱為磁性磁性體：具有磁性的物體；磁極：磁體中兩個磁性最強的部位，指北的一極稱為指北極或正磁極，用N表示，指南的一極稱為指南極或負磁極，用S表示;磁荷：正磁荷—集中在磁體的N極（+）

負磁荷—集中在磁體的S極（－）磁力：兩個磁體的磁極之間的相互作用力；兩個點磁極間的相互作用力為：●●rFF磁場：磁力作用的物質(zhì)空間稱為磁場磁場強度（H）：單位磁荷在磁場中所受的力，稱為該點的磁場強度，用H表示，單位為A/m（安培/米）●●r方向為單位正磁荷在場中受力的方向磁力線：由磁體的正極出發(fā)終止于負極的封閉曲線磁感應(yīng)強度B，根據(jù)畢奧—薩伐爾定律：恒定電流I的無限長直導(dǎo)線周圍，距離為a的各點上該電流產(chǎn)生的磁場。SI制單位特斯拉（T），1T＝1Wb/m2，通常用較小的單位nT（納特），1nT＝10-9T在CGSM單位制中：用γ（伽傌）為磁場強度的單位；兩種單位制之間的關(guān)系為：1γ=1nT（二）磁化在外磁場作用下，沒有磁性的物體獲得磁性，稱為磁化1、磁偶極子相距很近的兩個等量異性磁極，作為一個整體稱為磁偶極子。稱為磁偶極矩，方向由負磁極指向正磁極。l2、磁化的本質(zhì)

在外磁場作用下，物體中原子磁矩（m）趨外磁場方向定向排列的結(jié)果。3、磁化強度（M）或磁極化強度（J）

—表示物體被磁化的程度。●磁化強度（M）—單位體積的總磁矩●磁極化強度（J）—單位體積的總磁偶極矩●在SI單位制中與、與之間的關(guān)系：4、面磁荷密度（）與M的關(guān)系

當(dāng)物體磁化后，若磁體內(nèi)各處的磁化強度大小相等，方向相同，則稱該磁體為均勻磁化體。均勻磁化體內(nèi)無磁荷分布，僅在其表面有磁荷分布。H+++M

由右圖可見，若把小圓柱體看成磁偶極子，則有：另外由J

的定義得：5、磁化強度（M）與外磁場（H）的關(guān)系實驗表明，當(dāng)物體無限大時，則

M=κH

M的方向與H的方向一致。

κ—磁化率，表示物質(zhì)被磁化的難易程度。6、M與κ的單位M在SI單位制中：A/m在CGSM制中：CGSM關(guān)系為：1A/m=10CGSM

-3κ在SI單位制中：SI(κ)在CGSM制中：CGSM(κ)關(guān)系為：第二章磁法勘探第二節(jié)地球的磁場一、地球的磁場

存在地球周圍的具有磁力作用的空間，稱為地磁場（一）地磁場的基本特征地球有兩個磁極，磁北極（S級，地理北極附近）和磁南極（N級，地理南極附近），磁軸與地理的軸不重合，交角為11.5°。一個均勻磁化的球體（或位于地球中心的一個磁偶極子）的磁場類似。地磁場是一個弱磁場（平均強度為50000nT，比普通馬蹄形磁鐵也要弱得多），但基本穩(wěn)定。成分復(fù)雜，由各種不同起源、不同變化規(guī)律的磁場成分疊加而成。隨時間變化，可分為緩慢變化或基本不變穩(wěn)定磁場和隨時間變化較快的變化磁場。地磁場的構(gòu)成地磁場（B）

穩(wěn)定的磁場（內(nèi)源場）