勘探地球物理學(xué)基礎(chǔ)第二章--重力勘探-2015-講稿

1、成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院,勘探地球物理學(xué)基礎(chǔ),2014-2015學(xué)年第2學(xué)期,辦公室：地球物理學(xué)院5222電 話：13568998743 E-mail：cjc009@sina.com,第2章 重力勘探,重力勘探（ gravity exploration） 是以地殼中不同巖（礦）石之間的密度差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究天然重力場的變化規(guī)律，以查明地質(zhì)構(gòu)造和尋找有用礦產(chǎn)的

2、物探方法。應(yīng)用領(lǐng)域： 研究區(qū)域和深部地質(zhì)構(gòu)造，也可以研究局部地質(zhì)異常體。在石油勘探中主要用于探查與油氣生成、運移和聚集有關(guān)的各種地質(zhì)構(gòu)造，如沉積盆地的基底起伏，蓋層內(nèi)部的構(gòu)造形態(tài)，鹽丘、侵入體等局部地質(zhì)現(xiàn)象，也可以直接研究油氣藏。,本章的主要內(nèi)容,§2.1 地球的重力場 §2.2 巖（礦）石的密度§2.3 重力儀器簡介§2.4 重力勘探方法與資料的校正§2.5

3、重力異常的處理與轉(zhuǎn)換§2.6 重力勘探資料的推斷解釋§2.7 重力勘探應(yīng)用實例,內(nèi)容提要§2.1.1 重力和重力場§2.1.2 重力的變化§2.1.3 正常重力§2.1.4 重力異常,§2.1 地球的重力場,§2.1.1 重力和重力場,根據(jù)萬有引力定律，地球?qū)ζ渫獠抠|(zhì)量為m的物體有引力作用：

4、 地球上質(zhì)量為m的物體，受地球自轉(zhuǎn)影響，還受到慣性離心力的作用：重力：物體受地球的引力和慣性離心力的矢量和。重力場：有重力作用的空間稱為重力場。,,f = 6.67×10-8cm3/g.s2,重力示意圖,§2.1.1 重力和重力場,重力場的強度：單位質(zhì)量的物體受重力的大小稱為重力場的強度。

5、 根據(jù)牛頓第二定律，重力場強度等于物體受重力產(chǎn)生的重力加速度，其中第一項為引力加速度，第二項為離心力加速度，SI制中重力場強度的單位是m/s2。重力（場）強度與重力方向一致，一般不指向地心。但由于離心力最大只占引力的1/289，因此，可以認為重力（場強度）的方向近似指向地心。,,,地球平均引力加速度值約為9.8048m/s2，赤道上的離心力加速度最大，約為 0.0339m/s2。,&#

6、167;2.1.1 重力和重力場,重力勘探中的“重力”重力勘探中，習(xí)慣將重力場強度簡稱為重力，重力勘探是測量重力場的強度。在CGSM單位制中，重力單位是cm/s2，稱為伽利略（Galileo），簡稱伽，符號Gal。實際生產(chǎn)中常用其分數(shù)單位毫伽（mGal）和微伽（?Gal）。 1mGal=10-3Gal，1?Gal=10-6Gal國際單位制（SI制）中，重力的單位是m/s2，國際通用重力單位（gr

7、avity unit，符號g.u）做為實用單位： 1g.u=10-6m/s2； 1mGal=10g.u,§2.1.2 重力的變化,重力的變化：隨空間的變化和隨時間的變化。重力隨空間變化的主要表現(xiàn)：地球是一個近似于兩極壓縮的扁球體，而且地表起伏不平，這將引起約6萬g.u的重力變化（兩極引力大，赤道引力?。?；地球的自轉(zhuǎn)也能使重力產(chǎn)生3.4萬g.u的變化（兩極離心力為零，赤道離心力最大）；

8、地下物質(zhì)密度分布不均勻可產(chǎn)生幾千g.u的重力變化。重力勘探的理論基礎(chǔ)：利用地下物質(zhì)分布不均勻所引起的重力變化，來研究地質(zhì)構(gòu)造和達到勘探礦產(chǎn)資源的目的。,§2.1.2 重力的變化,重力隨時間變化的表現(xiàn)：短周期變化和長周期變化。短周期變化：主要指重力日變。 原因：地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，地表各點與日、月天體的相對位置不斷改變引起，幅度較大，可達2～3 g.u左右，重力測量中不可忽視。長周期變化：與地殼內(nèi)部物質(zhì)變

9、動及構(gòu)造運動有關(guān)，非周期性。在較短時間內(nèi)十分微弱，重力勘探中可以不考慮。,大地水準面：以平靜海平面的趨勢延伸到各大陸之下所構(gòu)成的封閉曲面，該曲面為大地水準面，在大地測量學(xué)中作為地球的基本形狀。 一級近似：正球體平均半徑：Rav=6376km二級近似：旋轉(zhuǎn)橢球體赤道半徑：Re=6378.160km極地半徑：Rp=6356.155km衛(wèi)星觀測資料表明： 大地水準面并非標準的橢球面，在北極高出十余米，在南極凹進二十余

10、米，因而近似為梨形體面。,§2.1.3 正常重力,地、日、月相關(guān)的基本參數(shù)：地球的平均密度：ρE = 5.515 g/cm3地球的平均半徑：RE=6376km地球的總質(zhì)量約為：ME=5.976×1024kg太陽與地球質(zhì)量比：MS/ME=332946.0地球公轉(zhuǎn)軌道半徑/地球半徑： 149600000/6376=23463 149597000/6376=23462.5地球與月球質(zhì)

11、量比：ME/MM=81.3月球公轉(zhuǎn)軌道半徑/地球半徑：384000/6376=60,,§2.1.3 正常重力,§2.1.3 正常重力,正常重力的計算條件：地球為一旋轉(zhuǎn)橢球體；地球表面等效為大地水準面；內(nèi)部物質(zhì)呈同心層狀均勻分布；根據(jù)該橢球體的形狀大小、密度分布、自轉(zhuǎn)角速度等參數(shù)，地球表面各點的正常重力為：

12、 為計算點的地理緯度， 為赤道重力， 為兩極重力。地球力學(xué)扁度: ，參數(shù)地球的幾何扁度:,§2.1.3 正常重力,確定正常重力公式的關(guān)鍵是求取 ， ， 三個參數(shù)，具體的正常重力公式有：1901～1930年赫爾默特公式 （多用于測繪部門）1930年卡西尼國際正常重力公式（多用于勘探部門）1979年國際地球物理與大地

13、測量聯(lián)合會八十年代以后，我國各行業(yè)統(tǒng)一使用1901～1930年赫爾默特公式。,,,,,§2.1.3 正常重力,對正常重力的正確認識：（1）正常重力公式是按一定條件導(dǎo)出的理論公式，不是客觀存在的；（2）正常重力值只與緯度有關(guān)，而與經(jīng)度無關(guān)；（3）正常重力值在赤道最小，向兩極逐漸變大，最大相差約5萬g.u；（4）正常重力值隨緯度變化的變化率與緯度有關(guān)，在緯度45°處變化率最大；（5）正常重力值隨高度增加而減

14、小，在地表附近，其變化率約為-3.086g.u/m。,§2.1.4 重力異常,重力異常：地面測點的重力值與該點的正常重力值之差稱為重力異常。引起重力異常的原因：重力觀測在地球的自然表面上，自然表面與大地水準面的高差及二者之間的物質(zhì)都會引起該點的重力測量值得變化；地殼內(nèi)存在著密度密度差異，既地球內(nèi)部物質(zhì)并不是呈同心層狀均勻分布，這使得實測值與正常重力值之間出現(xiàn)差異；重力值隨時間變化。重力勘探的目標：第二種因素引起的

15、重力變化才是用于地質(zhì)研究的重力異常。,剩余密度與剩余質(zhì)量剩余密度：設(shè)在足夠大的范圍內(nèi)圍巖密度均勻，值為 ，異常體的體積為V，其密度為 ，異常體相對于圍巖的密度差（ ），稱為剩余密度。剩余質(zhì)量：異常體與相同體積圍巖之間的質(zhì)量差（ ）稱為剩余質(zhì)量。,§2.1.4 重力異常,,,重力異常的圖示,重力異常的實質(zhì)：由于剩余質(zhì)量的存在，測點受到一個附加引

16、力ΔF作用，測點實測重力為 ： g=g0+ΔF 嚴格地講 g 和 g0 方向不同，但由于|ΔF|<<|g0| ，可近似認為g與g0方向相同，均沿z軸方向，實測重力異常Δg 是ΔF 在z軸上的投影。 重力異常是地質(zhì)體的剩余質(zhì)量在測點所產(chǎn)生的附加引力的鉛直分量。,§2.1.4 重力異常,,,重力異常的圖示,§2.1.4 重力異常,探測地質(zhì)體的重力異

17、常應(yīng)具備的條件：（1）異常體與圍巖之間要有一定的密度差。 當異常體的密度大于圍巖密度時，剩余密度為正，可觀測到局部重力高；反之，觀測到重力低；沒有密度差則觀測不到重力異常。,不同剩余密度及對應(yīng)的重力異常,§2.1.4 重力異常,（2）地質(zhì)異常體必須沿水平方向有密度變化，或是有一定的構(gòu)造形態(tài)；水平層狀均勻的密度分布不能引起可觀測的相對重力異常。（3）待探測的密度不均勻體要有一定的規(guī)模，即剩余質(zhì)量不能太小，因為重

18、力異常值的大小從根本上取決于地質(zhì)異常體的剩余質(zhì)量。 沉積盆地中間層密度差很小，一般不超過0.5g/cm3，但由于構(gòu)造規(guī)模大，也能產(chǎn)生足夠大重力異常，反之，金屬礦體與圍巖密度差較大（可達1.0～3.0 g/cm3），但如果礦體體積太小，異常微弱，儀器也無法測出。,§2.1.4 重力異常,（4）異常體埋藏不能太深。 例：剩余質(zhì)量M=5.0×108kg的球形礦體，中心埋藏100m時，可在球心上方產(chǎn)生0

19、.335mGal的異常，中心埋深變?yōu)?000m時，卻只能引起0.00335mGal的異常。（5）干擾要小。 惡劣的地形、淺層密度不均勻、圍巖密度變化等都對重力場產(chǎn)生嚴重干擾，而使目標體產(chǎn)生的異常無法識別。 因此只有當?shù)匦伪容^簡單，圍巖密度比較均勻，探測對象（目標異常體）與圍巖的密度差較大，且其他地質(zhì)因素的干擾能從實測異常中清除時，重力勘探才能獲得好的地質(zhì)效果。,本章的主要內(nèi)容,§2.1 地球的重力場

20、§2.2 巖（礦）石的密度§2.3 重力儀器簡介§2.4 重力勘探方法與資料的校正§2.5 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換§2.6 重力勘探資料的推斷解釋§2.7 重力勘探應(yīng)用實例,§2.2 巖（礦）石的密度,重力勘探的物性基礎(chǔ)：是探測對象與周圍巖石之間存在密度差異。巖（礦）石的密度：在自然蘊藏條件下，單位體積巖（礦）石的質(zhì)量。不同類的巖石有不同的密度值，同類巖石

21、在不同的條件下也會有不同的密度。研究巖（礦）石密度的目的：為重力異常的觀測、提取和推斷解釋提供必要的依據(jù)。影響巖石密度的主要因素：巖（礦）石的礦物成分及含量、孔隙及充填物和承受的壓力。,密度的測定：實驗室內(nèi)用天平或密度計測定巖樣的密度，野外地層的密度可以用重力/密度測井資料、地震勘探的層速度資料、或者重力觀測數(shù)據(jù)進行推算。,天平測密度,巖（礦）石的密度,§2.2 巖（礦）石的密度,,,,常見巖（礦）石的密度（g/cm3）,

22、§2.2 巖（礦）石的密度,§2.2 巖（礦）石的密度,三大巖類物質(zhì)循環(huán),總體規(guī)律：金屬礦物的密度一般大于非金屬礦物的密度；巖漿巖和變質(zhì)巖的密度大于沉積巖；沉積巖本身密度變化也很大。,各類巖石的密度（g/cm³）,§2.2 巖（礦）石的密度,巖漿巖的密度：主要取決于所含礦物的成分及含量。由酸性、中性、到基性、超基性，隨著鐵、鎂暗色礦物含量的增加密度逐漸增大。,成巖環(huán)境影響：不同成巖環(huán)境同一類巖石的

23、密度差異，如侵入巖密度較高，火山巖，尤其是熔巖，密度較小。成巖過程的影響：冷凝、結(jié)晶分異作用也會造成不同巖相帶的密度差異。,§2.2 巖（礦）石的密度,火成巖密度與組分的關(guān)系,沉積巖的密度：一般具有較大的孔隙度，如灰?guī)r、頁巖、砂巖等，孔隙度可高達30%-40%，因此其密度主要取決于孔隙度大小。干燥巖石的密度隨孔隙度增大而減??；孔隙中充填物的成分和飽和度也明顯地影響整體巖石的密度；古老的巖石一般埋藏深度大，上覆巖層的壓力

24、巨大，使多孔巖石變得致密，因而同一種巖石，年代越老、埋藏越深，密度一般就越大。,§2.2 巖（礦）石的密度,變質(zhì)巖的密度：與其原巖和變質(zhì)作用的類型及程度有關(guān)，密度變化很不規(guī)律。變質(zhì)作用有助于孔隙充填，使巖（礦）石以更致密的形式再結(jié)晶；變質(zhì)巖的密度往往隨變質(zhì)程度的加深而增大。如巖漿巖變質(zhì)（正變質(zhì)）而成的巖石，如片麻巖、角閃巖，比原生的花崗巖、玄武巖致密；沉積巖變質(zhì)（負變質(zhì)）而成的巖石，如大理巖、板巖和石英巖，一般比原生的灰?guī)r

25、、頁巖和砂巖致密。動力變質(zhì)作用可破壞巖石結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致密度減小。,§2.2 巖（礦）石的密度,本章的主要內(nèi)容,§2.1 地球的重力場 §2.2 巖（礦）石的密度§2.3 重力儀器簡介§2.4 重力勘探方法與資料的校正§2.5 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換§2.6 重力勘探資料的推斷解釋§2.7 重力勘探應(yīng)用實例,§2.3 重力儀器簡介,重力儀（g

26、ravimeter）： 用來測量重力的儀器。重力儀的分類：陸上重力儀、海洋重力儀、海底重力儀、航空重力儀、井中重力儀等。重力勘探對儀器的要求：要研究的是重力值的微小變化，實際勘探中，通常要求在重力場為980Gal的基礎(chǔ)上測量出0.01mGal的變化，即重力測量的相對精度要在10-8以上，由此可見對儀器的精度要求是非常高的。,主要內(nèi)容1.重力測量原理絕對重力測量：測量重力全值/真值相對重力測量：測量兩點間重力差值2.重力測量儀

27、器動力法重力儀器：絕對重力測量儀器石英彈簧重力儀：相對重力測量儀器金屬彈簧重力儀：相對重力測量儀器超導(dǎo)重力儀：相對重力測量儀器,§2.3 重力儀器簡介,絕對重力測量——動力學(xué)觀測：自由落體運動中，下落高度 h 與時間 t 之間的關(guān)系： 單擺的擺動周期 T 與擺長 l 的關(guān)系： 上述方法應(yīng)用的是物體的運動現(xiàn)象，這種方法稱為動力法，用于測量重力全值

28、，即絕對重力值，這種測量方法稱為絕對重力測量。,,§2.3 重力儀器簡介,相對重力測量：采用重力平衡原理，通過測量物體平衡位置因重力變化而產(chǎn)生的位移，進而測量重力變化，這種方法稱為靜力法，可以測量任意兩點間的重力差值，即相對重力值測量，已知彈簧的彈性系數(shù)為 k ，原長為 l0 ，實驗質(zhì)量為m，在A點受重力伸長為 lA ：在B點受重力伸長為 lB ：可以求得 A、B 兩點間的重力差值為：,§2.3 重力儀器簡

29、介,FG5-L Absolute Gravimeter儀器參數(shù)測量精度：0.01mGal電源：100-240VDC,FG5-L重力儀實物照片,§2.3 重力儀器簡介,國產(chǎn)ZSM-4 型石英彈簧重力儀的主要技術(shù)指標,北京地質(zhì)儀器廠制造,§2.3 重力儀器簡介,D型,G型,Lacoste &Romberg金屬彈簧重力儀,§2.3 重力儀器簡介,ZLS金屬彈簧重力儀測程：7000mGal溫度：-

30、15 ℃ -+50℃數(shù)據(jù)分辨率：0.001mGal數(shù)據(jù)重復(fù)性：0.001-0.003mGal零點漂移：1.0-0.3mGal/month電源：10.5 - 14.0 VDC尺度：19.05×30.5×30.5 cm重量：7.9 ± 0.45 kg,§2.3 重力儀器簡介,GWR超導(dǎo)重力儀與機械式重力儀相比，超導(dǎo)重力儀具有較高的靈敏度（0.01微伽）；較高的零點穩(wěn)定性，零點位移小于1微

31、伽/天。超導(dǎo)重力儀需要液體氦做冷卻劑，保存運輸不便，一般在固定點上研究重力隨時間的變化。但也不排除在野外觀測中的應(yīng)用。,§2.3 重力儀器簡介,本章的主要內(nèi)容,§2.1 地球的重力場 §2.2 巖（礦）石的密度§2.3 重力儀器簡介§2.4 重力勘探方法與資料的校正§2.5 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換§2.6 重力勘探資料的推斷解釋§2.7 重力勘探

32、應(yīng)用實例,§2.4 重力勘探與重力勘探成果圖件,重力勘探的基本要求：保質(zhì)保量，經(jīng)濟高效地取得測區(qū)的重力觀測數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作提供原始資料。主要內(nèi)容：2.4.1 重力勘探方法技術(shù)2.4.2 重力勘探資料的必要改正2.4.3 重力勘探成果圖件,§2.4.1 重力勘探方法技術(shù),重力勘探工作任務(wù)： （四個階段） 預(yù)查：是在勘探空白區(qū)進行大范圍，小比例尺重力測量，目的是在較短的時間獲得有關(guān)大地構(gòu)造基本輪廓的資料。（填補

33、資料空白）普查：是在具有進一步工作價值的地區(qū)開展的，用于劃分區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，比較確切地指示成礦地帶。（指示成礦區(qū)帶）詳查：是在成礦地帶研究重力場的規(guī)律和特點，提出構(gòu)造和/或礦體的位置和產(chǎn)狀。（發(fā)現(xiàn)目標礦產(chǎn)）細測：是對已知礦體、儲油氣構(gòu)造等目標進行詳細研究，確定其產(chǎn)狀、規(guī)模等要素。（研究已知礦體）,§2.4.1 重力勘探方法技術(shù),工作比例尺：一般要與工作任務(wù)相適應(yīng)，也要考慮到探測對象所產(chǎn)生的重力異常的特點。,重力勘探的工作比

34、例尺、測點間距和密度,§2.4.1 重力勘探方法技術(shù),重力基點（gravity base station）：為了檢查重力儀的零點位移、確定合適的零點改正系數(shù)、減少誤差的積累和提高重力測量精度，在測量之前，要在工區(qū)內(nèi)確定一定數(shù)量的控制點，稱重力基點。重力基點網(wǎng)（gravity base points net）： 指工區(qū)內(nèi)一系列基點所構(gòu)成的控制網(wǎng)。各基點相對于總基點的重力差值是用一臺或幾臺重力儀通過特定的基點連測準確測定的，其

35、精度比一般測點高2~3倍。,§2.4.1 重力勘探方法技術(shù),重力測網(wǎng)（gravimetric network）：又稱重力普通網(wǎng)，是重力勘探野外觀測中一系列測點所構(gòu)成的普通網(wǎng)。重力測網(wǎng)的要求重力測網(wǎng)的大小和形狀由勘探任務(wù)及勘探對象的大小和形狀來決定。當勘探對象有一定走向時，多采用矩形網(wǎng)，反之，多采用方格網(wǎng)。網(wǎng)格的大小，在普查時以不漏掉有意義的地質(zhì)體為原則；在詳查時以查明地質(zhì)體產(chǎn)生的重力異常的變化細節(jié)為原則。,§

36、2.4.1 重力勘探方法技術(shù),重力觀測方式圖示,野外觀測方式：a:從基點出發(fā)，沿測線逐點觀測，然后原路返回，逐點檢查，比較簡單；b: 分段往返，及時復(fù)查，相對麻煩，特別是路程長；c: 從一個基點出發(fā)，沿測線觀測，到另一個基點結(jié)束，簡單；d: 從基點出發(fā)，沿測線逐點觀測，然后返回基點重復(fù)觀測，簡單；e: 從基點出發(fā)，沿測線逐點觀測，返回途中檢查部分測點；,§2.4.1 重力勘探方法技術(shù),零點漂移校正：在相對重力測量中，

37、由于重力儀靈敏系統(tǒng)的彈性疲勞、溫度補償不完全等因素，儀器讀數(shù)的零點值隨時間而不斷變化，該現(xiàn)象稱為零點漂移。如果疊加上重力日變的影響，則稱為混合零點漂移。針對這一影響因素而進行的數(shù)據(jù)校正稱為零點漂移校正。為進行零點漂移校正，儀器每次從基點出發(fā)，觀測一段時間之后，需回到原基點、或另一基點、或總基點上觀測一次，測出零點漂移量。在較短的時間內(nèi)，可以認為零點漂移是隨時間線性變化的。,§2.4.1 重力勘探方法技術(shù),零點漂移系數(shù)：零

38、點漂移校正就是從觀測值中減去漂移量。零漂校正值為：t1, t2為同一基點上兩次觀測時間， t為測點上觀測時間。,重力儀的零點漂移曲線,,§2.4.2 重力勘探資料的校正,校正的目的：在得到測點準確的重力值之后，為提取地下地質(zhì)異常體在測點上引起的重力異常，還應(yīng)該消除各種影響因素的作用，需要對觀測數(shù)據(jù)進行必要的校正，這部分校正稱為重力觀測數(shù)據(jù)的外部校正。校正方法：分別計算出各因素的影響量值，然后從觀測值中減去。校正量與影響量

39、大小相等，符號相反。即：,,,,,,重力觀測數(shù)據(jù)的組成,§2.4.2 重力勘探資料的校正,外部校正的內(nèi)容：（1）高度校正：消除測點相對于基點的高程差而造成的重力數(shù)值變化。（2）中間層校正：消除測點基準面與基點基準面之間水平中間層的重力影響； 布格異常：經(jīng)過高程改正和中間層改正后得到的重力異常稱為布格異常。（3）緯度校正：消除測點與基點間緯度差異而造成的重力變化,也被稱為正常場校正；（4）地形校正：消除測點附近

40、地形起伏對重力觀測結(jié)果數(shù)據(jù)的影響；,,§2.4.2 重力勘探資料的校正,高度校正：消除測點與基準面存在高差所造成的重力影響進行的校正稱為高度校正。相對大地水準面，高度每增加1m，正常重力值減少0.3086mGal。當測點高出基準面Δh時，其高度校正值為：,,,§2.4.2 重力勘探資料的校正,經(jīng)過地形校正后，各測點附近的地形起伏的影響消除了，但各測點與基點的重力差值中仍然包含著通過測點的水準面和通過總基點的水準面之

41、間存在的一個水平物質(zhì)層厚度變化的影響，這一水平物質(zhì)層通常稱為中間層。中間層校正：消除中間層影響的校正叫做中間層校正。,,,§2.4.2 重力勘探資料的校正,中間層的存在使測點重力觀測值增大，影響量為：因而中間層校正值為： 取 h 單位為 m，密度單位為 g/cm3，則中間層校正值為： 測點高于基點時 為正，反之為負。,§2.4.2 重力勘探資料的校正,

42、正常場校正：正常重力是緯度的函數(shù)，當測點與基點緯度不同時正常場的值是不同的。為消除正常重力因緯度不同而引起的重力變化，實現(xiàn)緯度一致性而進行的校正稱為正常場（緯度）校正。由于測點與基點的緯度均是已知的，可以計算出正常重力的變化量：測區(qū)不大時，可以認為正常場的緯度變化率相同，其變化量為： 式中 為測區(qū)的平均緯度， 為測點與總基點的緯向距離（單位為km）。,,§2.4.2 重力勘探資料的校正,地形

43、校正：需要根據(jù)實際地形起伏，求出測點基準面以上質(zhì)量盈余及以下的質(zhì)量虧損對測點的影響：然后從觀測重力差值中減去，測點附近的地形起伏使重力值比水平地形要小，因而校正值為正。,,,§2.4.2 重力勘探資料的校正,布格校正：高度校正和中間層校正都與測點的高程大小有關(guān)系，通常把這兩項合并起來稱為布格（Bouguer）校正，即： 布格重力異常：觀測重力差值經(jīng)過正常場校正、地形校正和布格校正之后得到異常稱為布格重力異常?？杀硎?/p>

44、為： 布格重力異常是重力勘探中最重要的概念之一，其典型特征是布格校正。,,,§2.4.2 重力勘探資料的校正,校正效果：外部校正僅僅消除了起伏地形上各測點與基準面之間均勻密度分布對測點重力值的影響，并沒有改變局部密度不均勻體對各測點重力值的影響。校正后局部密度不均勻體引起的重力異常并不是對應(yīng)于測點在基準面上的投影點，而是仍然對應(yīng)于自然表面上的各測點。,,,,,,,,,,,,,,,,,,§2.4.2 重力勘探資

45、料的校正,布格重力異常僅僅是重力異常的一種，經(jīng)過不同的校正，可以得到不同類型的重力異常。由于在進行各項校正的過程中對地球的質(zhì)量分布做了不同程度的調(diào)整，因而相應(yīng)的重力異常具有各不相同的地質(zhì)-地球物理意義。異常類型：1.布格重力異常2.自由空間異常3.均衡異?！?§2.4.2 重力勘探資料的校正,布格重力異常的意義：布格重力異常是一種應(yīng)用最廣泛的重力異常。經(jīng)過各項校正后，消除了觀測面以下正常密度分布的重力作用，但是

46、對于異常/剩余密度分布的重力作用未作任何調(diào)整。布格重力異常包含了從淺到深各個深度上剩余密度分布對測點的重力作用，既有各種局部礦體和構(gòu)造的影響，也包含了大范圍內(nèi)地殼下界面起伏而在橫向上相對于上地幔質(zhì)量的巨大虧損（陸地）或盈余（海區(qū)）的影響。實際應(yīng)用中，布格重力異常又分為絕對布格重力異常和相對布格重力異常。,§2.4.2 重力勘探資料的校正,相對布格重力異常：取測區(qū)內(nèi)總基點所在的水準面作為比較各測點異常值大小的基準面，重力觀測

47、值為測點相對于總基點的重力差值，布格校正所用的高程是測點相對于總基點的相對高程，密度用當?shù)氐乇韺崪y的平均密度值，正常場校正可用緯度校正代替。相對布格重力異常用途：多用于小面積、大比例尺的測量中，便于對局部的異常做較深入的分析。,§2.4.2 重力勘探資料的校正,絕對布格重力異常：以大地水準面為比較各測點重力異常大小的基準面，布格校正用的高程是測點的海拔高度，密度統(tǒng)一規(guī)定2.67g/cm3。絕對布格重力異常用途：用在

48、中、小比例尺中，便于大面積的拼圖和統(tǒng)一解釋。布格重力異常的特征：大的范圍內(nèi)，布格重力異常除局部的起伏變化外，總的規(guī)律是在陸地區(qū)特別是在山區(qū)表現(xiàn)大面積的負值區(qū)，山越高，異常負值越大；而在海洋區(qū)，則屬于大面積的正值區(qū)。,§2.4.2 重力勘探資料的校正,§2.4.2 重力勘探資料的校正,中國近海及鄰區(qū)布格重力異常大陸布格重力異常負值帶（北區(qū)、中區(qū)和南區(qū)）布格重力異常正高值與負值的過渡帶（三個過渡區(qū)）布格重力異常

49、正高值帶,§2.4.2 重力勘探資料的校正,三種基本圖件：布格重力異常剖面圖布格重力異常等值線平面圖布格重力異常剖面平面圖與磁法勘探的基本圖件類似，只是表現(xiàn)的內(nèi)容不同。其他圖件：處理過程中的圖件，如延拓圖件、導(dǎo)數(shù)圖、異常分離圖等。,§2.4.3 重力勘探的成果圖件,本章的主要內(nèi)容,§2.1 地球的重力場 §2.2 巖（礦）石的密度§2.3 重力儀器簡介§2.4

50、 重力勘探方法與資料的校正§2.5 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換§2.6 重力勘探資料的推斷解釋§2.7 重力勘探應(yīng)用實例,布格重力異常的復(fù)雜性布格重力異常是地球內(nèi)部所有（從淺部到深部）密度不均勻體引起的疊加異常，是一種體積效應(yīng)。疊加異常的包含多個方面。主要是由分布較廣的中、深部地質(zhì)因素的重力效應(yīng)；一部分是淺層和局部的密度體的重力效應(yīng)；還包含各種干擾因素。不同地質(zhì)因素引起的異常在幅度大小、分布范圍、變化

51、快慢等特征方面都不盡相同，異常中所包含的信息量很大。不同因素引起的異常疊加在一起，給異常的識別、區(qū)分和研究都帶來了相當大的困難。,§2.5 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,§2.5 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,重力數(shù)據(jù)處理的目的：（1）消除因重力測量和對測量結(jié)果進行各項校正所引入的各種誤差，或消除與勘探目標無關(guān)的近地表小型密度異常體的干擾；（2）從疊加異常中提取出由各種勘探目標體引起的異常；重力數(shù)據(jù)處理的主要方法：位場轉(zhuǎn)

52、換：解析延拓、導(dǎo)數(shù)換算等，以滿足對異常進行解釋的需要。,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,地殼深部的因素：地殼厚度的變化、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中路分布的深部因素。(地殼的厚度變化是主要因素，與異常近似線性相關(guān)),莫霍面深度,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,結(jié)晶基底的因素：結(jié)晶基底的起伏及其內(nèi)部成分的變化是地臺區(qū)引起重力異常的地質(zhì)因素。主要表現(xiàn)在

53、兩個方面：結(jié)晶基底（密度界面）的起伏勢是引起區(qū)域重力異常的重要因素；侵入結(jié)晶基底內(nèi)部的巖漿巖體、構(gòu)造等使其內(nèi)部的物質(zhì)密度發(fā)生變化引起重力異常；重要作用：劃分大地構(gòu)造單元和預(yù)測遠景成礦區(qū)（依據(jù)）。,示例：結(jié)晶基底頂面的起伏與重力異常的關(guān)系 沉積盆地的結(jié)晶基底與上覆沉積巖系之間通常都存在一定/較大的密度差，在基底內(nèi)部巖性較均勻的情況下，基巖頂面的起伏能形成較大范圍內(nèi)的重力高低變化，據(jù)此可以成功地圈定那些范圍較

54、大的、有較大幅度的隆起或凹陷的構(gòu)造單元。,密度界面起伏與相應(yīng)的重力異常,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,川東北地區(qū)布格重力異常： 中部規(guī)模較大的重力低值區(qū)，東西走向；巴中-儀隴南部、宣漢-達縣為兩個北東向重力高異常帶，北部旺蒼-南江-鎮(zhèn)巴-紫陽-旬陽近東西向的重力高異常帶。,帕克法界面反演的結(jié)果主要反映了前寒武紀基底構(gòu)造（中上元古界淺變質(zhì)巖系），是一個顯著的盆地基底凹陷區(qū)。,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素

55、,布格重力異常圖,帕克法界面反演的結(jié)果,旺蒼-南江-鎮(zhèn)巴-紫陽-旬陽,巴中-儀隴,宣漢-達縣,通江-萬源-城口-鎮(zhèn)坪,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，結(jié)晶基底內(nèi)部的構(gòu)造和成分變得復(fù)雜，密度橫向變化明顯，在沉積巖不太厚甚至基底出露的地區(qū)，基底內(nèi)部的密度變化，會在地表產(chǎn)生最大達數(shù)百g.u的重力異常。,重力異常與巖層密度變化1-太古代花崗片麻巖；2-混合巖；3-博特金后期花崗巖；4-石英巖和砂巖5-頁巖、白云巖、輝

56、綠巖；6-千枚巖；7-巖石密度曲線；8-重力異常曲線,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,沉積巖內(nèi)部的構(gòu)造因素：不同巖性、不同時代的巖層之間可以有不同的密度分界面，往往與地質(zhì)界面吻合。主要表現(xiàn)：不同巖性間的密度分布引起局部重力異常； 消除區(qū)域異常后能很好地反應(yīng)構(gòu)造形態(tài)。重要作用：發(fā)現(xiàn)或?qū)ふ揖植繕?gòu)造。,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,

57、近地表因素：金屬和非金屬礦床。主要表現(xiàn)：異常幅度小（十分之幾，或百分之幾毫伽） 異常范圍小；重要作用：發(fā)現(xiàn)或?qū)ふ矣杏玫牡V產(chǎn)資源。,2.5.1 引起重力異常的主要地質(zhì)因素,重力勘探的應(yīng)用范圍：研究地殼深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)劃分大地構(gòu)造和區(qū)域構(gòu)造；在巨厚的沉積盆地內(nèi)尋找凹陷區(qū)，尋找油氣田。近地表尋找有用的礦產(chǎn)資源。應(yīng)用的前提：消除區(qū)域背景場的影響。如何消除？,,異常數(shù)據(jù)的圓滑：由于各種誤差

58、的存在以及近地表密度不均勻體的干擾，重力異常圖上常常出現(xiàn)“突變點”，嚴重地影響后續(xù)處理及解釋，此時要根據(jù)具體情況對數(shù)據(jù)進行圓滑（或稱平滑）處理。（針對數(shù)據(jù)本身的處理，有沒有有效分離目標異常？）,,,剖面數(shù)據(jù)的圓滑,平面數(shù)據(jù)的圓滑,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,,在重力勘探中，由目標構(gòu)造、礦體等因素引起的重力效應(yīng)是目標異常。通過數(shù)據(jù)圓滑，疊加異常中淺層不均勻因素引起的干擾基本被消除，但深層和區(qū)域地質(zhì)因素的重力效應(yīng)仍

59、然存在，未達到分離異常的目的。,區(qū)域異常對局部異常的影響示意圖,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,區(qū)域異常：在疊加異常中，由深部或區(qū)域性地質(zhì)因素引起的成分往往具有范圍大、幅度大、變化平穩(wěn)的特征，這樣的異常稱為區(qū)域異常。局部異常：相比之下，研究對象引起的異常一般具有范圍小、幅度小、變化比較明顯的特征，這樣的異常稱為局部異常。由于局部異常是從疊加異常中去除區(qū)域異常后剩余的部分，因此也稱為剩余異常。,§2.5.2

60、 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,區(qū)域異常與局部異常的疊加特征：（1）球體剩余密度為正，埋深大，異常水平梯度小于區(qū)域異常梯度，平面異常等值線向低值方向扭曲，不能形成閉合；（2）埋深小，異常水平梯度大于區(qū)域異常梯度，在中心附近可以形成小的高值閉合；（3）球體剩余密度為負時，平面異常等值線向高值方向扭曲，或形成小的低值閉合。,球體異常與單斜異常的疊加,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,區(qū)域異常與局部異常的相對性：隨研究任務(wù)

61、而定，沒有截然的標準。在沉積盆地內(nèi)研究蓋層構(gòu)造時，蓋層構(gòu)造引起的異常為局部異常，盆地基底起伏同更深、更大范圍的地質(zhì)因素所引起的異常統(tǒng)統(tǒng)視為區(qū)域異常；在研究盆地基底起伏時，基底起伏引起的異常就成為局部異常，而更深、更大范圍的地質(zhì)因素（如莫霍面起伏）引起的異常才是區(qū)域異常。研究成礦條件或礦產(chǎn)勘探時，礦體本身的異常為局部異常，大范圍的背景異常為區(qū)域異常。,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,圖解法：根據(jù)疊加異常的形態(tài)，利用

62、區(qū)域異常和局部異常特征上的差異，參照具體地質(zhì)情況，憑借估算的區(qū)域異常梯度大小及變化趨勢，獲取區(qū)域背景異常，然后從疊加異常中將其減去，從而得到局部異常（亦稱剩余異常）。還有更簡單的方法——重力場平均法。,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,平均場法：在一定的剖面或平面內(nèi)的區(qū)域異常的變化可以視為線性變化，因此在該范圍內(nèi)的重力異常平均值可作為該范圍中心處的區(qū)域異常值。均值范圍選取的

63、條件：范圍應(yīng)大于局部異常的范圍。平均場法的處理過程：將布格異常平面圖按一定的網(wǎng)度分成正方形的網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為測點距的數(shù)倍至十倍；計算各網(wǎng)格點中心異常值。用處于該網(wǎng)格范圍內(nèi)的各點重力異常的平均值代替，作為該點的區(qū)域異常值；在根據(jù)各個網(wǎng)格中心的數(shù)值采用內(nèi)插法求取測點處的區(qū)域場值。最后將原重力異常值減去區(qū)域異常值即得局部重力異常值。,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,1、西南低、北東高2、西界兩處抬起3、一個相對高

64、，將中部負異常帶分為兩個次級負異常4、異常走向與整體構(gòu)造走向平行； 布格異常綜合地反映了整體構(gòu)造輪廓,1、去掉了區(qū)域場的影響后，剩余重力異常更好地反映了構(gòu)造特征。2、區(qū)塊南北兩側(cè)高中間低，中間地帶存在兩組局部異常條帶，平行于整體異常走向。3、南界西段存在一個弧形正異常區(qū)，與火山活動有關(guān)。,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,解析延拓：由觀測平面上的重力異常，通過數(shù)學(xué)計算得出另外一個高度平面上的異常值，這種變換

65、方法稱為解析延拓。向上延拓：換算平面在觀測平面以上稱為向上延拓，簡稱上延，向下延拓：換算平面在觀測平面以下則稱為向下延拓，簡稱下延。 延拓的作用：分離水平方向和縱向多個疊加異常。,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,向上延拓的效果：使異常曲線變得平滑、平緩，有效地衰減了淺部和局部地質(zhì)體的異常，相對突出了深部和區(qū)域地質(zhì)因素的重力效應(yīng)。,喀什到福州的重力剖面延拓效果,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,向上延拓

66、的效果：使異常區(qū)等值線變得平滑、平緩，有效地衰減了淺部和局部地質(zhì)體的異常，相對突出了深部和區(qū)域地質(zhì)因素的重力效應(yīng)。,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,重力異常向上延拓實例：東營凹陷,東營凹陷布格重力異常等值線平面圖,東營凹陷布格重力上延5km異常等值線平面圖,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,向下延拓效果：向下延拓使局部異常變化更加明顯，有效地突出了淺部和局部異常，相對壓制了深部和區(qū)域異常。,東營凹陷布格重力

67、異常等值線平面圖,東營凹陷布格重力下延1km異常等值線平面圖,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,導(dǎo)數(shù)換算：（高次導(dǎo)數(shù)）在重力資料的處理解釋中，有時需要計算異常的導(dǎo)數(shù)，如 、 、 等，目的是：助于異常的解釋和分類（因不同形狀的地質(zhì)體異常有不同特征）；壓制深部和區(qū)域性異常，突出淺部異常，提高分辨能力； 劃分多個相鄰地質(zhì)體的迭加異常。,,,,,,

68、,用導(dǎo)數(shù)區(qū)分疊加異常,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,水平梯度換算示例：中國大陸布格重力異常及其水平梯度對比,中國大陸布格重力異常,中國大陸布格重力異常水平梯度,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,垂向二次導(dǎo)數(shù)換算實例——洛杉磯盆地西北部導(dǎo)數(shù)換算能有效地突出次級異常，分離疊加異常，提高橫向分辨能力。,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,垂向二次導(dǎo)數(shù)換算實例——東營凹陷導(dǎo)數(shù)換算能有效地突出次級異

69、常，分離疊加異常，提高橫向分辨能力。,東營凹陷布格重力異常等值線平面圖,東營凹陷布格重力垂向二次導(dǎo)數(shù)異常等值線平面圖,§2.5.2 重力異常的處理與轉(zhuǎn)換,本章的主要內(nèi)容,§2.1 地球的重力場 §2.2 巖（礦）石的密度§2.3 重力儀器簡介§2.4 重力勘探方法與資料的校正§2.5 重力異常的處理與劃分§2.6 重力勘探資料的推斷解釋§2.7

70、 重力勘探應(yīng)用實例,§2.6 重力資料的推斷解釋,重力資料的推斷解釋：根據(jù)重力異常的分布特征，結(jié)合工區(qū)的地質(zhì)條件和巖（礦）石的物性參數(shù)，說明引起重力異常的地質(zhì)原因，做出合理的地質(zhì)結(jié)論。分為定性解釋和定量解釋（應(yīng)先了解各種地質(zhì)體的異常特征） 。主要內(nèi)容：§2.6.1 簡單幾何形體的重力異常§2.6.2 重力異常的定性解釋方法§2.6.3 重力異常的多解性§2.6.4 計算異常

71、體深度的簡單方法,§2.6.1 簡單幾何形體的重力異常,正問題（正演） ：從給定地球物理模型，通過數(shù)值計算或物理模擬，得出相應(yīng)地球物理場的響應(yīng)。正演的目的：認識和掌握地球物理場的特征與場源之間的對應(yīng)關(guān)系；反問題（反演） ：根據(jù)已知的地球物理場，求解可能的地球物理解釋，即地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程。反演的目的：認對引起異常的原因給出定性和定量解釋。,球體模型：模擬一些等軸狀的地質(zhì)體，如侵入體、鹽丘、穹窿等。假設(shè)球體半徑為 r，