地球物理學(xué)基礎(chǔ)-2016-復(fù)習(xí)內(nèi)容

1、地球物理學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)內(nèi)容2016年4月一、緒論1. 地球物理勘探的概念； 地球物理勘探簡(jiǎn)稱物探，它是以地下物質(zhì)（巖石或礦體）的物理性質(zhì)（密度、磁性、電性、彈性、放射性等）差異所引起的物理現(xiàn)象為研究對(duì)象，用不同物理方法和儀器，探測(cè)天然或人工地球物理場(chǎng)的變化。通過對(duì)上述變化的分析、研究，來推斷和解釋地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)分布及人文因素在地下的各種分布情況（古墓、管線、污染范圍等）。2. 主要的地球物理勘探方法重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探、放射性勘探等。目前在煤田勘探中應(yīng)用最多的 是地震勘探、電法勘探、磁法勘探等。3. 物探方法能取得成果的前提 探測(cè)目標(biāo)與周圍的巖石或土壤等應(yīng)有明顯的物性差異；勘查對(duì)

2、象應(yīng)具有一定的規(guī)模和合理的深度；探測(cè)地質(zhì)體異常應(yīng)能從干擾因素中識(shí)別與提取（探測(cè)的信號(hào)有足夠高的信噪比）。4. 正問題、正演、反問題、反演、反演結(jié)果的多解性（1） 正問題與正演 已知地質(zhì)體的賦存狀態(tài)（形狀、產(chǎn)狀、物性參數(shù)），已知探測(cè)方法以及采集參數(shù)，求觀測(cè)結(jié)果（異常）。這個(gè)問題叫做正問題，求解正問題的過程叫正演。（2）反問題與反演 已知探測(cè)方法、采集參數(shù)和觀測(cè)結(jié)果（地球物理異常），需要推斷地質(zhì)體的賦存狀態(tài)（形狀、產(chǎn)狀、空間位置）和物性參數(shù)（密度、磁性、電性、彈性、速度等）。這樣的問題叫做反問題，求解反問題的過程叫做反演。（3）反演結(jié)果的多解性 由于地球物理場(chǎng)的等效性（由于各種因素的影響，不同的地

3、質(zhì)狀況可能會(huì)觀測(cè)得到非常接近的數(shù)據(jù)），使得反演的結(jié)果具有多樣性，這多由地質(zhì)因素引起。5. 煤礦采區(qū)三維地震勘探目前主要解決什么地質(zhì)問題 主要地質(zhì)任務(wù)是解決構(gòu)造問題，解釋煤層中的大中小斷層（一般要求落差大于5米的斷層要準(zhǔn)確，落差3-5米斷層要解釋）、褶曲、陷落柱等，常常也要求給出煤層厚度等值線、底板等高線圖。2、 電法勘探部分： 1. 影響巖土介質(zhì)電阻率的主要因素（1）導(dǎo)電礦物含量及其連通情況；（2）介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、孔隙度；（3）巖礦石的含水飽和度及含水礦化度；（4）溫度、壓力等。2. 均勻大地電阻率的測(cè)定方法 為了測(cè)定均勻大地的電阻率，通常的做法是在地表設(shè)置如圖所示的四極電路，利用下面一組公

4、式計(jì)算其電阻率。 其中I是電路中的電流，Um與Un是測(cè)量點(diǎn)M和N的電位。3. 視電阻率的概念以及分析方法（電流法、電荷法）視電阻率的概念(見下條的名詞);分析視電阻率曲線的形態(tài),定性的分析方法有電流法和電荷法。電流法是說高阻地質(zhì)體排斥電流，而低阻地質(zhì)體吸引電流，使得觀測(cè)電極間的電流密度發(fā)生變化，從而使觀測(cè)的電位差發(fā)生變化（高阻增大，低阻減?。?，帶入視電阻率計(jì)算公式后使得結(jié)果發(fā)生變化。電荷法是說，當(dāng)電流穿過界面，由高阻體流向低阻體時(shí)，界面上積累負(fù)電荷，而由低阻體流向高阻體時(shí)積累正電荷。電荷的積累影響了觀測(cè)電極上的電位差，從而改變了最終的視電阻率計(jì)算結(jié)果。4. 電剖面法、電測(cè)深法、高密度電阻率法等

5、的基本概念（1） 電剖面法在電法勘探中，如果固定供電和觀測(cè)電極相對(duì)位置及電極距，整個(gè)裝置沿地表測(cè)線等距移動(dòng)并逐點(diǎn)觀測(cè)視電阻率，就得到反映同一深度不同位置的視電阻率分布，這種觀測(cè)方法叫做電剖面法。（2） 電測(cè)深法在電法勘探中，如果固定測(cè)量電極對(duì)MN的中心不動(dòng)，供電極距與測(cè)量極距按某種規(guī)律同時(shí)增大，每次測(cè)量視電阻率，則得到的是反映同一位置不同深度的電性分布情況，這種觀測(cè)方式稱為電測(cè)深法。（3） 視電阻率 電法勘探中可用四極法測(cè)量均勻介質(zhì)的真實(shí)電阻率（見前面均勻大地電阻率測(cè)定方法），用公式 進(jìn)行計(jì)算。若地下介質(zhì)非均勻，則該計(jì)算公式的結(jié)果表征了觀測(cè)影響范圍內(nèi)介質(zhì)電阻率的綜合影響，具有電阻率的量綱，稱為

6、視電阻率。（4） 裝置系數(shù) 電法勘探中可用四極法測(cè)量均勻介質(zhì)的真實(shí)電阻率（繪圖），用公式 計(jì)算，其中K是只和AMNB四個(gè)點(diǎn)相對(duì)位置有關(guān)的系數(shù)，稱為裝置系數(shù)（給出通用公式,please）。（5）三層水平層狀介質(zhì)電測(cè)深曲線的形態(tài)和名稱 3層水平層狀介質(zhì)的電測(cè)深曲線共有4種類型（見圖）。（6）高密度電阻率法。 高密度電阻率法的原理同常規(guī)電阻率法一樣，是巖石礦石間存在電阻率的差異，其野外工作是在測(cè)線上一次等距布置多個(gè)電極，而后對(duì)它們（通過儀器）進(jìn)行排列組合，取得多種裝置多個(gè)極距的視電阻率值，并可據(jù)此計(jì)算出其它多種電性參數(shù)的觀測(cè)技術(shù)。（7）說明我們站在地表進(jìn)行電阻率測(cè)量，為何能觀測(cè)到地下的地質(zhì)異常體？在

7、人工電場(chǎng)作用下，地下的電性分界面上會(huì)積累電荷（當(dāng)電流穿過界面，由高阻體流向低阻體時(shí)，界面上會(huì)積累負(fù)電荷；當(dāng)電流穿過界面，由低阻體流向高阻體時(shí)，界面上會(huì)積累正電荷），這些空間分布的電荷會(huì)反過來影響地表兩測(cè)量點(diǎn)的電位差，從而對(duì)視電阻率的結(jié)果直接產(chǎn)生影響。（8）簡(jiǎn)略說明直流電法勘探能解決何種地質(zhì)問題？ 只要地質(zhì)目標(biāo)與周圍的巖石間存在顯著的電阻率差異即可用電阻率法進(jìn)行觀測(cè)，比如找水、金屬礦探測(cè)、地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)、淺埋深的陷落柱探測(cè)等問題，均可用電阻率法進(jìn)行。（9）給定任意裝置，計(jì)算裝置系數(shù)，計(jì)算視電阻率，計(jì)算電流或電位差等。要求完全掌握視電阻率計(jì)算公式、裝置系數(shù)通用公式等。（10）正問題反問題的分析三、地

8、震勘探部分：1、基本概念(1) 層狀介質(zhì)、單相介質(zhì)、雙相介質(zhì)； 層狀介質(zhì)，即地下介質(zhì)是一層一層的，每個(gè)地層都有厚度、密度、電阻率、彈性波速度等參數(shù)，每個(gè)地層都有相同或不同的地層傾角。相是物質(zhì)的狀態(tài)，即液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)。一般把氣液兩態(tài)稱流體狀態(tài)。所以，單相介質(zhì)是指單純的固體狀態(tài)或者流體。雙相介質(zhì)是固態(tài)中（巖石骨架）充填有流體的狀態(tài)。(2) 振動(dòng)、波動(dòng)；質(zhì)點(diǎn)繞其平衡位置往復(fù)運(yùn)動(dòng)為振動(dòng)，而波動(dòng)是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由近及遠(yuǎn)的傳播過程。(3) 橫波、縱波；體波、面波；質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波動(dòng)的傳播方向垂直的叫做橫波；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波動(dòng)傳播方向一致的叫做縱波；在彈性介質(zhì)內(nèi)部傳播的波為體波；只在介質(zhì)分界面處傳

9、播，離開界面其能量迅速衰減的波為面波。SH波:指橫波的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于波動(dòng)的傳播方向與界面法向所構(gòu)成的平面；SV波：指橫波的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向在波動(dòng)傳播方向與界面方向構(gòu)成的平面內(nèi)。(4) 惠更斯原理、費(fèi)馬原理、視速度；惠更斯原理:若知t時(shí)刻的波前，則波前面上每一點(diǎn)都可以看作是新的震源，各自發(fā)出振動(dòng)信號(hào)，該波動(dòng)以介質(zhì)的速度v向各方向傳播，經(jīng)Dt時(shí)間間隔，它們的包絡(luò)面便是t+Dt時(shí)刻的波前。費(fèi)馬原理:此原理即時(shí)間最小原理，它表明波的實(shí)際傳播路徑是所有可能路徑當(dāng)中耗時(shí)最小的那個(gè)。視速度: 地表兩觀測(cè)點(diǎn)，兩點(diǎn)距離除以波到達(dá)該兩點(diǎn)的時(shí)間差，它具有速度的量綱，稱為視速度。(5) Snell定律；地震波遇到彈性

10、介質(zhì)分界面，一部分能量返回地表，形成反射波，另有一部分能量透射到下層介質(zhì)，形成透射波，反射入射以及透射的波其傳播方向滿足如下的斯奈爾定律公式（要繪圖，標(biāo)上符號(hào)）： (6) 地震地質(zhì)條件；地震勘探的效果在很大程度上取決于工區(qū)是否具有應(yīng)用地震勘探的前提。在地震勘探中，其地震地質(zhì)條件主要是指地表的地形地貌地物，表層巖石或土壤的狀況，（目的層以上）中部巖石的性質(zhì)和地質(zhì)特征，目的層本身的特征及與圍巖的彈性差異等。(7) 時(shí)距曲線；彈性波從震源激發(fā)以后各自沿不同的路徑到達(dá)接收點(diǎn)，其傳播時(shí)間t與震源到接收點(diǎn)的距離x間的關(guān)系曲線，稱為時(shí)距曲線。(8) 有效波、干擾波、規(guī)則干擾波有效波：在地震儀接收到的所有振動(dòng)

11、中，用來解決某一特定地質(zhì)問題的波稱為有效波或信號(hào)；干擾波：一切妨礙分辨有效波的其他信號(hào)或波稱為干擾波規(guī)則干擾波：面波、工業(yè)電、虛反射、聲波、多次波(9) 觀測(cè)系統(tǒng)地震勘探中，激發(fā)點(diǎn)和接收排列間的相互位置關(guān)系稱為觀測(cè)系統(tǒng)。2時(shí)距曲線的推導(dǎo)或者分析要求掌握水平地表單個(gè)水平界面，反射波、折射波的傳播路徑以及時(shí)距曲線方程的推導(dǎo)方法。3野外工作方法（1） 地震勘探解決地質(zhì)問題的步驟野外數(shù)據(jù)采集、地震資料處理、處理結(jié)果的地質(zhì)解釋（2） 地震勘探野外工作的大致過程研究已知資料、踏勘（了解地形地貌等）、設(shè)計(jì)（觀測(cè)系統(tǒng)）、試驗(yàn)（確定采集參數(shù)）、正式生產(chǎn)（中間要時(shí)刻監(jiān)控采集質(zhì)量，出現(xiàn)問題及時(shí)解決）。（3） 反射波

12、法地震勘探中的主要干擾波；主要規(guī)則干擾有（1）面波：特點(diǎn)是速度低、頻率低、衰減慢、有頻散等；（2）聲波：速度恒定、頻率高；（3）多次波：它與一次反射類似，但t0時(shí)間不同，視速度不同；（4）工業(yè)電：50Hz; (5)虛反射：激發(fā)位置不好引起，波傳到地表再反射地下。 不規(guī)則干擾：微震、高頻低頻背景；（4） 觀測(cè)系統(tǒng)的概念、多次覆蓋的觀測(cè)系統(tǒng)疊加次數(shù)的分析計(jì)算、變觀的原則；觀測(cè)系統(tǒng)，地震勘探中激發(fā)點(diǎn)與接收排列的相互位置關(guān)系；多次覆蓋的觀測(cè)系統(tǒng)是對(duì)地下反射點(diǎn)或反射段（二維地震）或反射面元（三維）進(jìn)行多次觀測(cè)的觀測(cè)系統(tǒng)。目的在于提高信噪比。變觀是指改變觀測(cè)系統(tǒng)（原設(shè)計(jì)），簡(jiǎn)單的做法就是炮點(diǎn)和接收排列向相反的方向移動(dòng)同樣的距離(當(dāng)然還有專門設(shè)計(jì)的特殊觀測(cè)系統(tǒng))。觀測(cè)系統(tǒng)的有關(guān)計(jì)算（二維觀測(cè)系統(tǒng)疊加次數(shù)等）。二維觀測(cè)系統(tǒng)覆蓋次數(shù)的計(jì)算公式（略）三維觀測(cè)系統(tǒng)覆蓋次數(shù)比較復(fù)雜，對(duì)于簡(jiǎn)單的線束狀三維觀測(cè)系統(tǒng)，其次數(shù)是縱向（測(cè)線方向）次數(shù)和橫向次數(shù)的乘積。縱向次數(shù)使用二維觀測(cè)系統(tǒng)的次數(shù)公式進(jìn)行計(jì)算，而橫向的次數(shù)公式是一個(gè)比值，這個(gè)比值的分子是（若橫向的線距小于炮距，分子是線數(shù)；若橫向的線距大于炮距，則分子是炮數(shù)），分母是（線距與炮距大的除以小的，所得到的那個(gè)比值）（5） 地震波的激發(fā)與接收 激發(fā)的主要因素是炸藥的類