第一章 重力勘探

第一章重力勘探知識(shí)要點(diǎn)：（1）了解知識(shí)：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、密度分布特征；（2）掌握概念：重力場(chǎng)與重力位、水準(zhǔn)面、大地水準(zhǔn)面、

正常場(chǎng)地球模型、正常重力場(chǎng)、重力異常；（3）理解內(nèi)容：影響巖石密度的主要因素、重力隨時(shí)間

的變化；重難點(diǎn)：大地水準(zhǔn)面與真實(shí)地球表面的偏差、重力場(chǎng)與正常重力場(chǎng)的區(qū)別、重力異常的實(shí)質(zhì)。前言CompanyLogo關(guān)于地球內(nèi)部圈層的基本知識(shí)CompanyLogo

按照物質(zhì)成分，地球分三層：地殼、地幔和地核；但地殼厚度變化大，一般規(guī)律是陸地厚、海洋薄。地殼的物質(zhì)成分主要是硅、鎂、鋁，根據(jù)它們的含量不同，可分為兩層：上層主要由密度較小的富含硅、鋁的花崗巖組成，叫硅鋁層，平均密度為2.7g/cm3；下層由富含硅、鎂的玄武巖組成，叫硅鎂層，其平均密度為3.1g/cm3。軟流層——上界距地面約60－250km不等，下界約距地面400km，在地幔上部，其上統(tǒng)稱“巖石圈”。至今，地質(zhì)、物探所研究的范圍只限于地殼表層；主要源于地表內(nèi)、外地質(zhì)作用長(zhǎng)期發(fā)展過程中形成各種各樣的地質(zhì)構(gòu)造，富集成各種有用礦藏。當(dāng)這些地質(zhì)構(gòu)造或有用礦藏的物理性質(zhì)(密度、彈性、電性、磁性等)與圍巖有一定差別時(shí)，其四周就會(huì)形成各種物理場(chǎng)異常，為應(yīng)用各種物探方法提供前提條件。一、重力勘探的理論基礎(chǔ)1、重力場(chǎng)與重力位CompanyLogo牛頓萬有引力G-萬有引力常數(shù)G=6.67×10-11Nm2/kg2CompanyLogo質(zhì)點(diǎn)m的外圍空間存在引力場(chǎng)具有吸引其它質(zhì)量的能力(m所固有的)質(zhì)點(diǎn)m在P點(diǎn)的引力場(chǎng)強(qiáng)度:衡量其吸引其它質(zhì)量能力大小的物理量．質(zhì)點(diǎn)m在p點(diǎn)的引力場(chǎng)強(qiáng)度CompanyLogoCompanyLogo地球周圍具有重力作用的空間稱為重力場(chǎng)!!牛頓第二定律：作用于質(zhì)量m0的質(zhì)點(diǎn)上的重力Ｐ的模值可表示為

從場(chǎng)力做功的觀點(diǎn)出發(fā)，重力場(chǎng)的特征還可用重力位來表示，重力場(chǎng)中某點(diǎn)的重力位Ｗ等于單位質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)由無窮遠(yuǎn)移至該點(diǎn)時(shí)場(chǎng)力所做的功。

等重力位面稱為水準(zhǔn)面，不同的重力位值可得到一簇水準(zhǔn)面；當(dāng)重力位為某一特定值的水準(zhǔn)面且與平靜海平面重合，該面稱大地水準(zhǔn)面．

首先：（1）地球形狀是指地球表面的幾何形狀，但地球自然表面極其復(fù)雜；（2）根據(jù)科學(xué)研究需要，把平靜洋面及其延伸到大陸內(nèi)部所構(gòu)成的大地水準(zhǔn)面作為地球的基本形狀，因?yàn)榇蟮厮疁?zhǔn)面十分接近地球表面形狀。但是：大地水準(zhǔn)面仍然不是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)曲面，無法直接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算。因此設(shè)想通過用一個(gè)合適的旋轉(zhuǎn)橢球面（基于橢球體）來逼近大地水準(zhǔn)面。正常場(chǎng)地球模型：質(zhì)量等于地球總質(zhì)量M，以地球自轉(zhuǎn)角速度繞其極半徑為軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J與地球相同的參考橢球體稱做正常場(chǎng)地球模型。正常場(chǎng)地球模型的表面是參考橢球面，也是一個(gè)重力等位面，與真實(shí)地球的大地水準(zhǔn)面相等。CompanyLogo地面、大地水準(zhǔn)面、正常地球模型旋轉(zhuǎn)橢球面CompanyLogo地面、大地水準(zhǔn)面、正常地球模型旋轉(zhuǎn)橢球面CompanyLogo地面、大地水準(zhǔn)面、正常地球模型旋轉(zhuǎn)橢球面CompanyLogo

重力加速度的國(guó)際單位（ＳＩ制）為m/s2，規(guī)定以10-6m/s2為國(guó)際通用單位，簡(jiǎn)寫為g.u.,稱為一個(gè)重力單位，即1m/s2=106g.u.。但在重力勘探中，經(jīng)常使用ＣＧＳ單位制（厘米?克?

秒）伽（Gal），以紀(jì)念第一個(gè)測(cè)定重力加速度的伽利略；并且把重力加速度或重力場(chǎng)的強(qiáng)度簡(jiǎn)稱為“重力”。伽的千分之一稱為毫伽（mGal）。

高精度重力測(cè)量中常使用“微伽（μGal）”，1mGal＝1000μGal。重力單位CompanyLogo2、地球的重力場(chǎng)CompanyLogoCompanyLogo(1)正常重力場(chǎng)正常地球模型（參考橢球）在橢球面上一點(diǎn)的引力場(chǎng)強(qiáng)度在赤道和兩極:指向球心；其它:略偏CompanyLogo將P點(diǎn)限定在大地水準(zhǔn)面上.正常地球模型（參考橢球）在大地水準(zhǔn)面上一點(diǎn)的引力場(chǎng)強(qiáng)度記作：赤道\兩極:方向指向球心;

數(shù)值兩極處大.其它:方向略偏離橢球心.正常地球模型在p點(diǎn)的引力場(chǎng)強(qiáng)度CompanyLogo定義:正常地球模型（參考橢球）的引力場(chǎng)強(qiáng)度外加離心力場(chǎng)強(qiáng)度在大地水準(zhǔn)面上的值稱為：正常重力(場(chǎng)強(qiáng)度)，簡(jiǎn)稱：“正常重力”！離心力場(chǎng)強(qiáng)度公式正常地球模型在p點(diǎn)的離心力場(chǎng)強(qiáng)度CompanyLogo正常重力(場(chǎng)強(qiáng)度)公式CompanyLogo正常重力(場(chǎng)強(qiáng)度)公式CompanyLogo正常重力公式對(duì)各參數(shù)取不同的值，可得到不同的正常重力值g0，常見的有：我國(guó)采用的正常重力公式CompanyLogo思考題CompanyLogo定義:P點(diǎn)不在大地水準(zhǔn)面上，P點(diǎn)處的重力場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)于正常重力會(huì)有什么變化？實(shí)際地球表面任意p點(diǎn)與正常地球模型的差別正常重力中間層高程地形重力異常實(shí)際地球表面任意p點(diǎn)與正常地球模型的差別－－總圖(2)重力隨時(shí)間的變化長(zhǎng)期變化短期變化短期變化是指重力的日變，與太陽(yáng)、月球和地球之間的相互位置有關(guān)。

月球和太陽(yáng)對(duì)地球的引力不但可以引起地球表面流體的潮汐（如海潮），還能引起地球固體部分的周期性形變。固體潮校正CompanyLogo(3)重力異常從地面上某點(diǎn)的實(shí)際觀測(cè)重力值中減去該點(diǎn)的正常重力值和地形起伏不平的影響值后所得到的差，叫做重力異常。即：重力異常是由地殼內(nèi)的地質(zhì)體與圍巖之間的密度差所引起的。涵義：因地層密度界面相對(duì)于同橢圓心層狀分布(局部看為水平層)有起伏、和＼或存在有相對(duì)于均勻地層或圍巖有密度差的礦藏等。地下有局部質(zhì)量的多余(Δσ>０)或虧損(Δσ<0)(統(tǒng)稱為剩余質(zhì)量)，引起測(cè)點(diǎn)處重力場(chǎng)強(qiáng)度變化,這種變化稱為:重力異常(通常指的是其矢量沿鉛垂方向的分量)CompanyLogoCompanyLogo例：

中心埋深為100m、剩余質(zhì)量為50×104t的球形礦體，在球心上方可以產(chǎn)生0.335×10-5m/s2的異常；

但當(dāng)球體中心埋深為1000m時(shí)，只能引起0.0034×10-5m/s2的微弱異常。3、巖石密度決定巖石和礦石密度的主要地質(zhì)因素有兩個(gè):(1)巖石和礦石本身的礦物成分；(2)單位體積內(nèi)所包含的孔隙體積—孔隙度以及孔隙中的含水量。

火成巖、變質(zhì)巖及大多數(shù)礦石的密度主要由前一個(gè)因素決定，因孔隙度很小。

沉積巖的密度受以下諸因素的影響：(1)造巖礦物成分的影響；(2)孔隙度的影響；(3)巖石埋藏深度的影響；(4)孔隙飽和度、巖石裂隙的影響各類巖石密度之間的關(guān)系一般有以下規(guī)律：火成巖密度＞變質(zhì)巖密度＞沉積巖密度

利用重力勘探研究沉積內(nèi)部構(gòu)造時(shí)，應(yīng)綜合考慮沉積地層的礦物成分、孔隙度、埋藏深度、地溫變化和溶質(zhì)成分等因素的影響。

舉例：（1）在大氣中甲烷的密度為0.000677g/cm3,由于壓力隨深度增加，甲烷密度在2~4km深度可達(dá)0.1~0.2g/cm3；（2）在20℃時(shí)，石油密度0.76~0.96g/cm3，密度變化與其成分有關(guān)。隨深度增加，天然氣的溶解度增大，使石油密度減小到0.5~0.6g/cm3。二、重力測(cè)量知識(shí)要點(diǎn)：（1）了解知識(shí)：重力儀、重力測(cè)量原理；（2）掌握內(nèi)容：地形校正、中間層校正、高度校正、

正常場(chǎng)校正、重力異常剖面圖和平面圖；（3）理解內(nèi)容：實(shí)際地球表面任意測(cè)點(diǎn)與正常地球模型的差別；重難點(diǎn)：重力的三項(xiàng)校正

實(shí)際觀測(cè)點(diǎn)與正常地球模型的差別

重力異常的本質(zhì)（怎么來的？）測(cè)定重力加速度的儀器。重力儀有絕對(duì)重力儀和相對(duì)重力儀兩類。前一類用來測(cè)定一點(diǎn)的絕對(duì)重力值，后一類用來測(cè)定兩點(diǎn)的重力差。重力儀廣泛應(yīng)用于地球重力場(chǎng)的測(cè)量，固體潮觀測(cè)，地殼形變觀測(cè)，以及重力勘探等工作中。重力儀的種類很多，按應(yīng)用范圍可分為陸地重力儀、海洋重力儀、井中重力儀、航空重力儀。(1)重力儀絕對(duì)重力觀測(cè)CompanyLogoL&R-D/G重力儀水下重力儀井下重力儀L&R-EG型重力儀Lacoste重力儀地面重力觀測(cè)重力儀器L&RE-Model（一）相對(duì)重力測(cè)量?jī)x器

重力勘探應(yīng)用的重力儀均為相對(duì)重力測(cè)量?jī)x器，即只能測(cè)出某兩點(diǎn)之間的重力差，其相對(duì)精度就比絕對(duì)重力儀小得多，但儀器輕便化、小型化。CompanyLogo相對(duì)重力儀：通過測(cè)量彈簧在不同重力作用下伸長(zhǎng)量的變化來測(cè)定重力變化。工作原理

相對(duì)重力測(cè)量的起算零點(diǎn)，稱為重力的基準(zhǔn)點(diǎn)（總基點(diǎn)）；重力測(cè)區(qū)各點(diǎn)的重力大小,均是相對(duì)總基點(diǎn)而言。

為捉高重力測(cè)量的精度，并在一定時(shí)間內(nèi)便于檢查重力儀的混合零點(diǎn)位移，合理地進(jìn)行改正,需要在工區(qū)內(nèi)確定一定數(shù)量的控制點(diǎn),稱重力基點(diǎn)。零點(diǎn)讀數(shù)法

重力儀的測(cè)讀采用補(bǔ)償法進(jìn)行，也稱零點(diǎn)讀數(shù)法。步驟：選取平衡體的某一位置作為測(cè)量重力變化的起始位置（零點(diǎn)位置）。重力變化后第一步是觀測(cè)平衡體對(duì)零點(diǎn)位置的偏離情況，第二步是用另外的力去補(bǔ)充重力的變化，即通過測(cè)讀裝置再將平衡體又準(zhǔn)確地調(diào)回到零點(diǎn)位置，測(cè)微器上前后兩個(gè)讀數(shù)的變化就反映了重力的變化。CompanyLogoLCR重力儀彈性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖影響重力儀精度的因素

(1)溫度影響：熱脹冷縮，儀器各部件受影響措施：選用受溫度變化影響小的材料作儀器的彈性元件；附加自動(dòng)溫度補(bǔ)償裝置等；(2)零點(diǎn)漂移影響：彈性元件在一個(gè)力的長(zhǎng)期作用下會(huì)使其隨時(shí)間推移而產(chǎn)生極其微小的永久變形（即儀器的零點(diǎn)位置在隨時(shí)間變化）；(3)掉格影響：碰撞儀器后，會(huì)出現(xiàn)讀數(shù)的突變（俗稱掉格），它是關(guān)系測(cè)量誤差大小的非常重要的

因素。CompanyLogo195019601970198019901Gal10Gal100Gal1mGal儀器精度大幅度提高思考：分辨率？精度？

重力儀的精度：重力儀在它可能測(cè)定的最小重力變化的可靠程度。重力儀的精度CompanyLogo拉科斯特(LaCoste)重力儀

美國(guó)拉科斯特金屬?gòu)椈芍亓x，量程為200mgal，精度0.01mgal。

相對(duì)重力儀的彈簧系統(tǒng)以石英材料制成的稱石英彈簧重力儀；用金屬材料制成的稱金屬?gòu)椈芍亓x（二）地面重力儀

LCR重力儀主要技術(shù)指標(biāo)

(2)勘探工作方法工區(qū)面積3978km2設(shè)計(jì)比例尺1:5萬重磁普通點(diǎn)15326個(gè)，檢查點(diǎn)767個(gè)

點(diǎn)線距:1×0.5km

和0.25×0.5km設(shè)計(jì)工作量AABBCCDD測(cè)線111條,按正南正北布設(shè)

2007年新疆準(zhǔn)噶爾盆地某區(qū)塊重磁勘探項(xiàng)目

比例尺及測(cè)網(wǎng)應(yīng)根據(jù)工作任務(wù)、探測(cè)對(duì)象的規(guī)模及異常特征確定；測(cè)線應(yīng)垂直（或大致垂直）于探測(cè)對(duì)象的走向。該圖測(cè)網(wǎng)是否合理？(3)重力資料的整理及圖示地面上任一點(diǎn)的重力值都由四種因素決定CompanyLogo

野外觀測(cè)結(jié)束以后，應(yīng)將各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于總基點(diǎn)（或正常重力）的重力差值確定出來，但這些差值還不算是重力異常，因?yàn)槠渲邪烁蓴_因素的影響。?消除自然地形引起的重力變化，進(jìn)行三項(xiàng)校正①地形校正；②中間層校正；③高度校正?消除正常重力對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，進(jìn)行正常場(chǎng)校正CompanyLogo對(duì)局部勘探區(qū)域，參考橢球體內(nèi)的橢圓狀密度界面可以認(rèn)為是平的定義:由于地形的起伏,相對(duì)于過P點(diǎn)的水準(zhǔn)面(或中間層頂面)，在p點(diǎn)周圍存在有質(zhì)量的多余(比P點(diǎn)高的區(qū)域,中間層項(xiàng)中未考慮到的多出的一部分物質(zhì))和/或虧損(比P點(diǎn)低的區(qū)域,中間層項(xiàng)中多計(jì)算的一部分物質(zhì))，使重力場(chǎng)強(qiáng)度變化：地形項(xiàng)實(shí)際地球表面任意p點(diǎn)與正常地球模型的差別CompanyLogo(一)地形校正

測(cè)點(diǎn)水準(zhǔn)面以上的正地形和以下的負(fù)地形產(chǎn)生的引力的垂直分量是向上的，使儀器讀數(shù)減小；可見地形影響恒為負(fù)，故其校正值恒為正。

以過P點(diǎn)水準(zhǔn)面為參考面,將P點(diǎn)周圍地形化整為塊(扇形體),地形在p點(diǎn)處的引力場(chǎng)強(qiáng)度可近似看作是一系列扇形體在P點(diǎn)的引力場(chǎng)強(qiáng)度的總和；扇形體的底面即為p點(diǎn)所在的水準(zhǔn)面；頂面為地面。俯瞰圖CompanyLogo規(guī)則形狀的扇形體的引力場(chǎng)強(qiáng)度可積．多個(gè)扇形體的引力場(chǎng)強(qiáng)度可加．立體圖

過P點(diǎn)水準(zhǔn)面為參考面，將P點(diǎn)周圍地形化整為塊(扇形體)，只要?jiǎng)澐值米銐蚨?，地形在P點(diǎn)處的引力場(chǎng)強(qiáng)度可近似看作是一系列扇形體在P點(diǎn)的引力場(chǎng)強(qiáng)度的總和．CompanyLogohij---第(i,j)個(gè)扇形體的高度，上頂面平均高程與P點(diǎn)的高程差單一扇形體的立體圖課本：P52-P53CompanyLogo(二)中間層校正

經(jīng)地形校正后，測(cè)點(diǎn)周圍的地形變成水準(zhǔn)面，但該水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面（或基準(zhǔn)面）間還存在著一個(gè)水平物質(zhì)層，消除這一物質(zhì)層的影響稱為中間層校正。

中間層可當(dāng)作一個(gè)厚度為Δh（m），密度為σ的無限大水平均勻物質(zhì)面；地殼內(nèi)物質(zhì)每增厚1m，重力增加約0.419σ(g.u.)，則中間層校正值為：

當(dāng)測(cè)點(diǎn)高于大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面時(shí)，Δh取正，反之取負(fù)。中國(guó)和世界大多數(shù)國(guó)家都取中間層密度值為２.67g/cm3。(三)高度校正

將地球當(dāng)作密度呈均勻同心層分布的旋轉(zhuǎn)橢球體時(shí)，地面每升高１m重力減小約3.086g.u.，所以高度校正值為：

當(dāng)測(cè)點(diǎn)高于大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面時(shí)，Δh取正，反之取負(fù)。CompanyLogo注意：高度校正和中間層校正都與測(cè)點(diǎn)高程Δh有關(guān)，因此常把兩項(xiàng)合并起來，統(tǒng)稱為布格校正。CompanyLogo(四)正常場(chǎng)校正①大面積測(cè)量：各測(cè)點(diǎn)的正常場(chǎng)校正值可直接由正常重力公式計(jì)算；②小面積測(cè)量：正常場(chǎng)的相對(duì)校正（緯度校正）當(dāng)測(cè)點(diǎn)和總基點(diǎn)不在同一緯度時(shí)，測(cè)點(diǎn)重力值包括了總基點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)間的正常重力差值，其校正值按如下公式計(jì)算：CompanyLogo實(shí)際地球表面任意p點(diǎn)與正常地球模型的差別同一層密度非均勻密度界面非水平并非同橢圓心層狀同一層密度非均勻并非同橢圓心層狀CompanyLogoCompanyLogo定義:由于地層密度界面相對(duì)于同橢圓心層狀分布

(局部看為水平層)有起伏、和＼或存在有相對(duì)于均勻的地層或圍巖有密度差的礦藏等，導(dǎo)致地下有局部的質(zhì)量多余(Δσ>０)或虧損(Δσ<0)（統(tǒng)稱為剩余質(zhì)量），引起測(cè)點(diǎn)處的重力場(chǎng)強(qiáng)度變化,這種變化稱為:重力異常(通常指的是其矢量沿鉛垂方向的分量)重力異常的本質(zhì)重力異常剖面圖重力異常剖面圖是將重力測(cè)量結(jié)果沿著剖面線按照一定比例尺等要求繪制的結(jié)果，是重力測(cè)量結(jié)果的主要表現(xiàn)形式之一。重力異常平面圖重力異常等值線圖與地形等高線圖的繪制方法類似；該圖反映了測(cè)區(qū)內(nèi)重力異常的位置、特征、走向及分布范圍。由一組彼此大致平行，且沿一定方向延伸的密集等值線所表示的異常分布，稱為重力梯級(jí)帶（A、B之間的等值線）。重力異常等值線圖CompanyLogoCompanyLogo三、重力異常的

地質(zhì)—地球物理含義知識(shí)要點(diǎn)：（1）了解知識(shí)：重力場(chǎng)的理論公式；（2）掌握內(nèi)容：自由空間重力異常、布格重力異常、地

殼均衡、均衡重力異常；（3）理解內(nèi)容：重力異常反映的地質(zhì)特征；重點(diǎn)：布格重力異常

CompanyLogo思考CompanyLogo實(shí)際地球表面任意p點(diǎn)的重力理論公式(矢量)CompanyLogo1093020077410.450.034實(shí)際地球表面任意p點(diǎn)的重力理論公式(標(biāo)量，僅考慮鉛垂方向分量)CompanyLogo在觀測(cè)的總場(chǎng)值中減去與重力異常無關(guān)的各項(xiàng),稱為重力校正。重力勘探通過地面探測(cè)重力異常的分布來研究地下的地質(zhì)體空間分布規(guī)律。重力的各項(xiàng)校正(1)自由空間重力異常CompanyLogo(2)布格重力異常CompanyLogoCompanyLogo2006年度二連盆地某凹陷重磁力勘探項(xiàng)目布格重力異常（未地改）計(jì)算成果施工單位：江漢物探處

線號(hào)點(diǎn)號(hào)XYH絕對(duì)重力值布格改正正常場(chǎng)改正布格異常WJ06-1001124677148.73477935.171136.52980000.448237.394980365.541-127.699WJ06-1001134677756.65477149.021133.65980001.494236.795980366.032-127.743WJ06-1001144678337.63476354.191129.79980003.108235.988980366.500-127.404WJ06-1001154678924.15475521.611126.49980004.868235.299980366.974-126.807WJ06-1001164679513.31474738.411125.37980006.129235.065980367.449-126.255WJ06-1001174680102.08473935.581119.97980008.552233.937980367.924-125.435CompanyLogo2006年度二連盆地某凹陷重磁力勘探項(xiàng)目布格重力異常（經(jīng)地改）計(jì)算成果施工單位：江漢物探處

施工日期：2005.11.29-2006.1.2線號(hào)點(diǎn)XYH布格異常近區(qū)中區(qū)遠(yuǎn)區(qū)布格異常（地改前）地改地改地改（經(jīng)地改）WJ06-1001124677148.73477935.171136.52-127.6990.0000.0070.017-127.675WJ06-1001134677756.65477149.021133.65-127.7430.0000.0090.018-127.716WJ06-1001144678337.63476354.191129.79-127.4040.0000.0080.018-127.378WJ06-1001154678924.15475521.611126.49-126.8070.0000.0140.018-126.775WJ06-1001164679513.31474738.411125.37-126.2550.0000.0220.022-126.211CompanyLogo(3)均衡理論與均衡異常地殼均衡從地下某一深度起，相同截面所承載的質(zhì)量趨于相等CompanyLogo均衡重力異常CompanyLogo各種異常的意義示意圖CompanyLogoCompanyLogo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。“莫霍界面深度圖”和“中國(guó)地形”圖中高程變化的非常好的反相關(guān)關(guān)系表明我國(guó)在總體上達(dá)到了地殼均衡。四、重力異常正演與反演知識(shí)要點(diǎn)：（1）了解知識(shí)：什么是正演？反演？（2）掌握內(nèi)容：重力異常的正反演、規(guī)則幾何形體的正

演結(jié)果、反演方法；（3）理解內(nèi)容：正反演的關(guān)系、規(guī)則幾何形體的重力異

常特征；重難點(diǎn)：規(guī)則幾何形體的正演（球體、圓柱體、鉛

錘臺(tái)階）CompanyLogo

正演反演

有何聯(lián)系、區(qū)別？正演的角色反演的角色

已知地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)特性等信息，求基于地下介質(zhì)的物理場(chǎng)異常分布（波速、重力異常值、電阻率值等），該過程稱作正演.反過來，已知地面上的觀測(cè)物理場(chǎng)的異常信息，求地球介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，稱為反演.正演問題：已知地下密度分布不均勻體（有質(zhì)量剩余或虧損）的信息，計(jì)算并分析Δg的特性。反演問題：已知觀測(cè)面上Δg（重力觀測(cè)值經(jīng)各項(xiàng)校正后得到的）的數(shù)值，推測(cè)地下密度分布不均勻體的信息（埋深、規(guī)模等）。重力的正演、反演1、重力異常正演

解決正演問題，先了解不同形狀、大小、產(chǎn)狀和密度的地質(zhì)體引起的異常。計(jì)算、研究一些簡(jiǎn)單規(guī)則幾何形狀的物質(zhì)引起的重力異常及其特征，例如球體、圓柱體、臺(tái)階及半平面等引起的重力異常。正演問題：已知地下密度分布不均勻體（有質(zhì)量剩余或虧損）的信息，計(jì)算并分析Δg的特性?；仡櫍褐亓Ξ惓５谋举|(zhì)？？114重力異常正演例子－－球形地質(zhì)體(礦巢＼圈閉等的近似)簡(jiǎn)單規(guī)則形體重力異常正演①球形地質(zhì)體117球形地質(zhì)體(礦巢＼等軸圈閉)球形地質(zhì)體特征點(diǎn)的應(yīng)用—半極值點(diǎn)該圖為重力異常平面等值線圖，等值線的單位為毫伽，中心點(diǎn)重力異常最大值為10毫伽。思考：能否根據(jù)此平面等值線圖估計(jì)均勻球形地質(zhì)體的中心埋藏深度？②水平圓柱體（水平物質(zhì)線）CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo無限長(zhǎng)均勻水平圓柱體的理論異常126水平圓柱狀地質(zhì)體(背\向斜)思考“實(shí)測(cè)異?！辈粫?huì)有無限長(zhǎng)的等值線，而是長(zhǎng)軸拉得很長(zhǎng)的長(zhǎng)橢圓形封閉曲線，在長(zhǎng)軸線的中間部位滿足理論曲線的特性。129球形地質(zhì)體與水平圓柱體例子③鉛垂臺(tái)階某些界線清楚的高角度接觸帶，可等效成圖中的（a）所示的鉛垂臺(tái)階來研究。鉛垂臺(tái)階平面等值線圖是一簇平行臺(tái)階走向的直線CompanyLogo重力異常等值線密集之處（重力梯級(jí)帶）大致對(duì)應(yīng)斷層面實(shí)例—斷裂構(gòu)造異?；咎卣鲾嗔褬?gòu)造由上盤和下盤組成，正斷層為上盤下降而下盤相對(duì)上升；逆斷層為上盤上升而下盤相對(duì)下降。

這種斷裂構(gòu)造可由兩個(gè)垂直臺(tái)階或兩個(gè)傾斜臺(tái)階組合而成。CompanyLogo136垂直臺(tái)階（斷層和陡傾角侵入體）2、重力異常反演

從地質(zhì)角度，解反演問題的目標(biāo)是尋找或推斷金屬、非金屬礦體和地質(zhì)構(gòu)造，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。138反演問題：已知觀測(cè)面上Δg（重力觀測(cè)值經(jīng)各項(xiàng)校正后得到的）的數(shù)值，推測(cè)地下密度分布不均勻體的信息（埋深、規(guī)模等）。謎面謎底一、計(jì)算地質(zhì)體幾何和物性參數(shù)的特征點(diǎn)法

特征點(diǎn)法（或任意點(diǎn)法）是根據(jù)異常曲線上的一些點(diǎn)或特征點(diǎn)（如極大值點(diǎn)、零值點(diǎn)、拐點(diǎn)）的異常以及相應(yīng)的坐標(biāo)求取場(chǎng)源體的幾何或物性參數(shù)，適用剩余密度為常數(shù)的幾何形體。如：球體的半極值點(diǎn)水平圓柱體

根據(jù)△g異常求圓柱體中心埋藏深度D，線密度λ，半徑R及頂部埋藏深度h的公式分別為CompanyLogo鉛垂臺(tái)階根據(jù)△g異常求鉛垂臺(tái)階厚度H-h的公式為二、最優(yōu)化選擇法原理：根據(jù)實(shí)測(cè)重力異常在剖面或平面的分布和變化的基本特征，結(jié)合工區(qū)的地質(zhì)、其他地球物理和物性等資料，建立引起異常的初始地質(zhì)體模型，然后進(jìn)行正演計(jì)算；將理論異常與實(shí)測(cè)異常進(jìn)行對(duì)比，兩者偏差較大時(shí)，對(duì)模型進(jìn)行修改，重算其理論異常；再次進(jìn)行對(duì)比，反復(fù)進(jìn)行，以兩種異常的偏差達(dá)到要求的誤差范圍時(shí)的理論模型表示實(shí)際的地質(zhì)體。CompanyLogo實(shí)現(xiàn)步驟流程圖重力異常反演－通用的方法之一:最優(yōu)化選擇法重力異常反演－最優(yōu)化選擇法CompanyLogo重力異常反演－通用的方法之一:最優(yōu)化選擇法實(shí)例方案一：低山單斜方案二：無山凹陷方案三：高山二臺(tái)階CompanyLogo重力異常反演－通用的方法之一:最優(yōu)化選擇法實(shí)例實(shí)測(cè)與正演計(jì)算的重力異常擬合ＯＫCompanyLogoCompanyLogo實(shí)例1CompanyLogo實(shí)例2五、重力異常的轉(zhuǎn)換處理

（資料處理）從地表到深部所有密度的不均勻引起觀測(cè)重力值重力異?；虿几裰亓Ξ惓８黜?xiàng)校正疊加或總和解決問題：要根據(jù)重力異常求（反演）某個(gè)地質(zhì)體，必須首先從疊加重力異常中分離出單純由這個(gè)地質(zhì)體引起的異常，然后用這個(gè)異常進(jìn)行反演。1、引起重力異常的主要地質(zhì)因素

引起重力異常的主要地質(zhì)因素包括從地表到地球深處所有密度分布的不均勻，由深到淺包括：

地球深部的因素、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)造和成分變化等。根據(jù)天然地震及深層地震測(cè)深資料，地殼結(jié)構(gòu)模式大體如下圖所示：（一）地殼深部的因素

引起地表重力分布的深部因素：（1）地殼厚度的變化（即莫霍面的起伏）（2）殼內(nèi)各層物質(zhì)密度的橫向變化（3）上地幔物質(zhì)密度的橫向變化調(diào)查表明：上地幔密度橫向不均勻的影響：十分緩慢和大范圍的，布格重力異常特征主要對(duì)應(yīng)著莫霍面起伏（即地殼厚度變化）。CompanyLogo【基巖】風(fēng)化層之下完整的巖石稱為基巖（二）結(jié)晶基巖內(nèi)部密度的變化CompanyLogo【基底】相對(duì)于沉積蓋層而言的，被沉積巖層不整合覆蓋的結(jié)晶變質(zhì)巖系均可稱為基底，或沉積蓋層下的巖漿巖。（三）結(jié)晶基底頂面的變化

結(jié)晶基底與上覆沉積巖系通常存在密度差，在基底內(nèi)部巖性較均勻的情況下，基底頂面的起伏能引起較大范圍內(nèi)的重力變化。圈定隆起或凹陷沉積地層凹陷引起重力異常（四）沉積巖的構(gòu)造和成分變化（1）沉積巖系比較發(fā)育的地區(qū)存在多個(gè)密度分界面，界面在地殼運(yùn)動(dòng)影響下產(chǎn)生褶皺、斷裂,又具備足夠大的剩余質(zhì)量，引起明顯的重力異常；（2）沉積巖的巖性或巖相變化可能引起明顯的重力變化。如：盆地內(nèi)的向斜部位堆積了密度較下伏巖層大的礫石層。2、區(qū)域異常與局部異常（一）重力異常的疊加兩個(gè)及以上地質(zhì)體引起的疊加異常，在形態(tài)、幅值和范圍上，不同于單個(gè)地質(zhì)體引起的異常。以單斜異常與球體異常的疊加異常為例：（1）球體剩余密度σ>0：球體異常水平梯度值小于單斜時(shí)，見1；球體異常水平梯度值大于單斜時(shí)，見2；（2）球體剩余密度σ<0，疊加異常見3。（二）定義和區(qū)別區(qū)域異常：疊加異常的一部分，主要由中、深部地質(zhì)因素引起，特點(diǎn)是幅值較大，范圍較大，但水平梯度?。痪植慨惓＃函B加異常的一部分，由相對(duì)區(qū)域因素而言范圍有限的研究對(duì)象引起，特點(diǎn)是范圍和幅值較小，水平梯度相對(duì)較大。區(qū)域異常和局部異常是相對(duì)而言的，沒有絕對(duì)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)研究的問題具體分析。（三）數(shù)據(jù)處理—重力異常研究的主要內(nèi)容之一內(nèi)容和目的（1）圓滑：去掉數(shù)據(jù)誤差造成的“突變點(diǎn)”；（2）求高階導(dǎo)數(shù)：Δg的導(dǎo)數(shù)，為“顯著”地突出異常，

同時(shí)可突出不同深度地質(zhì)體的異常；（3）延拓：向上延拓-壓制淺部小地質(zhì)體的異常，突

出深部大的地質(zhì)體異常；向下延拓-突出淺部小的

地質(zhì)體異常。CompanyLogoCompanyLogo我們將這種方法稱之為“最小二乘法”

在重力異常曲線圓滑中，一般作到二次曲線圓滑就足夠了。CompanyLogo2、求高階導(dǎo)數(shù)均勻球體大球半徑50m小球半徑9mCompanyLogoCompanyLogo羅森巴赫公式

Δg平面等值線圖很難發(fā)現(xiàn)次級(jí)斷裂F1，gzz異常等值線圖清楚地顯示次級(jí)斷裂的水平錯(cuò)動(dòng)，而F2則主要為兩側(cè)巖層的相對(duì)升降。注意：在重力異常的分離中，高次導(dǎo)數(shù)法并非把疊加異常中的局部異常和區(qū)域異常分開，而是突出某種場(chǎng)源體引起的異常；由于重力高階導(dǎo)數(shù)gzz對(duì)于疊加重力異常的分辨率較高，因而具有較好的突出被區(qū)域場(chǎng)掩蓋、甚至被歪曲了的淺部地質(zhì)體引起的弱小異常的能力。3、延拓：將觀測(cè)平面或剖面上的重力異常值換算到地質(zhì)體上部空間任意位置的變換方法。上延下延k滴南凸起－白家海凸起上延２Km重力異常圖滴南凸起－白家海凸起上延５Km重力異常圖滴南凸起－白家海凸起上延７Km重力異常圖滴南凸起－白家海凸起上延１０Km重力異常圖CompanyLogo六、重力異常的地質(zhì)解釋及應(yīng)用1、斷裂構(gòu)造在平面等值線圖上的識(shí)別（a）線性重力高與重力低之間的過渡帶；（b）異常軸線明顯錯(cuò)動(dòng)的部位；（c）串珠狀異常的兩側(cè)或軸部所在位置；（d）兩側(cè)異常特征明顯不同的分界線；（e）封閉異常等值線突然變寬、變窄的部位；（f）等值線同形扭曲部位思考：分析以下斷層會(huì)產(chǎn)生什么樣的重力異常CompanyLogo2、地球深部構(gòu)造及地殼深部研究應(yīng)用之一：全球深部構(gòu)造地形與地殼底界(莫霍界面)近似鏡像對(duì)稱相對(duì)質(zhì)量虧損區(qū)域

全國(guó)布格重力異常圖是研究我國(guó)的地殼結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造及尋找礦產(chǎn)資源的基礎(chǔ)圖件。以下展示了中國(guó)及其毗鄰海區(qū)布格重力異常圖:應(yīng)用之二：全國(guó)大地構(gòu)造研究CompanyLogo全國(guó)布格重力異常圖(反映莫氏面和結(jié)晶基底起伏)大范圍重力高異常部位對(duì)應(yīng)盆地重力梯級(jí)帶對(duì)應(yīng)地震活動(dòng)帶CompanyLogo大范圍重力高異常部位對(duì)應(yīng)盆地

中國(guó)及其毗鄰海區(qū)布格重力異常變化的總趨勢(shì)是由東向西逐漸減小。上海為100g.u.，青島為-100g.u.，丹東為100g.u.，由海岸線向西,重力異常值緩慢遞減，并進(jìn)入負(fù)值區(qū)。沿大興安嶺-太行山-武陵山一帶為-550g.u.,顯示為過渡帶；再往西至青藏高原周邊