地球物理勘探5重力、磁法勘探

5重力、磁法勘探部分

5.1重力勘探重力勘探的理論基礎(chǔ)重力異常值的測(cè)定與測(cè)量結(jié)果整理重力勘探資料的解釋和應(yīng)用5.1.1重力勘探的基本理論重力勘探重力勘探是利用組成地殼的各種巖體、礦體的密度差異引起的重力變化來(lái)研究地質(zhì)構(gòu)造與礦產(chǎn)分布的學(xué)科。以牛頓萬(wàn)有引力規(guī)律為基礎(chǔ)來(lái)研究由于地質(zhì)原因產(chǎn)生的重力局部變化化，利用精密的重力儀測(cè)出重力異常，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，使可推斷地下不同密度的地質(zhì)體的埋藏情況，進(jìn)而確定隱伏礦體的位置和了解地質(zhì)構(gòu)造情況。重力的應(yīng)用劃分大地構(gòu)造單元和研究地殼深部構(gòu)造；圈定含油氣遠(yuǎn)景區(qū)及含煤盆地，尋找金屬礦產(chǎn)；航空領(lǐng)域主要用于推算火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、飛船的運(yùn)行軌道。重力勘探的基本理論重力的實(shí)質(zhì)地球的引力和地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力的合力。由于離心力相對(duì)地球引力較小，重力方向仍近似指向地心。重力場(chǎng)強(qiáng)度（重力加速度）稱(chēng)單位質(zhì)量物體所受的重力大小為該點(diǎn)的重力場(chǎng)強(qiáng)度。它在數(shù)值上和重力加速度相等。1gl=1cm/s21mgl=1gl/1000g.u=1gl/10000(為國(guó)際通用重力單位)重力勘探的基本理論正常重力場(chǎng)

地球形狀為繞短軸以一定角速度旋轉(zhuǎn)的橢球體。（赤道半徑a=6378.2km,兩極半徑b=6356.8km）。

某點(diǎn)的正常重力值,

赤道正常重力值，跟地球幾何形狀及自轉(zhuǎn)角度有關(guān)的常數(shù)，表示緯度重力異常：任一點(diǎn)重力觀測(cè)值與該點(diǎn)的正常重力值之差稱(chēng)為重力異常。<<區(qū)域重力調(diào)查技術(shù)規(guī)定>>、<<石油物探局重力技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)>>、<<海洋重力測(cè)量暫行規(guī)定>>提出采用統(tǒng)一的正常重力公式.當(dāng)前所用為赫爾默特1909年公式:可計(jì)算出赤道處正常重力值為9.78030m/s2,兩極處為9.832155m/s2重力勘探的基本理論剩余密度、剩余質(zhì)量礦體密度與圍巖的密度之差稱(chēng)之為剩余密度。剩余質(zhì)量M=V*(-)

決定礦體重力異常大小的不是礦體本身的密度，而是與礦體與圍巖的密度差，剩余密度越大，重力異常越大。重力勘探的基本理論存在剩余密度是重力勘探基本條件，還不是充分條件。5.1.2重力異常值的測(cè)定與測(cè)量結(jié)果整理重力的測(cè)定可分為絕對(duì)測(cè)定和相對(duì)測(cè)定。在某一點(diǎn)測(cè)定重力的全值，稱(chēng)之為絕對(duì)重力測(cè)定，該點(diǎn)往往作為重力基準(zhǔn)點(diǎn)。相對(duì)于重力基準(zhǔn)點(diǎn)的重力變化稱(chēng)為相對(duì)重力測(cè)定。重力測(cè)定設(shè)備——重力儀類(lèi)型：彈簧重力儀、振弦重力儀、超導(dǎo)重力儀、激光重力儀等

GS型的重力儀的示意圖（一）幾種常見(jiàn)的重力儀

GS型重力儀的示意圖（二）DZW型重力儀的結(jié)構(gòu)

主要技術(shù)指標(biāo):

分辨率：1微伽

直接量程：2毫伽

精

度:±1.9--±3.2微伽

傳感度精度：優(yōu)于0.0001微米

恒溫精度：小于0.0001°C

國(guó)外的幾款重力儀WordenGravityMeterFG5AbsoluteGravityMeter

G型

陸地用

重力儀Accuracy測(cè)量準(zhǔn)確度:0.04mGal0.01mGal(withoptionalMVRSystem)Precision的讀數(shù)精度0.001mGal0.0001mGal(withoptionalMVRSystem)Repeatability重復(fù)測(cè)量準(zhǔn)確度0.01mGal0.005mGal(withoptionalMVRSystem)

GMeterw/CPI

ZeroLength?MetalSpring

Reliable-LowMaintenanceWorldwideRange-NoResetting

LowDrift-<1mGalperMonth

NoDataLogging

ManualReading

CPISystem-improvesrepeatability

0.005mGalDataResolution

0.01to0.02mGalRepeatability

GMeterw/Aliod100xZeroLength?MetalSpring

Reliable-LowMaintenance

WorldwideRange-NoResetting

LowDrift-<1mGalperMonth

InternalDataLogging

AutomaticReading&Leveling

AutomaticTide&TiltCorrection

0.001mGalDataResolution

0.003to0.02mGalRepeatability重力觀測(cè)結(jié)果的整理目的：消除與地質(zhì)無(wú)關(guān)的干擾因素.采用4種改正處理:緯度改正:即正常場(chǎng)改正.目的是消除測(cè)點(diǎn)重力值隨緯度變化的影響.地形改正：當(dāng)測(cè)點(diǎn)附近起伏時(shí)，高出測(cè)點(diǎn)水平面的質(zhì)量多余部分和低于測(cè)點(diǎn)水平面的質(zhì)量空缺部分都對(duì)重力測(cè)點(diǎn)的引力產(chǎn)生影響，因此必須進(jìn)行削平與充填。高度改正：測(cè)點(diǎn)高程不同則重力值不同，因此要將所有的測(cè)點(diǎn)校正到同一大地水準(zhǔn)面上。公式：中間層改正：去掉大地水準(zhǔn)面以上的物質(zhì)的引力影響。公式：布伽改正、布伽異常：重力勘探中，把高度改正和中間層改正合起來(lái)進(jìn)行，稱(chēng)之為布伽改正。校正后的重力異常稱(chēng)為布伽異常。5.1.3重力勘探資料的解釋和應(yīng)用定性解釋任務(wù)：確定地下地質(zhì)大致構(gòu)造形態(tài)和范圍的大小定量解釋任務(wù)：確定地下構(gòu)造具體位置、展布規(guī)律。應(yīng)用條件和范圍條件：密度差、明顯的產(chǎn)狀和足夠大的面積、埋藏深度最大不超過(guò)3000米。應(yīng)用范圍：研究結(jié)晶基底表面的起伏和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化；沉積巖的內(nèi)部構(gòu)造和巖相變化；地殼厚度的變化5.2磁法勘探5.2.1磁法勘探基本理論磁法勘探的概念磁法勘探是利用地殼內(nèi)各種巖（礦）石間的磁性差異所引起的磁異常來(lái)尋找有用礦產(chǎn)或查明地下地質(zhì)構(gòu)造的一種地球物理勘探方法。磁法勘探的實(shí)質(zhì)和地質(zhì)任務(wù)由于地殼中巖、礦石的磁性差異的存在，在地表就形成有一定特點(diǎn)的局部磁場(chǎng)，疊加在地球磁場(chǎng)之上，形成磁異常，通過(guò)測(cè)定和分析這些磁異常來(lái)研究它和地質(zhì)因素的關(guān)系。從而作出關(guān)于地下地質(zhì)構(gòu)造與礦產(chǎn)分布的有關(guān)結(jié)論，這就是磁法勘探的實(shí)質(zhì)和主要任務(wù)。按工作環(huán)境不同，磁法勘探可分為地面磁測(cè)、航空磁測(cè)、海洋磁測(cè)和井中磁測(cè)四類(lèi)。5.2.1磁法勘探基本理論磁法勘探的理論基礎(chǔ)磁場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度磁極間的引力或斥力稱(chēng)為磁力；磁力作用的空間稱(chēng)為磁場(chǎng)； 磁場(chǎng)中單位“正磁荷”所受的力，稱(chēng)之為磁場(chǎng)強(qiáng)度。

描述磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位如果單位“正磁荷”在磁場(chǎng)中某點(diǎn)所受的磁力是一個(gè)達(dá)因。則該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1C.G.S.M單位，專(zhuān)門(mén)的名稱(chēng)為奧斯特，用Oe表示。在磁法勘探中所測(cè)量的磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化是很弱的，這個(gè)單位過(guò)大，所以采用十萬(wàn)分之一奧斯特為單位，稱(chēng)為伽馬，用γ表示。磁力線常用磁力線來(lái)描繪磁體的感場(chǎng)特征。磁場(chǎng)強(qiáng)度不僅可用磁力線表示方向，也能用磁力線的疏密的程度來(lái)表示其大小。下圖為磁鐵棒磁場(chǎng)的磁力線圖，磁力線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。（一）地球的磁場(chǎng)-地磁場(chǎng)分三種類(lèi)型：基本磁場(chǎng)、變化磁場(chǎng)和磁異常1基本磁場(chǎng)占地磁場(chǎng)的99%以上，由磁偶極子場(chǎng)、大陸磁場(chǎng)和磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化三部分組成。主要是由地核內(nèi)電流的對(duì)流形成，是一種內(nèi)源磁場(chǎng)。相對(duì)穩(wěn)定，但存在站直極為緩慢的變化。（1）地磁三要素：地磁場(chǎng)水平分量H，地磁場(chǎng)與水平面的夾角即地磁傾角I，磁偏角D。地磁要素在地球表面分布的規(guī)律為：T值在兩極處最大，可達(dá)60000~70000nT；向赤道方向逐漸減小，在赤道處最小，只有30000~40000nT。Z值在赤道處為零，向兩極逐漸變大到60000~70000nT。H值在赤道處最大，達(dá)30000~40000nT，向兩極逐漸減小到零。磁傾角在赤道處為零，在兩極附近達(dá)到±90度。

（2）磁偶極子場(chǎng)地磁場(chǎng)與地球中心放一個(gè)強(qiáng)磁偶極子產(chǎn)生的磁場(chǎng)（即均勻磁化球體磁場(chǎng)）很接近。磁偶極子軸和地理軸之間存在約11.5度的傾角.按慣例,把地理北極附近的磁極稱(chēng)為地球的北磁極,把地理南極附近的磁極稱(chēng)為地球的南磁極.(3)大陸磁場(chǎng):地球的基本磁場(chǎng)中除去最佳磁偶極子場(chǎng)部分為非偶極子場(chǎng).大陸磁場(chǎng)是非偶極子場(chǎng)的主要部分,是由地球內(nèi)部的深源引起的,繞八個(gè)中心分布,具有不同的極性.(4)長(zhǎng)期變化:地球的基本磁場(chǎng)有一個(gè)隨時(shí)間緩慢向西飄移的變化,稱(chēng)為地磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化.各點(diǎn)的長(zhǎng)期變化是不同的,具有區(qū)域性.2、變化磁場(chǎng)變化磁場(chǎng)是起源于地球外部并疊加在基本磁場(chǎng)上的各種短周期變化磁場(chǎng)。只占地磁場(chǎng)的很小一部分（不到1%），可分為二類(lèi)：平靜變化和擾動(dòng)變化。連續(xù)出現(xiàn)有周期性的變化規(guī)律，稱(chēng)為平靜變化。包括周期為11年，與太陽(yáng)黑子活動(dòng)周期一致的磁變化；以一天為周期的太陽(yáng)靜日變化和太陰日變化。2、變化磁場(chǎng)另一類(lèi)是偶然發(fā)生的時(shí)間短暫的復(fù)雜變化，稱(chēng)為擾動(dòng)變化，主要有磁暴（磁擾）和地磁脈動(dòng)。磁擾是偶然發(fā)生的地磁場(chǎng)的無(wú)規(guī)律變化。磁暴是強(qiáng)度大的磁擾，一般是全球同時(shí)發(fā)生的，強(qiáng)度可達(dá)數(shù)百甚至上千納特，延續(xù)時(shí)間可達(dá)幾天。當(dāng)強(qiáng)磁暴發(fā)生時(shí)，磁測(cè)工作應(yīng)停止進(jìn)行。地磁脈動(dòng)是一種短周期的地磁擾動(dòng)。3、磁異常地磁學(xué)中，常把地球當(dāng)作一個(gè)理想的均勻磁化球體，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)叫正常磁場(chǎng)。在消除了各種短期磁場(chǎng)變化后，實(shí)測(cè)地磁場(chǎng)與基本磁場(chǎng)（正常磁場(chǎng)）間存在的差異，稱(chēng)為磁異常?？煞譃椋捍箨懶援惓！^(qū)域性異常和局部異常。磁異常是地下巖、礦體或地質(zhì)構(gòu)造受地磁場(chǎng)磁化后，在其周?chē)臻g形成并疊加在地磁場(chǎng)上的次生磁場(chǎng)。實(shí)際工作中，磁異常與正常場(chǎng)（即局部異常與區(qū)域異常）的概念具有相對(duì)的意義，要根據(jù)解決的地質(zhì)問(wèn)題和勘探對(duì)象來(lái)確定。磁異常的測(cè)定與數(shù)據(jù)整理磁異常的測(cè)定-磁力儀從所測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度分量上：水平磁力儀、垂直磁力儀、總強(qiáng)度磁力儀從磁力儀原理和結(jié)構(gòu)上：磁通門(mén)磁力儀、核子旋進(jìn)磁力儀、光泵磁力儀等磁異常數(shù)據(jù)的整理要對(duì)采集原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一些改正，包括：日變改正、正常場(chǎng)改正、溫度改正、零點(diǎn)改正。日變改正：消除地磁場(chǎng)日變對(duì)讀數(shù)的影響。日變資料可自己觀測(cè)或向附近的地磁臺(tái)索取。正常場(chǎng)改正：消除地磁場(chǎng)強(qiáng)度隨緯度和經(jīng)度的正常變化。通常參考本國(guó)和世界的區(qū)域等值線圖來(lái)進(jìn)行。溫度改正：消除溫度變化引起磁力儀性能的變化而對(duì)讀數(shù)的影響。零點(diǎn)改正：消除因儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)受外界影響而產(chǎn)生的讀數(shù)隨時(shí)間的變化。成果：磁異常平面等值線圖磁異常剖面曲線圖磁法勘探的解釋和應(yīng)用定性和定量解釋?zhuān)?）、磁異常的定性解釋判斷引起磁異常的地質(zhì)原因；判斷地質(zhì)體的形狀與走向；推測(cè)地質(zhì)體的位置與范圍；估