重力勘探的理論基礎(chǔ)-課件

第一章重力勘探重力勘探（gravityexploration）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(cè)和研究天然重力場(chǎng)的變化規(guī)律，用以查明地下地質(zhì)構(gòu)造和尋找有用礦產(chǎn)的物探方法。應(yīng)用領(lǐng)域：可以研究區(qū)域和深部地質(zhì)構(gòu)造，也可以研究局部地質(zhì)（密度）異常體。在油氣勘探中主要用于探查與油氣生成、運(yùn)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。1ppt課件發(fā)展歷程及現(xiàn)狀對(duì)重力現(xiàn)象的研究始于15世紀(jì)后半期，伽利略從大量的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出：物體墜落的路徑與它所經(jīng)歷的時(shí)間的平方成正比，而與其重量無關(guān)。里歇在在利用擺鐘進(jìn)行天文觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)：重力加速度在世界各地并非恒值。牛頓和惠更斯指出：這種現(xiàn)象與地球是旋轉(zhuǎn)橢球體的推論相符。20世紀(jì)初，厄缶發(fā)明了測(cè)量重力變化率的扭秤，標(biāo)志著重力勘探的誕生。我國(guó)的重力勘探始于20世紀(jì)50年代，現(xiàn)已將全國(guó)的地臺(tái)區(qū)和海域的隆起、坳陷劃分完畢。高精度重力勘探正在礦產(chǎn)資源勘探及其他應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。2ppt課件重力勘探內(nèi)容提要§1.1重力勘探的理論基礎(chǔ)§1.2重力異常的正、反問題§1.3重力儀§1.4野外重力測(cè)量及數(shù)據(jù)整理§1.5重力異常的數(shù)據(jù)處理§1.6重力異常的地質(zhì)解釋及應(yīng)用3ppt課件§1.1重力勘探的理論基礎(chǔ)內(nèi)容提要§1.1.1關(guān)于地球的基本知識(shí)§1.1.2引力、慣性離心力和重力§1.1.3引力位、離心力位和重力位§1.1.4正常重力和重力異?！?.1.5巖（礦）石的密度4ppt課件§1.1.1關(guān)于地球的基本知識(shí)重力勘探的研究?jī)?nèi)容是地球重力場(chǎng)，其影響因素包括內(nèi)部質(zhì)量（密度）分布、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、相應(yīng)的軌道幾何參數(shù)，以及鄰近的天體等。內(nèi)容提要地球在太陽系中的位置地球的運(yùn)動(dòng)地球的形狀地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)的基本參數(shù)5ppt課件地球在太陽系中的位置地球是太陽系九/八大行星之一，按離太陽由近及遠(yuǎn)的次序?yàn)榈谌w。它有一個(gè)天然衛(wèi)星--月球，二者組成一個(gè)天體系統(tǒng)--地月系統(tǒng)。

6ppt課件地球的運(yùn)動(dòng)地球就像一只陀螺，沿著自轉(zhuǎn)軸自西向東不停地旋轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)周期為23小時(shí)56分4秒，約等于24小時(shí)。同時(shí)，地球還圍繞太陽公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)周期約為365.25天，公轉(zhuǎn)軌道是橢圓形。軌道的半長(zhǎng)徑/軸

a=149,600,000km，半短徑/軸

b=149,580,000km，半焦距

c=2,500,000km，扁率

f=(a-b)/a=1/7480，偏心率

e=c/a=1/60。太陽地球月球abc7ppt課件地球的運(yùn)動(dòng)地球公轉(zhuǎn)軌道面稱為黃道面，地軸與地球軌道面的夾角為66°33’，因而黃道面與赤道面的夾角（黃赤夾角）為23°27’。這是地球上產(chǎn)生春夏秋冬四季的原因。春夏秋冬8ppt課件地球公轉(zhuǎn)的軌道和速度地球公轉(zhuǎn)的角速度與其軌道半徑有關(guān)，若半徑長(zhǎng)則角速度小，若半徑短則角速度大，相同時(shí)間內(nèi)的半徑線掃過的面積相等。

9ppt課件地球的形狀對(duì)于我們身處的世界，人類曾有過錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。許多古老的民族都認(rèn)為大地是平的，而自己所處的位置是世界的中心，如中國(guó)古代神話中認(rèn)為其東西南北均為海洋，希臘羅馬神話中也描述天有四角，各有巨人（Atlas）以肩負(fù)天。直到19世紀(jì)（日心說的建立和）牛頓建立起精確的引力理論，人類的認(rèn)識(shí)才走上科學(xué)的道路，認(rèn)識(shí)到世界是一個(gè)球體，并稱之為地球。實(shí)際上，地球的形狀就體現(xiàn)在人類的感官中。在晴朗的日子里，站在海邊或平坦的原野，人的視野不過4～5km，如果登高遠(yuǎn)眺，眼界就開闊許多，高與遠(yuǎn)之間的關(guān)系就包含了地球的形狀含義。10ppt課件地球的形狀（續(xù)）這里假定目擊者視點(diǎn)與視野最遠(yuǎn)點(diǎn)的連線為地面的切線。根據(jù)幾何關(guān)系，目擊者高度h，最大視野r

和地球半徑R之間滿足關(guān)系：（1.1.1）rhRR11ppt課件地球的形狀（續(xù)）從中可以得出地球半徑的估算式：（1.1.2）取h=1.65m，r=4.6km，可得地球半徑的估計(jì)值R=6412km，與實(shí)測(cè)值（6376km）非常接近。隨著航天科技的發(fā)展，人類可以從宇宙空間給地球拍照或直接觀測(cè)，證實(shí)了地球確實(shí)為球體。12ppt課件太空中的地球幽暗太空中的一個(gè)藍(lán)色為主的球形天體。藍(lán)色為海洋、湖泊等水體，占多數(shù)；綠色、土黃色為陸地，占少數(shù)；外部還有大氣圈和磁層，形成外套。

13ppt課件地球表面起伏地球表面約70%的面積被水覆蓋，陸地面積大約占30%，無論陸地還是海底，地形都有高低起伏，十分復(fù)雜，且處于不斷變化之中，精確地描述地球的形狀是根本不可能的，也是完全沒有必要的。但是由于各種實(shí)際的需要，又必須對(duì)地球的形狀加以描述。所有對(duì)地球形狀的規(guī)則性的描述都是對(duì)實(shí)際形狀的近似。14ppt課件大地水準(zhǔn)面雖然地球表面最高點(diǎn)（珠穆朗瑪峰）海拔8848m，最深處（馬里亞那海溝）在水下10830m，相對(duì)高差近20km，但與整個(gè)地球半徑的尺寸相比仍是很小的，只有不到1/300，因而在宏觀上將地球近似為表面光滑的規(guī)則形體還是很有實(shí)際意義的。大地測(cè)量學(xué)中規(guī)定：以平靜海平面的趨勢(shì)延伸到各大陸之下所構(gòu)成的封閉曲面，即大地水準(zhǔn)面的形狀作為地球的基本形狀。15ppt課件大地水準(zhǔn)面的近似形狀大地水準(zhǔn)面的形狀也是不規(guī)則的，可以有不同程度的近似：一級(jí)近似：正球體平均半徑：Rav=6376km二級(jí)近似：旋轉(zhuǎn)橢球體赤道半徑：Re=6378.160km極半徑：Rp=6356.155km幾何扁度：ε=(Re-

Rp)/Re=1/290衛(wèi)星觀測(cè)資料表明大地水準(zhǔn)面并非標(biāo)準(zhǔn)的橢球面，而是在北極高出十余米，而在南極凹進(jìn)二十余米，南北兩半球并不對(duì)稱，因而更精確一步，大地水準(zhǔn)面近似為梨形體面。16ppt課件大地水準(zhǔn)面的高程異常在度量某一點(diǎn)的高度時(shí)不是以大地水準(zhǔn)面為標(biāo)準(zhǔn)，而是從某一個(gè)參考橢球面起算，并將大地水準(zhǔn)面到此參考橢球面的法線距離稱為大地水準(zhǔn)面的高程異

常，該高程異常

反映了地球的形

狀，也可用于研

究地球內(nèi)部物質(zhì)

的分布。大地水準(zhǔn)面與參考橢球面的高程異常17ppt課件地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)根據(jù)天然地震和人工地震的研究成果，地球內(nèi)部物質(zhì)基本上是呈同心層狀分布，由地表到地心可分為地殼、地幔和地核三部分。地球的層圈結(jié)構(gòu)18ppt課件（1）地殼

世界各地地殼厚度變化較大，陸地平原區(qū)一般約為30～40km，山區(qū)和高原地區(qū)一般約60～70km，最厚可達(dá)80～90km，海洋區(qū)約幾～十幾km。地殼可分為上下兩層，上層主要為富含硅鋁質(zhì)的花崗巖類，也稱硅鋁層，平均密度約為2.7g/cm3；下層主要為富含硅鎂質(zhì)的玄武巖類，也稱硅鎂層，平均密度約為2.9g/cm3。硅鋁層和硅鎂層之間有約0.2g/cm3的密度差,是地殼中主要的密度分界面之一，稱為康拉德(V.Conrad)界面，簡(jiǎn)稱康氏面。該界面在大陸區(qū)不能連續(xù)追蹤，在大洋區(qū)則隨花崗巖層的消失而消失。地震學(xué)家已懷疑該界面的廣泛存在。19ppt課件（2）地幔自地殼底界向下至約2900km深的范圍內(nèi)為地幔，地幔也可分為兩層。地幔的上層（上地幔）主要是輝長(zhǎng)巖-玄武巖類和橄欖巖-苦橄巖類，地幔的下層（下地幔）主要是鐵鎳等金屬氧化物。地幔各處的密度均大于3.3g/cm3，并且隨深度的加深而增大。一般認(rèn)為上地幔平均密度為3.5g/cm3，下地幔平均密度為5.1g/cm3。地殼和地幔的密度差大于0.4g/cm3，是全球最主要的密度分界面，稱為莫霍洛維奇(A.Mohorovicic)界面，簡(jiǎn)稱莫霍面或莫氏面。20ppt課件（3）地核

自2900km深到地心為地核，可分為液態(tài)外核，過渡帶和固態(tài)內(nèi)核。目前地核的物質(zhì)成分尚不清楚，根據(jù)隕石成分推測(cè)可能主要為鐵鎳金屬，又稱鐵鎳核。地核的密度可能大于10.0g/cm3，且隨深度增加而增大。關(guān)于地核的進(jìn)一步研究有賴/寄希望于中微子技術(shù)的發(fā)展，中微子直線運(yùn)行穿過地心，帶來地球深部物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)方面的信息。

21ppt課件相關(guān)的基本參數(shù)

地球的平均密度：ρE=5.515g/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：

152,100,000/6,376=23855.1

147,100,000/6,376=23070.9地球與月球質(zhì)量比：ME/MM=81.3月球公轉(zhuǎn)軌道半徑/地球半徑：

384,000/6376=60.222ppt課件§1.1.2引力、慣性離心力和重力主要內(nèi)容1．引力2．慣性離心力3．重力4．重力的變化23ppt課件1．引力根據(jù)萬有引力定律，任意兩個(gè)物體之間都存在相互吸引力。質(zhì)量為m1的物體對(duì)質(zhì)量m2為的物體的引力為：（1.1.3）式中R12為從質(zhì)心m1到質(zhì)心m2的矢徑，R12=|R12|，SI制中F的單位為牛頓（N）。引力常數(shù)：f=6.67×10-8cm3/g.s2=6.67×10-11m3/kg.s224ppt課件地球的引力地球作為一個(gè)有一定質(zhì)量的球體，對(duì)其外部試驗(yàn)質(zhì)量為m的物體有引力（1.1.4）引力的方向指向地心，如果將地球視為正球體，地球表面引力處處相等。地球質(zhì)量：ME=5.976×1024kg在地球表面上：RE=6376kmf=6.67×10-8cm3/g.s2=6.67×10-11m3/kg.s225ppt課件2．慣性離心力由動(dòng)力學(xué)知道，轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)存在慣性離心力，由于地球的自轉(zhuǎn)，地球上的物體都要受到慣性離心力的作用：（1.1.5）式中r

為從自轉(zhuǎn)軸到場(chǎng)點(diǎn)的

垂直矢徑，地球自轉(zhuǎn)的角速

度ω=2π/86164，SI制中C

的單位也為牛頓（N）。vr26ppt課件慣性離心力地球上，各點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度是相同的，而轉(zhuǎn)動(dòng)半徑是不同的，地球表面各點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑是其所處緯度圈的半徑，即：式中為緯度。由于緯度的變化，同樣

質(zhì)量的物體，在赤道上

所受的離心力最大，隨

緯度升高而逐漸減小，

到兩極減小為零。慣性離心力27ppt課件3．重力物體所受重力應(yīng)為地球的引力和慣性離心力的矢量和，即

(1.1.6）由于離心力的存在，重力一般不指向地心。重力示意圖28ppt課件重力場(chǎng)強(qiáng)度重力概念中包含了試驗(yàn)質(zhì)量m的因素，消除m的影響，得到重力場(chǎng)強(qiáng)度：（1.1.7）根據(jù)牛頓第二定律，重力場(chǎng)強(qiáng)度等于物體受重力產(chǎn)生的重力加速度，其中第一項(xiàng)為引力加速度，第二項(xiàng)為離心力加速度，SI制中重力場(chǎng)強(qiáng)度的單位是m/s2。29ppt課件重力示意圖同重力一樣，重力場(chǎng)強(qiáng)度一般也不指向地心，但是和引力加速度相比，離心力加速度很小。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，離心力最大只占引力的1/289。因此，可以認(rèn)為重

力（場(chǎng)強(qiáng)度）的方

向近似指向地心。重力示意圖30ppt課件重力勘探中的“重力”在重力勘探中，習(xí)慣上將力場(chǎng)強(qiáng)度稱為“力”，如將引力場(chǎng)強(qiáng)度簡(jiǎn)稱為引力，重力場(chǎng)強(qiáng)度簡(jiǎn)稱為重力，如無特別說明，以后所提到的引力和重力均指引力場(chǎng)強(qiáng)度和重力場(chǎng)強(qiáng)度。31ppt課件重力的單位高斯單位（CGS）制中，重力的標(biāo)準(zhǔn)單位是伽利略（Galileo）簡(jiǎn)稱伽，符號(hào)Gal，1Gal=1cm/s2。實(shí)際生產(chǎn)中常用其分?jǐn)?shù)單位：毫伽（mGal）1mGal=10-3Gal微伽（Gal）1Gal=10-6

Gal國(guó)際單位（SI）制中，重力的標(biāo)準(zhǔn)單位是m/s2，重力勘探中，取其百萬分之一做為國(guó)際通用的重力單位（gravityunit），符號(hào)g.u：1g.u=10-6m/s2；換算關(guān)系：1mGal=10g.u32ppt課件4．重力的變化

重力的變化可以分為在空間上的變化和在時(shí)間上的變化。重力在空間上的變化主要表現(xiàn)為：地球不是一個(gè)正球體，而是一個(gè)近似于兩極壓縮的扁球體，且地表面起伏不平，這將引起約6萬g.u的重力變化（兩極引力大，赤道引力?。坏厍虻淖赞D(zhuǎn)使重力產(chǎn)生3.4萬g.u的變化（兩極離心力小，赤道離心力大）；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。重力勘探正是利用地下物質(zhì)分布不均勻這一因素所引起的重力變化，來研究地質(zhì)構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)勘探礦產(chǎn)資源的目的。33ppt課件重力的變化（續(xù)）重力在時(shí)間上的變化可以分為短周期變化和長(zhǎng)周期變化兩種。長(zhǎng)周期變化與地殼內(nèi)部物質(zhì)變動(dòng)及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)，也可以認(rèn)為是非周期性的。這種變化在短時(shí)期內(nèi)十分微弱，重力勘探中可以不考慮。

34ppt課件重力的變化（續(xù)）短周期變化主要指重力日變。地面上的一點(diǎn)受到太陽，月亮的引力作用，由于地球的自轉(zhuǎn)，地表各點(diǎn)與日月的相對(duì)位置不斷改變，日月對(duì)這些點(diǎn)的引力的變化引起重力的變化，這種變化不僅可以造成海洋潮汐，還可以引起地殼形變，既所謂的“固體潮”，固體潮使大地水準(zhǔn)面發(fā)生位移，這種位移也造成重力的變化。上述兩種變化的周期均為一天，其總和稱為重力日變，日變的幅度一般在2-3g.u左右，在高精度重力測(cè)量中是不可忽視的，必須做相應(yīng)的日變校正。35ppt課件“固體潮”示意圖在地球附近，太陽引力場(chǎng)的強(qiáng)度約為地球表面引力場(chǎng)強(qiáng)度的萬分之六，空間一點(diǎn)的重力還應(yīng)該疊加上太陽的引力。向陽一側(cè)（白天）疊加減弱，大地水準(zhǔn)面升高，重力降低。背陽一側(cè)（夜晚）疊加增強(qiáng)，大地水準(zhǔn)面降低，重力增加。太陽引力場(chǎng)36ppt課件月球引力的影響地球附近，月球引力強(qiáng)度約為地球引力的百萬分之3.47，是太陽引力強(qiáng)度的0.57%。農(nóng)歷月末月初，月球和太陽在地球的同一側(cè)，二者作用方向一致，疊加最強(qiáng)；農(nóng)歷月中，月球和太陽在地球的兩側(cè)，月球引力削弱太陽引力的作用。太陽引力場(chǎng)月球引力場(chǎng)月球引力場(chǎng)37ppt課件重力日變曲線1976年7月9日-10日，農(nóng)歷為六月十三、十四；最大最小之差約為200微伽=2g.u；各點(diǎn)日變值還應(yīng)考慮到季節(jié)、緯度和地軸傾斜的影響，春秋季節(jié)，赤道上的日變應(yīng)該是幅度最大的。1976年7月9日-10日北京重力日變38ppt課件§1.1.3引力位、離心力位和重力位重力場(chǎng)是矢量場(chǎng)，不便于計(jì)算和應(yīng)用，同時(shí)考慮到重力場(chǎng)的特征：①力的大小和方向是研究點(diǎn)的單值連續(xù)函數(shù);②重力場(chǎng)是保守場(chǎng)（沿閉合回路重力做功為零，即）或無旋場(chǎng)（）。根據(jù)場(chǎng)論知識(shí)，重力場(chǎng)必然可以表示成某一標(biāo)量場(chǎng)W的梯度，即，標(biāo)量函數(shù)

W稱為重力場(chǎng)的位函數(shù)。

39ppt課件引力位、離心力位和重力位主要內(nèi)容1．引力位2．離心力位3．重力位4．重力等位面及其特征40ppt課件1．引力位引力場(chǎng)具有與重力場(chǎng)相類似的特征，可引入引力位函數(shù)V，（1.1.8）分量形式為：，，（1.1.9）引力場(chǎng)中，某點(diǎn)的引力位定義是將單位質(zhì)點(diǎn)從無窮遠(yuǎn)移到該點(diǎn)引力場(chǎng)所做的功，即：（1.1.10）

R為質(zhì)心到場(chǎng)點(diǎn)的距離。41ppt課件分布質(zhì)量的引力位分布質(zhì)量的物體外某點(diǎn)的引力位為：（1.1.11）式中σ為密度，，R為體積元dv到場(chǎng)點(diǎn)的距離，。物體外引力的分量形式為：（1.1.12a）（1.1.12b）（1.1.12c）42ppt課件2．離心力位

離心力位的零值參考點(diǎn)取在自轉(zhuǎn)軸（r=0），定義式為：（1.1.13）離心力的分量形式是：（1.1.14a）（1.1.14b）（1.1.14c）43ppt課件3．重力位根據(jù)場(chǎng)的迭加原理，重力位等于引力位和離心力位之和，即：

（1.1.15）重力的分量形式為：（1.1.16a）（1.1.16b）（1.1.16c）44ppt課件重力等位面示意圖重力等位面圖示重力位是三維空間中的標(biāo)量，W=W(x,y,z)，由重力位相等的點(diǎn)構(gòu)成的面稱為重力等位面。即W(x,y,z)=c所代表的空間曲面。給

c賦予不同的數(shù)值，可得到不同的等位面。45ppt課件重力沿任意方向的分量重力g在任意方向l

上的分量為：（1.1.17）式中l(wèi)為任意矢量，（g,l）為重力矢量g與矢量l的夾角，，，為矢量l的方向余弦。SI制中，位函數(shù)的單位是m2/s2。重力/引力位與高度/半徑的關(guān)系46ppt課件重力等位面的第一特性在重力位場(chǎng)中，如果所考察的方向l與重力g

的方向相垂直，有，即，表示沿所考察的l

方向沒有位差，也就是說l

沿等位面方向，是等位面的切線。這表明：重力等位面處處與重力方向正交，這是重力等位面的第一特性。47ppt課件重力等位面與大地水準(zhǔn)面水不會(huì)沿著與重力垂直的方向流動(dòng)，也就是不會(huì)沿等位面流動(dòng)，故重力等位面又稱為重力水準(zhǔn)面。在一系列重力水準(zhǔn)面中，有一個(gè)與平靜的海平面相重合，稱之為大地水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面是一個(gè)特殊的重力等位面。大地水準(zhǔn)面在地球表面是實(shí)際存在的，重力測(cè)量與重力勘探領(lǐng)域中一般把大地水準(zhǔn)面的形狀近似作為地球的形狀。48ppt課件重力等位面的第二特性若所考察的方向l與重力g

的方向一致，

此時(shí)有。所以，重力g

的方向就是重力位梯度最大的方向，此為重力等位面的第二特性。49ppt課件重力等位面的第三特性取l與等位面的內(nèi)法向n

同向，并且用差分代替微商，可以將重力改寫為：

ΔW為相鄰兩個(gè)等位面的重力位之差，ΔW=Δc，Δn表示兩個(gè)等位面之間的垂直距離?？梢姡亓的大小和相鄰兩個(gè)等位面的距離Δn成反比，等位面密集的地方重力值大。重力g值并非處處相等，所以相鄰兩等位面之間的距離也非處處相等，又由于g是一個(gè)不為零的有限量，所以Δn

必為有限量。所以，等位面既不相交也不相切，同時(shí)又不處處平行，這是重力等位面的第三特性。50ppt課件重力等位面的二階導(dǎo)數(shù)重力等位面互不相交、互不平行的實(shí)際狀況反映了重力的大小和方向是隨空間位置變化的，即重力的不均勻性，而重力場(chǎng)的不均勻性實(shí)際上就是其導(dǎo)數(shù)（即重力位的二階導(dǎo)數(shù)）不為零或不全為零。因此，重力等位面的形狀與重力位的二階導(dǎo)數(shù)有著密切的聯(lián)系，可以通過重力位的二階導(dǎo)數(shù)來研究重力等位面的形狀和不平行性，也是研究地下介質(zhì)的密度分布。51ppt課件§1.1.4正常重力和重力異常

地球表面的形狀復(fù)雜，內(nèi)部的密度分布未知，另外重力場(chǎng)是隨時(shí)間變化的，因而地球重力場(chǎng)不可能用公式精確地描述。實(shí)際應(yīng)用中，為研究的方便，將實(shí)際的地球重力場(chǎng)分成如下幾部分考慮：規(guī)則的地球形狀和正常的密度分布在空間中產(chǎn)生的重力，這部分為正常重力；地球形狀異常和密度偏離正常分布導(dǎo)致的剩余密度分布在空間中產(chǎn)生的重力，這部分為重力異常；重力隨時(shí)間的變化。主要內(nèi)容：正常重力重力異常52ppt課件1.正常重力正常重力的假設(shè)條件：引入一個(gè)與大地水準(zhǔn)面十分接近的正常的旋轉(zhuǎn)橢球體代替實(shí)際的地球，并假定其表面是光滑的，內(nèi)部的物質(zhì)分布是均勻的或呈層狀均勻分布，各層的界面是共焦點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)橢球面。這樣，根據(jù)旋轉(zhuǎn)橢球體的形狀大小、質(zhì)量、密度、自轉(zhuǎn)角速度等參量便可計(jì)算出各點(diǎn)的重力位和重力值，分別稱為正常重力位和正常重力值。由正常重力位推算得到的在正常橢球面（水準(zhǔn)橢球面）上的重力公式稱為正常重力公式。53ppt課件正常重力公式的基本形式基本形式為：（1.1.20）為計(jì)算點(diǎn)的地理緯度，為赤道重力，為兩極重力。地球的力學(xué)扁度，參數(shù)地球的幾何扁度。確定正常重力值的關(guān)鍵是如何求取，，三個(gè)參數(shù)。54ppt課件正常重力計(jì)算式根據(jù)不同的資料和方法，可以得到不同的參數(shù)值，就得到不同的計(jì)算正常重力的公式。

1901～1930年赫爾默特公式（多用于測(cè)繪部門）1930年卡西尼國(guó)際正常重力公式（多用于勘探部門）1979年國(guó)際地球物理與大地測(cè)量聯(lián)合會(huì)二十世紀(jì)八十年代以后，我國(guó)規(guī)定各行業(yè)統(tǒng)一使用1901～1930年赫爾默特公式。55ppt課件對(duì)正常重力的認(rèn)識(shí)

對(duì)正常重力應(yīng)有如下認(rèn)識(shí)：（1）正常重力公式是按一定條件推導(dǎo)出來的理論公式，而不是客觀存在的；（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小，在地表附近，其變化率約為-3.086g.u/m。56ppt課件2.重力異常地面測(cè)點(diǎn)的重力觀測(cè)值與該點(diǎn)的正常重力值一般是不相同的，去除各種觀測(cè)誤差，假定測(cè)量值是準(zhǔn)確的，引起偏差的原因不外乎以下幾個(gè)方面：第一，重力觀測(cè)是在地球的自然表面，而不是在大地水準(zhǔn)面上進(jìn)行，自然表面與大地水準(zhǔn)面之間的物質(zhì)，以及觀測(cè)點(diǎn)與大地水準(zhǔn)面間的高度差會(huì)引起重力的變化；第二，地殼內(nèi)存在著密度異常體，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(shí)測(cè)值與正常重力值之間出現(xiàn)差異；第三，固體潮及日月引力的變化引起的微小重力日變也會(huì)導(dǎo)致重力場(chǎng)的變化。57ppt課件各種重力變化的作用對(duì)于勘探而言，地形起伏對(duì)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響屬于干擾，必須設(shè)法校正；固體潮及日月引力的影響也是對(duì)勘探不利的，在高精度重力測(cè)量中也必須予以校正，只有地下密度異常體因素的影響才是我們希望發(fā)現(xiàn)和利用的重力異常。58ppt課件重力異常的提取思路如果用g0代表理論計(jì)算的正常重力值，Δgn表示各項(xiàng)干擾作用之和，Δg代表重力異常，那么實(shí)測(cè)重力值可以表示為：

g

=g0+Δg+Δgn那么，重力異常則為：

Δg=g–g0–Δgn=g–g0+δgn

式中δgn=–Δgn，表示各項(xiàng)校正之和。59ppt課件絕對(duì)重力異常在進(jìn)行重力觀測(cè)數(shù)據(jù)的校正過程中，如果參考高度是大地水準(zhǔn)面/參考橢球面，密度參數(shù)選用全球統(tǒng)一值，這種條件下得到的重力異常Δg稱為絕對(duì)重力異常。絕對(duì)重力異常在全球范圍內(nèi)可以相互對(duì)比。在大范圍、小比例尺的研究，如含油氣盆地構(gòu)造、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地殼及上地幔的研究等，一般需要以理論重力值作為正常場(chǎng)，這時(shí)需要計(jì)算絕對(duì)重力異常。60ppt課件相對(duì)重力異常在局部構(gòu)造和礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)中，為了得到純粹由探測(cè)對(duì)象產(chǎn)生的異常，則往往需要根據(jù)一定的原則選擇一個(gè)點(diǎn)作為測(cè)區(qū)重力的起算點(diǎn)，稱為總基點(diǎn)，總基點(diǎn)所在的水準(zhǔn)面稱為基準(zhǔn)面?？偦c(diǎn)上的實(shí)測(cè)重力值即為正常場(chǎng)值。若以g0代表總基點(diǎn)的重力值，密度參數(shù)采用測(cè)區(qū)實(shí)測(cè)值，則利用上式計(jì)算出的Δg稱為相對(duì)重力異常，即測(cè)點(diǎn)相對(duì)于總基點(diǎn)的經(jīng)過校正后的重力差值。61ppt課件設(shè)地下有一體積為V，密度為

的球形密度異常體，A、B兩點(diǎn)均在大地水準(zhǔn)面上，如果兩點(diǎn)的緯度不同，緯度的變化會(huì)引起正常重力值的變化。假設(shè)在足夠大的范圍內(nèi)圍巖密度是均勻的，值為，異常體相對(duì)于圍巖的密度差稱為剩余密度（

），異常體與相同體積圍巖之間的質(zhì)量差稱為剩余質(zhì)量（）。剩余密度與剩余質(zhì)量重力異常的圖示62ppt課件由于剩余質(zhì)量的存在，與密度正常分布的情況相比，測(cè)點(diǎn)受到一個(gè)附加引力ΔF，測(cè)點(diǎn)的實(shí)際重力為g=g0+ΔF

。嚴(yán)格地講g和g0方向不同，但由于|ΔF|<<|g0|

，可近似認(rèn)為g與g0方向相同，均沿z軸方向，實(shí)測(cè)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(cè)點(diǎn)所產(chǎn)生的附加引力的鉛直分量，這就是重力異常的實(shí)質(zhì)。重力異常的實(shí)質(zhì)重力異常的圖示63ppt課件重力探測(cè)的條件（1）要探測(cè)到地質(zhì)異常體產(chǎn)生的重力異常，一般應(yīng)具備以下幾個(gè)條件：（1）地質(zhì)異常體與圍巖之間要有一定的密度差。當(dāng)?shù)刭|(zhì)異常體的密度大于圍巖密度時(shí)，剩余密度為正，此時(shí)可觀測(cè)到重力高；反之，觀測(cè)到重力低；如果沒有密度差，觀測(cè)不到重力異常。不同剩余密度及對(duì)應(yīng)的重力異常64ppt課件重力探測(cè)的條件（2）（2）垂向上有密度差，但水平方向上層狀均勻分布的地質(zhì)體不能引起可觀測(cè)的相對(duì)重力異常，因此地質(zhì)異常體還必須沿水平方向有密度變化，或是要有一定的構(gòu)造形態(tài)才能引起重力異常。水平地層結(jié)構(gòu)重力橫向不變橫向密度不均勻可引起多級(jí)異常65ppt課件重力探測(cè)的條件（3）（3）探測(cè)的密度不均勻體要有一定的規(guī)模，也就是剩余質(zhì)量不能太小，因?yàn)橹亓Ξ惓Ｖ档拇笮母旧先Q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(dá)1.0～3.0g/cm3），但如果礦體體積太小，異常微弱，儀器也無法測(cè)出。66ppt課件重力探測(cè)的條件（4）（4）異常體埋藏不能太深，例如中心埋藏100m時(shí)，剩余質(zhì)量M=5.0×108kg的球形礦體，可在球心上方產(chǎn)生0.335mGal的異常，但是該球體中心埋深變?yōu)?000m時(shí)，卻只能引起0.00335mGal的異常。67ppt課件重力探測(cè)的條件（5）（5）能否獲得探測(cè)對(duì)象產(chǎn)生的重力異常，還取決于干擾的輕重。通常，惡劣的地形、淺層密度不均勻、圍巖密度變化等都對(duì)重力場(chǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾而使目標(biāo)異常體產(chǎn)生的異常無法識(shí)別。因此只有當(dāng)?shù)匦伪容^簡(jiǎn)單，圍巖密度比較均勻，探測(cè)對(duì)象（目標(biāo)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(shí)測(cè)異常中清除時(shí)，重力勘探才能獲得好的地質(zhì)效果。應(yīng)該說，上述條件都是相對(duì)的，隨著理論技術(shù)和儀器設(shè)備的進(jìn)步，重力探測(cè)的應(yīng)用范圍正越來越廣。68ppt課件§1.1.5巖（礦）石的密度重力勘探的物性基礎(chǔ)是探測(cè)對(duì)象與周圍巖石之間存在密度差異。因此掌握和研究巖（礦）石的密度資料對(duì)于重力異常的觀測(cè)、提取和推斷解釋都是十分必要的。巖（礦）石的密度是指在自然蘊(yùn)藏條件下，單位體積巖（礦）石的質(zhì)量，觀測(cè)結(jié)果表明，不同類的巖石有不同的密度值，同類巖石在不同的條件下也會(huì)有不同的密度。影響巖石密度的主要因素為：巖（礦）石的礦物成分及含量、孔隙及充填物和所承受的壓力。69ppt課件密度參數(shù)的獲取實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用天平或密度計(jì)測(cè)定巖樣的密度，重力/密度測(cè)井資料或地震勘探的層速度資料可以用于估計(jì)野外地層的密度參數(shù)。天平測(cè)密度巖（礦）石的密度70ppt課件常見巖（礦）石的密度（g/cm3）

名稱密度名稱密度名稱密度純橄欖巖橄欖巖玄武巖輝長(zhǎng)巖安山巖輝綠巖玢巖花崗巖石英巖流紋巖片麻巖云母片巖千枚巖蛇紋巖2.5~3.32.6~3.62.6~3.32.7~3.42.5~2.82.9~3.22.6~2.92.4~3.12.6~2.92.3~2.72.4~2.92.5~3.02.7~2.82.6~3.2大理巖白云巖石灰?guī)r頁巖砂巖白堊干砂粘土表土錳礦鎢酸鈣礦赤鐵礦磁鐵礦黃鐵礦2.6~2.92.4~2.92.3~3.02.1~2.81.8~2.81.8~2.61.4~1.71.5~2.21.1~2.03.4~6.05.9~6.24.5~5.24.8~5.24.9~5.2鈦鐵礦磁黃鐵礦鉻鐵礦黃銅礦重晶石剛玉鹽巖硬石膏石膏鋁礬土鉀鹽煤褐煤石油4.5~5.04.3~4.83.2~4.44.1~4.34.4~4.73.9~4.03.1~3.22.7~3.02.2~2.42.4~2.51.9~2.01.2~1.71.1~1.3??~??71ppt課件巖（礦）石密度的總體規(guī)律總體規(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，而沉積巖本身密度變化也很大。礦石密度火成巖密度變質(zhì)巖密度沉積巖密度赤鐵礦磁鐵礦黃鐵礦鉻鐵礦重晶石4.9-5.34.9-5.24.9-5.24.5-4.64.3-4.6花崗巖安山巖輝長(zhǎng)巖玄武巖橄欖巖2.5-3.72.5-2.82.9-3.12.7-3.22.9-3.3片麻巖蛇紋巖石英巖大理巖2.4-2.92.6-3.22.6-2.92.6-2.9土壤砂巖頁巖石灰?guī)r石膏巖鹽1.1-1.31.8-2.82.4-3.02.3-3.02.7-3.02.1-2.2各類巖石的密度（g/cm3）72ppt課件巖漿/火成巖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，巖石的密度逐漸增大。不同成巖環(huán)境會(huì)造成同一類巖

石的密度差異，如侵入巖密度

較高，火山巖，尤其是熔巖，

密度較小。成巖過程中的冷凝、結(jié)晶分異

作用也會(huì)造成不同巖相帶的密

度差異?；鸪蓭r密度與組分的關(guān)系73ppt課件沉積巖的密度沉積巖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(dá)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；在沉積盆地中，古老的巖石一般埋藏深度大，上覆巖層的巨大壓力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。74ppt