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1、1.6 重力异常的地质解释及应用,重力资料的地质解释就是根据异常的分布特征，结合工区的地质条件和岩（矿）石的物性参数，说明引起异常的地质原因，做出地质结论。这是重力勘探的最后阶段，也是非常重要的阶段，它决定着勘探的地质效果。 异常的解释通常分为定性解释和定量解释。定性解释的任务侧重于确定引起异常的原因，并粗略地判断产生异常的地质体的埋深、产状特征。定量解释则是根据异常估计地质体的形状，定量计算地质体的埋深、大小及产状等参数。,研究内容,原则上讲，只要探测对象与其周围非探测对象之间存在密度差异，所产生的重力异常能被仪器可靠地测量出来，干扰场可分辨和消除，则重力勘探就能取得效果。 随着测量精度的提
2、高，重力资料中包含的信息越来越丰富，因此重力勘探的应用范围在也不断扩大。 主要内容： 1.6.1 在研究深部构造中的应用 1.6.2 在区域地质调查中的应用 1.6.3 在油气田勘查中的应用 1.6.4 在矿产资源勘查中的应用 1.6.5 在工程地质勘查中的应用,1.6.1 在研究深部构造中的应用,做为地壳内部分界面的康拉德界面上下有 0.2g/cm3的密度差；做为地壳与地幔间界面的莫霍面上下约有 0.4g/cm3 的密度差。通常把地面到莫霍面的距离作为地壳厚度。 在大陆平原区，康氏面的深度约为1520km，在大洋深处康氏面随化岗岩的消失而消失。在大陆平原区，莫霍面的深度一般为3040km，高
3、山区可达6070km，甚至更深，在大洋深处，地壳厚度只有几公里，甚至更薄。 由于不同地区康氏面、莫霍面的深度不同，加上各层内密度的横向变化等因素，必然对地表的重力分布产生明显的影响。,研究内容与意义,利用重力资料研究地壳深部构造，主要内容是确定各主要密度界面的起伏形态和提供有关地壳活动性的资料。 研究地壳深部构造，不仅对于地壳的演化和大陆与海洋的形成等地学的基础理论问题有着重要作用，而且对于划分大地构造单元、分析和预报天然地震的活动性，研究火山活动和各种矿产的成矿规律也具有十分重要的意义。,所用资料,用于研究地壳深部构造的资料主要是大区域、小比例尺的布格重力异常图和均衡异常图。 由于大面积计算
4、均衡校正相当费事，因此常用自由空气（间）异常代替均衡异常。统计表明，对于小比例尺的自由空气异常来说，在地形平均高度和海底平均深度不超过2000m的范围内可一级近似地视为均衡异常。 由于重力反问题的多解性，解决上述问题时需要借助于较为精确的地震测深资料作为控制。,1. 研究莫霍面深度变化,大量的实际资料表明，布格重力异常在广阔的地区内与地面高程有良好的相关性，通常在地势高的地区表现为强的负值，而在地势低的地区，尤其是海洋区则呈现为强的正值。这表明地表质量的过剩（地形隆起）由地壳深处质量的亏损所补偿。 根据均衡理论，地形海拔越高，地壳越厚，布格重力异常值越低。因此布格重力异常不仅与地壳厚度有明显的
5、对应关系，与地形也有明显的对应关系，一般在海洋区显示重力高，在大陆区显示重力低。,地壳厚度与地形高度和重力异常的关系,穿过喜马拉雅山和青藏高原的重力异常、地壳厚度和地形剖面。从中也可以看出，布格重力异常反映了莫霍面的起伏变化，而且二者都与地形成镜像关系。,喜马拉雅山和青藏高原的重力异常、地壳厚度和地形剖面,地壳厚度与地形高度和重力异常的关系,布格异常曲线与地形起伏之间存在者明显的相关性。对此种现象的解释是：在高山区的质量剩余由山脉下的质量亏损所补偿；而在凹陷区的质量不足则是由其深部的质量剩余补偿，从而使地壳内部基本达到均衡状态。因此， 自由空气异常值接近于零，与地形起伏的关系甚少。,布格重力异
6、常与地壳厚度的相关性,统计结果表明，布格重力异常与地壳厚度之间存在相关性，这种关系可以近似地用线性公式表示： 式中H为地壳厚度， 为异常平均值，H0是布格异常平均值为零的地方的地壳厚度， 为相关系数。 就一个较大的地区而言， H 和 的统计关系不可能各处相同， H0系数和 在一定范围内变化。1980年，中国地质科学院物探所提出了我国的重力异常与地壳厚度相关公式： 并应用此式计算了全国的莫霍面深度。,中国大陆地区布格重力异常图,中国大陆地区莫霍面深度图,中国地形图,重力异常与地形和莫霍面深度的对比,对比分析： 三者基本特征是相似的； 重力异常与地形负相似； 莫霍深度与地形负相似； 莫霍深度与重力
7、正相似。,莫霍面深度,我国大陆区域布格重力异常和地壳深部构造的基本特征,布格重力异常变化的总趋势是从东向西逐渐减小。胶东、辽东及渤海地区值最高，达+30mGal，向西逐渐减小，到西藏南部雅鲁藏布江一带降低到-575mGal以下。莫霍面深度变化的总趋势是从东向西逐渐加深。胶东，辽东一带最浅约40km，向西逐渐加深，到雅鲁藏布江谷最深可达70km。,我国大陆区域布格重力异常和地壳深部构造的基本特征（续）,区域异常的背景上，存在几组巨大的重力梯级（度）带，大都与我国主要的山系密切相关。东部地区，以北北东及北东方向为主，其中以北起大兴安岭，经太行山向南至滇东南的一条梯级带为最大，再一条就是银川-兰州-
8、甘孜一线；西部地区，以北西西或近东西方向的密集带为主，它与东部异常走向相互垂直以至交会。所有重力梯级带和莫霍面深度的变异带与我国一些主要的褶皱带相平行或重合，表明布格重力异常与我国的主要构造体系密切相关。,我国大陆区域布格重力异常和地壳深部构造的基本特征（续2）,在上述主要的重力梯级带之间分布着比较平稳的区域重力异常。这些异常的特征表明地壳构造的活动性小，长期处于稳定状态，它们多属于比较坚硬稳固的地台区，如东北地台，华北地台，华南地台，塔里木地块等。从板块构造的观点对我国深部地壳构造进行划分，基本上可以分为三块，即东部板块，西北板块和西藏板块。,我国大陆区域布格重力异常和地壳深部构造的基本特征
9、（续3）,在大区域异常背景上出现不同形态，不同规模的局部重力异常。其中正异常与地理上的盆地对应，如四川盆地，柴达木盆地，准葛尔盆地等，反映局部上地幔隆起；负异常与一些较小的山脉对应，如长白山，泰山，武夷山，天山等，反映局部上地幔拗陷。,中国近海及邻区布格重力异常,异常特征 大陆布格重力异常负值带（北区、中区和南区） 布格重力异常正高值与负值的过渡带（三个过渡区） 布格重力异常正高值带,中国海域及邻区莫霍面深度,幔隆区：太平洋、苏禄海、苏拉威西海和南海区属地幔隆地区，莫霍面埋深小于15公里。值得特别提到的是，海南岛之南、之西存在一个幔隆区，呈条带状绕海南岛分布，由莫氏面埋深20或22km形成高带
10、圈闭。 幔阶区：莫霍面埋深在1520km，呈窄条带状绕洋壳区分布，形成一个陡变带。太平洋、苏拉威西海、苏禄海区可能为俯冲断裂形成，由洋到陆莫霍面埋深增大。南海区该带较宽，因几条断裂错动，莫霍面埋深由洋壳到陆壳呈台阶式的下掉。,中国海域及邻区莫霍面深度,幔坡区：位于大陆近海岸带到幔阶区之间。莫霍面埋深3020km，呈斜坡由陆到深水区莫霍面埋深变小，与海底地形呈镜像关系。 幔坳区：海域区的幔坳与海内岛屿有关，如琉球群岛、台湾岛、海南岛为明显的幔坳区，莫霍面埋深2732km，较周边低10km左右。东沙群岛区、西沙、中沙群岛出现小范围的幔坳区，较周边凹下23km,渤海湾及周边地区布格重力异常,区域异常
11、走向以北东向为主；其总趋势是由东向西逐渐降低，异常值由+10mGal逐渐降低到-60mGal，平均梯度约1.0g.u/km；重力低带与重力高带相间出现，从东到西依次为：无棣重力高带、黄骅重力低带、沧县重力高带、冀中重力低带；在这些异常之间和盆地边缘分布着许多重力梯级带，水平梯度超过20g.u/km，如新城-石家庄梯级带，固安-宝坻梯级带和沧县梯级带等。,渤海及周缘地区,2. 研究地壳的均衡状态,均衡异常的意义为偏离于均衡状态的成分变化和与之有关的构造的反映。 换句话说，均衡异常存在的地区表示现阶段还没有达到均衡状态的地区，地下物质亏损则表现为均衡负异常，地下物质盈余则表现为正异常。 研究均衡异
12、常不仅可以了解地壳的物质结构，构造和厚度，更重要的是均衡异常反映了各地区构造的近期活动性。,研究地壳的均衡状态,大范围内的均衡异常的平均值有三种情况： 近于零，区域补偿近于均衡状态； 大于零，区域补偿过剩，地壳内存在剩余质量； 小于零，区域补偿不足，地壳内存在质量亏损。,大陆和大洋均衡补偿现象示意图,研究地壳的均衡状态,全球范围的均衡重力异常,研究地壳的均衡状态,有时在造山带地区也会出现均衡正异常，这是由于地壳下有向上的挤压力使较轻的地壳上升的缘故，而在深海沟出处如出现负均衡异常，则是由于较轻的岩石圈向下俯冲插入地幔所致。 推测喜玛拉雅山地区大范围的均衡正异常是由于印度板块向北挤压俯冲造成的，
13、大地测量结果也表明喜山还在继续上升，可见地壳均衡状态还处在调整过程中。,被动大陆边缘模式,3. 重力异常与天然地震,地震是地壳岩层能量突然释放导致周围物质运动的一种形式。 板块边界的运动使得局部地壳发生弹性形变而产生应力，由于变形的持续增加，应力继续累积，一旦超过抵抗它的摩擦阻力时，地壳即会错动反弹至没有应变的位置，同时发生固体的振动而产生地震。,天然地震的分布,全球每年发生地震约500万次，绝大多数是人们感觉不到的小地震，大地震相对较少，其中6级以上强震每年10200次；7级以上大震平均每年18次，达到8级或8级以上的巨大地震每年平均12次。 根据震源位置的地理环境，全球地震可分为海洋地震和
14、大陆地震两大类，发生在海洋的地震占85；发生在陆地的地震占15。 由于大陆是全球人类主要的聚居地，因此地球上的地震灾害绝大部分来自大陆地震。根据本世纪以来的地震灾害统计，大陆地震所造成的地震灾害占全球地震灾害的85。,全球地震的分布,全球地震主要分布在三个地震带上，首先约70%的地震分布在环太平洋地震带，包括日本、台湾、美国加州圣安德列斯断层区等著名的地震活动区。第二个地震带是从地中海到喜马拉雅的欧亚地震带，其上地震分布的特点是比较分散，不象环太平洋地震带那么集中那么有规则，欧亚地震带约占全球地震的15%左右。 第三个地震带是 沿着各大洋洋中 脊分布的洋脊地 震带，约占5%左 右。,全球地震的
15、分布,重力异常与天然地震的关系,地震主要分布在环太平洋带，阿尔卑斯-喜马拉雅带，大西洋中脊和印度洋中脊上。 总的来说，地震主要发生在洋脊和裂谷、海沟、转换断层和大陆内部的古板块边缘等构造活动带。 这些地带对应于布格/均衡重力异常图上的巨大梯级带。,全球地震的分布,全球范围的自由空气异常,我国的天然地震分布,我国是大陆地震最多的国家。根据本世纪以来有仪器记录资料的统计，我国占全球大陆地震的33。我国平均每年发生30次5级以上地震，6次6级以上强震，1次7级以上大震。我国不仅地震频次高，而且地震强度极大。,邢台地震,唐山地震,我国重力异常与天然地震的关系,地震震中与区域性重力梯级带有密切的关系。,
16、我国重力异常与天然地震的关系,地震震中与区域性重力梯级带有密切的关系，如喜马拉雅山、昆仑山、祁连山，以及云南、川西直到六盘山、贺兰山一带都是主要的地震活动带。 区域性重力梯级带交会的地区是深部地壳构造最复杂、受破坏最严重，也是地壳活动性最强烈的地区。如云南省位于不同梯级带的交会处，京津唐地区位于梯级带扭曲的部位附近，西面和西北为地震活动带。 次一级的重力正负异常之间的梯级带上，地壳厚度变化快，也是地震活动地带。如新疆天山山脉的南北两翼等。,汶川地震区重力异常图,2008年5月12日汶川7.8级地震发生在著名的龙门山断裂带上。该断裂带是成都平原与川西高原的结合部，重力异常图上表现为显著的梯度带，两侧地块的基底深度和厚度都有数10公里的差异。,汶川地震区重力异常图,天然地震的预测,地震前，在自然界发生的与地震关的异常现象称为地震前兆，它包括微观前兆和宏观前兆两大类。 常见的地震前兆现象有： (1)地震活动异常；(2)地震波速度变化；(3)地壳变形；(4)地下水异常变化；(5)地下水中氡气含量或其它化学成分的变化；(6)地应
