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1、地球物理学基础复习内容2016年4月一、绪论1. 地球物理勘探的概念； 地球物理勘探简称物探，它是以地下物质（岩石或矿体）的物理性质（密度、磁性、电性、弹性、放射性等）差异所引起的物理现象为研究对象，用不同物理方法和仪器，探测天然或人工地球物理场的变化。通过对上述变化的分析、研究，来推断和解释地质构造、矿产分布及人文因素在地下的各种分布情况（古墓、管线、污染范围等）。2. 主要的地球物理勘探方法重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、放射性勘探等。目前在煤田勘探中应用最多的 是地震勘探、电法勘探、磁法勘探等。3. 物探方法能取得成果的前提 探测目标与周围的岩石或土壤等应有明显的物性差异；勘查对
2、象应具有一定的规模和合理的深度；探测地质体异常应能从干扰因素中识别与提取（探测的信号有足够高的信噪比）。4. 正问题、正演、反问题、反演、反演结果的多解性（1） 正问题与正演 已知地质体的赋存状态（形状、产状、物性参数），已知探测方法以及采集参数，求观测结果（异常）。这个问题叫做正问题，求解正问题的过程叫正演。（2）反问题与反演 已知探测方法、采集参数和观测结果（地球物理异常），需要推断地质体的赋存状态（形状、产状、空间位置）和物性参数（密度、磁性、电性、弹性、速度等）。这样的问题叫做反问题，求解反问题的过程叫做反演。（3）反演结果的多解性 由于地球物理场的等效性（由于各种因素的影响，不同的地
3、质状况可能会观测得到非常接近的数据），使得反演的结果具有多样性，这多由地质因素引起。5. 煤矿采区三维地震勘探目前主要解决什么地质问题 主要地质任务是解决构造问题，解释煤层中的大中小断层（一般要求落差大于5米的断层要准确，落差3-5米断层要解释）、褶曲、陷落柱等，常常也要求给出煤层厚度等值线、底板等高线图。2、 电法勘探部分： 1. 影响岩土介质电阻率的主要因素（1）导电矿物含量及其连通情况；（2）介质的结构、构造、孔隙度；（3）岩矿石的含水饱和度及含水矿化度；（4）温度、压力等。2. 均匀大地电阻率的测定方法 为了测定均匀大地的电阻率，通常的做法是在地表设置如图所示的四极电路，利用下面一组公
4、式计算其电阻率。 其中I是电路中的电流，Um与Un是测量点M和N的电位。3. 视电阻率的概念以及分析方法（电流法、电荷法）视电阻率的概念(见下条的名词);分析视电阻率曲线的形态,定性的分析方法有电流法和电荷法。电流法是说高阻地质体排斥电流，而低阻地质体吸引电流，使得观测电极间的电流密度发生变化，从而使观测的电位差发生变化（高阻增大，低阻减小），带入视电阻率计算公式后使得结果发生变化。电荷法是说，当电流穿过界面，由高阻体流向低阻体时，界面上积累负电荷，而由低阻体流向高阻体时积累正电荷。电荷的积累影响了观测电极上的电位差，从而改变了最终的视电阻率计算结果。4. 电剖面法、电测深法、高密度电阻率法等
5、的基本概念（1） 电剖面法在电法勘探中，如果固定供电和观测电极相对位置及电极距，整个装置沿地表测线等距移动并逐点观测视电阻率，就得到反映同一深度不同位置的视电阻率分布，这种观测方法叫做电剖面法。（2） 电测深法在电法勘探中，如果固定测量电极对MN的中心不动，供电极距与测量极距按某种规律同时增大，每次测量视电阻率，则得到的是反映同一位置不同深度的电性分布情况，这种观测方式称为电测深法。（3） 视电阻率 电法勘探中可用四极法测量均匀介质的真实电阻率（见前面均匀大地电阻率测定方法），用公式 进行计算。若地下介质非均匀，则该计算公式的结果表征了观测影响范围内介质电阻率的综合影响，具有电阻率的量纲，称为
6、视电阻率。（4） 装置系数 电法勘探中可用四极法测量均匀介质的真实电阻率（绘图），用公式 计算，其中K是只和AMNB四个点相对位置有关的系数，称为装置系数（给出通用公式,please）。（5）三层水平层状介质电测深曲线的形态和名称 3层水平层状介质的电测深曲线共有4种类型（见图）。（6）高密度电阻率法。 高密度电阻率法的原理同常规电阻率法一样，是岩石矿石间存在电阻率的差异，其野外工作是在测线上一次等距布置多个电极，而后对它们（通过仪器）进行排列组合，取得多种装置多个极距的视电阻率值，并可据此计算出其它多种电性参数的观测技术。（7）说明我们站在地表进行电阻率测量，为何能观测到地下的地质异常体？在
7、人工电场作用下，地下的电性分界面上会积累电荷（当电流穿过界面，由高阻体流向低阻体时，界面上会积累负电荷；当电流穿过界面，由低阻体流向高阻体时，界面上会积累正电荷），这些空间分布的电荷会反过来影响地表两测量点的电位差，从而对视电阻率的结果直接产生影响。（8）简略说明直流电法勘探能解决何种地质问题？ 只要地质目标与周围的岩石间存在显著的电阻率差异即可用电阻率法进行观测，比如找水、金属矿探测、地质构造探测、浅埋深的陷落柱探测等问题，均可用电阻率法进行。（9）给定任意装置，计算装置系数，计算视电阻率，计算电流或电位差等。要求完全掌握视电阻率计算公式、装置系数通用公式等。（10）正问题反问题的分析三、地
8、震勘探部分：1、基本概念(1) 层状介质、单相介质、双相介质； 层状介质，即地下介质是一层一层的，每个地层都有厚度、密度、电阻率、弹性波速度等参数，每个地层都有相同或不同的地层倾角。相是物质的状态，即液态、气态、固态。一般把气液两态称流体状态。所以，单相介质是指单纯的固体状态或者流体。双相介质是固态中（岩石骨架）充填有流体的状态。(2) 振动、波动；质点绕其平衡位置往复运动为振动，而波动是质点振动这种运动状态由近及远的传播过程。(3) 横波、纵波；体波、面波；质点的振动方向与波动的传播方向垂直的叫做横波；质点振动方向与波动传播方向一致的叫做纵波；在弹性介质内部传播的波为体波；只在介质分界面处传
9、播，离开界面其能量迅速衰减的波为面波。SH波:指横波的质点振动方向垂直于波动的传播方向与界面法向所构成的平面；SV波：指横波的质点振动方向在波动传播方向与界面方向构成的平面内。(4) 惠更斯原理、费马原理、视速度；惠更斯原理:若知t时刻的波前，则波前面上每一点都可以看作是新的震源，各自发出振动信号，该波动以介质的速度v向各方向传播，经Dt时间间隔，它们的包络面便是t+Dt时刻的波前。费马原理:此原理即时间最小原理，它表明波的实际传播路径是所有可能路径当中耗时最小的那个。视速度: 地表两观测点，两点距离除以波到达该两点的时间差，它具有速度的量纲，称为视速度。(5) Snell定律；地震波遇到弹性
10、介质分界面，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层介质，形成透射波，反射入射以及透射的波其传播方向满足如下的斯奈尔定律公式（要绘图，标上符号）： (6) 地震地质条件；地震勘探的效果在很大程度上取决于工区是否具有应用地震勘探的前提。在地震勘探中，其地震地质条件主要是指地表的地形地貌地物，表层岩石或土壤的状况，（目的层以上）中部岩石的性质和地质特征，目的层本身的特征及与围岩的弹性差异等。(7) 时距曲线；弹性波从震源激发以后各自沿不同的路径到达接收点，其传播时间t与震源到接收点的距离x间的关系曲线，称为时距曲线。(8) 有效波、干扰波、规则干扰波有效波：在地震仪接收到的所有振动
11、中，用来解决某一特定地质问题的波称为有效波或信号；干扰波：一切妨碍分辨有效波的其他信号或波称为干扰波规则干扰波：面波、工业电、虚反射、声波、多次波(9) 观测系统地震勘探中，激发点和接收排列间的相互位置关系称为观测系统。2时距曲线的推导或者分析要求掌握水平地表单个水平界面，反射波、折射波的传播路径以及时距曲线方程的推导方法。3野外工作方法（1） 地震勘探解决地质问题的步骤野外数据采集、地震资料处理、处理结果的地质解释（2） 地震勘探野外工作的大致过程研究已知资料、踏勘（了解地形地貌等）、设计（观测系统）、试验（确定采集参数）、正式生产（中间要时刻监控采集质量，出现问题及时解决）。（3） 反射波
12、法地震勘探中的主要干扰波；主要规则干扰有（1）面波：特点是速度低、频率低、衰减慢、有频散等；（2）声波：速度恒定、频率高；（3）多次波：它与一次反射类似，但t0时间不同，视速度不同；（4）工业电：50Hz; (5)虚反射：激发位置不好引起，波传到地表再反射地下。 不规则干扰：微震、高频低频背景；（4） 观测系统的概念、多次覆盖的观测系统叠加次数的分析计算、变观的原则；观测系统，地震勘探中激发点与接收排列的相互位置关系；多次覆盖的观测系统是对地下反射点或反射段（二维地震）或反射面元（三维）进行多次观测的观测系统。目的在于提高信噪比。变观是指改变观测系统（原设计），简单的做法就是炮点和接收排列向相
13、反的方向移动同样的距离(当然还有专门设计的特殊观测系统)。观测系统的有关计算（二维观测系统叠加次数等）。二维观测系统覆盖次数的计算公式（略）三维观测系统覆盖次数比较复杂，对于简单的线束状三维观测系统，其次数是纵向（测线方向）次数和横向次数的乘积。纵向次数使用二维观测系统的次数公式进行计算，而横向的次数公式是一个比值，这个比值的分子是（若横向的线距小于炮距，分子是线数；若横向的线距大于炮距，则分子是炮数），分母是（线距与炮距大的除以小的，所得到的那个比值）（5） 地震波的激发与接收 激发的主要因素是炸药的类型、激发井的深度、药量等，均需试验后确定。检波器组合或蹲点，检波器埋置要求：正、紧、直，特殊情况下（如大风）要挖坑掩埋。仪器端的采样间隔记录长度等据地质任务及观测方式等确定。（6） 地震勘探中压制干扰、提高信噪比的手段。（震源的）垂直叠加、接收的水平叠加、检波器的组合等4、地震资料的处理及地质解释（略）（1）资料处理的结果是偏移剖面（2）解释的方法四、综合部分（这个部分主要考察课上讲过的那些应用实例）
