重磁电勘探简介[汇编]

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1、150 重磁电勘探简介重磁电勘探简介 重力勘探 一、重力勘探的基本概念一、重力勘探的基本概念 1重力 重力的实质是牛顿万有引力和离心力的合力。万有引力是牛顿总结前人伽里略研究行星运 动规律提出来的，认为任何物体相互之间都有吸引力，吸引力的大小与两物体的质量乘积成正 比，与两物体之间的距离平方成反比，其相互之间量的关系为 (61) 12 2 m mR Ff RR 式中 m1，m2分别为任意两物体的质量； R两物体相互间的距离； f引力常数，其值在 CGS 制中为 667108cm3gs2。 上式即为牛顿万有引力定律，F 力的方向对 ml来说，是由 ml指向 m2，对 m2来说则相反。 地球是有质

2、量的，对地球表面上任一物体来说，都有地球的吸引力。设地球的质量为 M， 地面上任一物体的质量为 m，则它们之间相互的吸引力 F 可根据式(61)来确定，其方向如图 61(a)所示。由于地球近似一个球体，对地面的 m 物体来说，其引力的方向指向地心。 由于地球在不断地自转，地球表面上任何物体都具有一个离心力 P，其大小由下式来决定 (62) 2 Pmr 式中 rm 到地轴的垂向距离； 地球自转的角速度。 力 P 的方向如图 61(a)所示，径向指向外。离心力 P 随纬度的不同而变化，随着 r 向两 极减小而减小，从赤道的最大值减小到两极为零。 为了描述重力的空间分布，通常采取直角坐标系，以数学解

3、析式表示，如图 61(b)所示。 设地心为坐标原点，z 轴与地球的自转轴重合，x，y 轴在赤道面上。 设任意点 A 的坐标为(x，y，z)，地球内部某一质量单元 dm 的坐标为()，A 点到, , dm 的距离为 r，则 dm 对 A 点单位质量的引力为 (63) 2 dm r dFf rr 1 222 2 rxyz 式中 A 到 dm 方向的单位矢量，其方向是从 A 到 dm。 r r r 对 x，y，z 三个坐标方向的余弦分别为：，那么 dF 在 x，y，z 三个, xyz rrr 坐标方向的引力分量为 1 / 71 Remove Demo Watermark from 151 图 61

4、地球引力示意图 23 23 23 dmxx dF xffdm rrr dmyy dF yffdm rrr dmzz dF zffdm rrr 地球的全部质量对 A 点所产生的引力分量为 3 3 3 V V V x F xfdm r y F yfdm r z F zfdm r 积分号下的 V 表示对整个地球进行积分。 关于离心力的三个分量分别为 2 P xx 2 P yy 0P z 这样重力 g 在 x，y，z 三个坐标方向的分量分别为 2 / 71 152 2 3 2 3 3 V V V x g xfdmx r y g yfdmy r z g zfdm r 规定不同位置均用 1g 质量所受到的

5、重力来衡量受力的大小，这个单位质量所受到的重力 通常称为该点的重力场强度。 根据牛顿第二定律 Gmamg 式中 G物体所受的重力； g重力加速度。 令 m1，则 G=g 采用单位质量所受的重力来衡量重力场强度，它在数值上和重力加速度相等，因此常用重 力加速度代表重力场强度，单位同加速度，为 cm/s2，在重力勘探中称之为 1 伽，用 Gal 表示。 实测时单位太大，常用 1 伽的千分之一为单位，称之为毫伽，用 mGal 表示。随着重力测量仪 器精度的不断提高，取毫伽的千分之一做单位，称为微伽(Gal)。 即 lcms2二 1Gal 1Gal1000lmGal又称 1 米盖(mGal) lmGa

6、l1000lGal 实际上地球不是圆形的，而是一个偏心率近似为 1291 的椭圆体，并且地球在不断地自 转着，从而使万有引力和离心力随着不同位置而变化，它的变化可以按国际正常重力公式计算 (64) 22 0 978.0318 1 0.0053024sin0.0000059sin 2 式中 大地水准面上的正常值； 0 地球的纬度。 国际正常重力公式是为了在全球范围内预测地球表面重力值而规定出的几个关系式之一， 还有其他的公式，只是常数不同而已。 2重力异常 由于地球是个椭圆球，在不断地自转，从而引起地球表面上重力值的变化。对于石油勘探 来说，主要研究的是地壳密度的横向不均匀性，即由于各种地质原因

7、使得地壳密度不均匀引起 重力的变化。 如图 62 所示，地下埋藏一个密度较大的地质体，设其密度为，围岩的密度为， 0 1 ，那么在其地表上，把密度为的围岩在地面上产生的重力值认为是正常重力值， 0 1 1 3 / 71 153 在图 62(a)中以值的一条平行 x 轴的直线表示。 0 当地下存在密度为的地质体，并且其密度大于围岩密度时，球形空间里的质量就会比 0 完全为均匀密度时的质量要大，即较原先的情况会有多余的质量，通常称之为剩余质量， 1 用 M 表示，MV()，V 为地质体的体积。按照万有引力定律，这个剩余质量就会使得 0 1 其相应上方地表 A1，A2，A3，处的重力值比正常重力值有

8、所增大，如图 62(a)所示,在地质 体的正上方 Al处，增加的值用Fl示之，其方向是沿垂直向下，与正常重力方向重合。图中 的 A2，A3，处，它们离球体越远，其重力的增加亦愈小，以 AF2，AF3，示之，它们的方向 离地质体愈远，偏离正常重力方向的角度越大，但它们指向地质体的中心。重力勘探所能观测 的是Fl，F2，F3，的垂直分量gl，g2，g3，而不是它们的本身。将观测到的 gl，g2，g3，标在其上方的图中，作成g 曲线，这个曲线称为重力异常曲线。其重 力值的变化，称为重力异常。 当 时，即地下埋藏一个密度较小的地质体，如图 62(b)所示，那么其异常曲线 0 1 与图 62(a)相反，

9、都比正常重力小，为一负重力异常曲线。如果地层是水平地层，尽管它 0 们之间有密度差，但不会有重力异常，如图 62(c)所示。可见产生重力异常的关键是水平方 向岩石密度要有变化。 如图 62(d)所示，在围岩密度为的岩石中存在着密度为的岩石，在密度为 1 2 2 的岩石中又存在密度为的岩石， 。设密度为的岩石，其分布范围较密度 3 1 2 3 2 为的岩石分布的范围广，则g 的异常曲线如图 62(d)所示。反映出岩石密度的横向变 3 化。岩石 2 所引起的异常，是相对正常重力(如图中的虚线 1 所示)来说的；而岩石 3 所引起的 异常，其正常重力可以认为是虚线 2。这样，要研究岩石 3 所引起的

10、异常，只需用虚线 2 作零 线即可，不必用虚线 1 作零线。这与读构造图时，为了确定构造高点位置和形态，只需知道其 相对高差，而无需知道它的绝对标高的情况一样。也就是说，利用重力异常图研究局部情况， 只要求知道重力的相对值就可以了。 4 / 71 154 (c)水平层状介质的重力异常 (d)介质横向密度变化的重力异常 图 62 不同密度地质体的重力异常 3岩石的密度 重力异常是由于地壳内部岩石密度分布的不均匀所引起的，因而对于岩石的密度及其分布 情况的了解是十分必要的。岩石密度是指在自然蕴藏条件下，岩石单位体积的质量。根据观测 结果表明，不同种类的岩石有不同的密度值；同种类岩石，在不同的地质条

11、件下，也会有不同 的密度值。影响岩石密度的主要因素有两个，即岩石中的矿物成分和孔隙度。 一般岩浆岩和变质岩比较致密。表 61 列出一些岩石和矿石的密度。由表中可知，岩浆 岩、变质岩所含矿物的密度比较大，大约为 2.25.3gcm3；大多数沉积岩，其孔隙度较岩 浆岩、变质岩大，最大可达 3050，而且一般沉积岩所含的重矿物也较岩浆岩、变质岩 为少，所以沉积岩的密度在很大程度上取决于孔隙度。不过在沉积岩中，水、化学沉积岩的密 度和成分存在着明显关系，例如石膏为 2.7，岩盐为 2.1，通常沉积岩的密度大约在 1.13.0 之间，比岩浆岩、变质岩小。 同是沉积岩，其密度常随埋藏深度从浅到深而增加，起

12、初增加很快，达到一定值后，增加 越来越不明显，这种密度随深度增加的关系，是因为上覆岩层的巨大压力使孔隙度减小的结果。 表表 6 61 1 常见岩石和矿石的密度常见岩石和矿石的密度 岩 石 名 称密度，gcm3岩 石 名 称密度，gcm3 沉积岩类火成岩类 5 / 71 155 土 壤1.11.3花 岗 岩2.53.7 砂 岩1.82.8安 山 岩2.52.8 页 岩2.43.0辉 长 岩2.93.1 石 灰 岩2.33.0玄 武 岩2.73.2 石 膏2.73.0橄 榄 岩2.93.3 岩 盐2.12.2矿 石 类 变质岩类赤 铁 矿4.95.3 片 麻 岩2.42.9磁 铁 矿4.95.2

13、蛇 纹 岩2.63.2黄 铁 矿4.95.2 石 英 岩2.62.9铬 铁 矿4.54.6 大 理 岩2.62.9重 晶 石4.34.6 二、重力值的测量与校正二、重力值的测量与校正 1重力测量的基本原理 从原则上说，凡是与重力有关的物理现象，如物体的自由降落、振摆的摆动、重荷使弹簧 的伸长等，都可以用来测量重力值，把它们归结起来可以分两个方面，即重力绝对值的测定和 重力相对值的测定。重力勘探所采用的是相对值的测定，其基本原理如下： 如图 63 所示，它是一个由弹簧悬挂着一个重荷 m 的弹簧秤，当重力有变化时，重荷将 发生相应的位移，其位移的大小正比于重力大小。当弹簧秤位于测点 A 时，则根据

14、虎克定律有 如下的关系 0AA mgll 式中 m 一重荷的质量； 弹簧的弹性系数； 弹簧在重荷作用下的长度； A l 弹簧不受重荷作用时的原始长度。 0 l 当弹簧秤移到 B 点时，得到 0BB mgll 以上两式相减后有 ABABAB AB m gmgglll glCl m 上式中 C 是仪器常数，它与弹簧的性能、重荷的质量有关。它表示重荷移动单位长度时相 应的重力值的变化，称之为重力仪的格值。测定格值的方法是借已知重力变化g 来观测重荷 移动后弹簧长度的相应变化l，从而求得格值 g C l 6 / 71 156 由此可见，已知格值就可以通过测量l 来确定任意测点间的重力g。 图 63 弹

15、簧秤的基本原理 图 64 弹簧重力仪的原理 2重力仪的原理 重力仪的基本原理可以用图 64 来说明。图 64 示出的是一根可以绕水平轴、并在垂直 面上自由转动的摆杆，摆杆的一端固定着一个质量为 M 的重荷，并用两个不相同的弹簧将摆杆 悬挂起来，构成一个弹簧秤。 同时有两个力作用在摆杆上，即重力和弹力，重荷在重力的作用下，带动摆杆以 0 点为轴 心向上转动，用 Mgl 表示重力产生的力矩，其中 l 为摆杆的长度，g 为重力值。用 Mr表示弹簧 产生的弹力矩，则 a（S-S0） r M 0 Kd SSK 式中 K，K分别为弹簧 1 和弹簧 2 的弹性系数； d，a分别为从 0 点到弹簧 1 和弹簧 2 的垂直距离； S，S和 S0，S0分别为弹簧 1、弹簧 2 在受力后和未受力时的长度。 为了测出两点重力变化，可以转动测微螺丝，改变弹簧 2 的张力，使摆杆恢复到原来的平 衡位置，通常称之为零位。这时，除了弹簧 2 的张力比原来有所改变外，弹簧 1 仍处于原来状 态，两点间的重力变化完全被弹簧 2 的张力所补偿，其补