重力勘探

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1、重力勘探重力勘探地球物理与空间信息学院课程内容n n前言前言n n第一章第一章 地球重力场地球重力场n n第二章第二章 重力异常重力异常n n第三章第三章 重力测量仪器重力测量仪器n n第四章第四章 重力测量及观测资料整理重力测量及观测资料整理n n第五章第五章 岩石密度岩石密度n n第六章第六章 重力异常正演与反演问题重力异常正演与反演问题n n第七章第七章 重力异常资料处理重力异常资料处理n n第八章第八章 重力异常地质解释与应用重力异常地质解释与应用第九章第九章 重力异常重力异常资料处理资料处理第九章第九章 重力异常资料处理重力异常资料处理n7.0 引言n7.1 消除误差与干扰n7.2

2、重力异常空间转换 n7.3 重力异常导数换算 n7.4 区域异常与局部异常区分由于地面重力异常所反映的密度不均匀体来自于上自地表，下至上地幔的多种因素叠加的结果；此外，测量数据还存在着各种干扰和误差 ；而我们所研究的对象往往是相对具体的、明确的。所以，在开展解释 工作之前，需要对重力异常数据进行适当的处理。7.0 引言7.0.1 引起重力异常的主要地质因素 地球的结构（各界面起伏） 深部物质组成与成分因素：上地幔物质组成：固相超铁镁质和铁镁质岩石，碱性玄武岩岩浆；根据地球物理资料和高温高压实验结果，在上地幔的温度压力条件下，橄榄石、斜方辉石和单斜辉石是稳定的，因而，认为上地幔顶部可以 看成是橄

3、榄石和辉石的集合体。但由于上地幔物理化学条件的差异，物 质密度是存在差异的。 地壳物质组成：根据矿物学研究，长石(钾长石、斜长石)是地壳中最丰富的矿物，其次是石英和含结晶水的矿物。地壳平均密度约为 2.72.8g/cm3。海洋和大陆地壳成分有所不同。大陆地壳含石英和长石较 丰富，故大陆地壳内部密度一般小于海洋地壳。 7.0 引言7.0.1 引起重力异常的主要地质因素上地壳地质与构造因素变质基底岩石密度及其与上伏地层界面起伏 沉积岩内部构造与岩性变化 其他局部密度不均匀体，如矿产、岩体等7.0 引言7.0.2 叠加重力异常局部异常之间的叠加7.0 引言7.0.2 叠加重力异常局部异常与区域背景的

4、叠加7.0 引言7.0.2 叠加重力异常局部异常与区域背景的叠加7.0 引言7.0.2 叠加重力异常7.0 引言7.0.2 叠加重力异常第九章 重力异常的分离7.0.3 重力异常资料处理的目的与类型重力异常资料处理主要包括三个方面的内容：压制误差与干扰异常区分异常转换重力异常资料处理之目的是为突出研究对象的信息（信号）、压制其它 方面的影响和干扰。7.0 引言7.0.3 重力异常资料处理的目的与类型常用的重力异常资料处理方法有以下类型：圆滑平均法趋势分析空间延拓导数换算7.0 引言1. 频率域滤波原理傅立叶变换一维变换：二维变换：7.0 引言（有关傅立叶变换的知识）频率滤波( = 2f)信号函

5、数及频谱： 滤波器函数及频谱：低通滤波：空间域褶积 ： 7.0 引言（有关傅立叶变换的知识）tf(t)F( )F( )cH() 12. 异常频谱形式(1) 一维谱若将 x 为距离，则u 可视为波数距离的倒数，即7.0 引言（有关傅立叶变换的知识）xg(x )0考虑到g(x)为有限区间的函数，有x-L, L，且u-1/L, 1/L ，则有时也将上式写成7.0 引言（有关傅立叶变换的知识）xg(x )0L-Lxg(x )02L一般情况下，实测数据是离散的，其谱也是离散的，即g(x)可以表示为 g(kx), k 0, 2M 。把异常范围视为周期，即（1/2L），则波数u可写 成u0, 1/(2L),

6、 即有1.2 位场离散数据傅立叶谱显然，波数u为以1/(Nx) 为基数的倍数。这样，谱函数就有了几何意义。波数越大，三角函数自变量为(2)倍数越高，表明其代表几何范围越 小的异常成分，反之，则代表几何范围越大的异常成分，当l=0时，表示 常数成分，即波长无限大的成分。 l 最大被设定为N，即7.0 引言（有关傅立叶变换的知识）(2)二维谱其离散形式与一维谱类似。 7.0 引言（有关傅立叶变换的知识）(3)三维谱理论上三维谱为由于一般不能得到三维空间的异常场，因此，这种三维谱难以应用。7.0 引言（有关傅立叶变换的知识）(4) 利用二维谱构造“伪”三维谱可以证明，当z 0)异常向下延拓的谱可以写

7、成这里H(u,v,z)为正则化因子的频谱。7.2 重力异常空间转换空间延拓7.2.5 对延拓的意义的理解以球体异常为例: 异常宽度异常幅度对于两种埋深D和10D的两个球体而言，在高度为D的平面上观测其异常，异常宽度比值分别为异常幅度比值为在地下D/2深度上观测其异常，异常宽度比值为异常幅度比值为 7.2 重力异常空间转换空间延拓7.2.6 延拓的作用向上延拓具有“低通滤波”的特性，它的主要作用是使异常变得更为平滑，相对突出深部的、区域性的特征；压制浅部的、局部的特征。若用几个不同高度上的异常联合，可以分析异常空间特征，以助于认识和解释异常。向下延拓则是向上延拓的逆过程，具有“高通滤波”的特性，

8、其作用是相对突出浅部的、局部的特征，区分相邻异常；压制深部的、区域性的 特征；有益于分解在水平方向叠加的异常。7.2 重力异常空间转换空间延拓7.2.7 曲面空间延拓“曲化平”（1）拉普拉斯方程级数解方法（2）等效源方法7.2 重力异常空间转换空间延拓3.4.2 常用的重力异常资料处理方法3.4重力异常资料处理重力异向上延拓(a)上延2000m(b)上延3000m(c)上延4000m(d)上延5000m.第九章第九章 重力异常资料处理重力异常资料处理n7.0 引言n7.1 消除误差与干扰n7.2 重力异常空间转换 n7.3 重力异常导数换算 n7.4 区域异常与局部异常区分重力异常导数换算是突

9、出局部异常特征、压制区域背景的最常用的方法之一。这个道理十分简单，如果将异常视为一个高阶泰勒级数能表示的函 数，对其求导，便可消除常数项，再求导，又可消除一次项，。 高次通常用于提取断裂构造、局部构造信息。导数换算方法很多，下面介绍几种常用的方法。7.3 重力异常导数转换7.3.1 空间域方法(1) 差分方法7.3 重力异常导数转换(2)积分方法（主要用于求垂向导数）由直角坐标转换为圆柱坐标，即对z求导，得地面计算点（0，0，0）处导数7.3 重力异常导数转换(3)垂向二次导数求法7.3 重力异常导数转换显然，上式任何一项中x或y为奇次方时，该项为 的正弦或余弦函数的奇次函数。7.3 重力异常

10、导数转换显然，式中r 的奇数次方项积分后为零，相应的系数为去除 r 二次以上的项，得7.3 重力异常导数转换当采用不同方法确定系数时，就可以得到不同的计算公式。1）哈克公式2）艾尔金斯公式取半径分别为可得方程组7.3 重力异常导数转换若将 代入后三式，采用最小二乘方法确定a1可得艾尔金斯I式若直接采用最小二乘方法确定a1即可得到艾尔金斯II式7.3 重力异常导数转换3）罗森巴赫公式若考虑到四次导数，则应用克莱姆法则，可以得到7.3 重力异常导数转换7.3.2 频率域方法（1）原理频率域重磁异常导数换算原理十分简单，只需根据傅立叶微分性质，即可给出导数计算的表达式。根据傅立叶微分性质，若则有7.

11、3 重力异常导数转换（2）导数滤波器频谱若则异常沿x, y坐标方向上的导数的频谱为而沿z方向上的一次和二次导数为7.3 重力异常导数转换若沿XOY平面上任意方向l 求导，l 的方向余弦为(cos, cos)，即有若沿空间矢量t 方向求导，t 的方向余弦为(cos, cos, cos)，即有7.3 重力异常导数转换g Vzz Vzzzg Vzz Vzzz遥感图象 地质图 3.4重力异常资料处理布格重力异常水平梯度 图（红线为地表断裂）(a) 40（NE向）水平 梯度(b) 40（NE向）水平 梯度阴影图(c) 135（SE向）水平 梯度(d) 135（SE向）水平 梯度阴影图.3.4重力异常资料

12、处理布格重力异常垂向高阶导 数图（红线为地表断裂）(a)垂向一阶导数(b)垂向一阶导数阴影图(c)垂向二阶导数(d)垂向二阶导数阴影图.7.3.3 水平导数模量将沿x和y方向上导数平方和的平方根称为水平导数模量，即7.3 重力异常导数转换重磁异常换算成它的高次导数的作用： 异常的导数可以突出浅而小的地质体的异常特征，而压制区域性深部地质因素的异常成分，在一定程度上可以分离不同深度和不同大小的异 常源引起的叠加异常，且导数的次数越高，这种分辨能力就越强； 7.3 重力异常导数转换第九章第九章 重力异常资料处理重力异常资料处理n7.0 引言n7.1 消除误差与干扰n7.2 重力异常空间转换 n7.

13、3 重力异常导数换算 n7.4 区域异常与局部异常区分7.4.01 常用的异常区分方法 平均法 趋势分析法 频率域频谱滤波法 异常转换法位场异常区分方法又可分为“定量区分”和“定性区分”。所为“定量区 分”是指直接获得被分离的场的方法，定性区分则是相对压制或相对突出其中某种成分异常的方法。 7.4 区域异常与局部异常区分7.4.02 区域异常与局部异常概念 一般情况下，我们的研究对象的异常场具有一定区域背景，称为区域场或区域异常。所以实测异常可以看作是区域异常与局部异常的组合， 即从数学过程来看，异常区分是采用一种先验假设模拟区域背景场，从而得到反映区域背景特征的“区域场”；而将其从原始异常中

14、减去 ，又可获得反映局部特征的“局部异常” 。 由于各种地质作用形成的 构造、地质异常体等所引起的异常通常在空间上具有独特的特征，但这 些异常将叠加在其背景之上。广义上，异常区分不仅针对区域与局部异常，也包括不同深度异常和相邻异常的区分。7.4 区域异常与局部异常区分原始重力异常分离重力异常“异常区分”是一个既“简单容易”又“复杂而困难”的问题。 “简单容易” 是指几乎所有方法都能取得一定的效果；“复杂而困难”是指并非每种方法对于所有的异常分离问题都有效，一定要针对实际问题选择适当的方法，灵活应用。随着位场资料处理技术的发展，尤其是信息处理技术的发展，在位场异常区分方面，新方法层出不穷，一些传

15、统的经典方法技术也在不断 改进。7.4 区域异常与局部异常区分平均法一般适用于区分区域背景比较平缓，且在一定范围内可视为线性变化的情况。平均法又可分为：圆周滑动平均、方域滑动平均和平均场法。7.4.1 圆周滑动平均法采用圆周上测点的异常值进行平均，作为圆心处区域异常值，然后逐点滑动计算。 式中mr 为圆周上的参与平均的点数。7.4 区域异常与局部异常区分显然，圆周法的应用效果取决于其半径r，当测区内区域异常在2r尺 度上可近似为线性，且局部异常均小于2r，通常可以得到较好效果。圆周法最佳半径r可用下述的试验方法估计。在重力异平面等值线图中，挑选几个有局部异常的地区，分别用不同半径的圆周，取得相应的 平均异常值。然后以为横坐标，以平均异常为纵坐标，画出它们的关系 曲线。如果测区内的异常只有两级异常，即局部异常和区域异常，量板 平均半径的最佳值 就可以根据 曲线的水平渐近线的位置来 估计，如图(a)所示。如果测区内存在三级或多级异常，则最佳半径可以 根据曲线的转折处的 r 值估计，如图 (b) 所示 7.4 区域异常与局部异常区分7.4.2 方域滑动平均法采用方域内所用测点的异常值进行平均，作为中心处区域异常值，然后逐点滑动计算。方域滑动平均方法与圆周滑动平均类似，与其相比，采用数据点多，不会因局部