《地球物理勘探3重力勘探》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地球物理勘探3重力勘探（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1重力勘探重力勘探一一 重力勘探的理论基础重力勘探的理论基础重力勘探（gravity explorationprospecting）是以地壳中不同岩（矿）石之间的密度差异为基础，通过观测和研究天然重力场的变化规律，以查明地质构造和寻找有用矿产的物探方法。地球的重力场是一种天然力场。组成地壳的各种岩(矿)石之间具有密度差异,这种差异会使地球的重力场发生局部变化, 从而引起地球重力异常。当我们在某一地区进行观测并发现重力异常时,对异常进行分析计算,就能推断引起该重力异常的地下物质分布情况,从而达到地质勘查的目的应用领域：可以研究区域和深部地质构造，也可以研究局部地质异常体。在石油勘探中主要用于探查
2、与油气生成、运移和聚集有关的各种地质构造，如沉积盆地的基底起伏，盖层内部的构造形态，盐丘、侵入体等局部地质现象，也可以直接研究油气藏。重力勘探的发展：重力勘探的前身是研究地球形状的重力测量学。人们对于重力现象的认识过程经历了两次飞跃。1、古希腊的伟大学者亚里士多德（Aristotel,公元前 384公元前 322 年）曾提出：运动物体的下落时间与其重量成比例。直到 16 世纪才被伽利略（G.Galileo,15641642 年）所否定。他从大量的实验中总结出：物体坠落的路径与它经历的时间的平方成正比，而与物体自身的重量无关。这是人类第一次对重力现象有了科学的认识。1687 年牛顿（1643-1
3、723）在自然哲学的数学原理一书中正确阐明了这一现象，从此用 g 来研究地球重力就正式开始了。2、里歇（J.Richer,16301690 年）在利用摆钟从巴黎到南美进行天文观测时发现重力加速度在各地并非恒值，这一消息被牛顿（I.Newton,16421727 年）和惠更斯（C.Huygens,16291695 年）得知后，两人不谋而合地指出：这种现象与他们认为地球是旋转的扁球体的推论相符。从而在理论上阐明了地球重力场变化的基本规律，使人类对重力现象的实质认识上升到一个新的高度，同时也为至今用重力测量来研究地球形状奠定了基础。3、重力勘探大约起始于本世纪初，匈牙利物理学家厄缶（18481919
4、 年）发明了测量重力变化率的扭秤，用它在捷克、德国、埃及和美国的油田勘探中寻盐丘和储油构造获得了成功。4、轻便、精密、快速、实用的重力仪到 20 世纪 30 年代中期出现，随着现代科技水平、材料科学、测试技术的发展，精度更高的重力仪才逐步问世。5、60 年代发展起来海洋重力测量，使占地球表面 70%以上的海洋区域也成为重力法应用的场所，配合同期发展的对人造卫星资料的分析和研究，重力测量法在研究全球板块构造，地壳深部构造，区域地质构造、圈定含油气远景区及煤盆地区域，还有寻找部分固体矿产资源等多个领域起到重要作用。26、70 年代初，世界第一台观测精度达到微伽级的陆地重力仪诞生，促使了微重力测量这
5、一新的分支学科的出现。7、我国重力勘探始于 1945 年，到解放前夕只有两支队伍，在第一轮石油普查中立下过显赫战功，60 年代初，北京地质仪器厂制造出第一台重力仪，于是重力勘探得到发展。现在已经有航空重力测量等先进仪器，同时有配套的软件。70 年代末开始了全国范围的区域重力调查，是一项基础击球物理调查，是综合开发国土资源与矿产资源的基础资料。具有长期利用的价值。与此同时，微重力测量的研究与应用还有待于进一步开发与深化，以适应时代发展的需要。现在已经能在陆地、海洋和井中开展工作。地球内部物质密度分布根据天然地震和人工地震的研究成果，地球内部物质基本上是呈同心层状分布，由地表到地心可分为地壳、地幔
6、和地核三部分。对地球内部重力场的了解依赖于对地球内部密度分布的了解。1798 年，英国物理学家卡文迪许(Henry Cavendish,1731.10.10.1810.3.10.)在自己家实验室中根据两个物体的相互引力测得地球的平均密度：E = 5.515 g/cm33地球的密度应大体成层分布；地球内部物质密度随深度增大而增加；地球的平均密度比地球表层的密度大一倍以上。4一、重力与重力加速度（一）重力物体同时受到地球引力 F 与随地球自转而产生的惯性离心力 C，二者的矢量和的合 G 就是重力，它的方向随在地表位置的不同而发生变化，但大致都指向地心。重力（场）强度与重力方向一致，一般不指向地心。
7、但由于离心力最大只占引力的 1/289，因此，可以认为重力（场强度）的方向近似指向地心。重力勘探中，习惯将力场强度称为“力”，如引力场强度简称为引力，重力场强度简称为重力。G=F+C重力的单位：厘米克秒制（CGS 制）中，重力单位是 cm/s2，称为伽利略伽利略（Galileo），简称伽，符号Gal。（为了纪念第一个测定重力加速度的物理学家伽俐略）。实际生产中常用其分数单位毫伽毫伽（mGal）和微伽微伽（Gal）。1mGal=10-3Gal，1Gal=10-6Gal国际单位制（SI 制）中，重力的单位是 m/s2，通常取国际通用重力单位（gravity unit，符号 g.u）做为实用单位：1
8、g.u=10-6m/s2； 1mGal=10g.u两者之间的关系1 Gal = 0.01 m/s2， 1 mGal = 10-5 m/s2， 1 Gal = 10-8 m/s2目前，最好的重力仪测量精度可达到微伽级。5（二）重力加速度物体自由下落的加速度就称为重力加速度（用 g 表示）。G/m=g重力加速度在数值上等于单位质量所受的重力，其方向也与重力相同。重力加速度的单位 为“伽”，用“Gal”表示。 二、重力位及正常重力（一）重力场及重力位1、重力场如果一质点放在空间内任何一点上都受到力的作用，则空间内就有力场存在。在地球周围空间存在的力场，其场强度等于重力与物体质量之比，方向与重力相同，
9、这种场称为重力场。28 页顶端公式，重力场强度等于重力加速度，而且方向一致。由于重力 G 与质量 m 有关，不易反映客观的重力的变化，所以在地球物理学、重力测量学及重力勘探中，总是研究重力场强度或重力加速度 g，以后若不特别注明，凡提到重力都是指重力加速度或重力场强度。 重力场具有以下特点：（1）重力场是空间一个区域内的矢量场，重力场处在地球表面的一些点处等；（2）重力场是空间坐标(x,y)的函数；（3）重力场作用在空间中任何点处；（4）重力测量是测量重力场的变化；（5）重力场由重力位确定，重力场是由位导出的场。重力（重力场）的变化重力的变化可以分为在空间上的变化和在时间上的变化。重力在空间上
10、的变化主要表现为：地球是一个近似于两极压缩的扁球体，而且地表起伏不平，这将引起约 6 万 g.u 的重力变化（两极引力大，赤道引力小）；地球的自转也能使重力产生 3.4 万 g.u 的变化（两极离心力为零，赤道离心力最大）；地下物质密度分布不均匀可产生几千 g.u 的重力变化。重力勘探正是利用地下物质分布不均匀这一因素所引起的重力变化，来研究地质构造和达到勘探矿产资源的目的。重力在时间上的变化可以分为短周期变化和长周期变化两种。短周期变化主要指重力日变。由于地球的自转，地表各点与日月天体的相对位置不断改变，日月引力的变化引起重力的变化，这种变化的周期为一天，幅度一般在 2-3 g.u 左右，在
11、高精度重力测量中是不可忽视的，必须做相应的日变校正。长周期变化与地壳内部物质变动及构造运动有关，也可以认为是非周期性的。这种变化在短时期内十分微弱，重力勘探中可以不考虑。 比如：61976 年 7 月 9 日-10 日，农历为六月十三、十四；最大最小之差约为 200 微伽=2g.u；各点日变值还应考虑到季节、纬度和地轴倾斜的影响，春秋季节，赤道上的日变应该是幅度最大的。2、重力位重力场中某点的重力位等于单位质量的质点由无穷远处移到改点时场力所做的功。即重力能。它在每一个坐标方向上的导数等于重力的分量。3、正常重力地球表面的形状十分复杂，而地球内部的密度分布并不清楚，因此，不可能直接利用公式求得
12、地球的重力位。为此，引入一个与大地水准面形状十分接近的正常椭球体来代替实际地球，并假定此椭球体内部物质密度均匀或呈同心层状分布。这样，该球体表面上各点的重力位便可根据其形状、大小、质量、密度、自转的角速度及各点所在位置等由理论公式计算出来。在这种条件下得到的重力位就称为正常重力位，求得的相应重力值就称为正常重力值。那么这个正常重力公式是地理纬度、赤道重力和地球力学扁度（地球力学扁度参数）的一个函数：确定正常重力公式的关键是求取 ge，1三个参数，具体的正常重力公式有：19011930 年赫尔默特公式 （多用于测绘部门）1930 年卡西尼国际正常重力公式（多用于勘探部门）1979 年国际地球物理
13、与大地测量联合会八十年代以后，我国各行业统一使用 19011930 年赫尔默特公式。 从上式可以看出：正常重力有如下特点：（1）正常重力公式是按一定条件推导出来的理论公式，而不是客观存在的；（2）正常重力值只与纬度有关，沿经度方向没变化；（3）正常重力值在赤道最小，向两极逐渐变大，最大相差约 5 万 g.u；)2sinsin1 ()(2 12 0egg222 0( )9.78030(1 0.0053020sin0.000007sin 2 )(m/s )g222 0( )9.78049(1 0.0052884sin0.0000059sin 2 )(m/s )g222 0( )9.780327(1
14、 0.0053024sin0.000005sin 2 )(m/s )g7（4）正常重力值随高度增加而减小，变化约-3.086g.u./m。（二）重力异常实测重力值与由正常重力公式计算出的正常重力值之差统称为重力异常。假设测量值是准确的，造成重力异常的主要原因有：1、地球的自然表面并不像大地水准面那样光滑，而是起伏不平的；参考面与自然面之间的高差和其间存在的物质都会引起重力的异常。2、地球内部介质密度分布不均匀，既地球内部物质并不是呈同心层状均匀分布，这使得实测值与正常重力值之间出现差异；3、重力随时间的变化。对于重力勘探而言，只有第二种因素引起的重力变化才是用于地质研究的重力异常。（三）重力异
15、常的实质设地下有一体积为 V，密度为 的球形密度异常体，A、B 两点均在大地水准面上，如果两点的纬度不同，纬度的变化会引起正常重力值的变化。假设在足够大的范围内围岩密度是均匀的，值为 0，异常体相对于围岩的密度差称为剩余密度（=-0），异常体与相同体积围岩之间的质量差称为剩余质量（M=V）。由于剩余质量的存在，与密度正常分布的情况相比，测点受到一个附加引力 E，方向指向异常体重心。测点的实际重力为 g=g0+E 。严格地讲 g 和 g0 方向不同，但由于|E|0，g0，重力高异常；异常体密度小于围岩时，M点距）用于有明显走向的地质体正方形（方格网）（线距=点距）用于无明显走向的地质体网格的大小
16、： 在普查时以不漏掉有意义的地质体为原则；在详查时以查明地质体产生的重力异常的 变化细节为原则。在相应比例尺的图上测网的密度应保证每平方厘米有 13 个测点，在异常 地段可根据需要加密测点。布线原则： 测线垂直于研究对象的走向 线距和点距尽量保持不变14测量施工前，还要进行仪器的准备这是为了确保取得合格的测量数据。应按照有关技术规定的要求,对使用的重力仪检查和调节,对仪器的性能应进行试验.（1）仪器的性能检查及调节仪器检查和调节项目包括: 测程、水准器位置、亮线灵敏度等 .（2）仪器的性能试验仪器的性能试验包括: 静态试验、动态试验和一致性试验.a 仪器的静态试验目的:了解仪器静态零点漂移是否呈线性变化.做法: 将仪器置于安静、通风的一层楼房的室内,每隔 2030 分钟观测一次,同时记录读数、时间及室内温度,连续进行 24 小时以上的观测.b 仪器的动态试验目的:了解仪器动态混合零点漂移的速率；动态观测下达到的可能精度。做法:
