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1、2018/11/28,重力异常的地质解释,1,1 地球的重力场,2 球函数和位理论边值问题,3 地球正常重力场,4 重力仪 5 野外重力测量,6 资料整理与异常的获取,7 岩（矿）石的密度,8 重力异常正反问题的解法,9 重力异常的数据处理,10 重力异常的地质解释与应用实例,重力学,讲基础和理论,讲重力数据的获得,讲有关成果的获得,讲应用效果,10 重力异常的地质解释,2018/11/28,重力异常的地质解释,3,目的： 理论在与实际生产中的应用（结合） 内容： 进行地质解释时应注意的问题 异常的识别 应用实例 要求： 掌握各种模型的重力异常（在剖面、平面上的）特征 能正确识别重力异常特征与
2、地质构造之间的关系，以便正确得出有关地质、地球物理解释(结论)。,2018/11/28,重力异常的地质解释,4,10 重力异常的地质解释 前面有关章节已经详细讨论了重力异常的含义，重力异常解释的一些基础知识。本章介绍利用实测重力异常，结合工区地质资料及特征对引起这些异常的原因作出地质上的结论或推断，这是重力勘探（也是一切勘探）工作成果的最终目的。,10.1 进行地质解释时应注意的问题 从对产生重力异常的主要地质因素的分析中可以看出，重力异常包含了丰富的信息，因而无论是地壳深部构造与地壳均衡状态的研究，还是普查、勘探多种矿产资源，或是高精度重力测量在水文、工程（乃至考古等）方面的应用等诸多地质任
3、务，都有可能利用重力资料来加以研究或解决。要想获得对异常进行地质解释的良好效果，一般应注意以下几方面的问题。 1分析与检查用于解释的基础资料重力异常，是否满足在允许的误差范围内按需要的详细程度测得所研究的地质因素产生的异常，这是能否取得效果的前提条件；(资料的真实性和可靠度),2018/11/28,重力异常的地质解释,5,2要研究和分析在一个工区内，不同的研究对象引起的重力异常之间，以及研究对象与非研究对象（或干扰因素）所引起的重力异常之间，是否具有反映其特征的差异（地球物理前提）。如果这种差异可能存在，则应有目的地选用相应的数据处理方法将不同研究对象产生的重力异常区分开来，同时消除或压制干扰
4、体产生的异常，这样可以获得由较为单一的地质因素引起的有效（目标）异常，以利于进行必须的数学物理解释和作出正确的地质上的判断；(资料处理、分析、解释) 3对异常的解释一般是从“读图”或异常识别开始。即研究局部构造或矿体的赋存情况，都必须从区域地质环境入手，先把握全局，然后深入到局部。不同地质构造单元内的地质条件可以有很大差别，同一构造单元内不同部位其情况也有不同，因而不同单元内重力异常分布的基本特征是不同的，甚至有很大差别。所以首先对异常进行分区或分类，分析研究各区（类）异常特征与区域地质环境可能的内在联系，在此基础上，下一步才有可能对各区内的局部异常形成的地质因素作出合理的解释，这就是从面到点
5、的认识过程（对获得的异常的正确判别）；,2018/11/28,重力异常的地质解释,6,4对异常的解释必须遵循从已知到未知的原则。因为相近的地质条件产生的异常具有相似的特征，特别是在对局部异常的解释中，利用一口钻井资料（一个点）或一条地震剖面资料（一条线）作控制进行解释后，将获得的成功经验推广到周围条件相似地区的异常解释中去；或者从露头区的异常特征去推断邻近覆盖区的异常成因。这是由已知到未知，从点、线到面的认识过程，它与前述的从面到点的过程是互相渗透、互为补充的；(重力资料解释的步骤，经验),2018/11/28,重力异常的地质解释,7,5鉴于重力异常的复杂性，各种数据处理及解释方法又都有自身的
6、局限性，因此应针对解释的具体地质任务和条件选用相应的方法，并通过试验确定有关的参数（如延拓高度、窗口大小等），从中选取效果最佳的解释方案；(合理、正确选择处理技术方法) 6应收集工区内相应的地质、钻探、物性和其他物（化）探资料，尽可能地增加已知条件或约束条件，限制反问题的多解性；另一方面，只有综合其它物探方法的解释成果，才能从不同侧面来提供对产生异常的场源性质、产状等作出较为合理正确的判断，为重力异常的解释提供印证、补充或修改(综合利用各种物探、地质资料，确保解释的正确性）； 7有条件时，应对已解释的异常开展一定的验证工作。这一方面可以评价解释的可靠性，另一方面，特别是在出现矛盾、解释失败时分
7、析原因、寻找正确的答案，会使对异常的解释更加深化积累成功的经验，以提高今后在地质解释中的成功率。,2018/11/28,重力异常的地质解释,8,10.2 异常的识别,10.2.1 异常特征的描述 在平面等值线图上， 主要是指区域异常的走向及其变化，从东到西（或从南到北）异常变化的幅度多大，区域性重力梯级带的延伸长度及平均水平梯度和最大水平梯度值等。 对局部异常来说主要指的是异常的弯曲和圈闭情况，对圈闭状异常应描述其基本形状，如等轴状、长轴状或狭长带状；是重力高还是重力低；重力高低的分布特点；异常的走向（指长轴方向）及其变化；异常的幅值大小及其变化等。 在综合分析区域异常与局部异常基本特征后，有
8、可能根据异常特征的不同将工区划分成若干小区，以供下一步作深入的分析研究。 在重力异常剖面图上， 应注意异常曲线上升或下降的规律，异常曲线幅值的大小，区域异常的大致形态与平均变化率，局部异常极大值或极小值的幅度、所在位置等等。,2018/11/28,重力异常的地质解释,9,10.2.2 若干典型重力局部异常的可能解释 由于不同的地质因素往往会在重力异常平面等值线图上或剖面图上产生相似的异常特征，因此根据某一局部异常来判定它是由什么地质因素引起的，常常不是一件容易的事，为此，可将g变换成 、 ，就有可能区分其特征；此外，引用其它资料或物探解释成果就十分必要了，表10.2-1给出了几种局部异常可能反
9、映的地质因素对应关系，以供作地质解释时参考。,2018/11/28,重力异常的地质解释,10,图10.2-1 几种典型的局部重力异常分布可能反映的地质因素,2018/11/28,重力异常的地质解释,11,2018/11/28,重力异常的地质解释,12,10.2.3 断裂构造在g平面等值线图上的识别 实际资料中断裂与异常特征的对应情况比表10.2-1中所列重力梯级带一栏复杂得多。图10.2-1给出了另外若干种指示断裂构造存在的标志。,图10.2-1 在g平面图上识别断裂构造的若干标志,2018/11/28,重力异常的地质解释,13,a 图为线性重力高与重力低之间的过渡带；,2018/11/28,
10、重力异常的地质解释,14,b 图为异常轴线明显错动的部位；,2018/11/28,重力异常的地质解释,15,C 图为串珠状异常的两侧或轴部所在位置；,2018/11/28,重力异常的地质解释,16,D 图为两侧异常特征明显不同的分界线；,2018/11/28,重力异常的地质解释,17,e 图为封闭异常等值线突然变宽、变窄的部位；,2018/11/28,重力异常的地质解释,18,f 图为等值线同形扭曲部位。,2018/11/28,重力异常的地质解释,19,10.3 应用实例,10.3.1 卫星重力异常解释一例 1984年曾维鲁利用GEM10B地球重力模型（它具有完整的36阶球谐展开位系数1365
11、个）计算出三幅全球自由空间重力异常图，即2-12阶低阶图，13-36阶高阶图与2-36阶全阶图，图10.3-1为212阶自由空间重力异常图。经研究认为，30的高阶异常源可能主要存在于岩石圈内，10的低阶源似乎应存在于下地幔和地核之间。212阶场保留了全阶场中最基本的特征，因而控制全球重力场的最主要异常源应该存在于软流圈以下。,图10.3-1 212阶GEM10B模型全球自由空间重力异常（等值线距50g.u.）,2018/11/28,重力异常的地质解释,20,根据这三张图显示的异常特征，人们可作出以下几点推论： （一）整个太平洋地区呈现清晰的高正异常环带，它包括全球主要岛弧海沟地区及深源地震带，
12、与太平洋板块和纳斯卡板块边界线也吻合得较好（见图10.3-2）；正异常带外面包围一圈负异常带，这一正一负的双层环状结构是GEM10B全球自由空间异常场的主要特征。产生高重力带的源既有深部的因素，也有存在于岩石圈深度范围内的因素，较浅层的异常源似乎可以用消减板块随着下插深度增大使密度增高来解释（因温度与压力增加所致）；,图10.3-2 勒皮雄（Xavier Le Pichon, 1968）的七块板模式（平面投影） 箭头指示各板块相对非洲板块（通常设想它是固定不动的）的运动方向,2018/11/28,重力异常的地质解释,21,（二）产生印度洋巨大负异常的场源存在于地球的深部，很可能在软流圈以下存在
13、着巨大的亏损质量所致，因在高阶场中，这一全球最大的负异常完全消失了。 （三）从喜马拉雅到阿尔卑斯有一条横贯东西的高正异常带，它的走向与板块边界线亦符合的较好，但在低阶场中反映得并不明显，说明场源深度较浅。有人认为，产生该地区正异常的原因是喜山地壳薄于相应的均衡地壳的厚度，故存在正均衡异常。它是由北推移的印度板块与欧亚板块互相挤压，产生了巨大的构造运动压力，此力不仅克服了因均衡不足而产生的向下均衡调整力，还迫使喜山山脉继续上升； （四）大洋海岭的重力异常在高阶场中反映得很好，形成了与海岭走向相吻合的低幅正值异常（0100g.u.），在低阶场中这种特征完全消失，因而场源应存在于浅部。结合海岭地区其
14、它许多地球物理特征，如高热流值，两侧有对称分布的条带状磁异常，海水深度较浅，有大规模火山、地震活动等，可以认为海岭是地幔对流上涌的地区，是板块扩张的中心地带，之所以形成低幅正异常是由于地幔流上涌处的地表面为自由或近似于自由边界条件，因而地壳上升变形较大，从而形成与海岭走向一致的低幅正重力异常。,2018/11/28,重力异常的地质解释,22,10.3.2 研究地壳深部构造实例 1982年中科院地球所应用亚洲大陆地区11平均布格重力异常的数据，选择均质单层地壳模型，假定莫霍面以上地壳平均密度为2.84g/cm3，以下的上地幔密度为3.27 g/cm3，采用二维压缩质面反演方法进行计算，得到了亚洲
15、大陆地壳厚度分布图（莫霍面深度图），如图10.3-3所示。将所得结果与我国已知的华北地区张家口乐亭，元氏济南，西北地区的在柴旦格尔木三条地过壳测深剖面和西藏地区应用天然地震资料获得的地壳厚度进行了对比，平均误差都小于2km。根据地壳厚度变化，划分了亚洲大陆地壳构造轮廓，这一结果与我国大地构造学家划分的中国构造单元也是基本吻合的。,图10.3-3 亚洲大陆地壳厚度分布图（单位：km）,2018/11/28,重力异常的地质解释,23,10.3.3 划分大地构造单元 所谓大地构造单元是指按地壳结构的特点及构造发展史而划分的不同区域。通常所称一级大地构造单元，就是指所划分的地台区和地槽区。重力异常在地
16、槽区，地台区具有不同特征。 （一）地槽区重力异常特征 由于地槽区（褶皱带）是地壳上构造运动最强烈、构造最复杂的地区，区内以强烈的褶皱运动、岩浆活动、变质作用和成矿作用发育为主要特点。地壳的强烈振荡和褶皱运动使地槽区形成巨厚的沉积建造，并在造山运动中回返褶皱成山系，所以地形上往往表现为巨大的褶皱山系，同时地壳厚度相应增大,鉴于上述原因，地槽区的区域性重力异常的等值线多呈条带状重力低平行排列，延伸可达数百乃至数千公里；区域异常变化的幅度可达数百乃至数千g.u.。一般来讲该区布格重力异常与地形起伏有镜像关系，就是说，地形越高，重力异常越低。也反映了地壳下界面（莫霍面）相应加深的特点。 （二）地台区重力异常特征 地台区是地壳运动相对稳定、沉积建造相对较薄、褶皱作用和火山活动相对较弱的地区。在地形上看，地台区多为平原或丘陵。 因此，地台区的区域布格重力异常变化平缓、稳定、相对幅度变化较小，方向性不明显。因为地壳厚度较薄，平均异常值较地槽区的为高,2018/11/28,重力异常的地质解释,24,图10.3-4，是四川重庆马尼根果的地形与
