地球物理勘探讲义

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1、物探探测理论及实测技术,（矿井物探技术及煤矿采空区探测）,地球物理勘探方法分类： 重力法（Gravity）岩石密度差异 磁法（Magnetometry）岩石磁性差异 电法（Electricity）岩石电性差异 地震法（Seismic exploration）岩石弹性或波阻抗差异,物探探测原理及方法,非地震勘探方法,非地震勘探的发展趋势 电法勘探将成为地震高难地区的主要勘探手段 盆地周边的山前等地区以及深层扩展，这就面临着两个问题： 一是在新开辟的探区，迫切需要经济的物探方法，迅速查清盆地勘探构造格局，迅速为布置地震提供依据； 二是在煤层聚集情况看好，而又是地震的高难地区，需要得到好的资料，并能

2、解决地质问题。,三、大地电磁勘探技术是比较理想的方法之一，并且随着大地电磁仪器的发展，基础理论的进步以及处理方法的改进，大地电磁方法日臻完善。因此，20世纪90年代以来，大地电磁方法在国内外都得到了广泛的应用。 四、重、磁、电、地震联合反演 重磁约束反演是近年来重磁应用的新成果。其基本原理是利用几条地震及电法剖面做约束骨架（浅层用地震，深层用电法），利用重、磁资料作联合反演，最终得到整体反演结果。,综合物探技术是大势所趋： 由于后备资源濒临枯竭、勘探重点已逐渐转入深层寻找过去难以发现的圈闭和储层、单靠一种地震方法很难对地下地质构造进行全面反映等原因，综合地球物理方法又被重新提到议事日程，近年来

3、发展很快，特别是由于非地震方法的仪器、方法、技术的改进，电子计算机处理位场资料及在反演中广泛应用了最新的一系列数据成就，使得非地震方法的应用效果有很大提高，在油气普查、详查等方面，成为地震方法的协同、补充方法，并为地震确定靶区，大大节约勘探成本。,第一节 重力勘探方法 第二节 磁力勘探方法 第三节 电法勘探方法 第四节 综合物探方法,物探方法简介,第一节 重力勘探方法 一、概述 二、重力勘探的方法原理 三、重力资料的应用,一、概述 重力勘探利用专门仪器并按特定方式观测岩层间密度差异，进而研究地下地质问题；重力勘探是研究反映地下岩石密度横向差异引起的重力变化，用以提供构造和矿产等地质信息。根据万

4、有引力定律，在接近较大密度的物体时，其引力增大，反之引力减小，由此在地表上引起的重力变化称为重力异常。异常的规模、形状和强度取决于具有密度差的物体大小、形状及深度。,重力勘探,重力勘探是在地表观测由于地下岩矿石存在密度差异而引起的重力场的变化，通过对观测资料的处理和解释，达到反求地下构造的一种勘探方法。 该勘探方法勘探的地球物理前提条件是：地下岩矿石存在密度差异。 所依据讨论的物理场是重力场。重力场是一种位场。即场的变化只与空间变化有关，与时间无关。 主要用于区域勘探。 主要应用领域：矿山地质灾害，国防工业，测绘工业。 重力物体所受重力为地球的引力和惯性离心力的矢量和。由于离心力的存在，重力一

5、般不指向地心。在重力勘探中，习惯上将重力加速度简称为重力。,重力异常是地质体的剩余质量在测点产生的附加引力的铅直分量。 重力单位国际单位制中，重力的单位是m/s2，实际生产中这个单位太大，通常取国际通用重力单位g.u(gravity unit)做为实用单位，即： 1g.u=10-6m/s2 厘米克秒制(CGS)制中，重力的单位是伽（Gal）， 1Gal=1cm/s2 实际生产中常用其分数单位毫伽(mGal)和微伽(Gal)，即： 1mGal=10-3Gal 1Gal=10-6Gal,如果从某点重力观测值中减去正常重力值，再把地球表面起伏引起的重力变化校正掉（即布格校正），就只剩下地下物质不均匀

6、造成的重力变化，称其为布伽重力异常，简称布伽异常或重力异常。布伽重力异常图是重力勘探提供解释的基础资料，它与地壳上层的岩石成分及其成层条件有关。在含油气盆地内布伽重力异常一般只有正常重力值的百万分之几到百万分之几十，需要灵敏度很高的重力仪进行测量，一般煤矿采空区形成微重力异常。,利用金属或石英弹簧重力仪在地面、水面、水下或空中按一定测网观测重力场的数值，对原始观测值作一系列处理，得到布伽重力异常，利用这种资料可划分岩石圈不同密度界面、研究岩石圈的引力分布和大地构造分布、寻找古潜山型油气构造、寻找密度异常的矿体、圈定火山岩体等。 国内外技术现状：目前国内重力勘探队伍主要集中于地矿部门，石油部门的

7、东方地球物理勘探公司有完备的集野外采集、处理及解释为一体的专业队伍。从在胜利油田施工的队伍北京勘察技术工程公司来看，其测量精度达到微伽级，代表了国内领先水平。从国外研究看，重力勘探除应用于盆地及盆地深层的勘探外，井中重力测井也取得了一定进展。,二、重力勘探的方法原理 重力勘探是通过测定自然存在的重力场，或测定重力场沿不同方向的变化率在地球表面的分布特征，解决地质勘探中诸如划分大地构造单元、圈定沉积盆地分布范围、寻找油气构造、提取含油气信息、普查及勘探各种金属和非金属矿藏等地质任务。 重力勘探的理论基础是万有引力定律。由牛顿万有引力定律：相距为r，质量分别为m 1 和m 2 的两个质点，其相互间

8、的引力F为： 式中G为万有引力常数。 重力F1 与重力加速度g 满足的关系是：,地球近似于一个两极半径略小于赤道半径的旋转椭球体。在这个椭球体附近，一切物体都同时受到两个主要力地球全部质量的引力和地球自转所引起的惯性离心力的作用。由于地球内部物质密度分布不均匀，因而使地球上各点的引力和惯性离心力不同，而地球表面各点上的重力值主要决定于各点上引力与离心力的矢量和。,人造地球卫星测得的地球形状参数：赤道半径a为6378.16km；极半径c为6356.76k m。虽然地球表面的起伏比较复杂， 但与整个地球的规模相比，所占比例很小，故在宏观上地球仍然可以被看作表面光滑的椭球体。大地测量学中规定，以平静

9、海洋面的趋势延伸到各大陆之下所形成的封闭曲面（即大地水准面）的形状作为地球的基本形状，重力勘探中采用这一规定。,地球的形状 1大地水准面；2地球自然表面；a赤道半径；c极半径；纬度,按物质成分特征， 地球可以分为三层： 地壳、地幔和地核。重力异常的分布与构成地壳物质的密度分布有着密切的关系，即与地质构造和矿产分布密切相关。为此，我们是根据重力异常分布特征来探求引起各类异常的地质原因，如地质构造和有用矿产； 根据重力异常特征划分地台、地槽、沉积盆地、隆起、断层、侵入体、盐丘等。再对异常作某种数字处理可以进一步确定含油气面积以及它们的产状要素。此即重力异常的解释问题。,地壳的重力特征：正常情况下，

10、老地层的密度比新地层大，当地层发生褶皱时，在背斜处老地层升起形成剩余质量，故在背斜上出现重力高；同理，在向斜上因老地层下降，则出现重力低。单斜地层上，因老地层向一个方向下降，重力异常也必然出现相似的减小。在断层上，由于新、老地层的突然错动，重力异常出现相应的变化，且纵向断距越大，重力变化越大。对于古潜山，由于覆盖其上的沉积岩密度较小，故古潜山上出现重力高，相反在盐丘上出现重力低。,重力资料的处理,1、重力观测结果的校正 2、异常数据的平滑处理 3、区域场分离（区域校正） 4、解析延拓 5、重力异常的导数换算,处理的目的：消除因重力测量和对相对测量结果进行校正时引入的各种偶然误差，或与勘探目标无

11、关的近地表小型密度不均匀体的干扰；从叠加异常中提取有勘探目的引起的目标异常。,正常场（纬度）校正 地形校正 中间层校正 高度校正,三、重力资料的应用 1、重力异常解释的步骤： （1）阐明引起异常的地质因素确定异常是地壳深部还是浅部地质因素的反映；是矿体还是构造或其他不均匀体（如侵入体、岩性变化等）引起的。 （2）对异常进行划分找矿时就是要将地壳浅部的构造或矿体引起的异常从深部因素引起的区域场中分离出来；研究地壳深部构造时，则要划分出的异常是反映地壳深部因素的区域性异常。 （3）计算地质体产状参数根据重力资料估计产生异常的地质体的形状、产状和空间位置，并在此基础上对异常做进一步的定量解释，以确定

12、探测对象的产状要素及其在地下的赋存形态。,2、重力异常的地质特征 （1）沉积盆地重力异常的地质特征在平面等值线图上表现为：等值线的形状和盆地的形状一致；洼陷对应相对低的重力异常，凸起对应相对高的重力异常，重力异常最低的区域对应盆地中心；纯地形引起的重力异常与地形呈镜像关系。 （2）断层在布格重力异常图上的表现形式为：沿一定方向延伸的梯级带；异常梯级带发生同形扭曲或方向变化；串珠状正或负异常；封闭异常突然变宽、变窄或轴线明显错动的部位；不同特征异常区域的分界线。,3、重力资料在油气勘探中的应用 利用重力资料可以研究区域地质构造、圈定沉积盆地范围、划分次级构造单元、指出含油气远景区，有时还可以研究

13、沉积构造甚至油气藏。 （1）研究区域地质构造，预测油气远景区 研究含油气盆地的区域地质构造是一项综合的地质任务，它包括研究结晶基底成分和内部构造；确定基底顶面的起伏；圈定沉积岩系的分布范围和寻找构造；确定区域性断裂以及盆地与周围构造单元的关系等。最终目的是在盆地内部进行构造分区，判断深凹陷的存在，预测生油岩系的分布范围以及圈定进一步找油的远景区。,普通物探方法-2-1 重力勘探,（2） 研究沉积盖层内部构造 绝大多数的油气藏都在沉积盖层中，多数沉积盖层构造与基底构造、断裂活动、乃至火成岩活动有关，因此通过研究结晶基岩可以间接寻找沉积岩构造。 主要的情况有：盖层构造与基底高点具有继承关系；根据断

14、层的存在及其性质可以推断与其相关的构造，如滚动背斜；沉积盆地后期的岩浆侵入可以在盖层中造成正构造形态，此时，沉积盖层构造的核部是火成岩体。,华北平原布格重力异常图（单位：mGal）,重力资料的应用（续） 在勘探程度高的地区，利用重力细测资料研究断层、寻找沉积岩内部构造、检测油气异常、分析逆冲推覆构造等。 研究逆冲推覆构造常用以下三种方法： （1） 重力延拓法 （2） 重力模型正演法 （3） 重力地震综合解释法,陕甘宁盆地桌子山段布格重力异常与不同高度延拓的重力异常图，反映了本段深浅层构造方向不相同，不是同一期构造运动的产物。,99-26剖面地震约束重力反演结果,86-203.6剖面地震约束重力

15、反演结果,断裂系统划分,布格重力异常,水平0方向导数,断裂系统划分,水平45方向导数,断裂系统划分,水平135方向导数,断裂系统划分,任丘古潜山带重力异常和地震构造图 1-布格重力异常 2-二次微商 3-四次微商 4-地震构造图,第一节 重力勘探方法 第二节 磁力勘探方法 第三节 电法勘探方法 第四节 地化勘探方法 第五节 综合物探方法,第二节 磁力勘探方法 一、概述 二、磁力勘探的方法原理 三、磁测资料的解释与应用,岩石的磁性,概述,地壳中的岩石和矿体都处在地球磁场中，从它们形成时起，就受其磁化而具有不同程度的磁性，其磁性差异在地表引起磁异常。 研究岩（矿）石磁性的目的 掌握岩石和矿物受磁化

16、的原理； 了解岩（矿）石的磁性特征及其影响因素，以便正确确定磁法能够解决的地质任务，对磁异常作出正确的地质解释。 有关岩（矿）石磁性的研究成果，亦可直接用来解决某些基础地质问题 如区域地层对比，构造划分等。,第一节 物质磁性,任何物质的磁性都是带电粒子运动的结果，起源于原子中原子核和电子的运动。 原子是组成物质的基本单元，它由一个原子核及围绕它的一个或多个电子组成。 电子绕核沿轨道运动（公转），具有轨道磁矩。电子在一定轨道上自旋运动，具有自旋磁矩。这些磁矩的大小，与各自的动量矩成正比。 原子核为带正电粒子组成，呈自旋转动，亦具有磁矩，但数值很小。,从微观上描述,原子总磁矩为以下三者的矢量和： 电子轨道磁矩自旋磁矩原子核自旋磁矩。 方向各自不同，总体磁性很小。 各类物质，由于原子结构不同，它们在外磁场作用下，呈现不同的宏观磁性。,从微观上描述,物质由原子组成，在外磁场作用下，各类物质宏观磁性如何，取决于其原子的不同和原子结构的差异，可