《物理勘探的基本原理与方法综述.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理勘探的基本原理与方法综述.doc（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、地球物理勘探方法综述地球物理勘探方法综述一、 重力勘探重力勘探是地球物理勘探方法之一，它主要研究地球表面及其周围空间重力变化现象。地表及其周围空间重力变化原因之一是由于地球内部各种岩石密度的不同而引起的，而岩石密度不均往往与地下地质构造、矿产分布等地质因素有关。由于某种地质原因或矿产赋存而引起的重力变化称重力异常。通过研究重力异常的变化特征，从而得到地下地质构造、岩石分布和矿产赋存的地球物理信息，这就是重力勘探的实质和任务。1重力勘探的理论基础1.1重力场重力是经典物理学中的基本概念。当地球表面及其周围空间存在有质量的物体时，就要受到地球质量对它的引力作用，以及地球自转而使它产生的离心力的作用
2、，两者的合力就是这一物体所受的重力。如图，F表示地球引力，C表示离心力，P表示重力，则P=F+C。显然，重力场是引力场和离心力场的叠加。物体所受重力的大小不仅和物体在重力场的位置有关，而且和其质量m小有关。按照场强定义，重力场强度（P/m）即单位质量所受的重力大小。重力场强度和重力加速度概念不同，但其数值和量纲完全相同，方向也一致。地球物理勘探中所谓的重力测量，也就是重力加速度或者重力场强度的测量。一般的，将地球的大地水准面作为一个理想的椭球面，根据地球的大小，质量、扁度、自转角速度计算出大地水准面上不同位置的重力值，把这种重力值的分布称为正常重力场。1979年国际地球物理及大地测量学会确定推
3、荐的国际正常重力公式：g0=978032.7（1+0.0053024sin2-0.0000075sin22）（10-5m/s2）1.2 重力异常地表重力值是随着地点和时间不同而变化的。根据地表重力变化来进行地质构造和矿产勘查是重力勘探的基本内容。影响地表重力变化的因素主要包括：纬度、海拔、地形、地球的潮汐以及地球内部密度不均。其中地球密度的非均一和各种地质构造、矿产分布有密切联系。重力的变化我们称之为重力异常，分为绝对重力异常和相对重力异常。绝对重力测量是指测量重力的全值，相对重力测量是指测量点与某一基准点之间的重力差值。从地面某点的实际观测重力值中减去改点的正常重力值和地形起伏不平的影响值后
4、所得到的差值，即重力异常，一般用g来表示。通常用两种图来表示：一种是重力异常平面图或重力异常等值线图；另一种是重力异常剖面图。重力勘探的正问题和反问题。根据重力异常和重力场的其他异常来推断引起异常的地质体的埋深、大小和形状等产状要素的解释问题，叫重力勘探的反问题，即反演问题；给定地下某一深度，某种形状和大小的地质体，求其在地面上所引起的重力异常，称为重力勘探的正问题。1.3 岩石和矿石密度各种岩（矿）石的密度差异是引起重力异常的必要条件，因此岩（矿）石的密度参数是重力勘探中非常重要的物性参数。它是部署重力勘探工作的前提，也是重力异常进行地质解释的基本依据。大量测定结果和研究表明，岩（矿）石密度
5、大小有以下规律：沉积岩密度主要取决于岩石的孔隙度，孔隙度增加，密度会减小。从岩性看，白云岩、石灰岩密度最大，其次是页岩、砂岩、粘土。同一岩石年代越老，埋藏越深，孔隙度越小，密度就越大。岩浆岩密度主要取决于其物质成分，由酸性岩到基性岩，超基性岩随着铁镁含量增加，岩石密度越来越大，火山岩尤其是熔岩，密度较低，而侵入岩密度较高。变质岩的密度往往和原岩有关，由于变质作用岩石以更改的形式再结晶，因此密度往往随着变质程度增加而增加，一般比原生岩石的密度要高。石油、煤、盐等非金属矿物的密度一般低于围岩密度而金属的密度则比较高。2 重力资料校正2.1 地形校正地形校正的目的就是将测点所在的水准面以上多余物质的
6、影响除掉，把该水准面以下物质缺失部分补平。经过地形改正之后的重力值，就相当于测点周围完全平坦情况下的重力值。测点周围地形起伏不管高低，都造成重力值减小，因此地形校正值总是正值。地形对重力测点观测值影响最大是在测点附近，随着距离增大而影响越来越小。2.2 中间层校正进行地形校正之后，测点所在平面与基准面之间存在有中间层质量，要消除这部分质量对测点的影响，需要进行中间层校正。校正公式为gh=0.0419h式中为中间层密度（一般取2.67g/cm3），h为高程，当测点高程低于起算点时，改为正。2.3 高程校正把测点换算到基准面(或大地水准面）消除高程引起的重力效应，称为高程校正。近似计算：即gh=0
7、.3086h(10-5m/s2)中间层校正和高程校正与测量一点高程有关，在进行改正时往往合并起来进行，称为“布格校正”，其数学式为gh=（0.3086-0.0419）h(10-5m/s2)2.4 纬度校正当基点与测点处于不同纬度时，实测重力值也包括了正常重力值随纬度变化的影响。所以必须进行纬度改正。其公式为g=-0.814sin2D (10-5m/s2)式中为测区平均纬度，D为测点与基点纬向距离，单位为Km。一般直接用正常重力公式计算。2.5 布格重力异常经过各项校正后得到的重力异常，把经过地形校正、中间层校正和高度校正后，所得的结果称为布格重力异常g=g-g0+gb+gT式中g为实测重力值，
8、g0为正常重力值，gb为布格校正值，gT为地形校正值。重力勘探研究的是布格重力异常。2.6 自由空间重力异常经过高度校正后的重力异常称为自由空间重力异常gF即：gF=g-g0+gh3 重力异常的地质解释及其应用3.1 重力异常解释的基本概念经过各项校正的重力观测值在进行必要的数据处理后，便得到了局部重力异常（剩余重力异常）和区域重力异常。通过对重力异常场特征的分析，研究引起异常的地质原因，这就是重力异常的解释。重力异常解释分为定性和定量解释两种。定性解释值主要是推断引起异常的地质原因，确定异常源的形态、范围、大致埋深；定量解释是在定性的基础上对异常源深度、大小、产状等进行定量计算。最后根据工作
9、区域地质、地球物理条件和已有的地质及物探资料得出明确的地质结论，这就是重力异常进行解释推断的目的。为了正确进行解释推断，就必须了解重力异常与各种地质因素之间的关系，包括数量关系。根据已知地质体的形状、大小、产状和物性，用数学物理方法研究引起重力异常的分布规律，幅度大小和形态特征等，称为重力异常的正演。反之，根据异常形态、幅度和分布特征等来确定地质体的形态、大小、产状等，称之为重力异常的反演。正演是反演的基础。正演一般是把自然界中地质体简化为简单几何体，这样研究起来比较方便。当地质体形状和密度分布较复杂时，按照场的叠加原理，可以把它划分为若干简单形态的地质体，然后计算每一部分的重力异常，并把它们
10、累加起来，这样简单几何形态的正演也就成了复杂形体正演的基础。反演方法比较多，但存在着解的非单一性，即多解问题，这是由于不同物质密度和质量分布可能引起相同的异常。例如一个球形矿体，在地表引起的重力异常决定了它的剩余质量和观测点到球体中心的距离，反演时，不能单独确定它的深度和密度值，因为如果保持剩余质量和球体中心深度不变，则球体的密度和半径大小有无穷多个值，它们产生的重力异常都是相同的。因此，在反演时，一定要对工区地质资料和物性（密度值）进行分析。3.2 重力异常解释基本方法和步骤重力异常的解释是完成重力勘探任务的关键。因此在进行解释之前吗，必须仔细研究重力勘探的目的任务和开展重力工作的地质和地球
11、物理依据，明确重力异常解释的中心任务。解释工作首先应该从识别异常开始。在重力异常平面图上，等值线的圈闭和弯曲，重力异常等直线轴向的改变，等值线间距的疏密，平行排列等等，都是值得注意的异常现象。在重力剖面图上，异常曲线上升或下降的规律、幅值大小、极值的出现等。在定性解释中，一般说，幅值和范围小而水平梯度大的异常，反映的是近地表的小异常体（如小型岩体，浮土下的基岩起伏等）；幅值和范围大，水平梯度小的异常，一般多反映体积较大。而埋藏较深的地质体（如古潜山、区域性背、向斜、沉积基底表面起伏等）；幅值和范围不大的中等异常可能反映具有一定规模而埋藏深度不大的局部地质体。3.3 重力勘探的应用3.3.1 研
12、究地壳深部构造从我国1：500万布格重力图中可以看到我国布格重力异常分布的基本特征。布格重力异常变化总趋势从东往西逐渐变小，南海海域及琉球群岛布格重力异常值最高达40010-5m/s2，进入大陆为010-5m/s2，青藏高原最低达-58010-5m/s2。布格重力异常值的减小，地壳厚度逐渐增加。根据地震及大地电磁测深等地球物理资料证明，沿海大陆架地壳厚度为24至28Km，而在青藏高原地壳厚度达70至80Km。在区域性重力异常背景上，有三组巨大的重力梯度带（我们通常把等值线密集且重力变化大的线性异常称之为梯度带）。它们是海域的钓鱼岛梯级带，大兴安岭太行山武陵山梯级带和青藏高原周边梯级带。重力梯级
13、带反映了陡倾的密度分界面，往往是莫霍面陡变带及各种类型的断裂带，造山带的综合反映。这三条巨大梯级带与我国主要构造体系有密切关系。除研究深部构造外，重力异常还可以用于研究大地构造分区，划分地质构造单元等。3.3.2 重力勘探在寻找石油、天然气构造方面的应用 应用重力方法直接寻找储存石油和天然气构造的可能性与效果已被大量实践所证明。如上世纪五十年代大庆油田就是重力勘探发现的，以后的大港、胜利、塔北、长庆、江汉、南阳等油田均是首先应用重力勘探手段寻找储油构造、结合地震资料，圈定含油气盆地继而进行铝探证实的。3.3.3重力勘探在研究煤田地质构造方面的应用重力勘探可以圈定含煤盆地边界，确定含煤盆地的基底
14、深度，在一定条件下，研究含煤层系的构造（断裂），确定含煤层系或煤层厚度。由于煤系地层密度值较其围岩低（煤系地层密度值1.5到2.2g/cm3之间）密度较高，形成了明显的密度界面。加之煤系地层多为层状，这就给应用重力勘探提供了良好的前提条件。重力勘探在我国煤田普查中被广泛应用，并取得了良好效果。3.3.4 重力在地热勘探中的应用重力在地热勘探中的主要作用:一是根据沉积盆地基岩起伏与地温存在相关关系，应用重力确定基岩隆起和埋深，间接寻找地热田，如京津地区的古潜山热储层与布格异常密切相关；二是根据重力低与壳内熔融岩浆房的关系圈定热源位置，如西藏羊八井热田与重力负异常吻合；三是地热与局部异常的对应关系
15、，由于岩石的热变质作用和高孔隙率，可以引起正的和负的局部异常.东南沿海还应用重力圈出火成岩体，确定其形态和埋深，计算放射性生热率和热流，进行地热远景评价。3.4 重力勘探与其它物探方法相结合的应用重力勘探方法应用不限于前述几个方面，它还可以与其它物探方法相结合，寻找磁铁矿体、铬铁矿、硫化矿床、铜镍矿床等。这些矿床主要与岩体有关，而利用重力异常来圈定隐伏、半隐伏岩体是重力勘探基本任务及有效的方法。另外，利用重力异常来划分断裂构造，圈定盆地等。在覆盖地区还可以利用重力资料来进行基岩地质、构造填图。除此之外，重力资料还可以应用在军事、测绘、地质灾害、水文工程环境、地震等方面。二 磁法勘探磁法勘探是地
16、球物理勘探方法之一。自然界的岩石和矿石具有不同磁性,可以产生各不相同的磁场,它使地球磁场在局部地区发生变化,出现地磁异常。利用仪器发现和研究这些磁异常,进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法称为磁法勘探。磁法勘探是常用的地球物理勘探方法之一。它包括地面、航空、海洋磁法勘探及井中磁测等。磁法勘探主要用来寻找和勘探有关矿产(如铁矿、铅锌矿、铜锦矿等)；进行地质填图；研究与油气有关的地质构造及大地构造等问题。我国建国以来大多数铁矿区、多金属矿区及油气田等都进行了大量的磁法勘探工作,取得了良好的效果。1 磁法勘探的的基本理论在磁法勘探中，主要观测的是磁性体在空中、地面或地下的稳定磁场的磁感应强度，通常称为磁性体的磁异常。近代物理学理论表明：物质分子电
