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1、重力方法的应用重力方法的应用2021/6/161一、引起重力异常的条件一、引起重力异常的条件 312213g2021/6/163说说下图能否产生重力异常? (a) (a)1 12 2 (b) (b)1 13 3(d)12 2021/6/164二、岩（矿）石的密度及地球密度分布二、岩（矿）石的密度及地球密度分布2021/6/165 、岩（矿）石的密度的一般规律、岩（矿）石的密度的一般规律(1)火成（岩浆）岩密度变质岩密度沉积岩密度 (2)火成岩（2.53.6 g /cm）喷出岩 2.52.6 g /cm侵入岩 2.72.9 g /cm基性、超基性岩 3.03.6 g /cm 由酸性 中性 基性、
2、超基性，随着铁镁质矿物的增多，岩石的密度逐渐增大 同一岩体不同岩相带不同，由边缘相 中心相， 逐渐增大 同一成分的火成岩，喷出岩 小于侵入岩 年代老的岩体年代老的岩体的密度 小于新岩体新岩体的密度2021/6/166(3)沉积岩（1.62.7 g /cm）第四系 1.62.2 g /cm砂、页岩 2.32.4灰岩 2.5白云岩 2.7 沉积岩的密度主要取决岩石的孔隙度及岩石所处的构造部位 浅部岩石浅部岩石的密度 小于 深部岩石深部岩石的密度 年代老的岩层年代老的岩层的密度 大于 年代新岩层年代新岩层的密度(4)变质岩（2.62.8 g /cm） 变质岩变质岩的密度 大于原岩原岩的密度；变质程度
3、越深，密度越大 动力变质而使岩石破碎岩石破碎，则密度减小密度减小(5)矿石金属矿： 很大，一般大于岩石的平均密度（2.7 g /cm）非金属矿：其 小于岩石的平均密度（2.7 g /cm）2021/6/167岩石密度测定岩石密度测定岩石密度通常是在实验室岩石密度通常是在实验室用天平或密度计测定的。用天平或密度计测定的。重力测井资料或地震勘查重力测井资料或地震勘查的层速度资料也可以用于的层速度资料也可以用于估计岩石的密度值。估计岩石的密度值。 1.在空气中称出标本质量m1；2.在水中称出标本质量m2 ；3.根据阿基米德定律计算标本的体积：4. V=（m1m2）/5.4. 计算标本密度 =m1/V
4、2021/6/168、地球内部的密度分布、地球内部的密度分布根据有关地球物理资料，推测地球内部物质密度变化如下图所示：20006000500029004000300063711000（核幔分界面）（地心）Km (g /cm )8106144122地表地幔9.912.465.52021/6/169三、 重力方法的正、反演问题n n地球物理学的问题分为两类，一类称之为地球物理学的问题分为两类，一类称之为正演问题正演问题，另一类称为另一类称为反演问题反演问题。n n简单地说，简单地说，正演问题是根据模型以及相关正演问题是根据模型以及相关的条件的条件( (初始条件、边界条件初始条件、边界条件) )来得
5、到场的来得到场的异常的结果。异常的结果。而这些结果往往是可以由观而这些结果往往是可以由观测而得到的。测而得到的。n n反演问题是反演问题是根据根据实际观测的地球物理场的实际观测的地球物理场的观测值解释观测值解释( (定量或定性定量或定性) )出地球内部的结出地球内部的结构，包括地质体形态和岩层的物理性质构，包括地质体形态和岩层的物理性质 。2021/6/1610n n正演问题是反演问题的基础，是为反演正演问题是反演问题的基础，是为反演问题服务的。问题服务的。n n（一）正演问题（一）正演问题n n1、球体、球体n n自然界中一些等轴状地质体，如盐丘，自然界中一些等轴状地质体，如盐丘，矿巢等，可
6、近似当作球体来研究，其计矿巢等，可近似当作球体来研究，其计算公式为：算公式为：2021/6/1611n n其中其中G万有引力常数，万有引力常数，M剩余质量，剩余质量，D中心埋深，中心埋深，x，y-测点坐标。测点坐标。分析：分析：n n1、对于中心剖面（、对于中心剖面（y=0），），n n当当x时，时，g0 n n当当x=0时，时，gmax=GM/D2 2021/6/16122021/6/16132021/6/1614n n2、在平面图上的等值线，它是一系列以、在平面图上的等值线，它是一系列以球心在地面投影为中心、疏密不等的同球心在地面投影为中心、疏密不等的同心圆，在剖面上它是以纵轴为对称的曲心
7、圆，在剖面上它是以纵轴为对称的曲线。线。n n 观察：观察：球体质量球体质量M不变，随着埋深不变，随着埋深D的的增大，增大，g异常曲线发生些什么变化？请异常曲线发生些什么变化？请分析总结。分析总结。2021/6/16152、水平圆柱体n n自然界中横截面接近圆形的扁豆状矿体、自然界中横截面接近圆形的扁豆状矿体、长轴状背斜、向斜等可当作水平圆柱体。长轴状背斜、向斜等可当作水平圆柱体。其计算公式为：其计算公式为：n n其中其中G-引力常数，引力常数，-单位走向长度的剩余单位走向长度的剩余质量质量.D-柱体中心埋深柱体中心埋深.X-测点坐标测点坐标 2021/6/16162021/6/1617n n
8、观察观察: 水平圆柱体埋深不变水平圆柱体埋深不变,随剩余质量随剩余质量增大增大(若若剩余密度不变剩余密度不变,则截面半径增大则截面半径增大)g异常曲线发生异常曲线发生 什么变化什么变化?n n请分析总结请分析总结.n n3、垂直台阶、垂直台阶n n 断层或不同岩层的接触带都可以作为台断层或不同岩层的接触带都可以作为台阶。它相当于走向无限延伸的半无限物阶。它相当于走向无限延伸的半无限物质层。公式如下质层。公式如下:2021/6/16182021/6/1619n n式中式中h= H-h为台阶厚度。为台阶厚度。n n分析分析n n 当当x时，时， n n gmax=2Ghn n 当当x0时，时，gm
9、ax=Ghn n 当当x-时，时，gmin=0n n观察：台阶随埋深，观察：台阶随埋深，g曲线的特征。曲线的特征。2021/6/1620n n4、脉状体、脉状体n n绝大多数矿脉和岩脉绝大多数矿脉和岩脉可以当作可以当作脉状体脉状体，脉状体相当于沿走向无限延伸的脉状物脉状体相当于沿走向无限延伸的脉状物质层，其异常可按两个台阶异常的横向质层，其异常可按两个台阶异常的横向差计算。差计算。n n直立脉状体的直立脉状体的g异常在平面与剖面上都异常在平面与剖面上都与水平圆柱体类似。与水平圆柱体类似。n n 对于倾斜脉，在倾斜方向上曲线变缓，对于倾斜脉，在倾斜方向上曲线变缓，反方向变陡。反方向变陡。2021
10、/6/16212021/6/1622二、反演问题n n1、球体反演、球体反演n n确定中心埋深确定中心埋深 由球体正演公式知重力二由球体正演公式知重力二分之一极值为：分之一极值为：n n又由又由2021/6/16232021/6/1624n n可得可得X1/2 =0.766D。n n即异常二分之一极值点的横坐标为球心即异常二分之一极值点的横坐标为球心埋深埋深0.766倍，利用它解反问题求倍，利用它解反问题求D十分十分方便。方便。n n确定剩余质量确定剩余质量 n n若若M以以t（吨）、（吨）、D以以m、g以以g.u.为单为单位，则位，则M=14.99D2gmax2021/6/1625n n确定
11、球体真质量确定球体真质量n n若知道球体与围岩的密度若知道球体与围岩的密度和和0，则可求，则可求出球体真质量出球体真质量2021/6/16262、水平圆柱体反演n n确定中心埋深确定中心埋深Dn n由由 和和n n可得可得D=X 1/2n n确定剩余线密度确定剩余线密度 若若D以以m，g以以g.u.为单位，剩余线密度为单位，剩余线密度以以t/m为单位，则为单位，则有有 =7.46Dgmax2021/6/16272021/6/1628n n确定上顶埋深确定上顶埋深h 设设为圆柱体与围岩间为圆柱体与围岩间的剩余密度，的剩余密度，R为圆柱体截面半径，由为圆柱体截面半径，由=R2可得可得2021/6/
12、1629n n3、台阶反演、台阶反演 n n 确定断层的断距或接触带的厚度确定断层的断距或接触带的厚度h=（h2-h1）n n当当h/h的值比较小，即可以将台阶视为的值比较小，即可以将台阶视为物质面时，断层或接触带的中心埋深由物质面时，断层或接触带的中心埋深由下式计算：下式计算：2021/6/1630n n4、单一密度界面的反演解法、单一密度界面的反演解法n n 在研究地壳深部构造在研究地壳深部构造 、石油和煤田地质、石油和煤田地质构造，金属矿区基底构造或覆盖层厚度构造，金属矿区基底构造或覆盖层厚度时常常会遇到根据重力异常确定一个或时常常会遇到根据重力异常确定一个或多个密度界面起伏问题。多个密
13、度界面起伏问题。n n如果界面起伏平缓，可以认为重力变化如果界面起伏平缓，可以认为重力变化与界面起伏近似呈线性关系：与界面起伏近似呈线性关系：h=a+bg。式中式中h为界面深度，为界面深度，g为界面起伏引起为界面起伏引起的重力异常，的重力异常，a，b是待定系数，它们与是待定系数，它们与重力异常起算点处界面深度和界面上下重力异常起算点处界面深度和界面上下物质层的密度差有关。物质层的密度差有关。2021/6/1631n n为了应用上式，至少要知道界面上两个为了应用上式，至少要知道界面上两个已知深度点，如果已知点有已知深度点，如果已知点有n个，则可以个，则可以用最小二乘原理确定系数用最小二乘原理确定
14、系数a，b。n n2021/6/16325、重力异常反演的多解性n n不同埋深、不同起伏的密度界面可以产生不同埋深、不同起伏的密度界面可以产生相似的重力异常。相似的重力异常。n n 图中重力异常精度图中重力异常精度1g.u.，假定该异常是由，假定该异常是由一个二度界面引起的，其基底比盖层密度一个二度界面引起的，其基底比盖层密度大大0.2g/cm3，不同深度上不同形态的密度界，不同深度上不同形态的密度界面都可以产生这一重力异常（其偏差都小面都可以产生这一重力异常（其偏差都小于于1g.u.）。）。2021/6/16332021/6/1634 四、重力方法的应用n n重力测量的应用范围很广，如在重力
15、测量的应用范围很广，如在石油及石油及金属与非金属勘探领域金属与非金属勘探领域;大地测量方面、大地测量方面、构造地球物理学领域等。构造地球物理学领域等。n n着重讲点着重讲点n n利用布格重力异常研究地壳深部构造利用布格重力异常研究地壳深部构造 n n重力勘查在地质构造研究中的应用重力勘查在地质构造研究中的应用n n重力勘查在寻找油气田方面的应用重力勘查在寻找油气田方面的应用n n重力勘查在寻找盐矿方面的应用重力勘查在寻找盐矿方面的应用n n重力勘查在寻找金属矿中的应用重力勘查在寻找金属矿中的应用 2021/6/1635n n重力资料处理与解释基本上包括两个步重力资料处理与解释基本上包括两个步骤
16、骤:n n第一，对观测资料进行常规的和特殊处第一，对观测资料进行常规的和特殊处理，以便得到所要深度上的重力异常；理，以便得到所要深度上的重力异常；n n第二，根据所得深部异常，进行正演或第二，根据所得深部异常，进行正演或反演计算，最终得到以密度分布为特征反演计算，最终得到以密度分布为特征的深部结构。的深部结构。2021/6/1636n n深部重力异常的提取深部重力异常的提取n n 重力野外测量的结果重力野外测量的结果 (包括第二节所述的各包括第二节所述的各项改正项改正)通常是通常是一幅异常等值线图，一幅异常等值线图，即所谓布即所谓布格异常格异常图。图。n n布格异常布格异常gB 是地面以下许多
17、物质分布的叠是地面以下许多物质分布的叠加效应。加效应。它们的它们的“成因成因”根源在不同的深处。根源在不同的深处。n n为了获得我们关心的深部异常，有必要用为了获得我们关心的深部异常，有必要用各各种方法种方法使使不同来源的成分加以分离不同来源的成分加以分离，尤其是尤其是对那些浅部因素占优势的地区，必须采用适对那些浅部因素占优势的地区，必须采用适当方法当方法压制浅部地质体的影响，突出深部异压制浅部地质体的影响，突出深部异常。常。2021/6/1637（一）利用布格重力异常研究地壳深部构造n n华北平原北部莫霍面深度华北平原北部莫霍面深度n n地壳上部硅铝层密度地壳上部硅铝层密度2.02.7g/c
18、m3,n n下部硅铝层密度下部硅铝层密度2.83.0g/cm3,上上n n地幔密度大于地幔密度大于3.3g/cm3。n n地壳与地幔的密度差大于地壳与地幔的密度差大于0.3g/cm3，莫霍面，莫霍面是一个明显的密度界面，是一个明显的密度界面，2021/6/16382021/6/1639n n根据重力资料计算平原北部莫霍面的深根据重力资料计算平原北部莫霍面的深度图，莫霍面由东向西逐渐加深，并在度图，莫霍面由东向西逐渐加深，并在其内部存在几个上地幔的局部隆起区：其内部存在几个上地幔的局部隆起区：保定保定固安，渤海中部等，固安，渤海中部等，n n以及莫霍面深度急剧变化带：房山以及莫霍面深度急剧变化带
19、：房山延延庆庆承德北带，秦皇岛承德北带，秦皇岛长城带等。长城带等。n n此外，还有几个不同方向构造成的转折此外，还有几个不同方向构造成的转折地带：北京地带：北京三河，唐山三河，唐山宁河等。宁河等。2021/6/1640莫霍界面深度图2021/6/1641（二）重力勘查在区域地质构造研究中的应用n n根据重力资料划分地槽区和地台区根据重力资料划分地槽区和地台区n n地槽区：地槽区：重力异常呈条带状重力低平行重力异常呈条带状重力低平行排列，延伸可达数百至数千公里，布格排列，延伸可达数百至数千公里，布格重力异常与地形起伏存镜像关系，即地重力异常与地形起伏存镜像关系，即地形越高，重力异常越低。形越高，
20、重力异常越低。n n地台区：地台区：布格重力异常变化平缓、稳定、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。且相对幅度变化较小、方向性不明显。且因为地壳厚度较薄，平均异常值较地槽因为地壳厚度较薄，平均异常值较地槽高。高。2021/6/16422021/6/1643n n上图是重庆上图是重庆马尼根果地形与布格重力马尼根果地形与布格重力异常剖面的对应情况。异常剖面的对应情况。n n在东段地形平坦，对应的重力异常变化在东段地形平坦，对应的重力异常变化也平缓，反映了地台区的主要特征；也平缓，反映了地台区的主要特征；n n康定康定雅安一段是雅安一段是过渡带过渡带， 地形逐渐升地形逐渐升高
21、，重力值也逐渐降低；高，重力值也逐渐降低；n n西段处于西段处于高山区高山区，重力值很低且变化大，重力值很低且变化大，显示地槽区的异常特征。显示地槽区的异常特征。2021/6/1644（三）重力勘查在寻找油气田方面的应用n n 利用重力勘查直接找利用重力勘查直接找储油构造储油构造，如古潜山等。，如古潜山等。n n古潜山构造主要由下奥陶系、寒武系、震旦古潜山构造主要由下奥陶系、寒武系、震旦系的灰岩为主的老地层隆起所构成的。系的灰岩为主的老地层隆起所构成的。n n当它周围沉积了巨厚的生油岩系时，石油会当它周围沉积了巨厚的生油岩系时，石油会向古潜山地层上翘或隆起部位运移、聚集。向古潜山地层上翘或隆起
22、部位运移、聚集。n n由于石灰岩的节理、层理或溶洞比较发育，由于石灰岩的节理、层理或溶洞比较发育，在一定条件下可形成古潜山油田。在一定条件下可形成古潜山油田。2021/6/1645n n断层封闭构造所产生的断块凸起或下陷，断层封闭构造所产生的断块凸起或下陷，在具有良好的生、储油条件下，也可形在具有良好的生、储油条件下，也可形成储油构造。成储油构造。2021/6/1646（四）重力勘查在寻找盐矿方面的应用n n滇南盐矿产于白垩系上统勐野井组，其滇南盐矿产于白垩系上统勐野井组，其密度比下伏侏罗、白垩地层密度低（密度比下伏侏罗、白垩地层密度低（0.420.52g/cm3）。）。n n勐野井区布格重力
23、异常为幅度勐野井区布格重力异常为幅度-70g.u.；近等轴状重力低，北侧重力梯度大，推近等轴状重力低，北侧重力梯度大，推测北侧含盐盆地陡，异常外围向西南、测北侧含盐盆地陡，异常外围向西南、东南方向突出，反映矿体由中心向四周东南方向突出，反映矿体由中心向四周变薄。变薄。2021/6/1647n n为了研究盐矿的边界，突出盐岩异常，作了为了研究盐矿的边界，突出盐岩异常，作了为了研究盐矿的边界，突出盐岩异常，作了为了研究盐矿的边界，突出盐岩异常，作了gzzgzz异常计算，结果发现异常等值线与实际矿异常计算，结果发现异常等值线与实际矿异常计算，结果发现异常等值线与实际矿异常计算，结果发现异常等值线与实
24、际矿体边界基本一致。体边界基本一致。体边界基本一致。体边界基本一致。2021/6/1648（五）重力勘测查在寻找金属矿中的应用n n西藏东巧超基性岩体位于藏北地块南缘，西藏东巧超基性岩体位于藏北地块南缘，侵入于泥盆系结晶灰岩和板岩中，上覆侏侵入于泥盆系结晶灰岩和板岩中，上覆侏罗系砂岩、砾岩。罗系砂岩、砾岩。n n铬铁矿产于东巧岩体内，与围岩界线清楚，铬铁矿产于东巧岩体内，与围岩界线清楚，密度差达密度差达1.5g/cm3。n n17号矿体西段已出露地表，重力异常最大值号矿体西段已出露地表，重力异常最大值为为6g.u.，向东形态变宽缓，推断东段埋藏，向东形态变宽缓，推断东段埋藏较深。较深。2021/6/1649n n钻探结果在钻探结果在ZK106，108，110，111等等4孔孔连续见矿，矿体地深连续见矿，矿体地深2560m，视厚度，视厚度2840m。2021/6/1650 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
