重力解释应用.ppt

重力勘探 第八章重力异常的地质解释及重力资料的应用 地质解释就是利用实测异常或经过适当数据处理的重力异常 结合工区地质资料对引起这些异常的原因做出地质上的结论或推断 这是重力勘探工作成果解释的最终目的 针对某个具体的工作地区 一定要根据当地的实际地质情况做出客观的 切合实际的推断 特别是 重力资料应当结合其他地球物理资料及地质钻探资料进行综合解释 才能做出可靠的地质结论 重力勘探 第八章重力异常的地质解释及重力资料的应用 1地质解释概述 从引起重力异常的主要地质因素可以看出 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务 都有可能利用重力法或重力资料加以完成 注意 全部信息都包含在重力异常数据中 利弊相间 要获得地质解释的良好效果 一般应注意以下几方面的问题 1地质解释概述 1 分析与检查用于解释的基础资料 重力异常 1 是否是所研究的地质因素引起的异常 2 是否满足精度要求及必须的详细程度 这是能否取得地质效果的前提条件 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 如果这种差异可能存在 则应有目的地选用适当的数据处理方法将不同研究对象引起的重力异常进行分离 同时消除或压制干扰体引起的异常 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做出正确的地质推断 分离叠加异常 1地质解释概述 3 对异常的解释一般是从 读图 或异常识别开始 即使是研究局部构造或矿体的赋存情况 从面到点 1 都必须从区域地质环境人手 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的情况也有不同 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 2 所以首先应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 在此基础上才有可能对各区内的局部异常形成的地质因素做出合理的解释 这就是从面到点的认识过程 1地质解释概述 4 对异常的解释必须遵循从巳知到未知的原则 因为相近的地质条件引起的异常具有相似的特征 所以在对局部异常的解释中 可以遵循这个原则 例如 利用一口钻井资料 一个点 或一条地震剖面资料 一条线 的解释作为控制 将获得的成果推广到周围条件相似地区的异常解释中去 或者根据露头区的异常特征推断相邻的覆盖区的异常成因 这是由已知到未知 从点 线到面的认识过程 它与上述的从面到点的过程是互相渗透 互为补充的 1地质解释概述 5 选取合适的处理解释方案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 滤波窗口大小等 从中选取效果最佳的解释方案 1地质解释概述 6 综合资料解释1 应收集工区内相应的地质 钻探 物性和其他物探资料 尽可能地增加已知条件或约束条件 限制反问题的多解性 2 只有综合其他物探方法的解释成果 才能从不同侧面对引起异常的场源性质 产状等做出较为合理而正确的判断 为重力异常的解释提供印证 补充或修改 1地质解释概述 7 有条件时 应对已解释的异常开展一定的验证工作 做理论模型正问题对比1 可以评价解释的可靠性 2 特别是在出现矛盾 解释失败时可以分析原因 寻找正确的答案 并会更加深化对异常的懈释和积累成功的经验 以提高今后重力资料在地质解释中的成功率 1地质解释概述 重力勘探 第八章重力异常的地质解释及重力资料的应用 2异常的识别 一 异常特征的描述首先要注意观察异常的特征 1 在平面等值线圈上异常特征 1 主要是指区域性异常的走向及其变化 从东到西 或从南到北 异常变化的幅度有多大 区域性重力梯级带的方向 延伸长度 平均水平梯度和最大水平梯度值等 2 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 以供下一步作较深入的分析研究 2异常的识别 2 在重力异常剖面图上 应注意异常曲线上升或下降的规律 异常曲线幅值的太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 2异常的识别 二 典型局部重力异常的可能解释由于不同的地质因素 重力异常平面等值线图上或剖面图上引起相似的异常特征 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 常常是不容易的 有必要结合地质资料或其他物探解释成果进行综合解释 下面仅叙述常见的几种局部异常与可能反映的地质因素的对应关系 供作地质解释时参考 2异常的识别 l 等轴状重力高1 基本特征 重力异常等值线圈闭成圆形或接近圆形 异常值中心部分高 四周低有极大值点 2 相对应的规则几何形体 剩余密度为正值的均匀球体 铅直圆柱体 水平截面接近正多边形 3 可能反映的地质因素 囊状 巢状 透镜体状的致密金属矿体 如铬铁矿 铁矿 铜矿等 中基性岩浆 密度较高 的侵入体 形成岩株状 穿插在较低密度的岩体或地层中 高密度岩层形成的穹窿 短轴背斜等 松散沉积物下面的基岩 密度较高 局部隆起 低密度岩层形成的向斜或凹陷内充填了高密度的岩体 如砾石等 2异常的识别 2 等轴状重力低1 基本特征 重力异常等值线圈闭成圆形或近于圆形 异常值中心低 四周高 有极小值点 2 相对应的规则几何形休 剩余密度为负的均匀球体 铅直圆柱体 承平截面接近正多边形的铅直棱柱体等 3 可能反映的地质因素 盐丘构造或盐盆地中盐层加厚的地段 酸性岩浆 密度较低 侵入体 侵入在密度较高的地层中 高密度者层形成的短轴向斜 古老岩系地层中存在巨大的溶洞 新生界松散沉积物的局部加厚地段 2异常的识别 3 条带状重力高 重力高带 1 基本特征 重力异常等值线延伸很大或闭合成条带状 等值线的值中心高 两侧低 存在极大值线 2 相对应的规则几何形体 剩余密度为正的水平圆柱体 棱柱体和脉状体等 3 可能反映的地质因素 高密度岩性带或金属矿带 中基性侵入岩形成的岩墙或岩脉穿插在较低密度的岩石或地层中 高密度岩层形成的长轴背斜 长垣 地下的古潜山带 地垒等 地下的古河道为高密度的砾石所充填等 2异常的识别 4 条带状重力低 重力低带 1 基本特征 重力异常等值线延伸很大 或闭合成条带状 等值线的值中心低 两侧高 存在极小值线 2 相对应的规则几何形体 剩余密度为负的水平圆柱体 棱柱体和脉状体等 3 可能反映的地质因素 低密度的岩性带 或非金属矿带 酸性侵入体形成的岩墙或岩脉穿插在较高密度的岩石或地层中 高密度岩层形成的长轴向斜 地堑等 充填新生界松散沉积物的地下河床 2异常的识别 5 重力梯级带1 基本特征 重力异常等值线分布密集 异常值向某个方向单调上升或下降 2 相对应的规则几何形体 垂直或倾斜台阶 3 可能反映的地质因素 垂直或倾斜断层 断裂带 破碎带 具有不同密度的岩体的陡直接触带 地层的拗曲 2异常的识别 三 断裂构造在平面等值线图上的识别实测重力异常图中断裂引起的异常特征 比上述重力梯级带部分要复杂得多 下图表示在重力异常图中指示断裂构造存在的一些标志 2异常的识别 一 卫星重力异常在地球深部构造研究中的应用不同阶次的重力场模型系数反映不同尺度的重力变化 也与不同深度的场源 密度异常 相关 2 36阶系数对应的密度场源不在地壳和岩石圈内 而是在上地幔或者更深 阶次越高 反映场源深度越浅 3地球深部构造及地壳结构研究 一 卫星重力异常在地球深部构造研究中的应用1985年 曾维鲁利用GEMl0B地球重力场模型 它具有完整的36阶球谐展开位系数1365个 计算出三幅全球自由空气重力异常图 即2 12阶低阶图 13 36阶高阶图与2 36阶全阶图 研究认为 1 大于30的高阶异常源可能主要存在于岩石圈内 2 小于10的低阶异常源可能存在于下地幔和地核之间 3 2 12阶自由空气重力异常图 图10 2 保留了全阶场中最基本的特征 控制全球重力场的最主要异常源应该存在于软流圈以下 3地球深部构造及地壳结构研究 一 卫星重力异常在地球深部构造研究中的应用3 2 12阶自由空气重力异常图 图10 2 保留了全阶场中最基本的特征 控制全球重力场的最主要异常源应该存在于软流圈以下 3地球深部构造及地壳结构研究 根据三张图显示的异常特征 可以做出以下几点推论 1 整个太平洋地区 图10 2的中部 包括全球主要的岛孤 海沟地区及深源地震带 显示出清晰的高正异常环带 3地球深部构造及地壳结构研究 一 卫星重力异常在地球深部构造研究中的应用异常特征与太平洋板块和纳斯卡板块边界线也吻合得较好 图10 3 3地球深部构造及地壳结构研究 一 卫星重力异常在地球深部构造研究中的应用正异常带外面包围着一圈负异常带 这一正一负的双层环状结构是GEM10B全球自由空气异常场的主要特征 产生重力高带的场源既有岩石圈之下地球深部的因素 也有存在于岩石圈深部范围内的因素 较浅层的异常源似乎是消减板块随着下插深度增大而导致的密度增高部分 因温度与压力增加所致 3地球深部构造及地壳结构研究 一 卫星重力异常在地球深部构造研究中的应用2 产生印度洋巨大负异常的场源存在于地球的深部 很可能是在软流圈以下存在着巨大的质量亏损所致 因在高阶场中 这一全球最大的负异常完全消失了 3地球深部构造及地壳结构研究 一 卫星重力异常在地球深部构造研究中的应用3 从喜马拉雅山脉到阿尔卑斯山脉有一条横贯东西的高正异常带 它的走向与棱块边界线亦符合较好 但在低阶场中反映得并不明显 说明场源深度较浅 3地球深部构造及地壳结构研究 一 卫星重力异常在地球深部构造研究中的应用有人认为 产生该地区正异常的原因是喜马拉雅山的地壳薄于相应的均衡地壳的厚度 故存在正的均衡异常 由于向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的均衡调整力 还迫使喜马拉雅山脉继续上升 3地球深部构造及地壳结构研究 一 卫星重力异常在地球深部构造研究中的应用4 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 0 10g u 而在低阶场中 这种特征完全消失 因而海岭的重力异常的场源应存在于浅部 之所以形成低幅正异常是由于地幔流上涌处的上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 3地球深部构造及地壳结构研究 二 深部地壳构造 全国布格重力图 深部地壳构造 全国布格重力图 1 重力异常变化总趋势从东到西逐渐减小 胶东 辽东最高30 10g u 向西渐小 西藏南部雅鲁藏布江河谷减为 50 10g u 说明 地壳厚度由东向西渐厚 东部沿海30km 雅鲁藏布江河谷 厚度达70km 深部地壳构造 全国布格重力图 2 区域性重力异常背景上 有几组巨大重力梯阶 级 带 以银川 兰州 甘孜 四川 一线为界 深部地壳构造 全国布格重力图 以银川 兰州 甘孜 四川 一线为界 甘孜 深部地壳构造 全国布格重力图 1 东部梯阶带主要走向为北东或北北东 仅个别地段为东西或北北西向 北京 郑州 贵阳连线 大兴安岭 太行山 武陵山 深部地壳构造 全国布格重力图 2 西部地区重力梯阶带走向以东西走向为主 个别地段为北西或近南北 a 兰州南側北西西 b 西宁北側近北西 c 兰州南 成都近南北 d 拉萨南側东西 深部地壳构造 全国莫霍面深度图 3 巨大重力梯阶带大多与我国主要褶皱山系平行或重合 在莫霍面深度图上表现为陡坡带 a 与大兴安岭 太行山 武陵山 北京 郑州 贵阳连线 重力梯阶带对应东部莫霍面陡坡带 b 与昆仑山 阿尔金山 龙门山重力梯阶带对应西部莫霍面陡坡带 兰州 西宁向西 兰州转向北南 成都 c 与喜马拉雅山重力梯阶带对应的喜马拉雅莫霍面陡坡带 深部地壳构造 全国布格重力与莫霍面深度图 1 正异常与地理上的盆地相对应 如四川 江汉 柴达木等盆地 这些盆地都是上地幔 莫霍面 的相对隆起区 3 在重力梯阶带之间 分布一系列不同规模的相对的区域正异常和负异常 深部地壳构造 全国布格重力与莫霍面深度图 2 负异常多与次一级的山脉对应 如华北燕山 华中大别山 华南雪峰山 东北长白山 大兴安岭等 它们对应的是上地幔 莫霍面 的拗陷区 深部地壳构造 布格重力异常与地壳厚度相关性 大量事实表明 布格重力异常与地壳厚度 莫霍面深度 之间存在相关性1 线性公式 式中 H地壳厚度 g是布格异常平均值 H0是布格异常平均值为零地方的地壳厚度 亦为一系数 a是相关系数注 上式是统计关系式 就一较大的地区而言 H和 g的统计关系不可能到处一样 系数H0和a在一定范围内变化 深部地壳构造 布格重力异常与地壳厚度相关性 1 系数公式选用100 100km的窗口滑动平均消除浅部的影响 逐点求出布格异常平均值 式中a b待定系数是根据地震测深点的莫霍面深度及其对应的 g用最小二乘法确定 如下式为1980年地质科学院物探所公式 km 重力勘探 4石油及天然气勘探一 区域构造单元划分 区域构造单元划分 1 重力特征与区域构造带关系 1 重力正异常带 重力高 可反映古生代以来的地层隆起 断块凸起 地垒 背斜 结晶基底的凸起 2 重力负异常带 重力低 可反映古生代以来沉积盆地 凹陷带 地堑 向斜等 与深部比较 区域构造单元划分 2 划分方法根据重力异常的特征 分布范围 规模大小 形态轮廓 异常幅度变化和梯度变化 将同一异常带划分为一个构造单元 1 注意重力梯级带可以作为划分构造单元 确定构造边界的标志 因为它们主要反映区域性的大断裂或不同岩性的接触带 2 一定结合地质资料和其他物探资料 区域构造单元划分 3 华北平原布格重力异常分析重力异常变化主要趋势等值线展布方向呈北东向 幅值从东向西由10 10g u 逐渐减少到 60 10g u 变化率约为1 5 10g u km 图中重力高带和重力低带相间出现 局部异常轴的方向多为北东向 反映了本区主要构造方向多呈北东方向展布 与已知的地质资料吻合 区域构造单元划分 在正负异常带之间 分布着一些重力梯级带 如新城 石家庄重力梯级带 固安 宝坻重力梯级带 沧县重力梯级带 等等 这些重力梯级带可以作为划分构造单元 确定构造边界的标志 因为它们主要反映区域性的大断裂或不同岩性的接触带 在本图边界有太行山大断裂 聊城 鄄 juan 城断裂等 1 2 3 区域构造单元划分 根据重力异常特征 可将本区划分以下几个构造单元冀中坳陷 北側和西側以固安 宝坻断裂带 和新城 石家庄断裂带 同燕山褶皱带及山西台背斜相接 东边以较大角度的斜坡 个别地段为断层 与沧县相接 为一广阔的重力低带 异常幅值在 10 60 10g u 之间 钻井及物探 地震 资料表明 此地区中 新生代沉积厚度达4000 5000m 带中有几个局部重力高 如永清 高阳 隆尧 反映坳陷中局部隆起 为找油有利地带 1 2 3 区域构造单元划分 沧县隆起 北起天津 南至衡水 为一东北隆起带 东側以沧县 东 大断裂与黄骅坳陷相接 异常幅值在0 30 10g u 之间 是明显的区域重力高带 注意相对高值问题 古生界地层埋深很浅 沧县附近钻井仅770m见奥陶系灰岩 1 2 3 区域构造单元划分 黄骅坳陷 位于沧县隆起以东 向东北伸向渤海湾 东与无棣隆起成断裂接触 异常幅值在 20 30 10g u 是区域重力低带 钻井及物探 地震 资料证实 中 新生代沉积较厚 为找油有力地区 1 2 3 区域构造单元划分 无棣隆起 位于黄骅坳陷以东 北临渤海湾 南与济阳坳陷相接 异常幅值在 10 20 10g u 是明显的区域重力高带 是古生界隆起带 1 2 3 区域构造单元划分 济阳坳陷 位于无棣隆起以南和山东台背斜以北 走向近东西向 异常幅值在 30 40 10g u 是中生界沉积较厚的地区 1 2 3 区域构造单元划分 临清坳陷与内黄隆起 这两个构造单元位于石家庄 武安断裂 以东 北与冀中坳陷 沧县隆起 黄骅坳陷及济阳坳陷相连 东与聊城 鄄 juan 城断裂 为界与山东台背斜相接 1 2 3 4 5 区域构造单元划分 4 总结上述推断已被大量的钻井和其他物探资料所证实 60年代在黄骅坳陷找到大港油田 在济阳坳陷找到胜利油田 70年代在冀中坳陷发现任丘油田 充分说明利用重力勘探研究和划分区域地质构造 对寻找油气田具有非常重要意义 重力勘探 4石油及天然气勘探二 寻找古潜山和封闭构造 寻找古潜山和封闭构造 古潜山构造主要由下奥陶统 寒武系 震旦系的灰岩为主的老地层隆起所构成 当它周围沉积了巨厚的生油岩系时 石油就会向古潜山地层上趣或隆起的部位运移 聚集 由于石灰岩的节理 层理或溶滴比较发育 因此在一定条件下 可形成古潜山油田 图10 9 寻找古潜山和封闭构造 断层封闭构造所产生的断块凸起或下路 在具有良好的生 储油条件下 也可形成储油构造 见图10 l0 重力勘探 5在圈定成矿构造 岩体的应用 盐矿探测 盐岩是一种沉积矿床 主要产于古内陆盆地的不泻湖或滨海半封闭的海湾 由于盐岩的密度比围岩低 因此当盐矿有一定规模时 应用重力勘探的效果很好 滇南盐岩产于上白垩统勐野组中 其密度为2 18g cm3 上覆第四系和第三系的密度为2 07 2 24g cm3 而下覆侏罗系和白垩系的密度为2 60 2 70g cm3 盐岩与其下覆地层具有0 42 0 5g cm3的密度差 这为重力勘探提供了有利条件 盐矿探测 图10 13是勐野井盐矿区布格重力异常图 异常的形态呈等轴状 异常值相对变化达 7 10g u 异常北侧的梯度较大 说明了盆地北侧较陡 根据钻孔资料绘制的盐岩等厚度图和顶板等厚度图与重力异常对比发现 矿体的等厚度线与重力异常等值线基本相似 盐矿探测 为了研究盐体的边界 突出异常 计算了该区的 gzz异常 结果发现矿体实际边界与 gzz异常的零等值线基本一致 图10 14 利用钻孔提供的矿体厚度 及盆地形态进行了重力正演计算 结果表明理论异常与实测异常基本相符 进一步说明了引起重力异常的矿原体是盐体 盐矿探测 利用钻孔提供的岩体厚度和盆地形态进行正演计算 结果表明理论异常与实测异常大体相符 裂谷重力异常 在裂谷上重力异常通常出现局部的重力低 例如图所示的是非洲裂谷上坦葛尼喀 Tanganyika 属坦桑尼亚地区 湖的布格异常剖面图和计算模型 如图所示 在裂谷上出现负的剩余布格异常 数值为700 800g u 由异常的陡度可以断定 该异常由于分布在地堑上部大约3 4km厚的低密度沉积物引起的 通过对该地区的地质观察和重力异常剖面的计算 确认裂谷边沿的断层面倾角大于60 属正断层性质 并可能延深到地幔 这就表明断裂体系是由地壳的水平张力所引起 故而可放弃陈旧的压缩作用的假设 地堑重力异常 图为莱茵地堑断裂体系中央部分对应的布格异常剖面 在地堑范围内的实测异常显然不对称 重力极小值的轴线与断裂的西翼相当接近 而与地质剖面中所表示的沉积层不太吻合 负异常大部分是由低密度的沉积物引起的 但这不是唯一的因素 据所观测的地震波速度及有关的岩石密度断定 在深处的基底物质中存在横向变化 与周围密度较大的基岩 2 8g cm3 相比 地堑的基底性质类似花岗岩 重力异常圈定花岗岩 图所示是重力异常圈定花岗岩体的例子 经过对岩体及其围岩密度的测定 表明花岗岩密度比围岩 古生界及元古界 密度要低 故推断重力低是由花岗岩引起 对卫星照片的判读说明该重力低由两个小岩体组合而成 图上阴影区是岩体的重叠部分 1 重力异常等值线 2 花岗岩体 3 两个花岗岩体重叠部分 4 古生界及元古界地层 重力勘探 6金属矿勘探应用重力法勘探金属矿体有两个途径 一是在有利条件下直接寻找矿体 另一个是研究金属矿体赋存的岩体或构造以推断矿体的位置 本节就这两个方面介绍两个例子 一 玲珑花岗岩体的重力研究 我国最大的金矿山东招远金矿赋存在玲珑花岗岩中 应用重力资料研究这个岩体的形态及产状 不仅对于它的倾位体制具有意义 而且对于寻找潜伏的或深部的金矿也有较大的价值 一 玲珑花岗岩体的重力研究 位于胶东半岛的玲珑花岗杂岩体的密度为2 66g cm3 与其围岩 即古老变质岩之间有0 15g cm3密度差 能够引起明显的重力负异常 这个地区的地质图 图10 16 与本区重力异常图 10 17 的比较表明 玲珑花岗杂岩体地表形态及延伸趋势 与异常图中部重力负异常十分相似 一 玲珑花岗岩体的重力研究 这个地区的地质图 图10 16 与本区重力异常图 10 17 的比较表明 玲珑花岗杂岩体地表形态及延伸趋势 与异常图中部重力负异常十分相似 一 玲珑花岗岩体的重力研究 这一重力负异常是由玲珑花岗杂岩体引起的 一条重力 密度剖面也生动地说明这一点 10 18 一 玲珑花岗岩体的重力研究 应用人机交互式的重力正演模拟 姚长利等 1998 在岩体地表露头的控制下 得到了玲珑花岗岩的三维分布 图10 19 图10 19表明这个面积3100km2 而厚度不到10km的岩体 是一个岩席 而不是以前推断的无脉岩基 二 吉林某地含铜硫化铁的重力勘探 利用1 2000 1 5000的大比例尺的重力测量结果 可以寻找某些金属矿床 前长春地质学院陈善等于20世纪70年代在吉林省某地进行了利用重力法勘探金属矿的研究 成功地发现了含铜硫铁矿 二 吉林某地含铜硫化铁的重力勘探 本区已经发现小型矽卡岩磁铁矿 为了扩大矿区的范围 并研究异常场源的情况 在原有的地面磁测工作基础上 进行了1 2500的重力测量工作 得到了本区的布格重力异常图 图10 20 从重力异常特征可看出 局部异常因受明显的区域异常的影响 其形态和特征并不清楚 二 吉林某地含铜硫化铁的重力勘探 为了突出局部异常 利用平滑曲线法计算出剩余重力异常 图10 21 剩余重力异常表明 整个局部异常具有两个异常中心 其中西北部的封闭的异常等值线所圈定的范围与已知的铁矿位置一致 并与1000nT等值线直接 即磁异常对这个重力场源体没有任何反映 二 吉林某地含铜硫化铁的重力勘探 根据已知铁矿的产状和他与围岩的密度差对西北部的重力正异常进行了正演计算 发现计算的异常基本与西北部的实测异常相当 因此证明了它的底部不可能存在另外的矿体 由于东南部只有重力异常 而几乎没有磁异常反映 为了查明原因布设了验证钻孔ZK23 布设钻孔的目的是验证重力异常 并同时验证弱磁异常 结果在十几米深处只见到2 3m厚的磁铁矿及黄铁矿化的矽卡岩 这样磁异常得到了基本解释 二 吉林某地含铜硫化铁的重力勘探 但是对利用钻孔所控制的这个矿体进行的重力正演计算 其结果却只有实测异常的1 3左右 显然深部还有高密度体存在 为了进一步查明异常的原因 又在重力异常中心设计了钻孔ZK24 结果在167米深处见到了含铜硫铁矿 钻探前 重力异常解释的高密度体的顶部的最大深度为170米左右 矿体厚度为40米 矿体密度为4 50 4 95g cm3 而它的磁化率却很低 基本无磁性 由后来几个钻孔所控制的岩体产状进行了正演计算 其结果与实测重力异常基本吻合 从而查明了引起重力异常的场源 二 吉林某地含铜硫化铁的重力勘探 这个实例说明 应用重力资料或重力磁法资料的综合解释 对于寻找磁铁矿附近的无磁性高密度体 效果较好 同时说明 解释工作本着解释 验证 再解释 再验证的原则 直到查明异常产生的原因为止 二 吉林某地含铜硫化铁的重力勘探 这个实例说明 应用重力资料或重力磁法资料的综合解释 对于寻找磁铁矿附近的无磁性高密度体 效果较好 同时说明 解释工作本着解释 验证 再解释 再验证的原则 直到查明异常产生的原因为止 重力勘探 7水文地质调查 利用重力法寻找地下水资源 无疑会扩大重力法的应用范围 但是我国在这方面的应用实例还不多 在苏丹科尔多凡省省会欧拜伊德北面的巴拉盆地 植被稀疏的半沙漠区 成功地应用重力法刻画了盆地的轮廓 绘制了盆地沉积总厚度图 估计了该盆地的蓄水量 为地下水的进一步勘探打下了基础 一 寻找地下水 在国内外的地热田勘探中 重力法已经在下列几个方面发挥了重要作用 研究控制地热资源的区域构造 探测热田位置和可能与热源有关的火成岩体 研究热流体的动态变化 指导热田的合理开发 吴铁 1982 控制地热分布的构造体系和构造线 在区域重力图上都有明显反映 例如 重力异常梯级带 重力高带及重力低带 二 寻找地热 地热重力高 其原因可能是基岩隆起带的地温梯度一般高于相邻的基底凹陷带 在背斜顶部的地温和地温梯度一般也比其两翼高 另外也可能是由于地热田中的硅化作用 使密度加大 因而导致地热田上出现局部重力高 我国华北地区的几个地热田 新西兰著名的Broadlands热田 美国加州的Mesa热田 日本秋田县栗驹热田 官琦县雾岛热田 以及意大利Cesena热田等 都对应重力高 地热重力低 1 可以解释为高密度SiO2 的环状沉淀引起的 如新西兰的那发地热田对应重力低 40g u 2 认为是由近代熔融岩浆的冷却岩浆房引起 美国蒙大拿州的Marysville热田中心附近的 120g u的重力低 美国加州的Geysers伸热田附近的 300g u的重力低 也被认为是由岩浆通道引起的 二 寻找地热 3 造成地热田上出现重力低还可能有以下原因 a岩石的热膨胀 使密度降低 这种影响的量值较小 热田区地层孔隙率大 致使密度偏低 b蒸气型热田 因属于汽相流体 故热田区密度变小等 c还有一些地热田处在重力异常梯级带上 如北京的一些地热点和日本群马县白根南部热田等 重力异常梯级带是地下构造断裂或破碎带的反映 也就是热水通道的反映 二 寻找地热 应用高精度重力探测地热资源 我国有比较成功的例子 在湖北成宁温泉地区进行了高精度重力测量 刘根友等 1994 在5000m 500m的范围内 布置了148个测点 得到了布格重力异常图 图10 22 二 寻找地热 消除了此断层及区域异常的影响 得到本区的剩余重力异常图 图10 23 图中存在的B1 B2 B3 B4四处重力低 异常幅度在 50 150 10 8m s2之间 它们反映了地下与温泉有关的低密度体的存在 实际上 B1 B2重力低处 已经出现了温泉 12井及 15井 二 寻找地热 重力勘探 8工程勘察 20世纪90年代以来由于重力仪观测精度有所提高 在工程勘察的某些任务中 已应用了重力测量 主要用于洞穴及溶洞探测 岩溶是一种分布广泛的地质现象 吴其斌 1993 大约占世界四分之一地区分布有可溶性岩石 在我国 约占五分之一 主要分布在南方地区 由于各种原因引起的岩溶塌陷及地表洞穴 皆会造成地面沉陷 由于洞穴及其低密度充填物与围岩间有相当大的密度差 能够引起可探测的重力异常 因此 高精度重力测量可以发挥作用 我国水电部门的物探队 从1987年开始已在一些水电工程进行了高精度重力测量 二 工程 在铁路路基的设计及施工中 也应用了重力测量 并取得了较好的效果 石亚雄等 1991 柴达术盆地中南部的察尔汗盐湖 是我国最大的盐湖 青藏铁路大约有34km的路基修筑在这个盐湖区 在这个地区进行了高精度重力测量 重力异常平面图 10 24 中的阴影部分 是 20 10 8m s2以下的负异常区 可能是溶洞存在的部位 二 工程 重力勘探 9海洋重力测量的地质 地球物理综合解释 大洋构造单元重力异常特征 大洋中脊 中央海岭 亦称洋中脊 是海底表面构造中规模最大的单元 洋中脊是现代板块学说研究的焦点 根据板块理论新生的洋壳从洋中脊中产生 洋中脊是洋壳生长和扩张边缘 1953年美国拉蒙得 多尔蒂地质研究所在对大西洋进行调查时 首先确认了大西洋中脊裂谷 1956年发现世界大洋洋底中脊纵贯全球 连端延展达64000公里 大西洋中脊贯穿整个大西洋中部 其坡麓至顶部的高度大约2 3公里 坡麓的宽度约为1500公里 山顶部位是锯齿状的险峻地形 看上去好象拉开而破裂的 其破裂方式像是被撕碎似的 大洋构造单元重力异常特征 大洋中脊 一 大洋中脊的地质特征与陆地上的大山脉 由于两侧挤压力而形成的褶皱构造 形成鲜明的对照 洋中脊上这种两壁陡峭的裂谷与陆地上的莱茵地堑 东非裂谷等都是地壳内张应力的拉开作用的结果 洋中脊地区也是浅源地震十分频繁的地区 洋中脊上热流量较高 板块学说解释洋中脊是热流上升的地方 地幔的对流带来的热量足以引起地幔的局部熔化 液态组分推开地表 喷溢而出 就形成海底山或水下火山 有些升出水面就成为岛屿 对大洋热流实测结果 发现大洋中的平均热流量与大陆几乎一样 约为1 51HFU 但海洋上愈接近洋中脊的地方 热流量愈高 大洋构造单元重力异常特征 大洋中脊 二 洋中脊上重力异常有其特点 1 自由空间重力异常 1 穿过洋中脊的自由空间重力异常平均值 要比邻近海底大20一30 10g u 在区域性正异常上叠加了许多短波的变化 这些次一级异常可能与海底地形有关 大洋构造单元重力异常特征 大洋中脊 二 洋中脊上重力异常有其特点 1 自由空间重力异常 2 除海岭中一些海山和岛屿外 洋中脊上的重力异常近乎与高度无关 尽管洋中脊上广泛发育着高密度的镁铁质岩石 而且洋中脊与邻近深海平原相比高出2 3公里 但洋中脊上的重力异常没有明显升高 即从地形高度和高密度物质应使异常值还要大得多 大洋构造单元重力异常特征 大洋中脊 二 洋中脊上重力异常有其特点 1 自由空间重力异常 3 这意味着在洋中脊下存在低密度的物质 这物质就是异常地幔 异常地幔地震波速只有7 3 7 6公里 秒 而且由于这种物质的存在使得地壳一地幔界面模糊不清 异常地幔的形成机制普遍认为由于地幔对流和地幔物质上涌的结果 减小了大洋中脊上升地形和中脊高密度物质应产生的重力异常效应 大洋构造单元重力异常特征 大洋中脊 二 洋中脊上重力异常有其特点 2 布格重力异常 1 在大洋中脊附近布格重力异常明显降低在 在350 10g u 背景下 在脊峰处下降至200 10g u 2 莫霍面深度7km 地壳厚度很薄 大洋构造单元重力异常特征 大洋中脊 自由空气异常幅度的大小与海洋年龄有关 随海洋年龄的增加而减小 如图所示表示海洋年龄与自由空气异常幅度的关系曲线 从图中看出 对于年龄大于40Ma的海洋自由空气异常趋于零 海岭上的自由空气异常很小或趋于零 意味着海岭几乎处于均衡状态 大洋构造单元重力异常特征 大洋中脊 穿过海岭的剖面布格异常 海水用2 60g cm3密度的岩石代替 大约为2000g u 的重力低 然而 中央海岭附近海洋深度最小 相应的莫霍界面深度约7km 显然用爱利的山根模式是很难解释的 一种解释认为补偿海底高山的质量亏损发生在浅部 例如塔尔沃尼 Talwani 等结合地震剖面 认为完成补偿的是地壳上地幔的部分低密度 约3 15g cm3 物质 其相应的地震波速度低于7 9 8 4km s 这种推断与斯克莱特 Sclater 1970 等人提出的海岭热模型是一致 另一种解释 Morgan 1965 KeenandTramontinil970 认为质量亏损可以发生在200 400km深度上的密度较小地区 是由于上升对流产生的密度亏损 大洋构造单元重力异常特征 深海沟 一 海沟特征海沟是海洋上重要的地质构造单元 世界上重要的海沟多是板块的边界 是板块的聚敛地带 板块从大洋中脊不断扩张 延伸 而从海沟不断俯冲 消减 研究海沟是板块理论的一个重要环节 根据各地海沟进行的人工地震资料来看 大多数海沟处的莫霍面深度由洋侧10 12公里向大陆 岛弧 侧加深到20 30公里 一般来说 在海沟轴下方 靠洋侧 地壳厚度与洋底没有很大差异 而一旦越过海沟轴 地壳便向大陆 岛弧 下急剧增厚 大洋构造单元重力异常特征 深海沟 海沟的热流量非常低 这与中央海岭上的高热流量恰恰是一个明显的对照 也就是说 地幔中存在着对流 它在中央海岭处上升 而海沟处下降 海沟与地磁异常过去很长时期一直未发现它们之间有密切关联性 近年来 随着用较密测线对海沟地区进行地磁调查 便逐渐发现了海沟地区与地磁异常之间存在着一些关联 通过对阿留申海沟周围的调查 查明了在海沟的南部地区 有一东西向显著的线状磁异常条带存在 但它一旦进入海沟地区就变得模糊不清 因而有人将此解释为线状磁异常条带被吞没在海沟之下 大洋构造单元重力异常特征 深海沟 二 海沟的重力异常具有明显的特征首先是荷兰重力学家维宁 曼尼兹1930年在潜艇上安装重力仪观测到爪哇海沟的重力异常特征 在海沟轴上有大幅度的负异常 而在陆地岛弧一侧具有正异常 海沟上的重力异常的最小值基本上与海沟轴相一致 以后在不同的海沟都观测得到相类似的结果 自由空间异常 阿留申海沟 日本海沟 大洋构造单元重力异常特征 深海沟 维宁 曼尼兹从地壳均衡的观点出发 认为仅凭地形变化不能解释这种负异常的存在 所以他认为海沟的下方低密度的地壳物质由于受到地壳下物质 现在说法应为地幔 的下降流所拖带而沉陷下去 因而导致低密度的物质在海沟地带下增多 造成物质亏损 重力异常出现低值 大洋构造单元重力异常特征 深海沟 自由空间异常幅度的最小值位于海沟轴附近 Talwani和Haves在理论上用岩石把5公里深度以下的海沟及