《应用地球物理学》主要知识点

1、一、名词1. 正演（问题） ：由“源”求“场” 。 即 给定地球物理模型，通过数值计算或物理模拟，得出相应的地球物理场。目的是认识和掌握地球物理场的特征与场源之间的对应关系。2. 反演（问题） ：由“场”求“源” 。即根据已知的地球物理场，求解可能的地球物理解释，即地下地质结构的过程。即已知异常的分布特征和变化规律，求场源的赋存状态。3. 重力勘探：通过观测与研究天然重力场的变化规律以查明地质构造和寻找矿产的一种物探方法。其基础是地壳中不同岩、矿石间的密度差异。物理学基础为牛顿万有引力。4. 零长弹簧：当弹簧受拉时,所受拉力与弹簧长度成正比的弹簧。5. 零点漂移： 在相对重力测量中， 由于重力

2、仪灵敏系统的弹性疲劳、 温度补偿不完全等因素，仪器读数的零点值随时间而不断变化称为零点漂移。6. 重力场强度： 规定单位质量的物体在场中某一点所受的重力作用作为衡量场本身强弱的标准，这个单位质量所受的重力称为该点的重力场强度。7. 大地水准面：以平静海平面的趋势延伸到各大陆之下所构成的封闭曲面，作为地球的基本形状。8. 自由空间重力异常9. 布格重力异常10. 均衡重力异常11. 重力梯级带： 指重力异常图上等值线平行排列的密集带。 它主要反映构造断裂的升降或大规模的不同密度岩石的接触带。12. 三度体：各方向上都为有限量的物体，如球体。13. 二度体： 某一方向无限延伸， 而在该方向上埋藏深

3、度、 截面形状、 大小和物性特点都稳定不变的物体。14. 特征点法：指根据异常曲线上的一些点或特征点（如 极大值点、零值点、拐点）的异常值及相应的坐标求取场源体的几何或物性参数的一中反演方法。但仅适用于剩余密度为常数的几何形体。15. 磁法勘探：岩、矿石间的磁性差异将引起正常地磁场的变化（即磁异常） ，通过观测和研究磁异常来寻找有用的矿产或查明地下地质构造的勘探方法称为磁法勘探。它是以地壳中各种岩、矿石间的磁性差异为物质基础的。16. 磁异常：实际上测得的地球磁场强度和理论磁场强度之差称地磁异常，即磁异常。它主要是由地壳内磁性不同的岩石受地磁场磁化而产生的附加磁场。17. 磁场强度：18. 磁

4、感应强度：磁感应强度的定义为19. 磁化率：磁化率k为由物质本身性质所决定的参数， 表示物质被磁化的难易程度。值 越大，越易磁化，无量纲。20. 磁化强度：单位体积内分子电流磁矩矢量和，表征在外磁场中物质可被磁化的程度。 M越大，磁化程度高且分子电流磁矩排列整齐M趋向于零，不显磁性若磁化体所有点的磁化程度 M均相同，则该物体被 均匀磁化一一磁矩排列取向 相同，整齐程度也相同。物体均匀磁化时，只有面磁荷，无体磁荷21. 地磁异常22. 磁滞回线：磁滞回线表示磁场强度周期性变化时， 强磁性物质磁滞现象的闭合磁化曲 线。它表明了强磁性物质反复磁化过程中磁化强度 M或磁感应强度B与磁场强度H 之间的关

5、系。由于B=n 0（H+M）,若已知一材料的M-H曲线，便可求出其B-H曲线， 反之亦然。式中以0为真空磁导率。磁滞回线是铁磁性物质和亚铁磁性物质的一个重 要的特征，顺磁性和抗磁性物质则不具有这一现象。23. 剩余磁化强度：在历史地磁场中获得的磁化强度。剩余磁化强度是表示剩余磁性大小 的物理量。它的大小和方向与现代地磁场无关，而决定于形成时的环境及所经历的 地质变动。24. 热剩余磁性：岩石在冷却的过程中，受当时恒定的地磁场作用，磁化所获得的剩磁。 其特点是：1）强度大，与地磁场强度成正比，并方向一致，据此可用于研究成岩时 地的磁场方向；2）稳定，剩磁随时间衰减慢一一磁性驰豫（衡量剩磁稳定性的

6、重要 标志），若稳定说明驰豫时间长。25. 有效地磁场：26. 有效磁化强度：27. 电法勘探： 地壳中不同岩层之间、 岩石和矿石之间存在着电磁性质的差异， 通过观测天然存在的或由人工建立的电场、电磁场分布，来研究地质构造、寻找有用矿产资源，解决工程、环境、灾害等地质问题的勘探方法称为电法勘探。28. 电阻率法： 以地壳中岩石和矿石的导电性差异为基础， 通过观测与研究人工建立的地中电流场（稳定场或交变场）的分布规律进行找矿和解决地质问题的一组勘探方法。29. 电场强度： 某处电场强度定义为这样一个矢量， 其大小等于单位电荷在该处所受电场力的大小，其方向与正电荷在该处所受电场力的方向一致，即：3

7、0. 电流密度： 描述电路中某点电流强弱和流动方向的物理量。 方向与该点电流方向一致，其数值等于通过该点垂直于电流方向、单位面积的电流强度。单位是A/m 2。31. 视电阻率： 若进行测量的地段地下岩石电性分布不均匀时， 测量 （或计算） 的结果称之为视电阻率。虽然不是岩石的真电阻率，但却是地下电性不均匀体和地形起伏的。一种综合二、知识要点1、大地水准面的三级近似。第一级近似为正球体，其平均半径为 6376km；第二级近似为旋转椭球体，赤道 半径为6378km,极半径为6356km；第三级近似为梨形体，其北极高出十余米，南 极凹进二十余米。2、重力（重力加速度）在空间上变化的原因。1）地球形状

8、的影响：地球是近似于两极压缩的扁球体, 地表起伏不平, 引起约 6000 毫伽的重力变化。2）地球的自转：地球绕定轴旋转, 惯性离心力使重力有3400 毫伽的变化。3） 地壳及上地幔密度分布的不均匀性：可引起几百毫伽的重力变化。3、重力异常的概念、计算公式及重力异常的物理意义。1）重力异常：由地下岩矿石密度分布不均匀所引起的重力变化，或地质体与围岩密度的差异引起的重力变化。2）计算：将实测重力值减去该点正常重力值，其差值称为重力异常g 为测点上实测重力值， 为该点上的正常重力值3）物理意义：剩余质量所产生的引力在重力方向的分量（或在铅直方向的分量）4、弹簧重力仪的零点漂移及其消除。在相对重力场

9、中，由于弹簧重力仪灵敏系统的弹性疲劳、温度补偿不完全等因素，弹簧读数的零点值随时间而不断变化，从而产生零点漂移。设t 1 , t 2为同一基点上两次观测时间，零点漂移量是随时间线性变化的，则其为,：二''零点漂移校正就是从观测值中减去漂移量，令 t为测点上观测时间，则零点漂校正值为消除：仪器每次从基点出发，观测一段时间之后，需回到原基点（另一基点或总基点） 上观测一次，测出零点漂移量；在较短的时间内，可认为零点漂移是随时间线性变化的。 5、重力测量值的主要改正项及其计算方法。1）正常场（纬度）校正：消除测点与基点间纬度差异导致的重力变化。2）地形校正：消除测点附近地形起伏对重力

10、观测结果数据的影响。3）中间层校正：消除测点基准面与基点基准面之间水平中间层的重力影响。4）高度校正：消除测点相对于基点的高程差而造成的重力数值变化。6、布格异常、均衡异常和自由空间异常的概念、计算方法、区别及应用领域。1）布格重力异常：观测重力差值经过正常场校正、地形校正和布格校正之后得到4g 布=4g 测 + 5g 地 + Rg 布异常称为布格重力异常。主要应用于寻找矿产以及对地球深部的研究2）均衡异常：指观测重力值经地形校正、高度校正和均衡校正后再减去正常重力值 所得到的异常。均衡校正值：计算“移去”或“填补”的物质在测点处所产生引力的铅垂分量，记为均衡重力异常：将均衡校正值加到布格异常

11、中去的结果，即主要应用于研究地球的均衡状态，做全球性的地形校正。3）自由空间异常：对实测重力值只做正常场与高度校正得到的异常。应用：在一定情况下代替均衡异常研究地球的均衡状态。自由空间异常与布格重力异常的区别：1）布格重力异常由于去掉所有的影响，主要反映地壳内部各种密度不均匀体引起的重力异常；自由空间重力异常由于仅去掉高度影响，地球质量无改变，所以主要研究区域地质构造。2）布格重力异常与地势之间有着明显的相关性，异常由于质量缺损所引起；自由空间重力异常则与地势无相关性，而与局部地形存在密切关系。7、密度均匀球体的重力异常。8、密度均匀水平圆柱体的重力异常。9、重力异常定量解释的主要方法及其特点

12、。10、基于密度均匀球体异常曲线的反演分析。11、重力反演多解性产生的原因、特点及其限制方法。1）产生的原因：场的等效性；观测数据离散、有限；实测的异常包含一定的误差；数据整理带来的误差。2） 特点： 处在不同深度、 具有不同起伏的界面， 还包括在这些界面之间的许多界面，都能够引起在测量精度范围内的相同的重力异常。内特尔顿（1987）指出：? 与一定的异常宽度对应的场源的可能的最大深度，就是引起同样宽度异常的点源（球体）的深度。? 在这个最大深度和地面之间，存在一个可能源的锥形区。? 同一个异常可以由埋藏很浅的薄透镜体，或不太狭窄的较厚的物体，或球体引起，而且在球体上方较浅的深度上，却有无限多

13、个可能的场源引起这个相同的异常。? 引起同一异常的不同的场源，有一个唯一的共同的特性，就是它们的剩余质量必须是相同的。3）限制方法? 除了应用重力资料外，还引用工区内的 地质、钻井、物性和其它 地球物理资料等，尽可能地增加已知条件和约束条件，则反问题的解答数目就会大大减少，甚至可以得到单一的解。如球体反问题的求解，如果已知剩余密度值，则它的半径和顶部埋深也就唯一地被确定了。? 提高仪器的 测量精度。? 改进各项校正的计算方法，使得能够更加精确地得到重力异常的分布。12、决定重力异常的主要地质因素。1）地壳厚度的变化。当地壳增厚时，相当于莫霍面下高密度的上地幔埋深增大，故显示重力低；反之，地壳减

14、薄时，相当于上地幔埋深减小，故显示重力高。除地壳厚度变化之外，地壳深部及上地幔物质密度的不均匀性，也会导致重力异常的变化。2） 结晶基岩内部成分、 构造和基底顶面的起伏。 在结晶基底埋藏较浅的局部地区 （有些地区的面积可能相当大），重力异常往往与基底内部成分和构造有关。3）沉积岩的成分和构造。在沉积岩内部，不同岩性和不同时代的岩石往往存在着密度差异。在沉积岩系内可能存在不只一个密度分界面，且往往与地质界面相吻合。4） 金属矿及其它矿产的赋存。 因矿体较小， 故引起的异常较微弱， 分布范围也很小。13、断层构造在重力异常平面等值线图上的特征。实测重力异常图中断裂引起的异常特征，比重力梯级带要复杂

15、得多。其识别特征有： 1）线性重力高与重力低之间的过渡带； 2）异常轴线明显错动的部位； 3）串珠状异常的两侧或轴部所在位置；4）两侧异常特征明显不同的分界线；5）封闭异常等值线突然变宽、变窄的部位； 6）等值线同形扭曲部位。14、重力梯级带的基本特征、对应的几何形体及可能反映的地质因素。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）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? 地层拗曲构造15、中国布格重力异常的基本特征1）重力异常变化总趋势从东向西逐渐降低。 在南海及琉球群岛布格重力异常

16、值最高， 由海岸线向西，重力异常值缓慢递减，并进入负值区。再往西，至青藏高原周边地 区重力异常值迅速减小。2。区域性重力异常背景上，有几组巨大重力梯阶带。如大兴安岭一太行山一武陵山 重力梯级带、青藏高原周边重力梯级带、钓鱼岛重力梯级带等。3）重力梯阶带间的区域正异常和负异常。正异常与地理上的盆地相对应，这些盆地 都是上地幔（莫霍面）的相对隆起区；负异常多与次一级的山脉对应，它们对应的 是上地幔（莫霍面）的凹陷区。16、艾里地壳均衡假说。地球最上部的地壳是一个低密度的“壳”，覆于高密度的岩浆底层上（地幔）。这个 “壳及底层具有均匀的密度，并假定比较硬的“壳”（岩石圈）漂浮在流体底层（软流圈）上。

17、低密度壳的底部同于坚硬的岩石圈与软弱的软流圈之间的边界。由低密度壳的厚度 变化实现这一补偿，即山脉下伏了较厚的地壳（山根），而海洋下伏了较薄的地壳（反山根）。忽略了地球曲率情况下的均衡条件为t = HpJ9s Pc）t为山根的深度，H为地形的高度， 是“壳”的密度，是底层的密度。17、偶极子的位和磁场强度。正负磁极总是成对出现，不可分割，因而将其视为整体，称为磁偶极子。18、地磁要素的组成，并绘出其示意图。建立一个空间直角坐标系统：设以观测点（O）为坐标原点，x轴正向指地理北，y 轴正向指东，z轴正向垂直向下。地磁场T分解为：北向分量X;东向分量为Y;垂直分量为Z。T在xoy面内的投影为水平分

18、量 H, H的方向即磁北方向；H与x的夹角为磁偏 角D,即磁北与地理北的夹角，东偏为正；T与H的夹角为磁倾角I,下倾为正。X、Y、Z, H、D、I, T统称为地磁要素。（图）X、Y、Z对应于直角坐标系；T、 D、I对应于球坐标系；H、D、Z对应于柱坐标系；完整描述只需要其中的一组。19、基于均匀磁化球体（位于球心的磁偶极子）的地磁场分析。20、地磁场的组成分析。21、近代和古代地磁场长期变化的基本特征。1）地磁极西向漂移（主要）? 漂移速率为几分之一经度/ 年。? 长期变化的“焦点”：西向漂移的较快处，或称为变化中心，为等值线的若干中心，焦点处变化率可达150nT/ 年。焦点不固定，西向漂移。

19、? 西向漂移的周期为600 年，每年约以经度0.18 °的速度西移，磁场强度数值变化周期为 60 年。2）地球磁矩衰减? 速率每年约0.05%。预计2000 年后，地球磁矩将变得很小，甚至消失。这种现象揭示了地球磁极倒转的征兆。22、地磁场短期变化的类型、成因及其特征。1）平静变化：按一定的周期连续出现，且变化平缓而有规律。其成因与太阳紫外线辐射的强度大小、时间长短有关。可分为日变化与年变化，日变化的变化特征为：周而复始，从不间断，振幅易变，但相位不变， 24小时为一个周期；变化幅度为白天大（618点）、夜间小，夏季大、冬季小；变化形态和幅度因地而异，但同纬度区变化 相近；在土 30

20、°纬度区变化最大；我国地磁日变一般在1114时幅度减小最多，基本特征与北半球中低纬度区的地磁日变特征相近。 年变化的变化特征为： 以年为周期的变化；夏天有极大值，冬天存在极小值；我国每年垂直分量Z变化2070nT,水平 H 变化1550nT。2）扰动变化：偶然发生、持续一定时间后就消失，为短暂而复杂的变化，变化幅度可以很强烈。23、地磁场短期、长期变化的起因差异以及短期变化对地磁测量的影响。起因差异：基本地磁场长期缓慢变化原因是地球内部； 短期变化要起因于固体地球外部的各种电流体系（如高空电离层的涡旋电流体系） 。短期变化对地磁测量的影响： 对短期变化场的平静变化地磁要素进行绝对的观

21、测或对早期资料进行研究时，需要进行校正或变化修正；对于扰动变化而言，监测到磁暴时，应立刻停止野外磁测工作。24、铁磁性物质的磁化率特征。25、影响岩矿石磁性的主要因素及岩矿石磁性的一般规律。1）铁磁性矿物含量含量越高，岩石磁性越强，但并不呈简单的线性关系。2）铁磁性矿物颗粒大小及结构? 当铁磁性矿物含量一定时， 颗粒越大，磁性越强? 当磁性矿物颗粒大小、 含量都相同时， 颗粒相互呈胶结状者比颗粒呈分散状者磁性强。3）岩石磁性与温度、压力的关系? 深度增大，地温升高，压力增大，磁性减弱。? 应力作用使岩石沿应力方向磁性减小，如断裂、破碎带上磁性减弱；变质、蚀变作用往往使岩石磁性增强。? 岩石剩余

22、磁化强度与压力关系明显，当压力为 100MPa 时，剩磁可减小 25%。? 随着深度增加，地壳内岩石的温度升高，岩石圈静压力增大，二者对岩石的磁性有很大影响，因此，在研究地壳深部岩石磁性时，需要考虑温度和压力的影响。26、火成岩、沉积岩及变质岩的磁性特征。1）火山喷出岩共共同的特点是异常呈跳跃变化，尖锐而且梯度大，相邻测线难以对比。狭窄的磁力高或低可能是火山喷出裂隙的反映；单个极强的峰值可能是火山口的反映。另一个特点是异常强度随高度的增加而迅速衰减。2）火山侵入岩侵入岩异常峰值可能很大，但形态比较圆滑，相邻测线上的异常曲线可以对比。异常形态与埋深之间有明显的依赖关系， 埋藏较浅时常表现为多个孤

23、峰， 埋藏较深时只显示异常不规则的背景。3）沉积岩沉积岩的磁场特征一般是异常值微弱，形态平缓、光滑、梯度小，沉积厚度较大时呈现为平静的负异常区。主要是由于沉积岩的磁化率小， 而且磁性矿物在缓慢的沉积过程中分布较为均匀， 无 方向性。3）变质岩异常的强弱与变质母岩的磁性和变质类型有关。一般正变质岩的磁性较强，负变质岩的磁性则相对弱得多。27、回答剩余磁性的主要类型及其成因。剩余磁性主要可分为原生剩余磁性和次生剩余磁性两大类。1）原生剩余磁性。可具体再分为热剩余磁性、碎屑剩余磁性、化学剩余磁性三类。热剩余磁性：岩石在 冷却的过程中，受当时恒定的地磁场作用，磁化所获得的剩磁。碎屑剩余磁性：沉积物固结成岩后，按其碎屑的磁化方向保存下来的磁性。化学剩余磁性： 在一定磁场中， 某些磁性物质在低于居里温度的条件下， 经过 相变 过程（重结晶）时化学变化（氧化还原）所获得的剩磁。2）次生剩余磁性。可具体再分为粘滞剩余磁性、等温剩余磁性两类。粘滞剩余磁性：岩石形成后，长期处在地球磁场作用下，随着时间的推移，其中原定向排列的磁畴逐渐地弛豫到作用磁场的方向，所形成的剩磁。等温剩余磁性：在常温条件下，岩石因受外部磁场的作用（比如闪电作用），而使近地表岩矿石磁性发生大小和方向的改变而获得的剩余磁性。28